Раздел - Энергоснабжение

Энергия ветра

Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. Но его парусники, тысячелетиями бороздившие просторы океанов, и ветряные мельницы использовали лишь ничтожную долю из тех 2,7 трлн кВт энергии, которыми обладают ветры, дующие на Земле. Полагают, что технически возможно освоение 40 млрд кВт, но даже это более чем в 10 раз превышает гидроэнергетический потенциал планеты.

Почему же столь обильный доступный и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Ветровой энергетический потенциал Земли в 1989 г. был оценен в 300 млрд кВт∙ч в год. Но для технического освоения из этого количества пригодно только 1,5 %. Главное препятствие для него – рассеянность и непостоянство ветровой энергии. Непостоянство ветра требует сооружения аккумуляторов энергии, что значительно повышает себестоимость электроэнергии. Из-за рассеянности при сооружении равных по мощности солнечных и ветровых электростанций для последних требуется в пять раз больше площади (впрочем, эти земли можно одновременно использовать и для сельскохозяйственных нужд). Но на Земле есть и такие районы, где ветры дуют с достаточным постоянством и силой. (Ветер, дующий со скоростью 5-8 м/с, называется умеренным, 14-20 м/с – сильный, 20-25 м/с – штормовым, а свыше 30 м/с – ураганным). Примерами подобных районов могут служить побережья Северного, Балтийского, арктических морей.

Новейшие исследования направлены преимущественно на получение электрической энергии из энергии ветра. 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.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования.

Основное направление использования энергии ветра – получение электроэнергии для автономных потребителей, а также механической энергии для подъема воды в засушливых районах, на пастбищах, осушения болот и др. В местностях, имеющих подходящие ветровые режимы, ветроустановки в комплекте с аккумуляторами можно применять для питания автоматических метеостанций, сигнальных устройств, аппаратуры радиосвязи, катодной защиты от коррозии магистральных трубопроводов и др.

По оценкам специалистов, энергию ветра можно эффективно использовать там, где без существенного хозяйственного ущерба допустимы кратковременные перерывы в подаче энергии. Использование же ветроустановок с аккумулированием энергии позволяет применять их для снабжения энергией практически любых потребителей.

Мощные ветровые установки стоят обычно в районах с постоянно дующими ветрами (на морских побережьях, в мелководных прибрежных зонах и т. д.) Такие установки уже используют в России, США, Канаде, Франции и др. странах.

Широкому применению ветроэлектрических агрегатов в обычных условиях пока препятствует их высокая себестоимость. Известно, что за ветер платить не нужно, однако машины, нужные для того, чтобы использовать его в работе, обходятся слишком дорого.

При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток её в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить впрок энергию ветра? Простейший способ состоит в том, что ветряное колесо движет насос, который накапливает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока. Существуют и другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород. Водород можно хранить в сжиженном виде или в интерметаллическом аккумуляторе и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

Солнце по-разному обогревает участки земной поверхности – горы и долины, океаны и сушу. Воздушный океан, на дне которого мы живем, всегда неспокоен. Постоянно и повсюду дуют ветры – от легкого ветерка, приносящего желанную прохладу в летний зной, до могучих и грозных ураганов.

Мысль об использовании огромной энергии движущихся воздушных масс 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. И теперь интерес к использованию энергии ветра, источника нескончаемого, не прошел, и, более того, техника XX в. открыла для этого совершенно новые возможности.

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 ветроэнергетики являются США и Германия, где установленная мощность ветроэнергетических установок составила в 1997 г. 1590 и 1550 МВт. Последующие места занимают Дания, Индия и Нидерланды. В этих странах мощности ветроэнергетических станций равнялись 825, 820 и 285 МВт соответственно. Ветроэнергетическое машиностроение выделилось в отдельную отрасль. На мировом рынке действуют десятки достаточно крупных фирм. Имеются тенденции к увеличению производства ветроэнергии во многих странах мира, например в Дании в настоящее время ветроэнергетические станции обеспечивают 4 % потребляемой в стране энергии, а в 2030 г. на их долю придется половина всей производимой в стране электроэнергии.

