Технологических инноваций

Кафедра

РЕФЕРАТ

«ЭНЕРГИЯ ВЕТРА»

Выполнила студентка гр. 722 ИЭФ Е.А.Шкуратова

Проверил к.т.н., доц. А.А.Гажур

Москва,

2013 год

Введение 3

1. Ветроэнергетика 3

1.1. Развитие ветроэнергетики 4

1.2. Современная ветроэнергетика 4

1.2.1. Зеленоградская ВЭУ 5

1.2.2. Анадырская ВЭС 6

1.2.3. Кислогубская ПЭС 7

1.2.4. «Ромашка» 9

2. Классификация и типы ветряных электростанций 9

2.1. Наземная ветряная электростанция 10

2.2. Прибрежная ветряная электростанция 11

2.3. Шельфовая ветряная электростанция 11

2.4. Плавающая ветряная электростанция 11

3. Заключение 12

Литература 13

Введение

Экономический ресурс возобновляемых источников энергии (ВИЭ) мире в настоящее время оценивают в 20 млрд т у.т. в год, что в 2 раза превышает объем годовой добычи всех видов ископаемого топлива. Это обстоятельство указывает путь развития энергетики ближайшего будущего.

К ВИЭ относят: энергию ветра, энергию Солнца, тепла Земли, энергию морей и океана, биомассу, новые виды жидкого и газообразного топлива, представленные синтетической нефтью на основе угля, органической составляющей горючих сланцев и битуминозных пород (дополнительные углеводородные ресурсы), а также некоторые виды топливных спиртов и водород.

Указанные энергоносители в процессе технологических превращений различной глубины и сложности позволяют получать продукцию, свойства которой сопоставимы с продукцией, получаемой за счет природного газа, угля, нефти и продуктов их переработки и тем самым могут обеспечить экономию традиционного энергетического сырья.

Главное преимущество этих энергоресурсов состоит в том, что большинство из них являются местным видом топлива, а районы наибольшей концентрации их сырьевой базы, как правило, испытывают определенные трудности в формировании своего топливно-энергетического баланса.

Основное преимущество ВИЭ – неисчерпаемость и экологическая чистота. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма оптимистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии. Возобновляемые источники энергии играют значительную роль в решении трех глобальных проблем, стоящих перед человечеством: энергетики, экологии, продовольствия.

1. Ветроэнергетика

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. 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.

1.1. Развитие ветроэнергетики

Установленная мощность ветроустановок в мире увеличилась с

6 172МВт в 1966 г. До 12 000 МВт в 1999 г., 36 000 МВт в 2006 г. Страны -лидеры: Германия – 4444, США – 1819, Дания – 1752, Испания – 1539, Индия – 1100 МВт. Оборот ветроэнергетической индустрии в мире 200 4 г. составил 1,9 млрд долл. и увеличился по сравнению с предыдущим годом на 32%.

Приоритет как в развитии теоретических исследований ветроэнергетики, так и в создании проектов ветроэнергетических станций принадлежит нашей стране.

Еще в 1931 г. была сооружена в Крыму самая крупная в мире ветровая электрическая станция (ВЭС) мощностью 10 кВт. Станция работала во 1942 г. и давала электроэнергию в сеть в Севастополь-Энерго напряжением 6300В. Средняя годовая выработка энергии на ВЭС превышала 270 МВт * ч. Во время Великой Отечественной войны она была разрушена. К этому же периоду относится создание в нашей стране проектов самых крупных в мире ВЭС мощностью 1000 и 5000 кВт, которые не смогли быть реализованы из-за войны.

Особенно широко в целях энергообеспечения индивидуальных объектов ветродвигатели в нашей стране применялись в период 1950 – 1961 гг., когда их производство достигло 8 – 9 тысяч единиц в год. Снижение потребности в ветродвигателях и прекращение их серийного производства в дальнейшем связано с широким развертыванием электрификации сельского хозяйства и подключением сельскохозяйственных объектов к электрическим сетям.

