Ветроэнергетика

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергия ветра — это преобразованная энергия солнечного излучения, и пока светит солнце, будут дуть и ветры. Таким образом, ветер — это тоже возобновляемый источник энергии. Следует заметить также, что потенциал энергии ветра огромен. Если, например, солнце по-разному обогревает разные участки земной поверхности — горы и долины, океаны и сушу, то ветры дуют постоянно и повсюду: начиная лёгким ветерком и заканчивая сильнейшими ураганами, как летом, так и зимой. Поэтому и понятно желание человека заставить энергию ветра работать на себя.

Ветрогенератор(ветровая турбина) - это устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

Основное направление использования энергии ветра - это производство электроэнергии.

Существуют два основных типа турбин: (вертикальное или горизонтальное положение оси генератора по отношению к плоскости земли.)

вертикальные - с вертикальной осью вращения;

горизонтальные - с горизонтальной осью вращения.

   Ветроустановки классифицируются  по следующим признакам:

- положению ветроколеса  относительно направления ветра;

- геометрии ветроколеса;

- по мощности Ветроустановки.

В настоящее время технические средства включают два основных типа промышленных ветроустановок: горизонтальные – с горизонтально осевой турбиной (ветроколесом), когда ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку; вертикальные – с вертикально осевой турбиной (ротором), когда ось вращения перпендикулярна воздушному потоку.

Ветроколеса с горизонтальной осью делятся на однолопастные, двухлопастные, трехлопастные, многолопастные; с вертикальной осью различают следующие конструкции роторов: чашечный анемометр, ротор Савониуса, ротор Дарье, также имеются конструкции с концентратами (усилителями) ветрового потока, такие, как ротор Масгрува, ротор Эванса, усилители потока специальной конструкции.

Однако, несмотря на многие положительные черты ветроэнергетики, существует и ряд недостатков. Ветер дует почти всегда неравномерно. Значит, и, генератор будет работать неравномерно, отдавая то большую, то меньшую мощность, ток будет вырабатываться переменной частотой, а то и полностью прекратится, и притом, возможно, как раз тогда, когда потребность в нем будет наибольшей. В итоге любой ветроагрегат работает на максимальной мощности лишь малую часть времени, а в остальное время он либо работает на пониженной мощности, либо просто стоит.

Для выравнивания отдачи тока применяют аккумуляторы, но это как уже отмечалось, и дорого, и малоэффективно.

Ветрогенераторы можно условно разделить на две категории:

промышленные

домашние (для частного использования).

Промышленные устанавливаются государственными органами или крупными энергетическими компаниями. Как правило, их объединяют в сеть. В результате получают ветроелектро станцию (ВЭС). Ее основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) - это полное отсутствие сырья и отходов, т.е. полная экологичность и независимость. Единственное основное требование - высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных промышленных ветрогенераторов достигает 6 МВт.

Индустрия домашних ветряков активно развивается. На сегодня уже можно, за достаточно небольшие средства, приобрести ветряную установку и обеспечить энергонезависимость своего загородного дома на долгие годы. Как правило, для небольшого коттеджа достаточно ветряка номинальной мощностью 0,8 кВт. Выработка электроэнергии в месяц (среднегодовой показатель) 250 кВт при номинальной скорости ветра 8 м / с. Среднегодовая скорость ветра для Винницкого региона 4 м / с. Если местность не ветреная, его можно дополнить солнечными батареями. Источники энергии будут прекрасно дополнять друг друга.

Принцип работы ветрогенератора

Вращения ротора генератора происходит под действием подъемной силы, возникающей при обтекании ветром лопастей. При этом генератор вырабатывает переменный нестабильный ток, который выпрямляется в контроллере. Постоянный ток контроллера предназначен для заряда аккумуляторов. Одновременно к аккумуляторов подключено другое устройство - инвертор, преобразующий постоянное напряжение аккумуляторов в переменное однофазное напряжение 220 В 50 Гц или трехфазное - 380/220 В, используемое потребителем для питания нагрузки.

Ветрогенератор обычно работает вместе с контроллером и инвертором, но при этом возможны различные варианты его использования:

* Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами;

* Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами и солнечными батареями (гибридная система-самая эффективная автономная система для московского региона);

* Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами и резервным дизельным (газовым или бензиновым) генератором;

* Ветрогенератор, работающий параллельно с сетью.

Использование силы ветра - один из древнейших способов получения энергии. Преимущества ветроэнергетики бесспорны. Ветровая энергия обильна, чиста, безопасна и надежна как ресурс для производства электроэнергии.

Основным преимуществом ветрогенератора, как источника энергии, является бесплатное электричество (если не считать начальные инвестиции). Заплатив однажды определенную сумму денег, Вы значительной мере решаете для себя проблему энергонезависимости на десятки лет. Ветрогенераторные установки надежны, экологически безопасны и практически не производят шума. Кроме того, в большинстве случаев ветрогенератор позволяет получать дармовую энергию именно тогда, когда в ней есть повышенная потребность, а именно в холодное время года. В конце осени и начале зимы, когда наступают холода и расходуется электроэнергия на обогрев дома, ее недостаточное количество компенсируется за счет того, что именно в это время наиболее сильные ветры, и поэтому ветрогенератор работает с полной отдачей.

Цена производства электричества на ветряных станциях и установках постоянно снижается (в отличие от производства других энергоносителей). Ветроэнергетика предоставляет электроэнергию гораздо ближе к потребителю, что снижает ее расходы стоимости строительства линий электропередач.

Учитывая постоянное снижение себестоимости вырабатываемой электроэнергии, перспективы дальнейшего расширения строительства ветровых электростанций и приложений ветровых установок достаточно благоприятные.