Ветроэнергетическая установка предназначена для того, чтобы превращать кинетическую энергию ветра в энергию вращения ротора генератора, который и вырабатывает электроэнергию. Легко показать, что выходная мощность установки пропорциональна площади лопастей ветрового ротора и скорости ветра. Поэтому ветроэнергетические установки большой мощности, в мегаваттном диапазоне, должны быть по своим габаритам очень крупными, поскольку скорость ветра в среднем не бывает очень большой.

Удивительно разнообразны конструкции современных ветроустановок. Питер Макгрэв из Англии разработал проект ветроэнергетической установки мощностью 3 тыс. кВт с двумя лопастями, укрепленными на горизонтальной оси. Известная авистроительная фирма «Макдоннел – Дуглас» спроектировала установку такого же типа, но с тремя лопастями. А западногерманская фирма «Мессершмит – Бельков – Блом» разработала конструкцию ветроколеса с одной лопастью длинной 74 м, установленной на башне высотой 120 м. Мощность этого гиганта должна составить 5 тыс. кВт. Встречаются и конструкции, где ветер должен вращать устройство, напоминающее огромное велосипедное колесо, на котором вместо спиц укреплены лопасти.

Для эффективной работы ветроустановок необходимы определенные требования по их размещению. Так, для относительно постоянной работы ветроэнергетических установок требуется их размещение в местностях, где ветровой потенциал составляет 2 500 ч в год.

Ветровые условия района применительно к ветроиспользованию характеризуются ветроэнергетическим потенциалом, который включает в себя различные показатели ветра, определяемые по результатам многолетних наблюдений среднегодовой и среднемесячной скорости ветра; повторяемость скорости и направление ветра в течение года, месяца, суток; данные о порывистости, затишьях и максимальных значениях скорости ветра; изменения его с высотой и т. п.

Достоверность оценки ветрового потенциала местности – наиболее важный фактор, определяющий эффективность ветроэнергетических станций. В общем случае для его определения необходимо проведение непрерывных наблюдений в месте предполагаемого строительства ветроэнергетических станций продолжительностью не менее года. При проектировании большого количества ветроэнергетических станций эта задача требует огромных трудозатрат, поскольку для каждой ветростанции рассматривается несколько вариантов площадок.

Современные ветроэнергетические установки используют ветер приземного слоя на высоте 50-70 м, реже до 100 м от поверхности Земли, причем для мест строительства крупных ветроэнергетических станций, предназначенных для работы в мощных энергосистемах, среднегодовая скорость ветра на флюгера (10 м) должна составлять не менее 6 м/с. Следует учитывать, что наилучшим местом для размещения ветроустановки является гладкая, куполообразная, ничем не затененная возвышенность. Вообще желательно, чтобы установка в радиусе нескольких сотен метров была окружена полями или водной поверхностью и ветроколесо было установлено достаточно высоко над местными препятствиями, чтобы набегающий на него ветропоток был сильным, однородным с минимальными флуктуациями скорости и направления.

Энтузиасты ветроэнергетики предлагают построить в наиболее ветреных местах Земли группы ветроагрегатов, соединять их между собой, а затем полученную энергию передавать в энергетическую систему. Датские специалисты предлагают разместить ветровые электростанции в море, где сила ветра всегда больше, чем на суше. Они подсчитали, что группа из двухсот морских ветроагрегатов может выработать за год столько энергии, сколько ее содержится в полумиллионе тонн угля.

Далее стоит вопрос выбора расчетных параметров ветроэнергетических установок для заданного (определенного расчетным путем или экспериментально) ветрового потенциала, т. е. выбора экономически оптимального размера ветроэнергетической установки. Так, например, в Калифорнии на ветроэнергетической станции «Алтамон» несоответствие выбранного типоразмера ветроэнергетической установки и действительного ветрового потенциала привело к тому, что установка вырабатывает 50-60 % расчетного количества энергии. Затем следует обосновать оптимальные сроки службы и оптимальные показатели надежности ветроэнергетической установки, решить вопросы резервирования, изучить характеристики потребителей, рассмотреть область целесообразного использования ветроэнергетических установок в зависимости от конкретных условий.