Сфера экономически целесообразного применения ветроустановок в современных условиях ограничивается в основном, в районах, имеющими децентрализованное энергосбережение, благоприятные ветровые условия и возможность эксплуатации ветроустановок в течение большей части года.

1.2. Современная ветроэнергетика

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2010 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватт. В том же году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии). Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2011 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 28 % всего электричества, в Португалии — 19 %, в Ирландии — 14 %, в Испании — 16 % и в Германии — 8 %. В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.

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. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

1.2.1. Зеленоградская ВЭУ

Зеленоградская ВЭУ - ветряная электростанция, расположенная в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области Российской Федерации. Является одной из самых мощных российских ветряных электростанций.

История строительства

В мае 1998 года в посёлке Куликово была установлена первая ветроэнергоустановка (ВЭУ) мощностью 0,6 МВт. 10 октября 1998 года «Янтарьэнерго» и датская компания SЕАS Energi Service А. S., входящая в состав материнской компании SЕАS Distribution A.m.b.a., эксплуатирующая более 200 ветроустановок в Дании, подписали «Соглашение о намерениях взаимовыгодного сотрудничества в возведении в Калининградской области РФ первой ветроэлектрической станции мощностью до 5 МВт». «Янтарьэнерго» получило по гранту правительства Дании 20 бывших в употреблении ВЭУ — до этого они восемь лет проработали в датском ветропарке «Нойсомхед Винд Фарм». В 2000 году были установлены 4 ВЭУ, в 2002 году остальные 16 ВЭУ. Установленная электрическая мощность станции составляет 5,1 МВт. На Зеленоградской ВЭС смонтированы:

1 ветроустановка типа Wind World 4200/600 мощностью 0,6 МВт;

20 ветроустановок типа Vestas V27/225 мощностью по 0,225 МВт каждая.

Оборудование Зеленоградской ВЭС приобреталось бывшим в употреблении (1992—1993 года выпуска) и вводилось в эксплуатацию в период с 1998 по 2002 гг. Выработка электрической энергии на ВЭС составила:

в 2008 году — 4 690 тыс кВт·ч

в 2009 году — 3 538 тыс кВт·ч

в 2010 году — 3 596 тыс кВт·ч

Расход электроэнергии на собственные производственные нужды ВЭС составил в 2010 году 0,32 %. Коэффициент использования установленной мощности в том же году составил 8 %. Низкие значения обусловлены погодными условиями (неравномерностью ветровой нагрузки).

Вырабатываемая электроэнергия поступает потребителю по местным электрическим сетям напряжением 0,4 кВ.

Себестоимость киловатт-часа, вырабатываемого ветропарком, составляла в 2007 году 25—35 копеек.

1.2.2. Анадырская ВЭС

Анадырская ВЭС — ветряная электростанция, расположенная на Мысе Обсервации Анадырского района Чукотского автономного округа РФ. Обеспечивает электроэнергией населения поселков Шахтерский, Угольные Копи, Аэропорт. Электростанция эксплуатируется Государственным предприятием Чукотского автономного округа «Чукоткоммунхоз» (ГП ЧАО «Чукоткоммунхоз»).

Установленная электрическая мощность станции на 1 января 2011 года составляла 2,5 МВт, что менее 1 % общей установленной мощности электростанций Чукотского автономного округа. Выработка электрической энергии в 2011 году не превысила 0,2 млн кВт·ч. Параллельно станции установлена ДЭС.

История строительства

Решение о строительстве ВЭС было принято администрацией Чукотского АО в 1999 году. Строительство началось в апреле 2001 года. Первый ветроагрегат был поставлен под нагрузку в январе 2002 года, и уже к ноябрю 2002 года строительство было завершено в полном объёме. К моменту завершения работ к ветростанции была проложена кабельная линия электропередачи 35 кВ Угольные Копи — Анадырская ТЭЦ и ветростанция начала работать в единой энергосистеме с Анадырской ТЭЦ.

