Ветроэнергетика

Студентка группы ГЭ-1-07 Гусева Е.А.
Альтернативные источники
энергии.
На сегодняшний день энергия
является одним из чаще всего
обсуждаемых видов
ресурсов; помимо своего
основного физического
содержания, она имеет
многочисленные
экономические, технические,
политические и иные аспекты.
Актуальность выбранной темы
состоит в том, что
современное общество к
концу XX века столкнулось с
энергетической проблемой,
которая может повлечь за
собой энергетический кризис,
поэтому на рубеже XXI века
человек стал обращать
внимание на альтернативные
источники энергии.
Целью исследования стало получение и использование
нетрадиционных источников энергии.
Отрасль науки и техники, разрабатывающая теоретические основы, методы и средства использования
энергии ветра для получения механической, электрической и тепловой энергии и определяющая
области и масштабы целесообразного использования ветровой энергии в народном хозяйстве.
Ветроэнергетика состоит из 2 основных частей: ветротехники, разрабатывающей теоретические основы
и практические приёмы проектирования технических средств (агрегатов и установок), и
ветроиспользования, включающего теоретические и практические вопросы оптимального использования
энергии ветра, рациональной эксплуатации установок и их технико-экономических показателей,
обобщение опыта применения установок в народном хозяйстве. Ветроэнергетика также опирается на
результаты аэрологических исследований, на базе которых разрабатывается ветроэнергетический
кадастр.
История ветроэнергетики начинается с
незапамятных времён: энергия ветра вот уже более
6000 лет надежно и верно служит людям. В первые
простейшие ветродвигатели применяли в глубокой
древности в Египте и Китае. Так в городе
Александрии сохранились остатки каменных
ветряных мельниц барабанного типа(II—I вв. до. н.
э). Персы (в VII в. н. э.) строили ветряные мельницы
уже более совершенной конструкции — крыльчатые.
Несколько позднее в VIII—IX вв., ветряные
мельницы появились на Руси и в Европе.(5)
Начиная с XIII в., ветродвигатели получили широкое
распространение в Западной Европе, особенно в
Голландии, Дании и Англии, для подъёма воды,
размола зерна и приведения в движение различных
станков. Следует отметить что, до Великой
Октябрьской революции в крестьянских хозяйствах
России насчитывалось около 250 тыс. ветряных
мельниц, которые ежегодно перемалывали половину
урожая. С изобретением паровых машин, а затем
двигателей внутреннего сгорания и
электродвигателей, старые примитивные ветряные
двигатели и мельницы были вытеснены из многих
отраслей и оставлены в сельском хозяйстве. В
начале XX в русским учёным Н. Е. Жуковским была
разработана теория быстроходного ветродвигателя
и были заложены научные основы создания
высокопроизводительных ветродвигателей,
способных более эффективно использовать энергию
ветра. Они были построены его учениками, после
организации в 1918г Центрального
аэрогидродинамического института (ЦАГИ).
Советскими учёными и инженерами были теоретически
обоснованны принципиально новые схемы и созданы
совершенные по конструкции ветроэнергетические установки
и ветроэлектрические станции (ВЭС), различных типов
мощности до 100 кВт, для механизации и электрификации и
других целей. Большой вклад в историю ветроэнергетики и ее
использования внесли такие советские учёные как: Н.В.
Красовский, Г.Х.Сабинин, Е.М. Фатеев и многие другие.
В XX в. научно-технический прогресс, набиравший обороты
огромными темпами, в корне изменил технологическую
картину мира. Сталь, нефть, газ, новые материалы и
возможности отодвинули далеко на задний план достижения
человеческой цивилизации в ветроэнергетике.
Однако активное использование нефти, угля и газа, может
привести к их исчезновению, поэтому во многих странах
стали развивать так называемую нетрадиционную, или
альтернативную энергетику – возобновляемые источники
энергии, к тому же имеющие экологические преимущества.
Но, как известно, новое - это хорошо забытое старое и,
поэтому, человечество вновь обращает свои взоры на энергию
ветра.