Таблица.2.1

Сила ветра по шкале Бофорта, ее влияние

на ветроустановки и условия их работы

Баллы

Бофорта

Скорость ветра,

м/с

Характеристика силы ветра

Наблюдаемые

эффекты действия

Воздейст­вие ветра на ВЭУ

Условия для работы ВЭУ при среднем в данном диапазоне скорости ветра

1

2

3

4

5

6

0

0,0-0,4

Штиль

Дым из труб поднимается вертикально

нет

отсутствуют

1

0,4-1,8

Тихий

Дым поднимается не совсем отвесно, но флюгеры не подвижны. На воде появляется рябь.

нет

отсутствует

Продолжение табл. 2.1

1

2

3

4

5

6

2

1,8-3,6

Легкий

Ветер ощущается лицом, шелестят листья, на воде отчетливое волнение

Плохие для всех установок

3

3,6-5,8

Слабый

Колеблются листья на деревьях, развеваются флаги, на отдельных волнах барашки

Начинают вращаться тихоходные колеса

Хорошие для тихоходных ветроколес

4

5,8-8,5

Умеренный

Колеблются тонкие ветки деревьев, поднимается пыль и клочки бумаги, на воде много барашков

Начинают вращаться колеса аэрогенераторов

Хорошие для аэрогенераторов

5

8,5-11

Свежий

Начинают раскачиваться лиственные деревья, все волны в барашках

Мощность ВЭУ достигает 30 % от проектной

Хорошие

6

11-14

Сильный

Раскачиваются большие ветки деревьев, гудят телефонные провода, пенятся гребни волн

Мощность в расчетном диапазоне близка к максимальной

Приемлемы для прочных малогабаритных установок

7

14-17

Крепкий

Все деревья раскачиваются, с гребней волн срывается пена

Максимальная мощность

Предельно допустимые

1

2

3

4

5

6

8

17-21

Очень крепкий

Ломаются ветки деревьев, трудно идти против ветра, с волн срываются клочья пены

Ряд ветроус-тановок начинает отключаться

Недопустимые

9

21-25

Шторм

Небольшие разрушения, срываются дымовые трубы

Все установки отключаются

Недопустимые

10

25-29

Сильный шторм

Значительные разрушения, деревья вырываются с корнем

Предельные нагрузки

Недопустимые

11

29-34

Жестокий шторм

Широкомасш-табные разрушения

Повреждение некоторых установок

Недопустимые

12

Более 34

Ураган

Опустошительные разрушения

Серьезные повреждения, до разрушения установок

Недопустимые

Окончание табл. 2.1

Следует отметить, что была разработана классификация силы ветра по шкале Бофора и изучено влияние ее на характеристики ветроэнергетических установок различных классов и условия их работы.

По данным американских фирм, разрабатывающих ветровые установки, расчетная стоимость 1 кВт мощности составляет 935 долл. для станции мощностью 500 кВт и 430 долл. для станции мощностью 1500 кВт, т. е. вполне приемлемые значения. Однако следует учесть соображения о необходимости учета стоимости земельных и экологических факторов, что может существенно изменить указанные величины. Экономически приемлемой считается работа ветровой установки в течение примерно 2 500 ч/год. Считается, что сооружение ветровой установки мощностью до 5-6 кВт экономически оправдано при скорости ветра 3,5-4,0 м/с. Для больших установок требуется скорость ветра, равная 5,5-6,0 м/с. Сразу же возникает вопрос, – что делать потребителю в то время, когда нет ветра или его скорость недостаточна для обеспечения работы установки? В этом случае имеется несколько возможностей. Одна из них – использование резервного источника энергии, в частности подключение другой энергосистемы. Другой вариант предусматривает работу ветровой установки с аккумулятором энергии.

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 концентраторами (усилителями) ветрового потока, такие, как ротор Масгрува, ротор Эванса, усилители потока специальной конструкции.

Следует отметить, что ветроколеса с вертикальной осью вращения, в отличие от таковых с горизонтальной, находятся в рабочем положении при любом направлении ветра, однако их принципиальными недостатками являются большая подверженность усталостным разрушениям из-за возникающих в них автоколебательных процессов и пульсация крутящего момента, приводящая к нежелательным пульсациям выходных параметров генератора. Из-за этого подавляющее большинство ветроагрегатов выполнено по горизонтально-осевой схеме, хотя продолжаются всесторонние проработки различных типов вертикально-осевых установок.

По мощности ветроустановки делятся на установке малой мощности до 100 кВт, на средней от 100 до 500 кВт и большой (мегаваттного класса) 0,5-4 МВт и более.

Часто идет речь о малой ветроэнергетике, назначение которой – обеспечение водоподъема для сельскохозяйственных целей, получение тепла и электропитания отдельных потребителей в неэлектрофицированных районах и т. п. Во многих странах налажено серийное производство ветроустановок малой мощности. Например, в России НПО «Ветроэн» серийно выпускает установки мощностью 4 кВт с диаметром колеса 6 м. Следует отметить, что малая ветроэнергетика не требует больших территорий, ее можно развивать везде, где имеются для этого соответствующие условия.

Выбор характеристик ветроколеса для ветроустановки в конкретных ветровых условиях определяется целями, которые перед ней ставятся. Обычно это требование максимизации производства энергии за год, чтобы, например, уменьшить потребление топлива тепловыми станциями единой энергосистемы, либо обеспечение производства определенного минимума энергии даже при слабом ветре, чтобы, например, сохранить работоспособность насосов системы водоснабжения.

Одной из важнейших характеристик ветроколеса является его быстроходность, которая зависит от трех основных переменных: радиуса сметаемой ветроколесом окружности, скорости ветра, угловой скорости вращения колеса.

Горизонтальные ВЭУ среднего и мегаваттного класса имеют быстроходное колесо обычно с 2-3 лопастями, которое вместе с капсулой агрегата с помощью автоматической системы ориентации поворачивается на башне по направлению ветра. В настоящее время в ряде стран осуществляется серийное производство таких ВЭУ с диаметром колеса 20-40 м и мощностью 100-500 кВт, построены опытные горизонтальные ВЭУ с диаметром колеса до 70-100 м и мощностью 3-4 МВт.

Для вертикальных ВЭУ не нужна система ориентации, что является их преимуществом, однако, из-за присущих им недостатков они менее распространены и находятся в стадии усовершенствования конструкции. В настоящее время в энергосистеме работают ВЭУ мощностью до 500 кВт, пущена опытная ВЭУ с диаметром ротора 64 м, высотой 110 м, мощностью 4 МВт.

Следует отметить, что, чтобы получить мощность ветроустановки, например 1 МВт, требуется диаметр ветроколеса порядка 60 м. Отсюда и большая материалоемкость ветроэнергетики. По удельной материалоемкости (металлоемкости) ветроустановки на два порядка превышают тепловые энергоустановки равноценной мощности, что в условиях всеобщего дефицита металла само по себе уже является большим недостатком ВЭУ. А тенденция замены металлических конструкций на стеклопластиковые требует экологического анализа последствий химических производств, предшествующих созданию данных материалов.

Основным недостатком ветроэнергетических станций является изъятие под их строительство больших площадей земельных ресурсов. Под мощные промышленные ветроэнергетические станции необходима площадь из расчета от 5 до 15 км2/МВт в зависимости от розы ветров и местного рельефа района. Максимальная мощность, которая может быть получена с квадратного километра площади, меняется в зависимости от района использования, типа станций и технологических особенностей конструкции. Среднее значение находится в диапазоне 10 МВт. Для ВЭС мощностью 1000 МВт потребуется площадь 70-200 км2, хотя частично эти земли могут использоваться для сельскохозяйственных нужд, что в большей мере зависит от шумовых эффектов и степени риска при поломках ВЭУ. Например, у больших ВЭУ лопасть при поломках и отрыве может быть отброшена на 400-800 м.

