Введение
Потребление энергии, а вместе с ним и ее стоимость увеличиваются во всем мире, и наша страна здесь не исключение. Но ресурсы планеты начинают истощаться, и всё большую тревогу вызывают экологические проблемы.Вот почему постоянно растет интерес к нетрадиционным, экологически чистым источникам энергии – ветру, солнцу, волнам.
В данной работе рассматриваются ветроэнергетические установки малой мощности. Анализируется опыт их эксплуатации, технические характеристики, экономичность и удобство. На основе этого делается вывод о преимуществах использования таких установок в некоторых отраслях и удаленных местностях.
Описываются перспективы и возможности применения ветроэнергетических установок малой мощности в России, а так же успешный опыт реализации подобных проектов другими странами.
Энергию приносит ветер
Острую нехватку энергии испытывают фермеры, садоводы, вахтовики, геологи, животноводы. Да и в относительно благополучных с точки зрения энергоснабжения районах все обстоит далеко не лучшим образом. Отключения электричества из-за природных катаклизмов, кризиса неплатежей и просто краж проводов становятся - увы - привычным явлением. Если к тому же вспомнить о том, что, по данным МЧС, 80% высоковольтных линий электропередачи в стране предельно изношены, ситуация представится совсем невеселой. А мы уже давно привыкли жить в освещенных домах, смотреть телевизор, пользоваться холодильником, компьютером и прочими бытовыми приборами, поэтому даже кратковременное отключение электроэнергии воспринимаем как маленькую, но все же самую настоящую катастрофу.
Сколько нам нужно энергии?
На состоявшейся в мае 2003 года 3-й Международной научно-технической конференции “Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве” прозвучали весьма тревожные слова. “В сельской электрификации России начиная с 1990 года происходят разрушительные процессы. Сельские электросети пришли в негодность,… обслуживание ликвидировано,… перерывы в электроснабжении увеличились,… тарифы непомерно возросли,… администрацией РАО ЕЭС не только отменен льготный тариф для сельхозпроизводственных электропотребителей, но во многих регионах устанавливаются тарифы на 20-30% выше, чем для промышленных потребителей и городского населения, инвестиции отсутствуют,… в то же время потребность в быту и в личных хозяйствах возросла. Ищется альтернатива в электроснабжении” (из выступления академика Российской сельскохозяйственной академии И. Ф. Бородина).
Около 30% фермерских хозяйств и 20% садово-огородных участков в России вообще не подключены к электрическим сетям. Строительство новых линий электропередач для снабжения отдаленных изолированных потребителей ведется крайне медленно из-за хронической нехватки средств, а дизельные генераторы часто функционируют неэффективно, да к тому же они требуют регулярного и квалифицированного обслуживания, моторное топливо стоит все дороже, его доставка недостаточно надежна и экономична…
Между тем подсчитана средняя “энергетическая корзина” сельского жителя, к которым, по меньшей мере, в летний период, вполне можно причислить и владельцев дачных коттеджей. Она составляет 115 киловатт-часов месяц. Цифра взята не с потолка, а складывается из требований обеспечения так называемого “интеллектуального быта”. Это освещение, радио, телевидение, бытовой холодильник, электробритва, кипятильник, мелкий бытовой электроинструмент, компьютер, огородный насос. Не забудем и то, что за последнее время появилось много бытовой техники, работающей от встроенных аккумуляторов, которые необходимо периодически подзаряжать: фонарики, мобильные телефоны, те же электробритвы, электроинструмент и др.
Конечно, зимой энергии потребуется больше - дом нужно отапливать. Но поскольку традиция печного отопления в России не только не устаревает, но и переживает своеобразное возрождение в виде появления новых конструкций сверхэкономичных печей, а недостатка в дровах нет, дополнительного расхода электричества тут не предвидится. Так где же взять этот самый необходимый минимум? Одна из возможностей – ветроэнергетика малой и сверхмалой мощности.
