ветер

Содержание
Введение
.
История ветроэнергетики
.
Экологические аспекты ветроэнергетики
.
Сравнение ВЭУ разных типов
.
Принцип работы ВЭУ
.
Проблемы использования ВЭУ
.
Исследование ВЭУ с вертикальной осью вращения
.
Требования к площадке
Список использованных источников
Введение
В настоящее время быт человека во многом зависит от энергоспособности
государства и обеспечения электроэнергией населения. Но большая площадь
России и всего остального мира и наличие труднодоступных регионов
осложняют процесс электрификации территории страны. Для крупных
потребителей
обеспечивают
электроэнергии
существуют
многонаселённые
АЭС,
пункты,
ТЭЦ,
сельское
ГЭС,
которые
хозяйство
и
промышленность. Но до сих пор остаются населённые пункты, которые не
имеют
устойчивого
электроснабжения,
так
как
невыгодно
тратить
государственные средства на развитие малонаселённых пунктов: тянуть
провода, строить новые электростанции и т. д. Также до сих пор является
крупной проблемой вопрос об освоении новых территорий. Для построения
новых населённых пунктов или отдельных помещений необходимо иметь
строительные материалы, электроэнергию, воду и провизию. Всё это можно
подвозить или найти локальные источники. Но наиболее ощутимая проблема
связана с электроэнергией, так как, чтобы обеспечить электроэнергией район,
требуется много времени и денег. Ветроэнергетика же является наиболее
эффективным средством для обеспечения малого потребителя, для быта.
Локальное расположение установки, простота монтажа конструкции и
использования являются явными преимуществами относительно традиционных
источников энергии.
Как известно, ветер дует везде. Ветроэнергетическая установка - это
универсальный источник энергии. Человеку для повседневной жизни в быту
нужно не так уж много электроэнергии. Зачем тратить большие силы, чтобы
доставить малое количество энергии, если можно поставить малый источник.
По конструктивному исполнению разделяются на ВЭУ с вертикальной
осью вращения и с горизонтальной осью вращения. Несмотря на то, что
наибольшее распространение по всему миру получили ветроэнергетические
установки с горизонтальной осью вращения для малой энергетики, по моему
мнению, наиболее рациональными являются установки с вертикальной осью
вращения , так как конструктивно они могут быть реализованы без
вращающихся токоведущих соединений. Также преимуществом ВЭУ с
вертикальной осью вращения является то, что работа установки не зависит от
направления ветра и возможна работа при порывистых и вихревых ветрах.
Такая установка не требует постоянного технического надзора, так как не имеет
вращающихся токоведущих соединений. Возможно комбинирование ВЭУ с
вертикальной осью вращения с метеорологическим оборудованием, антеннами,
осветительной аппаратурой, камерами наблюдений, различными датчиками,
закреплёнными на конструкциях, проходящих через полую ось ВЭУ.
. История ветроэнергетики
Древние времена
История ветроэнергетики насчитывает более 6000 лет. В доисторическое
время в Древнем Египте появился самый примитивный парус: он представлял
из себя шкуру зверя, которую держал человек, стоящий на лодке, тем самым,
заставляя корабль перемещаться. С течением времени этот способ был
усовершенствован (к лодкам приделывались мачты, использовались более
полезные материалы), что стало толчком для развития ветроэнергетики. На
протяжении многих веков парусные корабля участвовали в торговых и военных
операциях.
Именно
благодаря
парусным
кораблям
делались
Великие
Географические открытия.
Впервые ветряные двигатели начались применяться в Китае и в Египте.
Около Александрии до сих пор сохранились остатки ветроэнергетических
установок тех времён (около 2-1 веков до нашей эры).
Средневековье
В VII веке нашей эры появляются ветроустановки в Персии. Тогда
ветродвигатель был простым устройством с вертикальной осью вращения,
которое использовалось для размола зерна. Ветряные мельницы такого типа
получили впоследствии широкое распространение в странах Ближнего Востока.
В X веке ветряные мельницы были появились в Европе благодаря
крестоносцам. В XIII веке ветряные установки появились на Руси.