Важно то, что ветрогенератор хорошо в техническом смысле сочетается с другими источниками энергии и может работать в паре с дизельными генераторами, солнечными батареями или другими источниками энергии, создавая единый замкнутый цикл.

Однако, несмотря на многие положительные черты ветроэнергетики, существует и ряд недостатков. Ветер дует почти всегда неравномерно. Значит, и, генератор будет работать неравномерно, отдавая то большую, то меньшую мощность, ток будет вырабатываться переменной частотой, а то и полностью прекратится, и притом, возможно, как раз тогда, когда потребность в нем будет наибольшей. В итоге любой ветроагрегат работает на максимальной мощности лишь малую часть времени, а в остальное время он либо работает на пониженной мощности, либо просто стоит.

Для выравнивания отдачи тока применяют аккумуляторы, но это как уже отмечалось, и дорого, и малоэффективно.

Заключение

Так как Беларусь не располагает собственными топливно-энергетическими ресурсами (лишь 15% собственных ТЭР покрывают потребности страны, остальные 85% импортируются — в основном из России), происходит постоянный рост цен на топливо и импортируемую электроэнергию, то для Беларуси чрезвычайно важно включать в топливно-энергетический баланс вторичные энергоресурсы и возобновляемые источники энергии, одним из которых является ветер. С учётом того, что стоимость ветровой энергии снижается на 15% в год и имеет дальнейшие перспективы снижения цен относительно стоимости энергии АЭС, и уже сейчас способна конкурировать на рынке, для Беларуси очень важно найти средства и возможности для того, чтобы использовать данный вид энергии для своего же блага.

В нашей стране энергия ветра может ежегодно производить 6,5 — 7 млрд кВТч электрической энергии, что эквивалентно использованию около 2 млн т у.т. в год.

 

 

 

 

Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами).

Объект питается только от ветроэнергетической установки

 

 

 

 

 

Принцип работы ветроэлектростанции

Все ветроэлектростанции работают по одному принципу: преобразуют линейную скорость ветра в угловую скорость вращения оси ветрогенератора. Генератор ветроэлектростанции преобразует вращательное движение в электроэнергию.

Основные части малого ветряного генератора:

1. Лопасти подвижного ротора  либо ветротурбина ветроэлектростанции

2. Сам генератор (как правило это синхронный трехфазный с возбуждением от постоянных магнитов напряжением =24 В)

3. Мачта с растяжками. Чем  выше высота мачты ветроэлектростанции, тем больше скорость ветра. Но слишком высокая мачта может оказаться неустойчивой при сильном ветре. Для этого существуют болкираторы, останавливающие вращение на больших скоростях при работе ветроэлектростанции.

4. Контроллер заряда батарей

5. Аккумуляторы (обычно автомобильные  необслуживаемые на 24 В)

6. Инвертор (= 12 В -> ~ 220 В 50Гц). Еще его называют преобразователь.

Для промышленной ветроэлектростанции все аналогично, только присутствуют системы слежения за направлением и скоростью ветра, которая направляет лопасти в сторону ветра и прекращает их работу в случае превышения допустимых скоростей, системы слежения за состоянием ветрогенератора и системы защиты от молний.

Мачта ветроэлектростанции часто заменяется на башню, напоминающую маяк.

 

Так как же работает ветроэлектростанция?

Направленный поток воздуха вращает лопасти ротора. Эффективность ветроэлектростанций все время увеличивается с появлением новых материалов и систем трёхмерного проектирования. Затем ротор передает вращение на генератор, который подает выработанное электричество через контроллер на аккумуляторы.

Инвентор преобразует электричество в пригодное для использования. Все! Простота метода и его экологичности позволяет делать ветроэлектростанции все более популярными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергия ветра — это преобразованная энергия солнечного излучения, и пока светит солнце, будут дуть и ветры. Таким образом, ветер — это тоже возобновляемый источник энергии. Следует заметить также, что потенциал энергии ветра огромен. Если, например, солнце по-разному обогревает разные участки земной поверхности — горы и долины, океаны и сушу, то ветры дуют постоянно и повсюду: начиная лёгким ветерком и заканчивая сильнейшими ураганами, как летом, так и зимой. Поэтому и понятно желание человека заставить энергию ветра работать на себя.

История ветроэнергетики

Люди используют энергию ветра с незапамятных времен — достаточно вспомнить парусный флот, который был уже у древних финикян и живших одновременно с ними других народов, и ветряные мельницы.

Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами.

Вот что писал Карл Маркс о использовании мельниц в Европе до середины XVI в.:  

«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле».[2]

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых.

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. . Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 м и четырёхлопастные роторы диаметром 23 м. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 м. К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт. В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги. Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра.

Первая ветровая электростанция на территории бывшего СССР мощностью 8 кВт была сооружена в 1929-1930 гг. под Курском по проекту инженеров А.Г.Уфимцева и В.П.Ветчинкина. Через год в Крыму была построена более крупная ВЭС мощностью 100 кВт, которая была по тем временам самой крупной ВЭС в мире. Она успешно проработала до 1942 г., но во время войны была разрушена.

Современные ветровые электростанции

Активное использование экологически чистых источников  энергии  сейчас своего рода признак  хорошего  тона,  всячески  приветствуется  как  мировой общественностью, так и правительствами развитых стран. Признанным лидером  в области ветроэнергетике являются  США  и  ФРГ,  где  установленная  мощность ветроэнергетических установок  составила  в  1997  году  1590  и  1550  Мвт. Последующие места  занимают  Дания,  Индия  и  Нидерланды.  В  этих  странах мощности  ветроэнергетических  станций  равнялась  825,  820  и   285   Мвт.