Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Ветроэнергетика





Ветер представляет собой движение воздушных масс земной атмосферы, вызванное перепадом температуры в атмосфере из-за неравномерного нагрева ее Солнцем. Таким образом, используемая энергия ветра является энергией Солнца, преобразованной в механическую энергию.

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) – это устройства, преобразующие энергию ветра в полезную механическую, электрическую или тепловую виды энергии.

Таблица 8

Сила ветра по шкале Бофорта и ее влияние на ветроустановки и условия их работы

Баллы Бофор-та Скорость ветра, м/с Характе-ристика силы ветра Наблюдаемые эффекты действия Воздействие ветра на ВЭУ Условия для работы ВЭУ
  0,4-1,8 Тихий Дым из труб слегка отклоняется. На воде появляется рябь Нет Отсутствуют
  1,8-3,6 Легкий Ветер ощущается лицом, шелестят листья, на воде отчетливое волнение Нет Отсутствуют
  3,6-5,8 Слабый Колеблются листья на деревьях, развеваются легкие флаги. На отдельных волнах появляются барашки Начинают вращаться лопасти тихоходных ВЭУ. Плохие для всех установок  
  5,8-8,5 Умеренный Колеблются тонкие ветки деревьев, поднимается пыль и клочки бумаги, на воде много барашков Начинают вращаться колеса всех ВЭУ Хорошие
  8,5-11 Свежий Начинают раскачиваться лиственные деревья, все волны в барашках Мощность ВЭУ достигает 30% проектной Очень хорошие
  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
  14-17 Крепкий Все деревья раскачиваются, с гребней волн срывается пена Максимальная мощность Предельно допустимые
  17-21 Очень крепкий Ломаются ветки деревьев, трудно идти против ветра, с волн срываются клочья пены ВЭУ начинают отключаться Недопустимые

При скорости ветра 21–34 м/с – шторм, более 34 м/с – ураган.

Энергия ветра в механических установках, например, на мельницах и в водяных насосах используется уже несколько столетий. После резкого скачка цен на нефть в 1973 году интерес к таким установкам резко возрос. Большая часть существующих ветроустановок построена в конце 70-х - начале 80-х годов ХХ века на современном техническом уровне при широком использовании последних достижений аэродинамики, механики, микроэлектроники для контроля и управления ими. Ветроустановки мощностью от нескольких киловатт до мегаватт производятся в Европе, США и других частях мира. Большая часть этих установок используется для производства электроэнергии как в единой энергосистеме, так и в автономных режимах.

Одно из основных условий при проектировании ветроустановок – обеспечение их защиты от разрушения очень сильными случайными порывами ветра. В каждой местности в среднем раз в 50 лет бывают ветры со скоростью, в 5–10 раз превышающей среднюю, поэтому ветроустановки приходится проектировать с большим запасом прочности. Максимальная проектная мощность ветроустановки определяется для некоторой стандартной скорости ветра, обычно принимаемой равной 12 м/с.

Скорость ветра увеличивается с высотой над поверхностью Земли. Ветроколесо должно устанавливаться достаточно высоко над местными препятствиями, чтобы набегающий на него ветровой поток был сильным, однородным и с минимальными изменениями скорости и направления.

Наилучшим местом для размещения ветроустановки является гладкая, куполообразная, ничем не затененная возвышенность. Желательно, чтобы ветроустановка в радиусе нескольких сотен метров была окружена полями или водной поверхностью. Как правило, головки ветроустановок находятся на высоте от 5 до 50 метров.

В районах с благоприятными ветровыми условиями среднегодовое производство электроэнергии ветроустановками составляет 25–35 % его максимального проектного значения. Срок службы ветроустановок обычно не менее 15–20 лет, а их стоимость колеблется от 1000 до 1500 долларов США за 1 кВт проектной мощности. Официальные оценки возможной доли ветроэнергетики в энергетике в целом, например в Великобритании и Западной Германии, не предполагающие каких-либо серьезных изменений в сложившейся инфраструктуре энергопотребления, дают не менее 20 %. Автономные ветроустановки весьма перспективны для вытеснения дизельных электростанций и отопительных установок, работающих на нефтепродуктах, особенно в отдаленных районах и на островах.

Ветроустановки могут быть предназначены для непосредственного выполнения механической работы (например, привода водяного насоса) или для производства электроэнергии. В последнем случае они приводят в действие электрогенератор и в совокупности с ним называются ветроэлектрогенераторами.

Таблица 9

Параметры ветроэнергетических установок различной проектной мощности при скорости ветра 12 м/с

Класс ВЭУ Расчетная (проектная) мощность, кВт Диаметр ветроколеса, м Период вращения, с
Малые 10 25 6,4 10 0,3 0,4
Средние 50 100 150 14 20 25 0,6 0,9 1,1
Большие 250 500 1000 32 49 64 1,4 2,1 3,1
Очень большие 2000 3000 4000 90 110 130 3,9 4,8 5,7

3.2. Принцип действия и классификация ВЭУ

Как уже было сказано, в ветроэнергетических установках энергия ветра преобразуется в механическую энергию их рабочих органов. Первичным и основным рабочим органом ВЭУ, непосредственно принимающим на себя энергию ветра и, как правило, преобразующим ее в кинетическую энергию своего вращения, является ветроколесо.

Вращение ветроколеса под действием ветра обуславливается тем, что в принципе на любое тело, обтекаемое потоком газа, действует сила F, которую можно разложить на две составляющие: 1 – вдоль скорости набегающего потока, называемую силой лобового сопротивления F C, и 2 – в направлении, перпендикулярном скорости набегающего потока, называемую подъемной силой F П (рис.25).