Наиболее важный фактор влияния ВЭУ на окружающую среду – это акустическое воздействие. Шумовые эффекты от ВЭУ имеют различную природу и подразделяются на механические (шум от редукторов, подшипников и генераторов) и аэродинамические воздействия, которые, в свою очередь, могут быть низкочастотными (менее 16-20 Гц) и высокочастотными (от 20 до нескольких кГц). Эти воздействия вызваны в основном вращением рабочего колеса. Шумовые эффекты в непосредственной близости ВЭС достигают 50-80 дБ. Отдельную экологическую проблему составляют шумовые воздействия установок мощностью более 250 кВт, когда на концах лопаток ветроколес большого диаметра скорости сверхзвуковые. При этом возникает инфразвуковой эффект, отрицательно воздействующий на биологические субъекты и человека. Примеры: установка мощностью 2 МВт с лопастью пропеллера 60 м производит такой шум, что ее нужно отключать в ночное время. Необходимо подчеркнуть, что помимо основных экологических факторов воздействия ветроэнергетики на окружающую среду (блокировка земельных территорий, шумовые эффекты, металлоемкость ветроустановок) они требуют дополнительного цикла добычи, переработки металлов, что оказывает косвенное влияние на окружающую среду.

Размещение ветровых парков влияет на миграцию птиц и рыб (для акваториальных ВЭС). Наконец, серьезным негативным экологическим последствием использования энергии ветра является то, что в местах работы ветряков значительно ослабляется сила воздушных потоков, что может оказать влияние на климат, а также ограничить «проветривание» близлежащих промышленных районов. Еще одной негативной чертой ветроустановок являются производимые ими помехи для воздушного сообщения и для распространения радио - и телеволн, а также оптическое загрязнение ими ландшафта, что приводит к оттоку туристов из мест расположения ВЭС. Вследствие этого может сложиться ситуация, когда ущерб от уменьшения количества туристов может превысить экономическую выгоду от использования ВЭУ, что имеет место, например, в некоторых районах на побережье ФРГ.

В странах Западной Европы ветроэнергетика является приоритетным направлением государственной энергетической политики. Для Беларуси ветроэнергетика не является абсолютным новшеством. В нашей стране существуют серьёзные научные разработки по данной тематике, опытные производства и даже реализованные проекты.

Идеальные места для «приручения» энергии ветра – протяжённые, продуваемые со всех сторон равнины, расположенные на возвышенностях. Именно на таких территориях среднегодовая скорость ветра превышает 5 м/с, что обеспечивает эффективную работу ветроэнергетических установок. Равнинные местности с высокой скоростью ветра в Западных странах встречаются довольно часто. Но не стоит забывать о том, что и Беларусь богата подобными территориями. По мнению специалистов, наиболее перспективными для развития ветроэнергетики в Беларуси являются центральная и западная часть Минской области, а также Витебская возвышенность. Более того, потенциал любой точки на территории Беларуси в отношении ее перспективности или не перспективности для ветроэнергетики может быть определен с помощью соответствующих расчетов, базирующихся на информации ветроэнергетического атласа страны и специального банка данных. Вопросы окупаемости и экономической эффективности ветроэнергетических установок – сфера, где еще не расставлены все точки над «i». Если подходить к этой проблеме глобально, учитывая перспективы постоянного удорожания энергетических ресурсов и их грядущий дефицит, ветроэнергетическая техника однозначно является перспективным вложением средств. Однако в нашей стране как-то не принято строить долгосрочные планы и активно развивать направления науки и техники, противоречащие традиционному мышлению.

Да и стоимость ветроэнергетических установок не так уж и мала. Цена установки мощностью 100-500 кВт составляет примерно 800– 1 000 долл./кВт, не считая затрат на монтаж и эксплуатацию. Отечественные сторонники ветроэнергетической концепции считают, что окупаемость таких систем не превышает 4 лет.

Одна из первых ветроэнергетических установок в стране находится на выезде из Минска в могилевском направлении. Она была разработана минской фирмой «Аэролла». Другая ветроустановка, разработанная НПГП «Ветромаш», работает в Заславле, который практически является плацдармом для отработки новых решений по энергосбережению в Беларуси. В поселке Занарочь подготовлена площадка для установки ветростанции. В качестве положительного примера в области энергосбережения на недавно проходившей итоговой коллегии Минжилкоммунхоза было названо сооружение ветровой установки в Городке. Здесь такая система вырабатывает энергию на случай аварийного выхода из строя обычных систем энергообеспечения.

Ветровые усилия – это результаты неравномерного распределения солнечной энергии по земной поверхности, т. е. неравномерного обогрева земной поверхности, различного давления воздуха и перепада давлений отдельных участков земли.