Диаграмма кривой скорости ветра и мощности:
Скорость ветра зависит, прежде всего, от его силы и
изменяется она в очень широких пределах — от лёгкого
дуновения до урагана, скорость которого достигает,
60—80 м/сек, измеряется скорость ветра в километрах
в час (км/час) или метрах в секунду (м/с).
Энергия ветра = 1/2 dAtS3
d-плотность воздуха ,
A-площадь, через которую проходит воздух,
t-период времени,
S-скорость ветра.(3)
Важно отметить что, используя даже несколько
процентов энергии ветра, можно удовлетворить
значительную часть потребностей страны.
Энергию можно также аккумулировать в механическую энергию вращающегося маховика или в виде газов водорода и кислорода, полученных при электролитическом разложении воды.
Следует отметить, что энергию ветра можно использовать совместно с другими источниками энергии, в
частности с традиционным топливом, энергией солнечного излучения, энергией, получаемой за счет разности
температур в океане, биологическим преобразованием топлива. Так какие же бывают ветроэлектростанции,
рассмотрим их в следующем пункте
В настоящее время наибольшего развития
ВЭУ достигла в Германии, Англии, Голландии,
Дании, США (только в штате Калифорния 15
тыс. ветряков). Наиболее оправданны
небольшие ветряные энергетические
установки (ВЭУ) мощностью до 15 кВт, хотя
сооружаются и установки мощностью 100—
500 кВт. Обычно на одной площадке
устанавливается большое количество ВЭУ,
образующих так называемую ветровую
ферму. Самая большая ферма сооружена в
Калифорнии и включает около 1000 ВЭУ, ее
общая мощность 100 МВт.. Небольшие ВЭУ
— идеальные источники энергии для ферм.
Они могут быть подключены к центральной
системе энергоснабжения, дающей ферме
энергию в период безветрия и, напротив,
принимающей излишки энергии от ВЭУ в
особо ветреную погоду. По прогнозам
футурологов, в некоторых странах доля
электроэнергии, получаемой на ВЭУ, в
будущем может составить 10%.
Крупнейшие в мире производители ВЭУ (за 2006 год)
Компания
Страна
Мощн
ость
ВЭУ(
MW)
% мирового
рынка
Vestas
Дания
2667
31,9
GE Wind
США
1503
18,0
Enercon
Германия
1218
14,6
Gamesа
Eolica
Испания
1199
14,4
Bonus
Дания
552
6,6
Repoweer
Германия
291
3,5
Nordex
Германия
242
2,9
Mitsubishi
Япония
218
2,6
suzlon
Индия
200
2,4
Ветроагрегаты делятся на две группы:
Ветродвигатели с горизонтальной осью вращения
(крыльчатые);
Ветродвигатели с вертикальной осью вращения (карусельные:
лопастные и ортогональные).
В данных моделях в качестве
возвратного механизма
используется пружина,
возвращающая лопасть в
исходное положение в случае
отсутствия ветра в точку покоя
Т1 . Точка покоя лопастей
установлена так, что в
начальный момент
установка работает как
лопастной ветродвигатель
карусельного типа. По мере
набора угловой скорости
вращения лопасти под
действием центробежной силы
и силы сопротивления воздуха
между лопастями,
разворачиваются по
касательной к окружности
вращения, то есть установка
переходит в режим
работы ветродвигателя
ортогонального типа. В этот
момент появляется вторая точка
покоя Т2, которая находится на
окружности вращения и
перемещается вместе с
лопастью.
Выводы
О недостатках
Основным недостатком ветроэлектростанций, на сегодняшний день,
является их высокая стоимость, которая определяет высокую цену 1кВт/ч
электроэнергии, полученной от ветрогенератора.
Ни одна система альтернативной энергетики не может гарантировать
постоянного электроснабжения.
С экологической точки зрения, чистая энергия ветра не такая уж и чистая.
О перспективах
Соединение ветрогенератора с бензогенератором и аккумуляторной
станцией дает весьма экономичную автономную систему
электроснабжения.