Использование энергии ветра

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

 

Кафедра технологий важнейших отраслей промышленности

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

На тему:

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВЕТРА

 

 

 

 

 

 

ВЫПОЛНИЛ:

 

 

 

 

 

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2013

 

 

 

Содержание

 

Введение …………………………………………………………………………..3

История использования энергии  ветра…….…………………………………….4

Как работает ветроэлектрическая установка (ВЭУ). Ветряные мельницы…...6

Развитие ветроэнергетики  в мире. Экономика ветроэнергетики.……………..9

Развитие ветроэнергетики  в РБ. Преимущества и недостатки.....……………14

Заключение………………………………………………………………….……18

Список используемой литературы……………………………………………...19 

Введение

 

Окружающий  нас мир обладает поистине неиссякаемыми  источниками различных видов энергии: некоторые из них человечество научилось использовать уже с давних времен (энергия движения воды в реках, энергия ветра и т.д.), некоторые еще в полной мере не используются: энергия Солнца, энергия взаимодействия Земли и Луны, энергия тепла Земли.

Следует отметить, что основным энергетическим источником жизни на Земле является Солнце. Однако энергия ветра, например, – это, в конечном счете, результаты солнечной активности: ветры возникают при неодинаковом нагревании Земли Солнцем.

Люди используют энергию ветра с незапамятных времен — достаточно вспомнить парусный флот, который был уже у древних финикиян и живших одновременно с ними других народов, и ветряные мельницы. В принципе, преобразовать энергию ветра в электрический ток, казалось бы, нетрудно. Ветры дуют везде, они могут дуть и летом, и зимой, и днем, и ночью — в этом их существенное преимущество перед самим солнечным излучением. Поэтому вполне понятны многочисленные попытки "запрячь ветер в упряжку" и заставить его вырабатывать электрический ток.

Ветер представляет собой  движение воздушных масс земной атмосферы относительно вращающейся поверхности Земли, вызванное в первую очередь перепадом температуры в атмосфере из-за неравномерного нагрева ее Солнцем. Таким образом, энергию ветра можно рассматривать как солнечную энергию, преобразованную в механическую.

Задачей данного  реферата является донесение информации о ветроэнергетике: её истории, достоинствах и недостатках, перспективах использования в мире и нашей стране, а также о различных ветроустановках.

 

 

История использования энергии ветра

 

Огромная энергия  движущихся воздушных масс, и мысль  об ее использовании давно уже привлекала людей. Да и использовать эту энергию научились за тысячу лет до нашей эры. Энергия ветра помогала преодолевать просторы океанов, ветряные мельницы служили единственным источником энергии для тех человеческих поселений, где не было рек или моря. Например, 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.

В Европе количество водяных  мельниц в конце VXIII века доходило до полумиллиона. В Беларуси в середине XIX века, например, в Гродненской  губернии насчитывалось 258 ветряных мельниц.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м  веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция.

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.

Специалисты подсчитали, что  в течение первого десятилетия XXI в. энергия ветра может обеспечить 10% потребности Западной Европы в электроэнергии. Используя большие неосвоенные запасы энергии ветра на морском побережье, европейские страны могут увеличить мощность ветроэнергетических установок до 40 тыс. МВт в 2010 г. и до 100 тыс. МВт в 2020 г. Если учесть, что суммарная мощность ВЭУ в Европе в 2000 г. составляла примерно 8 тыс. МВт, то приведенные цифры свидетельствуют о беспрецедентных темпах развития этого сектора энергетики.

Ветровая энергетика – это получение механической энергии от ветра с последующим преобразованием ее в электрическую. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими. Имеются ветровые двигатели с вертикальной и горизонтальной осью вращения. Энергию ветра можно успешно использовать при скорости более 5 м/с. Недостатком является шум.

Ориентиром  в определении технического потенциала РБ могут служить официальные  оценки возможной доли ветроэнергетики  в сложившейся структуре электропотребления таких стран, как Великобритания и Германия. Доля ветроэнергетики в этих странах оценена в 20%.