В настоящее время в мире установлены ветроагрегаты общей мощностью около 6000 МВт, в США – 2500 МВт. Осуществляются широкие программы ВЭС в Дании, Германии, Голландии, Японии. Главнейшей задачей является создание надежного и эффективного энергооборудования. В настоящее время в РФ ведется освоение пилотных ветроустановок (ВЭУ), единичной мощностью 250 и 1000 кВт.

Люди используют энергию ветра с незапамятных времен – достаточно вспомнить парусный флот и ветряные мельницы. В принципе, преобразовать энергию ветра в электрический ток, казалось бы, нетрудно. Для этого достаточно заменить мельничный жернов электрогенератором. Ветры дуют везде, они могут дуть и летом, и зимой, и днем, и ночью – в этом их существенное преимущество перед солнечным излучением. Поэтому вполне понятны многочисленные попытки «запрячь ветер в упряжку» и заставить его вырабатывать электрический ток.

Первая в нашей стране ветровая электростанция 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. В настоящее время выпускаются серийные ветроагрегаты мощностью 4 и 30 кВт и готовятся к выпуску более мощные установки 100 и даже 1000 кВт. Делаются первые шаги по пути перехода от единичных автономных ВЭС к системам связанных в единую сеть многих ветроагрегатов большой мощности. Первая такая система должна быть сооружена около поселка Дубки в Дагестане.

Значительные успехи в создании ВЭС были достигнуты за рубежом. Во многих странах Западной Европы построено довольно много установок по 100-200 кВт. Во Франции, Дании и в некоторых других странах были введены в строй ВЭС с номинальными мощностями свыше 1 МВт (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Наиболее крупные ветроэнергетические установки

Страна

Название

установки

Диаметр

рабочего колеса (м)

Мощность

МВт

США

WTS-4

78

4

Канада

Eole

64

4

ФРГ

Growian

100

3

Великобритания

LSI

60

3

Швеция

WTS-3

78

3

Дания

Elsam

60

2

Одна из наиболее известных установок этого класса «Гровиан» была создана в Германии, ее номинальная мощность – 3 МВт. Но самое широкое развитие ветроэнергетика получила в США. Еще в 1941 г. там была построена первая ВЭС мощностью 1250 кВт, а сейчас общая мощность всех ВЭС в этой стране достигает 1300 МВт, причем среди них есть гиганты с мощностью до 4 МВт. Всего в мире в настоящее время насчитывается около 3 млн ветроустановок, из них примерно 3,5 тыс. в России.

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) достигли сегодня уровня коммерческой зрелости и в местах с благоприятными скоростями ветра могут конкурировать с традиционными источниками электроснабжения. Из всевозможных устройств, преобразующих энергию ветра в механическую работу, в подавляющем большинстве случаев используются лопастные машины с горизонтальным валом, устанавливаемым по направлению ветра. Намного реже применяются устройства с вертикальным валом.

Кинетическая энергия, переносимая потоком ветра в единицу времени через площадь в 1 м (удельная мощность потока), пропорциональна кубу скорости ветра. Поэтому установка ВЭУ оказывается целесообразной только в местах, где среднегодовые скорости ветра достаточно велики.

Ветровое колесо, размещенное в свободном потоке воздуха, может в лучшем случае теоретически преобразовать в мощность на его валу 16/27=0,59 (критерий Бетца) мощности потока воздуха, проходящего через площадь сечения, сметаемого ветровым колесом. Этот коэффициент можно назвать теоретическим КПД идеального ветрового колеса. В действительности КПД ниже и достигает для лучших ветровых колес примерно 0,45. Это означает, например, что ветровое колесо с длиной лопасти 10 м при скорости ветра 10 м/с может иметь мощность на валу в лучшем случае 85 кВт.

Наибольшее распространение из установок, подсоединяемых к сети, сегодня получили ветроэнергетические установки (ВЭУ) с единичной мощностью от 100 до 500 кВт. Удельная стоимость ВЭУ мощностью 500 кВт составляет сегодня около 1200 дол/кВт и имеет тенденцию к снижению.