ВЭУММ: малые – не значит маленькие
Современные ветроэнергетические установки делятся на два класса: мощные, в сотни тысяч киловатт, называются сетевыми потому, что при безветрии обеспечение потребителя энергией идет из сети; и автономные, работающие в паре с аккумулятором. Как правило, мощность автономных установок не превышает 5-10 кВт. Они называются: ветроэлектрические установки малой мощности (ВЭУММ).
На этот уникальный класс ветроэлектрических установок обратил внимание немецкий ученый и практик Хайнц Шульц. Он и ввел термин “Kleine Windkraftanlage” “малые ветроэнергетические установки”.
Считается, что в областях со среднегодовыми скоростями ветра менее 4 м/с использование энергии ветра невыгодно. Однако это утверждение не распространяется на малые легко разгоняемые ветросиловые установки для зарядки батарей и многолепестковые установки для водоподъема. Заселение американских и австралийских внутренних территорий, где большинство областей имеют среднегодовые скорости ветра менее 2 м/с, было бы без них невозможно”.
ВЭУММ просты и дешевы в монтаже, эксплуатации и ремонте, экологичны, не требуют при работе практически никакого обслуживания, периодической подстройки и др. Пара ветродвигатель-генератор вполне обходится без редуктора, что еще более упрощает и удешевляет конструкцию, повышает ее надежность.
Таким комплексным набором важнейших свойств не обладает ни один класс нетрадиционных энергетических установок. Причем энергоснабжение они могут обеспечить в регионах со средней скоростью ветра всего 3-5 м/с. Фактически обладатель ВЭУММ приобретает почти полную независимость как от традиционных производителей энергии, так и от природных явлений.
По сравнению с Европой и США ветроустановок в нашей стране выпускается намного меньше. Возможно, здесь сказывается недостаточная информированность потенциальных потребителей или относительная дешевизна жидкого топлива, однако изготовители ветровых генераторов в стране есть, и их продукция по качеству не уступает зарубежной. По конструктивным признакам выпускаемые установки делятся на две группы. К первой относятся установки мощностью до 1000 Вт. В качестве примера можно привести семейство установок, выпускаемых Санкт-петербургским предприятием ФГУП ЦНИИ “Электроприбор”. Это мобильные устройства с трехлопастным ветровым колесом диаметром 1,5 или 2,2 метра, монтаж которых настолько прост, что справиться с ним потребитель способен самостоятельно. В упакованном виде установка (без аккумулятора) размещается в двух ящиках общей массой 50 кг.
Рис.1.Примеры и внешний вид ВЭУММ.
Установка имеет оригинальную флюгерную систему, которая постоянно ориентирует ветроколесо на ветер и одновременно защищает устройство от слишком большого ветрового давления. Как всякий обычный ветряк, в горизонтальной плоскости флюгер под действием ветра способен поворачиваться в обе стороны на несколько оборотов. Когда ветер прекращается, специальная пружина возвращает его в исходное положение, не позволяя закручиваться кабелю, с помощью которого осуществляется съем энергии. Кроме того, генератор вместе с ветровым колесом способен поворачиваться и в вертикальной плоскости. Если ветер становится слишком силен и угрожает повредить установку, колесо с генератором поворачивается вокруг горизонтальной оси, оптимизируя ветровой напор, вплоть до угла 900, когда лопасти встают параллельно воздушному потоку.
Установки второй группы (УВЭ 1000 и УВЭ 1500) близки к стационарным. Пятилопастное ветроколесо диаметром 3,3 м монтируется на сборной мачте из труб со стальными растяжками. Мачта требует устройства фундамента и специальных приспособлений для монтажа и демонтажа. Для защиты от сильных ветров используется иное решение. Генератор установлен на поворотном подшипнике несимметрично. Когда ветровое давление усиливается, корпус генератора начинает парусить, разворачивая ветровое колесо в горизонтальной плоскости. Ветер стихает - и пружина флюгера возвращает колесо в прежнее положение.
Стоит отметить и то обстоятельство, что если удельная стоимость зарубежных европейских аналогов ВЭУММ диапазона номинальной мощности до 5 кВт составляет от 1,4 до 6,4 евро за ватт, то аналогичный показатель для большинства российских ветроустановок втрое ниже.