Основные характеристики ветра — скорость и его направление. Эти характеристики являются  крайне переменчивыми и зависят от многих факторов. Так, на характеристики ветра влияют рельеф местности, равнинный или гористый, удаленность от берегов морей и океанов, климатические сезоны и т.д. Наряду с этим, существуют зоны стабильных ветров — пассатов в области, лежащей между 25 и 30° северной и южной широтами соответственно. Постоянный западный ветер дует с запада на восток в полосе от 40 до 60° южной широты. Постоянно дующими ветрами являются муссоны в Индийском океане. Их направление меняется в зависимости от сезона: летом дуют юго-западные муссоны, а зимой — северо-восточные.

Скорость ветра  может меняться в широких пределах: от легкого дуновения до урагана. Ее максимальное значение 115,5 м/с зарегистрировано на горе Вашингтон в США в1934 г.

Колоссальная  энергия ветра наносила и продолжает наносить громадный ущерб в виде разрушенных при ураганах зданий, линий электропередачи, связи, береговых защитных сооружений, затопленных или выброшенных на берег судов и т.д.

На современном  этапе главное направление в  использовании энергии ветра  — выработка электроэнергии, хотя не отказались и от перекачки воды, и от использования парусов на судах.

Новый подход к реализации энергии ветра в форме электроэнергии заставил многие страны в первую очередь оценить имеющийся ветроэнергетический потенциал на своих территориях и включить ветроэнергетику в национальные энергетические программы.

Наиболее благоприятными районами с высокой энергией ветра  являются побережье морей и океанов, прибрежные (шельфовые) воды, предгорья, тропическая зона с устойчивыми ветрами, Средиземноморье, степные районы и др.

Мировой потенциал энергии  ветра оценивается величиной, соответствующей 1,45-Ю¹² тонн условного топлива в год, а на территории РБ — 2,17-10 тонн условного топлива в год. При оценке потенциала ветра выбирают его скорость на высоте10 м над поверхностью земли, чтобы уменьшить влияние шероховатости, т.е. различных препятствий в виде невысоких строений, кустарников, деревьев и т.д.

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична.

 

 

 

 

 

 

 

 

Как работает ветроэлектрическая установка (ВЭУ)

 

Современные ВЭУ - это машины, которые преобразуют  энергию ветра в механическую энергию вращающегося ветроколеса, а затем в электрическую энергию. В настоящее время применяются две основные конструкции ветроагрегатов: горизонтально-осевые и вертикально-осевые ветродвигатели. Оба типа ВЭУ имеют примерно равный КПД, однако наибольшее распространение получили ветроагрегаты первого типа. Мощность ВЭУ может быть от сотен ватт до нескольких мегаватт. Ранее в ветроустановках применялись ветроколеса так называемого «активного» типа (карусельного типа, Савониуса и др.), использующие силу давления ветра (в отличие от выше указанных ветроколес, использующих подъемную силу). Однако такие установки имеют очень низкий КПД (менее 20%), поэтому в настоящее время для производства энергии не применяются.

 

Устройство  ветроэлектрической установки

 

Основные компоненты установок обоих типов:

• ветроколесо (ротор), преобразующее энергию набегающего ветрового потока в механическую энергию вращения оси турбины. Диаметр ветроколеса колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров. Частота вращения составляет от 15 до 100 об/мин. Обычно для соединенных с сетью ВЭУ частота вращения ветроколеса постоянна. Для автономных систем с выпрямителем и инвертором -  обычно переменная;
• мультипликатор - промежуточное звено между ветроколесом и электрогенератором, который повышает частоту вращения вала ветроколеса и обеспечивает согласование с оборотами генератора. Исключение составляют ВЭУ малой мощности со специальными генераторами на постоянных магнитах; в таких ветроустановках мультипликаторы обычно не применяются;
• башня (ее иногда укрепляют стальными растяжками), на которой установлено ветроколесо. У ВЭУ большой мощности высота башни достигает 75 м. Обычно это цилиндрические мачты, хотя применяются и решетчатые башни;
• основание (фундамент) предназначено для предотвращения падения установки при сильном ветре. Кроме того, для защиты от поломок при сильных порывах ветра и ураганах почти все ВЭУ большой мощности автоматически останавливаются, если скорость ветра превышает предельную величину.

