Ветровые ЭС

Высокой стоимости аккумуляторных батарей — около 25 % стоимости установки (используются в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети)

Для обеспечения надёжного электроснабжения к такой установке иногда добавляют дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой.

В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительной величины у основной массы производств по сравнению с другими затратами; ключевыми для потребителя остаются надёжность и стабильность электроснабжения.

Основными факторами, приводящими к удорожанию энергии, получаемой от ветрогенераторов, являются:

Необходимость получения электроэнергии промышленного качества ~ 220В 50 Гц (требуется применение инвертора)

Необходимость автономной работы в течение некоторого времени (требуется применение аккумуляторов)

Необходимость длительной бесперебойной работы потребителей (требуется применение дизель-генератора)

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. Эта схема имеет несколько преимуществ:

Отопление является основным энергопотребителем любого дома в России.

Схема ветрогенератора и управляющей автоматики кардинально упрощается.

Схема автоматики может быть в самом простом случае построена на нескольких тепловых реле.

В качестве аккумулятора энергии можно использовать обычный бойлер с водой для отопления и горячего водоснабжения.

Потребление тепла не так требовательно к качеству и бесперебойности: температуру воздуха в помещении можно поддерживать в широких диапазонах 19—25 °C, а в бойлерах горячего водоснабжения 40—97 °C без ущерба для потребителей.

 

Экологические аспекты ветроэнергетики.

 

Выбросы в атмосферу

Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота.

По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн.

Влияние на климат

Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например вЕвропе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным за счет того, что медленно движущиеся воздушные массы успевают сильнее нагреться летом и охлаждаться зимой. Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат, однако позволяют заключить, что оно может быть не столь пренебрежимо малым, как полагали ранее.

Вентиляция городов

В современных городах выделяется большое количество вредных веществ, в том числе от промышленных предприятий и автомобилей. Естественная вентиляция городов происходит с помощью ветра. При этом описанное выше снижение скорости ветра из-за массового использования ВЭУ может снижать и вентилируемость городов. Особенно неприятные последствия это может вызвать в крупных мегаполисах: смог, повышение концентрации вредных веществ в воздухе и, как следствие, повышенная заболеваемость населения. В связи с этим установка ветряков вблизи крупных городов нежелательна.

Шум

Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:

механический шум — шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)

аэродинамический шум — шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)

В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчётными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не даёт информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно.

Источник шума	Уровень шума, дБ
Болевой порог человеческого слуха	120
Шум турбин реактивного двигателя на удалении 250 м	105
Шум от отбойного молотка в 7 м	95
Шум от грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении в 100 м	65
Шумовой фон в офисе	60
Шум от легковой автомашины при скорости 64 км/ч	55
Шум от ветрогенератора в 350 м	35—45
Шумовой фон ночью в деревне	20—40

 

В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ. Примером подобных конструктивных просчётов является ветрогенератор Гровиан. Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100 часов и была демонтирована.

Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

Низкочастотные вибрации

Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса. 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.

Обледенение лопастей

При эксплуатации ветроустановок в зимний период при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлёт льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки.

Кроме того, в случае легкого обледенения лопастей были отмечены случаи улучшения аэродинамических характеристик профиля.

Визуальное воздействие

Визуальное воздействие ветрогенераторов — субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов.

В обзоре, выполненном датской фирмой AKF, стоимость воздействия шума и визуального восприятия от ветрогенераторов оценена менее 0,0012 евро на 1 кВт·ч. Обзор базировался на интервью, взятых у 342 человек, живущих поблизости от ветряных ферм. Жителей спрашивали, сколько они заплатили бы за то, чтобы избавиться от соседства с ветрогенераторами.

Использование земли

Турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход. В США стоимость аренды земли под одной турбиной составляет $3000-$5000 в год.

Использование водных ресурсов

В отличие от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют воду, что позволяет существенно снизить нагрузку на водные ресурсы.

 

Ветряные турбины будущего.

 

В  современном  мире  стремительно  возрастает  роль  лопастной ветроэнергетики.  Однако  есть  ощутимые  "но",  например,  локальные климатические изменения, низкочастотные вибрации, радиопомехи. Существуют варианты решения данных проблем.  Одно  из  решений  предлагает  дизайнерское  нью-йоркское  агенство  Atelier DNA.  Идея  состоит  в  разработке  проекта  энергообеспечения  "зеленого", свободного от автомобилей города Масдара, который будет построен недалеко от Абу-Даби. Вместо лопастей будут умные, энергоэффективные стебли. 