Переход в энергетическую область ВЭУ средней мощности достаточно просто осуществить путем создания энергетических комплексов (ЭК), состоящих из нескольких установок (5-10 единиц). Суммирование мощностей осуществляется на едином аккумуляторе. Хотя такой комплекс не разместить на шести дачных сотках, площадь все же он займет небольшую. Номинальная мощность ЭК может быть доведена до 10-15 кВт, пиковая мощность – до 20-25 кВт, выработка - до 1800 кВт.ч/мес., зато стоимость изготовления снижается в 3-4 раза.
Подобный комплекс способен полностью обеспечить энергией не то что крупное фермерское хозяйство или небольшой поселок. Следует отметить, что в этом случае нужно обеспечить резерв мощности в виде дизельной электростанции.
Благодаря своим поистине уникальным эксплуатационным свойствам и техническим характеристикам ВЭУММ способны отнюдь не только на обеспечение быта сельского и дачного дома. Они могут быть альтернативой в решении задачи обеспечения энергией самых различных автономных станций: навигационных, радиорелейных, метеорологических, обслуживающих нефтегазопроводы и др.
Множество таких станций находится в труднодоступных районах на значительном удалении человеческого жилья - на побережье Северного Ледовитого океана, в тайге и тундре, куда и доставить-то необходимое оборудование представляет немалую проблему.
Постепенно многие станции переводились на автоматический режим, но проблема их энергообеспечения до сих пор стоит достаточно остро. Требуется не только снизить затраты на их содержание и обслуживание, но и гарантировать надежность работы. Для этих целей подходят ВУЭММ. Они просты и надежны при изготовлении, эксплуатации, транспортировке, монтаже, ремонте. Наконец, по сравнению с любым иным источником энергии чрезвычайно дешевы.
Заключение
В реферате представлена одна из возможностей решения проблемы, связанной с энергообеспечением сельского хозяйства или частных владений, за счет применения ветроэнергетических установок. Такие установки могут стать альтернативой традиционным способам энергоснабжения указанных объектов.
Литература
Солоницын А. Второе пришествие ветроэнергетики // “Наука и жизнь”, 2004, № 3.
Heinz Schulz. “Kleine Windkraftanlage” Technik. Erfahrungen. Mebergebnisse. Okobuch Verlag, Staufen, 1993.
Фатеев Е. М. Ветродвигатели.- М.: ГИНТИ машиностроительной литературы, 1962.
www.elektropribor.spb.ru/rufrset.
Энергия ветра - это кинетическая энергия
движущегося воздуха.
Энергию ветра относят к неисчерпаемым видам
энергии, так как она является следствием активности
Солнца.
Ветроэнергетика - отрасль энергетики,
специализирующаяся на преобразовании
кинетической энергии воздушных масс в атмосфере
в электрическую, механическую, тепловую или в
любую другую форму энергии, удобную для
использования в народном хозяйстве.
такими агрегатами, как ветрогенератор (для
получения электрической энергии)Ветряная мельница (для преобразования в
механическую энергию)Парус (для использования в транспорте)Ветроэнергетика является бурно развивающейся
отраслью. К началу 2016 года общая установленная
мощность всех ветрогенераторов составила 432
гигаватта и, таким образом, превзошла суммарную
установленную мощность атомной энергетики.
Крупные ветряные электростанции включаются в
общую сеть, более мелкие используются для снабжения
электричеством удалённых районов. В отличие от
ископаемого топлива, энергия ветра неисчерпаема,
повсеместно доступна и более экологична.
Технический потенциал ветровой энергии России
оценивается свыше
50000 млрд кВт ⋅ч/год.
Экономический потенциал составляет примерно 260
млрд кВт⋅ч/год, то есть около 30% производства
электроэнергии всеми электростанциями России.Наиболее перспективным эксперты считают развитие в
Крыму ветроэнергетики. Кроме уникальных природноклиматических особенностей, развитие в Крыму
ветроэнергетики возможно в связи с наличием
свободных земельных площадей, пригодных для
размещения ВЭС, а также из-за высоких экологических
требований к энергопроизводящим и
топливопотребляющим объектам, связанных с
развитием в регионе индустрии отдыха и туризма. По
мнению экспертов, использование ветровой энергии на
территории Крыма возможно по двум основным
направлениям. Во-первых, это строительство ВЭС
мощностью более 100 кВт, которые будут работать
параллельно с общей энергосистемой. Во-вторых,
строительство ветроустановок небольшой мощности
для обеспечения энергией отдельных объектов (ферм,
жилых зданий и других).Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает
ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2 и 4
тонн оксидов азота.Ветрогенераторы изымают часть кинетической
энергии движущихся воздушных масс, что
приводит к снижению скорости их движения. При
массовом использовании ветряков (например, в
Европе) это замедление теоретически может
оказывать заметное влияние на локальные (и даже
глобальные) климатические условия местности.Согласно моделированию Стэндфордского
университета, большие оффшорные
ветроэлектростанции могут существенно ослабить
ураганы, уменьшая экономический ущерб от их
воздействия.В непосредственной близости от ветрогенератора у
оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной
ветроустановки может превышать 100 дБ.
Как правило, жилые дома располагаются на
расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На
таком расстоянии вклад ветроустановки в
инфразвуковые колебания уже не может быть
выделен из фоновых колебаний.В отличие от традиционных тепловых
электростанций, ветряные электростанции не
используют воду, что позволяет существенно
снизить нагрузку на водные ресурсы.Запасы энергии ветра более чем в сто раз
превышают запасы гидроэнергии всех рек
планеты.Мощность высотных потоков ветра (на высоте 7-14
км) примерно в 10-15 раз выше, чем приземных.
Эти потоки обладают постоянством, почти не
меняясь в течение года. Возможно использование
потоков, расположенных даже над
густонаселёнными территориями (например -
городами), без ущерба для хозяйственной
деятельности.Ветряные генераторы в процессе эксплуатации не
потребляют ископаемого топлива. Работа
ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет
позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля
или 92 тыс. баррелей нефти.Себестоимость электричества, производимого
ветрогенераторами, зависит от скорости ветра.
При удвоении установленных мощностей
ветрогенерации себестоимость производимого
электричества падает на 15 %.Небольшие единичные ветроустановки могут
иметь проблемы с сетевой инфраструктурой,
поскольку стоимость линии электропередачи и
распределительного устройства для подключения к
энергосистеме могут оказаться слишком
большими.
В настоящее время наиболее экономически
целесообразно получение с помощью
ветрогенераторов не электрической энергии
промышленного качества, а постоянного или
переменного тока (переменной частоты) с
последующим преобразованием его с помощью
ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения
горячей воды.Мною был сделан ветрогенератор.Ветрогенератор состоит из двигателя постоянного
тока. Он подключен к измерительному прибору
(миллиаперметру). На электромотор надеты
лопасти.
При попадании потоков воздуха на лопасти,
приводиться в движения ротор двигателя, в
результате чего в катушках индуктивности
вырабатывается электрический ток.
При вращении стрелка прибора двигалась, а
значит, фиксировалось изменение напряжения.
Это говорит о том что изделие вырабатывает
электроэнергию.Под термином «ветроэнергетика» подразумевают
отрасль энергетики, которая специализируется на
преобразовании кинетической энергии воздушных
масс в атмосфере в электрическую, механическую,
тепловую или в любую другую форму энергии,
удобную для использования в народном хозяйстве.
Ветроэнергетика является нерегулируемым
источником энергии. Выработка
ветроэлектростанции зависит от силы ветра -
фактора, отличающегося большим
непостоянством. Соответственно, выдача
электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему
отличается большой неравномерностьюБольшинство потенциальных преград для
использования этого вида энергии чрезмерно
пропагандируются как недостатки, которые делают
невозможным ее развитие. По сравнению с вредом,
причиняемым традиционными источниками
энергии, они незначительны:1. Высокие инвестиционные затраты - они имеют тенденцию к
снижению в связи с новыми разработками и технологиями.