 

Для целей обслуживания они должны оснащаться тормозным  устройством. Горизонтально-осевые ВЭУ имеют в своем составе устройство, обеспечивающее автоматическую ориентацию ветроколеса по направлению ветра.

 

 

Диапазон  размеров ветроэлектрических установок

 

Размер ВЭУ  зависит от предполагаемого использования. Основной характеристикой, определяющей размер этих систем, является мощность ветроагрегата. Например, для работы на сеть возможно применение ВЭУ мощностью 50 кВт и выше. ВЭУ меньшей мощности обычно используются как автономные. Например, ВЭУ для электроснабжения жилого дома может быть мощностью от нескольких сотен Вт до 10 кВт в зависимости от нагрузки и энергопотребления. В состав подобных ВЭУ обычно входят АБ, а во многих случаях и дизель-генератор в качестве резервного источника энергии во время длительных периодов безветрия.

Небольшие предприятия  и удаленные поселки могут  использовать ВЭУ существенно большей  мощности. Маломощные турбины (менее 1 кВт) могут быть использованы для  заряда аккумуляторов и электроснабжения малой нагрузки (связь, освещение, электроинструмент, телевизор и т.п.).

 

Ветряные  мельницы

 

 

  Стремление освоить производство ветроэнергетических машин  привело к появлению  на свет множества таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть. Малые  ветроэлектрические агрегаты предназначены  для снабжения электроэнергией  отдельных домов. Сооружаются ветроэлектрические станции, преимущественно постоянного  тока.

Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину — генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы. Аккумуляторная батарея автоматически  подключается к генератору в тот  момент, когда напряжение на его  выходных клеммах становится больше, чем на клеммах батареи, и также  автоматически отключается при  противоположном соотношении.

В небольших масштабах ветроэлектрические станции нашли применение несколько десятилетий назад. Сейчас созданы самые разнообразные прототипы  ветроэлектрических генераторов (точнее, ветродвигателей с электрогенераторами). Одни из них похожи на обычную детскую  вертушку, другие — на велосипедное колесо с алюминиевыми лопастями  вместо спиц. Существуют агрегаты в  виде карусели или же в виде мачты  с системой подвешенных друг над  другом круговых ветроуловителей, с  горизонтальной или вертикальной осью вращения, с двумя или пятьюдесятью лопастями. На башне высотой 30,5 м укреплен генератор в поворотном обтекаемом корпусе; на валу генератора сидит пропеллер с двумя алюминиевыми лопастями длиной 19 м и весом 900 кг.

Агрегат начинает работать при скорости ветра 13 км/ч, а наибольшей производительности (100 кВт) достигает при 29 км/ч. Максимальная скорость вращения пропеллера составляет 40 об/мин. 

Так как наша страна находится в умеренной ветровой зоне, то нам особое внимание надо уделить на углы поворота лопасти, от которого зависит подача ветра в генератор, при планировании ВЭУ. Угол наклона лопастей по отношению к ветру регулируют за счет поворота их вокруг продольной оси: при сильном ветре этот угол острее, воздушный поток свободнее обтекает лопасти и отдает им меньшую часть своей энергии.

Помимо регулирования  лопастей весь генератор автоматически  поворачивается на мачте против ветра. Конструкция лопастных ВЭУ роторной схемы обеспечивает максимальную скорость вращения при запуске и ее автоматическое саморегулирование в процессе работы. С увеличением нагрузки скорость вращения ветроколеса уменьшается, а вращающий момент возрастает. По данному типу спроектирована одна из ВЭС в Беларуси (ВЭУ в Мядельском районе мощностью 250 кВт.  Высота мачты имеет существенное значение для ветроэлектрических установок. Уже на высоте 9 м скорость ветра, как правило, на 15—25% больше, чем в 1,5 м от земли, а даже небольшой прирост средней силы ветра позволяет получить от станции намного больше электроэнергии.