Ветряные установки повсеместно использовались в Западной Европе,
особенно в Голландии, Дании, Франции, Испании и Англии. Были разработаны
мельницы с горизонтальной осью вращения. Изначально, вместо лопастей были
паруса. Как выяснилось позже, парус - это самый совершенный вид лопастей с
наивысшим
КПД.
Позже
были
разработаны
ветряные
мельницы
с
горизонтальной
осью
вращения,
которые
получили
наибольшее
распространение.
XIV - XIX века
Большой вклад в развитие ветроэнергетики внесли голландцы. Они
первые придумали ветряные мельницы для подъёма воды (ветряные насосы).
Позже ветряные насосы использовались для орошения полей в засушливых
районах
Европы.
В
XIV
веке
голландцы
стали
ведущими
в
усовершенствованиях и разработках, связанных с ветряными установками. В
XIV-XVI веках в Голландии осушили большое количество озёр и болот с
помощью ветряных насосов (это было связано с необходимостью расширения и
осушения территорий). В конце XVI века в Голландии были созданы первая
бумажная фабрика (1586 год) и первая маслобойня (1582 год), где
исполнительные механизмы приводились в движение посредством движения
ветра. В те времена Голландия была самой энергообеспеченной страной. К
концу XIX века в Голландии уже использовались порядка 9 тысяч
ветродвигателей. Разумеется, в эти периоды были усовершенствованы детали
ветроэнергетических установок, придавая им более высокие качества и
увеличивая их производительность.
В России
В России ветряные установки использовались в основном для помола
зерна. До революции их в стране насчитывалось около 200 000, и перемалывали
они более 2 миллиардов пудов зерна в год.
Также заинтересовались возможностью выработки электроэнергии с
помощью ветроустановок: в 1918 году ветряками занялся профессор В.
Залевский, создавший теорию ветряной мельницы и сформулировавший
несколько принципов, которым должна отвечать ветроустановка. В 1925 году
профессор Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя и организовал
отдел ветряных двигателей в Центральном аэрогидродинамическом институте.
Отрасль начала стремительно развиваться, и в 1930-х годах Советский
Союз был «впереди планеты всей» в использовании энергии ветра. Тогда было
освоено
производство
разнообразных
ветроустановок
мощностью
3-4
киловатта, которые выпускались целыми сериями. В 1931 году в СССР
заработала крупнейшая на тот момент в мире сетевая ветроэнергетическая
установка мощностью 100 кВт, вслед за ней на юге страны были установлены
десятки подобных ветрогенераторов. В 1938-м в Крыму развернулось
строительство ветроэлектростанции мощностью 5 МВт. С 1950 по 1955 год
страна производила до 9 тысяч ветроустановок в год единичной мощностью до
30 кВт. В годы освоения целины в Казахстане была сооружена первая
многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизелем, общей
мощностью 400 кВт - прообраз современных европейских ветропарков и систем
«ветро-дизель».
Но использование энергии ветра в крупномасштабной энергетике
оказалось несвоевременным - нефть оставалась сравнительно дешевой,
устойчиво сокращались капитальные вложения в строительство тепловых
электростанций,
развивалась
гидроэнергетика.
В
1960-1980-е
годы
энергетическая отрасль нашей страны была ориентирована на строительство
крупных ТЭС, ГЭС и АЭС: ветряки не выдержали конкуренции с
электроэнергетическими гигантами, объединившимися в единую национальную
сеть, и в конце 1960-х годов их серийное производство было закрыто.
И только к началу 1990-х годов, значительно позже, чем в других странах,
в СССР вернулись к этому вопросу. К работам были привлечены МКБ «Радуга»
Минавиапрома СССР и НПО «Южное» Минобщемаша СССР, которые
организовали в 1990 г. производство ВЭУ мощностью 200, 250 и 1000 кВт.
Проектные институты приступили к созданию первых крупных системных
ветроэлектростанций:
Восточно-Крымской,
Магаданской и Заполярной (в Воркуте).
Ленинградской,
Калмыцкой,
Но события 1990-х годов и вслед за тем разразившийся экономический
кризис остановил работы на этих объектах. Сейчас в России действуют всего
три-четыре десятка небольших ветроэлектростанций, в сумме дающие менее 0,1
% вырабатываемой в стране энергии.