Наряду с этим создаются ВЭУ и с существенно большей единичной мощностью. В 1978 г. в США была создана первая экспериментальная ВЭУ мегаваттного класса с расчетной мощностью 2 МВт. Вслед за этим в 1979-1982 гг. в США были сооружены и испытаны пять ВЭУ с единичной мощностью 2,5 МВт. Самая большая к тому времени ВЭУ (Гровиан) мощностью 3 МВт была сооружена в Германии в 1984 г., но, к сожалению, она проработала лишь несколько сот часов. Построенные несколько позже в Швеции ВЭУ WTS-3 и WTS-4 мощностью соответственно 5 и 4 МВт были установлены в Швеции и США и проработали первая 20, а вторая 10 тыс. ч.

В Канаде ведутся работы по созданию крупных ветровых установок с вертикальным валом (ротор Дарье). Одна такая установка мощностью 4 МВт проходит испытания с 1987 г. Всего за 1987-1993 гг. в мире было сооружено около 25 ВЭУ мегаваттного класса.

Расчетная скорость ветра для больших ВЭУ обычно принимается на уровне 11-15 м/с. Вообще, как правило, чем больше мощность агрегата, тем на большую скорость ветра он рассчитывается. Однако в связи с непостоянством скорости ветра большую часть времени ВЭУ вырабатывает меньшую мощность. Считается, что если среднегодовая скорость ветра в данном месте не менее 5-7 м/с, а эквивалентное число часов в году, при котором вырабатывается номинальная мощность не менее 2000 кВт, то такое место благоприятно для установки крупной ВЭУ и даже ветровой фермы.

Автономные установки киловаттного класса, предназначенные для энергоснабжения сравнительно мелких потребителей, могут применяться и в районах с меньшими среднегодовыми скоростями ветра.

Сегодня в некоторых промышленно развитых странах установленная мощность ВЭУ достигает заметных значений. Так, в США установлено более 1,5 млн кВт ВЭУ, в Дании ВЭУ производят около 3 % потребляемой страной энергии; велика установленная мощность ВЭУ в Швеции, Нидерландах, Великобритании и Германии.

По мере совершенствования оборудования ВЭУ и увеличения объема их выпуска стоимость ВЭУ, а значит и стоимость производимой ими энергии снижаются. Если в 1981 г. стоимость электроэнергии, производимой ВЭУ, составляла примерно 30 американских центов за кВт/ч, то сегодня она составляет 6-8 центов. С учетом того, что только в 1995 г. в США велись работы по четырем большим ветровым фермам с общей мощностью около 200 МВт, станет ясно, что планируемое Департаментом энергетики США снижение стоимости ветровой электроэнергии до 2,5 центов/ (кВт∙ч) вполне реально.

В развивающихся странах интерес к ВЭУ связан в основном с автономными установками малой мощности, которые могут использоваться в деревнях, удаленных от систем централизованного электроснабжения. Такие установки уже сегодня конкурируют с дизелями, работающими на привозимом топливе. Однако в некоторых случаях непостоянство скорости ветра заставляет либо устанавливать параллельно с ВЭУ аккумуляторную батарею, либо резервировать ее установкой на органическом топливе. Естественно, это повышает стоимость установки и ее эксплуатации, поэтому распространение таких установок пока невелико.

Раздел - Энергоснабжение

Виды теплогенерации в Украине на 2016 год и стоимость

В 2016 году частные потребители тепла в Украине получают тепло из следующих источников: 1. Наиболее распространенный - от электричества, электрокотлы, электрокамины, электрообогреватели... Источником без подробностей в большинстве случаев является "энергия …

Вакуумные трубки 1800 на 58мм — мощность, окупаемость

Более полугода изучаю вакуумные солнечные трубки длиной 1800 внешним диаметром 58мм внутренним 43-44мм. Внутренний объем трубки - 2,7 литра. Иногда на активном ярком солнце мощность трубки показывало около 130-150Вт, но …

Закрытые системы геотермального теплоснабжения

Закрытые геотермальные системы, обеспечивающие только горячее водоснабжение. В зависимости от расположения места сброса и источника питьевой воды могут быть использованы три вида схемного решения. Схема (рис. 2.6.). Геотермальная вода подается …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.