До 2006 года выработка станции составляла 3 млн кВт·ч, в последующие годы из-за отсутствия грамотного обслуживания и опыта эксплуатации подобных установок отпуск электроэнергии существенно снизился.

Также на территории округа планировалось строительство 17 аналогичных ветростанций, объединённых в единую сеть, но эти планы остались нереализованными.

Особенности

Агрегаты ветростанции запускаются при силе ветра от 6 м/с.

Часть узлов ветроустановки использованы от самолёта Ан-24.

1.2.3. Кислогубская ПЭС

Кислогубская ПЭС — экспериментальная приливная электростанция, расположенная в губе Кислая Баренцева моря, вблизи поселка Ура-Губа Мурманской области. Первая и единственная приливная электростанция России. Состоит на государственном учёте как памятник науки и техники.

Мощность станции — 1,7 МВт (первоначально 0,4 МВт).

Станция установлена в узкой части губы Кислая, высота приливов в которой достигает 5 метров. Конструктивно станция состоит из двух частей — старой, постройки 1968 года, и новой, постройки 2006 года. Новая часть присоединена к одному из двух водоводов старой части. В здании ПЭС размещено два ортогональных гидроагрегата — один мощностью 0,2 МВт (диаметр рабочего колеса 2,5 м, находится в старом здании) и один ОГА-5,0 м мощностью 1,5 МВт (диаметр рабочего колеса 5 м, находится в новом здании). Гидротурбины изготовлены ФГУП «ПО Севмаш», генераторы — ООО «Русэлпром». Кислогубская ПЭС принадлежит ОАО «РусГидро» в лице его 100 % дочернего общества — ОАО «Малая Мезенская ПЭС».

История создания и эксплуатации

Кислогубская ПЭС была сооружена в 1968 году по проекту института «Гидропроект». Главный инженер проекта и строительства Л. Б. Бернштейн. Строительство ПЭС было произведено передовым для того времени наплавным способом — железобетонное здание ПЭС было сооружено в доке вблизи Мурманска, а затем отбуксировано к месту установки по морю. В одном из водоводов ПЭС был смонтирован французский капсульный гидроагрегат мощностью 0,4 МВт с диаметром рабочего колеса 3,3 м, второй водовод, предназначавшийся для гидроагрегата отечественной разработки, был оставлен пустым.

После пуска ПЭС была передана на баланс «Колэнерго» и использовалась НИИЭС в качестве экспериментальной базы. В 1994 году, в связи со сложной экономической ситуацией, ПЭС была законсервирована; за время эксплуатации было выработано 8,018 млн кВт·ч электроэнергии.

В начале 2000-х годов руководством РАО «ЕЭС России» было принято решение о восстановлении Кислогубской ПЭС в качестве экспериментальной базы для отработки новых гидроагрегатов для приливных электростанций, а также технологий сооружения ПЭС. В конце 2004 года на станции был установлен новый ортогональный гидроагрегат мощностью 0,2 МВт с диаметром рабочего колеса 2,5 м, изготовленный ФГУП «ПО Севмаш» (старый гидроагрегат при этом был демонтирован), станция была введена в эксплуатацию. В конце 2006 года к станции была подведена линия электропередачи напряжением 35 кВ. В ходе реформы электроэнергетики, Кислогубская ПЭС перешла в собственность ОАО «ТГК-1», однако летом 2006 года была выкуплена ОАО «ГидроОГК» (ныне ОАО «РусГидро») и поставлена на баланс его дочернего общества ОАО «Малая Мезенская ПЭС».

5 мая 2006 года на Севмаше состоялась закладка нового экспериментального блока для Кислогубской ПЭС. В ноябре 2006 года блок был спущен на воду и в начале 2007 года отбуксирован по морю на Кислогубскую ПЭС, где и был установлен напротив второго водовода станции. Испытания новой ортогональной турбины мощностью 1,5 МВт прошли успешно и подтвердили проектные параметры.