В настоящее время установленная мощность ветроэлектростанций в
России составляет около 13 МВт. Самой мощной на сегодняшний день
считается ветроэлектростанция в Калининградской области, введенная в строй в
2002 году (первая установка - в 1999 г.) и состоящая из 21 установки,
переданной в дар властями Дании. Ее суммарная мощность составляет 5,1 МВт.
2.
6. Исследование ВЭУ с вертикальной осью вращения
месяц
январь
февраль
март
апрель
май
июнь
июль
август
сентябрь
октябрь
ноябрь
декабрь
Я
на
примере
электроэнергии,
своей
чтобы
кВт.ч
400
420
400
380
400
450
400
370
380
350
400
340
семьи
облегчить
хочу
жизнь
рассмотреть,
человека.
сколько
нужно
Стиральные
и
посудомоечные машины дают нам больше свободного времени, искусственное
освещение увеличивает продолжительность активной жизни, компьютеры и
телефоны позволяют общаться на расстоянии.
Расход электроэнергии моей семьи составляет в среднем 400 кВт. ч. в
месяц. (см. таблицу использования электроэнергии в 2011 году).
Расчеты
потребления
электроэнергии
семьёй
из
4-х
человек
с
использованием каменного угля и природного газа:
Необходимо:
Перевод физических величин:
Каменный уголь
Природный газ
Ветроэнергетическая установка
Для того чтобы отказаться от электроэнергии поставляемой ТЕЦ за счёт
использования 160 кг каменного угля или 109
природного газа в месяц
нужно установить ВЭУ приведенную ниже
ВЭУ-30
Мощность генератора номинальная
Скорость ветра номинальная
Коэффициент использования энергии ветра
Выходное напряжение ВЭУ
Выходное напряжение инвертора (квазисинусоида)
Номинальная частота инвертора
Стартовая скорость ветра
Диапазон рабочих скоростей ветра
Максимальная допустимая скорость ветра
Диапазон частоты вращения
Номинальная частота вращения
Количество лопастей
Хорда лопасти (длина по горизонтальному разрезу)
Диаметр ротора (колеса)
Высота ротора
Ометаемая площадь
Высота мачты
Диапазон рабочих температур воздуха
Срок эксплуатации ВЭУ
Период между тех.обслуживанием
30 кВт
10.4 м/с
38%
96-400 В пост.тока
220/110 или 380 В перем.тока
50/60 Гц
3 м/сек
4...45 м/сек
60 м/с
25-65 об/мин
50 об/мин
6
950 мм
9.2 м
12 м
110.4 кв.м
3 х 5.3 м
-50. . . +40 0C
> 20 лет
> 5 лет
ТАБЛИЦА МОЩНОСТИ ВЭУ в зависимости от СКОРОСТИ ВЕТРА (без
учета КПД электроприборов)
СКОРОСТЬ
ВЕТРА, м/сек
МГНОВЕННАЯ
МОЩНОСТЬ, кВт
ДНЕВНАЯ
ВЫРАБОТКА,
кВт-час
МЕСЯЧНАЯ
ВЫРАБОТКА,
кВт-час
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0.6
2
4
7
11
17
25
29
44
57
14
48
96
168
264
408
600
696
1056
1368
430
1440
2880
5040
7920
12240
18000
20880
31680
41040
График мощности ВЭУ-30 в зависимости от скорости ветра
ветроэнергетика экологический атмосфера
7. Требования к площадке
При выборе района монтажа ветроэнергетической установки (ВЭУ)
необходимо иметь в виду то, что ротор ВЭУ начинает вращаться при скорости
ветра не менее 4 м/сек., номинальную мощность ВЭУ выдает при скорости
ветра 10.4 м/сек., а для эффективной работы ВЭУ-3 желательно, чтобы
среднегодовая скорость ветра была не менее 6-7 м/сек.
ИНСТРУКЦИИ ПО ВЫБОРУ МЕСТА УСТАНОВКИ ВЭУ:
-
Определить
розу
ветров
в
данной
местности,
направление
преимущественного ветра и по силе и по времени;
Определить место установки ВЭУ так, чтобы со стороны набегающего
ветрового
потока
(направления
преимущественного
ветра)
на
ВЭУ
отсутствовали препятствия в виде строений, деревьев и пр. на расстоянии не
менее двойной высоты указанных препятствий. В случае, если наличие
препятствий избежать невозможно, высоту мачты ВЭУ необходимо выбрать
такой, чтобы нижние кромки лопастей ротора были на 3-5 метров выше этих
препятствий;
Расстояние от поверхности земли до нижней вращающейся части ВЭУ не
должно быть меньше 5 метров;
Мачта ВЭУ должна быть огорожена изгородью высотой не менее 2,5
метра для создания зоны отчуждения. Радиус изгороди должен быть на 5 метров
больше радиуса ротора, размещенного на мачте;
В случае установки нескольких ВЭУ на ограниченной территории
расстояние между осями ВЭУ рекомендуется не менее 10 диаметров их
роторов, если они установлены не по фронту к преимущественному ветру, и на
расстоянии двух диаметров, если ВЭУ установлены по фронту к ветровому
потоку. Если ВЭУ в ветропарке расположены на разной высоте, решение
принимается в каждом случае индивидуально.
Монтаж фундамента в мерзлоте, на болотистой местности и в других
суровых условиях может производиться на сваях.
Требования
к
площадке
находятся
в
стадии
согласования
с
Госстандартом.
Методические указания по проведению изыскательских работ скачать
здесь.
Схему фундаментных работ скачать здесь.
Заглубление фундамента в грунте:
под центральной анкерной рамой - 1.5 м
под растяжками - 2 м
Окончательное решение о возможности установки ВЭУ на конкретной
территории выносит местная компетентная организация после изучения
данного грунта.
ТИПИЧНЫЕ ДЕЙСТВИЯ ПРИ УСТАНОВКЕ ВЭУ:
- После размещения заказа или по дополнительной договоренности
менеджер монтирующей организации проводит рекогносцировку местности
(наличие удовлетворительной площадки, возможность монтажа фундамента,
системы подъезда транспорта, дальность от потребителя и т.д.);
Строительная команда (3-5 чел) выезжает для подготовки фундамента для
мачты и растяжек (в случае мачты-трубы). Как правило, после заливки бетона
необходима выдержка 1-2 месяца в летнее время и 2-3 месяца в зимнее время
для осадки фундамента;
Монтажная команда (7-10 чел) выезжает с краном или специальным
монтажным приспособлением (для труднодоступных мест) и производит
монтаж ВЭУ и предэксплуатационную балансировку ротора. Прокладывает
проводящие линии, подключает электрооборудование в соответствии с
оформленным заказом потребителя. В случае подключения ВЭУ к местным
линиям
электропередач
необходимо
заключение
(разрешение)
местной
энергокомпании.
Подготовительные работы и монтаж не входят в стоимость ВЭУ и
составляют ориентировочно 5-10% от ее стоимости в зависимости от сложности
производимых работ. В случае монтажа ветро-парка подключение сложного
коммутационного
оборудования
квалифицированных электриков.
проводится
отдельной
командой
Каждый работник, работающий с электрооборудованием или на высотном
монтаже, должен иметь соответствующую квалификацию (образование,
сертификат и/или лицензию), действительную для данного региона монтажа.
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Примерные затраты материалов и стоимость работ на подготовку
среднего фундамента в теплое время года в усредненном грунте (относительно
плоская поверхность глиняно-скальных пород) составляют 1-2% от стоимости
ВЭУ:
- Бетон М75, 10-15 куб.м (25000 руб)
- Арматура Д15, 0.5 тн (1300 руб)
- Анкерные болты 8х40 мм, 48 шт (8000 руб)
Работа (25000 руб)
МОНТАЖ
Стоимость монтажа ВЭУ зависит от многих факторов (удаленность
объекта, ландшафт, наличие сильного ветра (порывы свыше 10 м/с), наличие
или отсутствие крана, время года, погода, накладные расходы монтирующей
организации, высота мачты, количество подключаемого электроооборудования
и т.д.) и составляет ориентировочно 3-4% от стоимости ветроэнергетической
установки.
Ветроустановка
является
источником
повышенной
опасности
как
электроприбор, а также как высокоскоростной объект, от которого при
вращении в случае поломки может отделиться деталь конструкции.
В соответствии с требованиями электробезопасности необходимо наличие
на ВЭУ молниеотвода и заземления в соответствии с ГОСТ "Электроустановки
зданий", Часть 4 "Требования по обеспечению безопасности", Гл.44 Защита от
перенапряжений, раздел 443 "Защита электроустановок от грозовых и
коммутационных
перенапряжений".
Между
сегментами
мачты
должны
устанавливаться перемычки для свободного прохождения разряда в случае
удара молнией.
В
случае
размещения
ВЭУ
на
поверхности
земли
необходимо
предусмотреть зону отчуждения в соответствии с ГОСТами и другими
требованиями. В случае размещения ВЭУ на здании или сооружении
необходимо
предусмотреть
дополнительную
защиту
(экраны)
для
предотвращения разлетания лопастей в случае поломки ротора ветроустановки.
ПРИМЕНИМЫЕ ГОСТы по ветроэнергетике (официально рецензированы
ООО "ГРЦ-Вертикаль"):
. ГОСТ 51237-98. Государственный стандарт Российской Федерации.
Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения.
. ГОСТ 51990-2002. Государственный стандарт Российской Федерации.
Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Классификация.
. ГОСТ 51991-2002. Государственный стандарт Российской Федерации.
Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Общие технические требования
. Стандарт организации «Российское открытое акционерное общество
энергетики
и
электростанции.
электрификации
«ЕЭС
Ветроэлектростанции.
РОССИИ»».
Организация
Нетрадиционные
эксплуатации
и
технического обслуживания. Нормы и требования.
. Стандарт организации «Российское открытое акционерное общество
энергетики и электрификации «ЕЭС РОССИИ»». Ветроэлектростанции.
Условия создания. Нормы и требования.
. Национальный стандарт Российской Федерации (МЭК 61400-1).
Установки электрические ветровые. Требования к конструкции.
ОБСЛУЖИВАНИЕ
После монтажа ВЭУ необходимо провести регламентные работы по
проверке натяжения растяжек, отсутствию вибрации и шумов, надежности
креплений, безопасности электрических соединений:
непосредственно после монтажа;
через 1 месяц (а в случае сильных ветров ранее);
через 1 квартал;
далее не реже одного раза в год;
через
5
лет
эксплуатации
желателен
тщательный
осмотр
ВЭУ
специалистом;
через 20 лет эксплуатации желательна замена лопастей, подшипников,
растяжек.
Список использованных источников
1. Безруких, П.П. Использование возобновляемых источников энер¬гии в
России // Информационный бюллетень "Возобновляемая энергия". М.:
Интерсоларцентр, 1997. №1.
. Д. де Рензо, В. В. Зубарев Ветроэнергетика. Москва. Энергоатомиздат, 1982
. Фатеев, Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. М.: Сельхозиз-дат, 1948
. Фатеев, Е. М. Вопросы ветроэнергетики. Сборник статей. Издательство АН
СССР, 1959
. Федотов, В.Е., Харитонов В.П. Унифицированная ветроэлектрическая
установка // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1971. №7.
.Агеев, В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии
.Андрианов, В.Н., Быстрицкий Д.Н., Вашкевич К.П., Секторов В.Р.
Ветроэлектрические станции
.Советский энциклопедический словарь, издательство «Советская
энциклопедия», Москва 1980 г.
.Рекомендации по применению ветроэнергетических установок в сельском
хозяйстве. М.: Колос, 1972 г.
.Журнал "Академия Энергетики"
.Сайт: http://www.e-vid.ru/index-m-192-p-63-article-28537-print-1.htm
.Сайт: www.tv4tv.ru
.Сайт: www.wikipedia.ru
.http://all-ebooks.com
.http://www.domouprav.ru
.http://www.src-vertical.com/production/windturbines/
.http://i-eco-energy.com/menus/view/182/