Также стоимость энергии из ветра постоянно снижается.
2. Изменчивость мощности во времени - производство
электроэнергии зависит, к сожалению, от силы ветра, на
которую человек не может повлиять.
3. Шум – исследования шума, выполненные с использованием
новейшего диагностического оборудования, не подтверждают
негативного влияния ветряных турбин. Даже на расстоянии 3040 м от работающей станции, шум достигает уровня шума фона,
то есть уровня среды обитания.
4. Угроза для птиц - в соответствии с последними
исследованиями, вероятность столкновения лопастей ветряка с
птицами не больше, чем в случае столкновения птицы с
высоковольтными линиями традиционной энергетики.
5. Возможность искажения приема сигнала телевидения незначительна.
6. Изменения в ландшафте.
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.
Подобные документы
История использования и современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра. Перспективы развития ветроэнергетики в мире, экономические и экологические аспекты, себестоимость электроэнергии. Проект "Джунгарские ворота" в Казахстане, его цель.
реферат, добавлен 01.03.2011
История использования энергии ветра; современные методы генерации электроэнергии. Малая ветроэнергетика в России: экономические и экологические аспекты. Ветряные электростанции Германии; поставщики ветрогенераторов. Потенциал ветроэнергетики Китая.
реферат, добавлен 15.06.2013
История использования энергии ветра. Современные методы генерации электроэнергии, конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения. Мировые мощности ветряной энергетики, проблемы, экологические аспекты и перспективы развития.
реферат, добавлен 21.11.2010
Ветер как источник энергии. Выработка энергии ветрогенератором. Скорость ветра как важный фактор, влияющий на количество вырабатываемой энергии. Ветроэнергетические установки. Зависимость использования энергии ветра от быстроходности ветроколеса.
реферат, добавлен 26.12.2011
Применение ветровых генераторов для производства электроэнергии, их виды, преимущества как альтернативных электростанций, недостатки. Оборудование для преобразования кинетической энергии ветра в механическую; инфраструктура и ресурсы ветроэнергетики.
презентация, добавлен 30.11.2011
Современные методы генерации и использование электричества из энергии ветра. Экономические и экологические аспекты ветроэнергетики, перспективы развития в РФ. Моделирование систем электроснабжения на базе дизель-генератора и ветроэлектрической установки.
дипломная работа, добавлен 29.07.2012
Классификация альтернативных источников энергии. Возможности использования альтернативных источников энергии в России. Энергия ветра (ветровая энергетика). Малая гидроэнергетика, солнечная энергия. Использование энергии биомассы в энергетических целях.
курсовая работа, добавлен 30.07.2012
Основные виды альтернативной энергии. Биоэнергетика, энергия ветра, Солнца, приливов и отливов, океанов. Перспективные способы получения энергии. Совокупная мощность ветроэлектростанций Китая, Индии и США. Доля альтернативной энергетики в России.
презентация, добавлен 25.05.2016
Преобразованная энергия солнечного излучения. Потенциал и перспектива использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Выработка электроэнергии с помощью ветра. Ветроэнергетика в Украине. Развитие нетрадиционной энергетики Крыма.
реферат, добавлен 20.01.2011
Использование возобновляемых источников энергии, их потенциал, виды. Применение геотермальных ресурсов; создание солнечных батарей; биотопливо. Энергия Мирового океана: волны, приливы и отливы. Экономическая эффективность использования энергии ветра.
В 2010 году суммарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 196,6 ГВт. Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов. В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44 % установленных ветряных электростанций, в Азии - 31 %, в Северной Америке - 22 %. В 2007 году ветряные электростанции Германии произвели 6,2 % от всей произведённой в Германии электроэнергии. В 2009 году 19,3 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра. В 2009 году в Китае ветряные электростанции вырабатывали около 1,3 % суммарной выработки электроэнергии в стране. В КНР с 2006 года действует закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагается, что к 2020 году мощности ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт. Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20 % электроэнергии. 22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8 % всей электроэнергии страны.