 

 

 Рис.6 -  Высокотехнологичные ветростебли (Windstalks)

 

Высокотехнологичные ветростебли (Windstalks) генерируют электричество тогда,  когда  есть  ветер  (разработчики  подсмотрели  идею  у  природы).  Для Масдара  будет  достаточно  1203  ветростеблей,  стоящих  друг  от  друга  на расстоянии 10-20 метров и в высоту 55 метров. Каждый ветростебель содержит электродные слои и керамические диски, при сжатии генерирующие ток. Сжатие является следствием покачивания "стебля на ветру". 

 

 

 Рис.7 – Внутренний вид ветроустановки Windstalks

 По  предварительным  оценкам,  ветростебли  будут  выделять  больше электричества,  чем  дает  обычная  ветроферма,  т.к.  ветростебли  можно расположить очень близко друг к другу. 

 Сверхмассивный  ветряк Aerogenerator X

 

  Рис.8 - Сверхмассивный ветряк Aerogenerator X

 

При  слове  «ветряк»  мы  привыкли  представлять  длинное  основание,  на вершине которого закреплен большой трехлопастной винт. Именно так выглядит большая  часть  ветрогенераторов,  устанавливаемых  в  разных  странах  мира.

Однако  у  такого  дизайна  есть  недостатки  –  к  примеру,  зачем  при  установке ветряка в море делать его  высоким  и  длинным,  а  не  использовать  большие  водные  пространства  «в ширину»?

Примерно  так  рассуждали  создатели  концепта  Aerogenerator  X.

Развернув такой  ветряк  в  море,  можно  обойти  ограничения,  связанные  с  дальнейшим наращиванием  длины  лопастей  традиционных  ветряков.  А  также  получить выработку энергии на уровне 10 МВт – это в три раза больше, чем может дать обычная конструкция. Еще бы, ведь размах  лопастей Aerogenerator X составляет 275 метров!

 Город турбин в Ноорвегии.

Ветряные  установки  планируют  построить  на  побережье  Ставангер.  Все вместе  установки  будут  представлять  небольшой  город.  Энергии  должно  будет хватить не только на Норвегию, но и на часть Европы.

 

Рис.9 – Город турбин в Ноорвегии

Географическое  положение  Норвегии  даёт  им  преимущество  в  добывании электричества через ветер и воду.

Так как Евросоюз поставил цель, что хотя бы 20 процентов энергии должно исходить из источников, которые черпают энергию из простой природной силы, то  вполне  возможно,  что  Норвегия  станет  основным  производителем  подобной энергии.

С  установкой  таких  генераторов  создатели  собираются  обеспечивать  12  % энергии  в  мире  к  2020  году.  После  реализации  проекта  появится  около  двух миллионов  рабочих  мест,  а  экологичная  работа  турбин  сэкономит  более  10.700 млн. тонн выбросов двуокиси углерода. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

 

 Возможно,  в  скором  будущем  мы  сможем  увидеть  солнечные  панели,  ветровые установки и приливные станции как в России так и у нас. Но для этого необходимо не только  вести  разработки  в  этой  области,  а  в  этом  мы  сильно  отстали,  но  и воплощать их в «жизнь». Можно сказать, что имеются энергетические технологии,  использующие  основные  возобновляемые  источники  энергии.

Правда,  уровень  их  развития  совершенно  не  отвечает  ни  потребностям

государства,  ни  реальным  возможностям  полноценного  применения  ВИЗ.

Несмотря  на  достаточно  продолжительное  их  применение,  все  существующие системы  продолжают  оставаться  на  стадии  научно-производственных исследований,  конструкторских  разработок,  испытаний  или  ремонта  после испытаний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

 

1) Олег Макаров - журнал "Популярная механика", май 2010 г.

2) Научно-популярный журнал "Популярная механика" [электронный ресурс] – режим доступа: http:// www.popularmechanics.ru

3) http://sam-posebe.blogspot.com/2012/10/blog-post.html

4) http://manbw.ru/analitycs/wind-stations.html

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рецензия

 

 

На реферат по  нетрадиционным источникам энергии

 

 

Королева Е.А.,

студент ІІ курса,

заочный ф-т, ДонНТУ

гр. ЭСиС -16з

Шифр№3312

 

Вариант 2

на тему: «Ветровые ЭС»

 

Содержание рецензии