Рис. 25. Силы, действующие на тело, обтекаемое потоком газа:

U – скорость газового потока; F C – сила лобового сопротивления;

F П – подъемная сила; F –результирующая сила

Величины этих сил зависят от формы тела, ориентации его в потоке газа и от скорости газа. Действием этих сил рабочий орган ветроустановки (ветроколесо) приводится во вращение.

Ветроустановки классифицируются по двум основным признакам: геометрии ветроколеса и его положению относительно направления ветра (рис. 26, 27).

Рис. 26. Принципиальная схема ветроустановки, использующей силу лобового сопротивления и состоящей из укрепленных на перемещающемся ремне откидывающихся пластин

Если ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку, то установка называется горизонтально-осевой, если перпендикулярна – вертикально-осевой.

Установки, использующие силу лобового сопротивления (драг-машины), как правило, вращаются с линейной скоростью, меньшей скорости ветра, а установки, использующие подъемную силу (лифт-машины), имеют линейную скорость концов лопастей, существенно большую скорости ветра.

Рис. 27. Классификация ветроколес (левый столбец – ветроколеса с горизонтальной осью, правый – с вертикальной)

 

ВЭУ с большим геометрическим заполнением ветроколеса развивают значительную мощность при относительно слабом ветре, и максимум мощности достигается при небольших оборотах колеса. ВЭУ с малым заполнением достигают максимальной мощности при больших оборотах и дольше выходят на этот режим. Поэтому первые используются, например, в водяных насосах и даже при слабом ветре сохраняют работоспособность, а вторые – в качестве электрогенераторов, где требуется высокая частота вращения.

 

3.3. Производство электроэнергии с помощью ветроэнергетических установок

Использование ветроустановок для производства электроэнергии является наиболее эффективным способом утилизации энергии ветра. Предъявляемые при этом требования к частоте и напряжению вырабатываемой электроэнергии зависят от особенностей потребителей этой энергии. Эти требования жесткие при работе ветроустановок в рамках единой энергосистемы и достаточно мягкие при использовании энергии ВЭУ в осветительных и нагревательных установках.

Основными элементами ветроэлектрогенераторов являются: 1) собственно ветроустановка; 2) электрогенератор; 3) система управления параметрами генерируемой электроэнергии в зависимости от изменения силы ветра и скорости вращения ветроколеса; 4) так как периоды безветрия неизбежны, то для исключения перебоев в электроснабжении ВЭУ должны иметь аккумуляторы электрической энергии или быть запараллелены с электроэнергетическими установками других типов.

Одним из способов управления электроэнергией ВЭУ является выпрямление переменного тока ВЭУ и затем преобразование его в переменный ток с заданными стабилизированными параметрами.

Ветроэнергетический потенциал Республики Беларусь

Белорусская энергетическая программа до 2010 года основными направлениями использования ветроэнергетических ресурсов на ближайший период предусматривает их применение для привода насосных установок и в качестве источников энергии для электродвигателей. Эти области применения характеризуются минимальными требованиями к качеству электрической энергии, что позволяет резко упростить и удешевить ветроэнергетические установки. Особенно перспективным считается их использование в сочетании с малыми гидроэлектростанциями для перекачки воды. Применение ветроэнергетических установок для водоподъема, электроподогрева воды и электроснабжения автономных потребителей к 2010 году предполагается довести до 15 МВт установленной мощности, что обеспечит экономию 9 тысяч тонн условного топлива в год.

Одним из высокоприоритетных белорусских национальных проектов, включенных в Мировую солнечную программу на 1996-2005 гг., является создание двух экспериментальных промышленных ветроэнергетических установок мощностью 1,5 МВт каждая.

Беларусь располагает значительными ресурсами энергии ветра. По данным Государственного комитета по гидрометеорологии Республики Беларусь и НП "Ветромаш", среднегодовая скорость ветра на территории республики составляет 4,3 м/с. При этом на четверти пригодной для внедрения ветроэнергетических установок территории среднегодовая скорость ветра превышает 5 м/c. Такая скорость ветра соответствует требованиям мировой практики по показателям коммерческой целесообразности внедрения ветротехники. При правильном выборе места установки ветроагрегата (на возвышенностях открытой местности, на берегах водных массивов и т.п.) среднегодовая скорость ветра может достигать 6–7 м/с. Наиболее эффективно можно применять ВЭУ на возвышенностях большей части севера и северо-запада Беларуси и в центральной части Минской области, включая прилегающие к ней районы с запада.

Максимальный прогнозируемый ветроэнергетический ресурс территории республики составляет более 280 миллиардов кВт·часов в год. Использование только 1 % территории под ветроэнергетику уже в 2010 году позволило бы выработать около 3 миллиардов кВт· часов энергии. При условии 25 % использования годового времени на выработку такого количества энергии потребуется до 8000 ветроустановок мощностью от 100 до 500 кВт, которые позволили бы сэкономить ежегодно до 1 млн. тонн условного топлива. Окупаемость подобной ветротехники составляет около четырех лет.

 

Таблица 10

Ветротехнические показатели ветроагрегатов, рекомендуемых к внедрению на территории Республики Беларусь

Зональная среднегодовая скорость ветра, м/с Диапазон рабочих скоростей ветра ВЭУ, м/с Расчетная скорость ветра, соответствующая номинальной мощности, м/с Ориентировочная доля использования ВЭУ, %
До 4,5 3-20    
4,5-5,5 4-24    
Выше 5,5 4-24 10-12  

Date: 2015-05-23; view: 927; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию