Пути расширения использования альтернативных источников энергии: ветра

НА ТЕМУ: « Пути расширения использования альтернативных источников энергии: ветра»

Содержание

Введение__________________________________________________3

Ветер как источник энергии_____________________________________4

Ветроэнергетические установки_______________________________7

Недостатки ВЭУ______________________________________________10

Заключение________________________________________________11

Список литературы____________________________________________12

11

Введение.

Электроэнергетика - одна из ключевых отраслей страны, ей принадлежит определяющая роль в энергоснабжении всего народного хозяйства и населения. Ее опережающее развитие способствует росту технического прогресса во всех сферах деятельности человека, а также обуславливает улучшение экологических характеристик хозяйственных структур, предоставляя обществу возможность пользоваться экологически чистым видом энергии, обеспечивая человеку комфортные условия и укрепляя социальную устойчивость. Вместе с тем электроэнергетическое производство может оказывать существенное влияние на окружающую среду посредством выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в атмосферу, водные бассейны, почву, а также за счет вовлечения больших площадей в строительство энергообъектов и энергосооружений (водохранилищ, золошлакоотводов, шламоотводов и др.). Указанное влияние обусловлено технологическими особенностями электроэнергетического производства и не может быть полностью исключено, однако уменьшение негативного влияния энергообъектов на окружающую среду является  настоятельной задачей инженеров, ученых и специалистов, работающих в этой отрасли

Ветер как источник энергии

Ветер, как и движущаяся вода, являются древними источниками энергии. В течение нескольких столетий эти источники использовались как механические на  мельницах, пилорамах, в системах подачи воды к местам потребления и т.п. Они же использовались и для получения электрической энергии, хотя доля ветра в этом отношении оставалась крайне незначительной.

Интерес к использованию ветра для получения электроэнергии оживился в последние годы. К настоящему времени испытаны ветродвигатели различной мощности, вплоть до гигантских. Сделаны выводы, что в районах с интенсивным движением воздуха ветроустановки вполне могут обеспечивать энергией местные потребности. Оправдано использование ветротурбин для обслуживания отдельных объектов (жилых домов, неэнергоемких производств и т.п.). Вместе с тем стало очевидным, что гигантские ветроустановки пока не оправдывают себя вследствие дороговизны сооружений, сильных вибраций, шумов, быстрого выхода из строя. Более экономичны комплексы из небольших ветротурбин, объединяемых в одну систему.

Важнейшей характеристикой, определяющей энергетическую ценность ветра, является его скорость. В силу ряда метеорологических факторов (возмущения атмосферы, изменения солнечной активности, количества тепловой энергии, поступающей на Землю, и др.), а также вследствие влияния рельефных условий непрерывная длительность ветра в данной местности, его скорость и направление изменяются по случайному закону. Поэтому мощность, которую способна выработать ветроустановка в различные периоды времени, можно предсказать с малой вероятностью. В то же время суммарная выработка агрегата, особенно за длительный промежуток времени, рассчитывается с высоким уровнем достоверности, так как средняя скорость ветра и частота распределения в течение года или сезона изменяются мало.

Уровень развития ветроэнергетики и применение ветроэнергетических агрегатов зависит прежде всего от технических и эксплутационных параметров и экономической эффективности ветродвигателей и ветроустановок.

Ветроэнергетический агрегат (ВЭА) – это система, состоящая из ветродвигателя, одной или нескольких рабочих машин (генератора, насоса, компрессора и т. д.), служащих для выработки определенного вида энергии (например, электрической) и (или) для выполнения заданного процесса (подъема воды, сжатия воздуха, размола зерна и др.). Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) представляет собой комплекс технических устройств, в который входят ветроагрегат и, в зависимости от схемы, аккумулирующее или резервирующее устройство, двигатель, дублирующее мощность ветродвигателя, системы автоматического управления и регулирования режимов работы установки и ее элементов.

Поскольку на «добычу» и транспортировку энергии ветра затраты не производится, часто говорят, что ветер является «даровым» энергетическим источником. Бытует мнение, что энергия, получаемая с помощью ветродвигателя, тоже дешевая и даже практически «даровая». Это далеко не так. Нужно очень хорошо знать условие, чтобы определить, где и для каких целей выгодно использовать энергию ветра и когда целесообразнее и экономичнее применить энергетические установки других типов. При этом необходимо наиболее полно учесть требования потребителей, особенности ветра как энергоисточника, режимы работы ветроустановки и качество производимой энергии. Только комплексное рассмотрение всех факторов дает объективные результаты, на основании которых можно судить об экономической целесообразности и технических возможностях применения в конкретных условиях той или иной ветроэнергетической установки.

Одна из характерных особенностей ветра как энергетического источника  заключается в его непостоянстве, которое обусловлено большой изменчивостью скорости. Это приводит к значительному изменению кинетической энергии ветрового потока даже в течение относительно малых промежутков времени - от нулевой энергии при штиле до существенно превышающей расчетную в периоды бурь и ураганов. Отсюда непостоянство мощности, развиваемой ВЭУ. Поэтому, чтобы при определенных скоростях ветра сохранить мощность ветроагрегата почти неизменной, предохранить его от перегрузок, обеспечить заданную частоту вращения ветроколеса и присоединенных к ветродвигателю рабочих машин, приходится применять автоматические системы регулирования или ограничения мощности или частоты вращения.

В США сооружена ветроэлектростанция на базе объединения большого числа  мелких ветротурбин мощностью около 1500 МВт (примерно 1,5 АЭС). Широко ведутся работы по использованию энергии ветра в Канаде, Нидерландах, Дании, Швеции, Германии и других странах. Кроме неисчерпаемости ресурса и высокой экологичности производства, к достоинствам ветротурбин относится невысокая стоимость получаемой на них энергии. Она здесь в 2-3 раза ниже, чем на ТЭС и АЭС.

11

Ветроэнергетические установки

Ветроэнергетика является одним из наиболее динамично развивающихся направлений использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Динамика роста суммарной установленной мощности ветроэнергетических установок (ВЭУ) в мире и Европе за период с 1990 – 2006 г.г. показана на рисунке 1, ежегодный прирост мощности на рисунке 2,а установленная мощность ВЭУ в различных регионах  мира по данным на конец 2000 г. и прогноз на 2010 г.- на рисунке 3. При составление этого  прогноза принимались во внимание многие факторы, в том числе:

Рис.1 Динамика роста суммарной установленной мощности ВЭУ

Рис.2 Ежегодный прирост мощности ВЭУ

Рис. 3 Установленная мощность ВЭУ на конец 2000 г. и прогноз ее увеличения в 2010 г.

1.      национальные планы по энергетики и по поддержке ВИЭ;

2.      современная динамика развития ветроэнергетики;

3.      оценка ветровых ресурсов и возможности их использования;

4.      развитие технологий.

В 2000 г. в мире установленная мощность ВЭУ увеличилась на 14,6 % по сравнению с 1999 г., 86 % этих вновь установленных мощностей приходилось на Европу. По экспертным оценкам в ближайшем будущем Европа будет оставаться бесспорным мировым лидером в области ветроэнергетики. По крайне мере, до 2010 г. ее вклад в общую установленную мощность ВЭУ в мире будет составлять порядка 70 %; 90% производителей ВЭУ с общим оборотом капитала более 1 млрд. евро  находится в странах ЕС.

Разработкой модернизированных ВЭУ  занимаются фирмы: Nordex (Дания), Vestas (Дания).Типичная конструкция современной ВЭУ приведена на рисунке 4.

Рис. 4 Типичная конструкция современной ВЭУ

11

Недостатки ВЭУ

Сетевые неполадки и, соответственно, отключения ВЭУ от сети приводили к вынужденному простою ВЭУ и к невыработке электроэнергии, однако не приводили к необходимости проведения ремонтных работ на самих ВЭУ.

Аварии, вызванные ураганом,  связаны с перегрузками, превышением допустимой частоты вращения, вибрацией. Ликвидация последствий этих аварий как правило, является маслозащитной.

Аварии, сопряженные с повреждениями, вызванными молнией, связаны главным образом с перенапряжением, возникающим в сети, а не с прямым попаданием молнии в ВЭУ.

Обледенение ВЭУ приводит к уменьшению производства электроэнергии, простоям, увеличению усталостных явлений.

Аварийные ситуации, вызванные обледенением, возникают, как правило, в период с октября до марта, а в горных районах – до мая. Финансовые потери от простоев, вызванные обледенением, оказываются ощутимыми, так как эти простои возникают именно в те месяцы, когда ветровые условия наиболее благоприятны для выработки электроэнергии. Время простоя в зарегистрированных случаях колеблется от нескольких часов до нескольких недель.

11

Заключение

ВЭУ пока  является не конкурентом для, атомных, гидро- и теплоэлектростанций. Средняя АЭС (1,3 ГВт) в четыре с лишним раз мощнее крупнейшей в мире ВЭУ. Впрочем, в последнее время положение начинает меняться. За 20 лет стоимость 1 кВт*ч электроэнергии, полученной с помощью ВЭУ, снизилась с 0,4 до 0,05 долл. И вплотную приблизилась к стоимости электричества, добываемого за счет сжигания нефти, газа, угля и использования ядерной энергии. Стоимость самих ВЭУ сегодня составляет около 1 долл./ Вт, что сопоставимо с удельной стоимостью АЭС. По этому показателю ВЭУ уступает пока лишь ТЭС на природном газе (0,6 долл./Вт). Однако в отличие от газа ветер пока дует бесплатно. И перед ядерной у ветровой энергетики большое преимущество: нет проблем, связанных с хранением и переработкой ОЯТ.

Экологически чистая энергетика, которая, казалось бы, должна горячо приветствоваться в обществе, на деле все еще встречает серьезное противодействие. К примеру, в США разгорается конфликт между компанией Cape Wind Associated, производящей ВЭУ, и жителями штата Массачусетс. Компания разработала проект ВЭУ, адаптированных к местным условиям, однако жители остались им не довольны – вращающиеся лопасти шумят и уродуют пейзаж. Время от времени появляются публикации, в которых говорится о том, что ВЭУ небезопасны для окружающей среды. Так, орнитологи Калифорнийского университета, несколько лет изучающие золотых орлов (вид, находящийся на грани исчезновения), установили, что эти птицы часто гибнут от удара о лопасти ВЭУ.

Несмотря на плюсы и минусы ВЭУ с каждым годом завоевывает все больше «места под солнцем» на любом из континентов.

Список литературы

1.      Экология энергетики: Учебное пособие / Под общей редакцией В.Я. Путилова. М.: Издательство МЭИ, 2003. – 716 с.: ил.

2.      Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная: Учебник для студентов высших учебных заведений. Пособие для учителей. – М.: Агар,2000. – 424 с.

3.      Берковский Б.М., Кузьминов В.А. Возобновляемые источники энергии на службе человека.- М.:Наука, 1987.-128 с.,ил.-(Серия «Наука и технический прогресс»).

4.      Экология и жизнь: Научно-популярный журнал, статья подготовленная Ю.Н. Елдышевым. «Деньги, «брошенные на ветер», не пропадают..» :.М.:,4(33)’2003.-81 с.

5.      Большой советский словарь ТОМ 5

11