На Кислогубской приливной электростанции (ПЭС) начался эксперимент по использованию энергии ветра для производства электроэнергии. С лета 2009 года в течение года измерительные мачты будут собирать информацию о силе и направлении ветров.

1.2.4. «Ромашка»

«Ромашка» (ветроагрегат) - агрегат ветромеханический водоподъемный АВВП-1,2 «Ромашка» (заводской номер 843, год выпуска 1990)— марка малогабаритного агрегата ветромеханического водоподъемного (ветряного насоса), предназначенного для водоснабжения индивидуальных потребителей, разработанного в Научно-производственном объединении «Ветроэн» и производимого Стерлитамакским ордена Ленина станкостроительным заводом им. Ленина с 1988 по, предположительно, 1992 годы.

2. Классификация и типы ветряных электростанций

В ветроэнергетике обычно используют рабочий диапазон скоростей

ветра, не превышающих 25 м/с. Эта скорость соответствует 9-балльному ветру (шторм) по 12-балльной шкале Бофорта. Ниже приведены значения удельной мощности (Вт) ветрового потока (Вт/м*2) для указанного рабочего диапазона скоростей ветра:

Ветроэнергетические установки (ВЭУ), классифицируют по следующим признакам:

- мощности – малые (до 10 кВт), средние (от 10 до 100 кВт), крупные (от 100 до 1000 кВт), сверхкрупные (более 1000 кВт);

- числу лопастей рабочего рабочего колеса – одно-, двух-, трех- и много-лопастные;

- отношению рабочего колеса к направлению воздушного потока – с горизонтальной осью вращения, параллельной или перпендикулярной вектору скорости (ротор Дарье - представляет собой симметричную конструкцию, состоящую из двух и более аэродинамических крыльев, закреплённых на радиальных балках. На каждое из крыльев, движущихся относительно потока действует подъёмная сила, величина которой зависит от угла между вектором скорости потока и мгновенной скорости крыла. Максимального значения подъёмная сила достигает при ортогональности данных векторов. Ввиду того, что вектор мгновенной скорости крыла циклически изменяется в процессе вращения ротора, момент силы, развиваемый ротором также является переменным. Поскольку для возникновения подъёмной силы необходимо движение крыльев, ротор Дарье характеризуется плохим самозапуском. Самозапуск улучшается в случае применения трёх и более лопастей).

2.1. Наземная ветряная электростанция

Самый распространённый в настоящее время тип ветряных электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях (Наземная ветряная электростанция в Испании построена по вершинам холмов. Наземная ветряная электростанция возле Айнажи, Латвия)

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветряной фермы может занимать год и более.

Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.

Крупнейшей на данный момент ветряной электростанцией является электростанция в городе Роско (Roscoe), штат Техас, США. ВЭС Роско была запущена 1 октября 2009 года немецким энергоконцерном E.ON. Станция состоит из 627 ветряных турбин производства Mitsubishi, General Electric и Siemens. Полная мощность — около 780 МВт. Площадь электростанции не менее 400 км².

2.2. Прибрежная ветряная электростанция

Прибрежные ветряные электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.

2.3. Шельфовая ветряная электростанция

Шельфовые ветряные электростанции строят в море: 10—60 километров от берега. Шельфовые ветряные электростанции обладают рядом преимуществ:

- их практически не видно с берега;

- они не занимают землю;

- они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.

Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям.

Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.

В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей. Крупнейшей шельфовой станцией является электростанция Миддельгрюнден (Дания) с установленной мощностью 40 МВт.

Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмные суда.

2.4. Плавающая ветряная электростанция

Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией HTechnologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года. Турбина под названием Hywind весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.

Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.

Компания планирует в будущем довести мощность турбины до 5 МВт, а диаметр ротора — до 120 метров.

3. Заключение

В настоящее время ветроэнергетические установки (ВЭУ) мощностью 100 кВт и выше построены в США, Канаде, Германии, Дании, Швеции, Нидерландах, Великобритании, Франции. ВЭУ мегаваттного класса построены в США, Швеции и Германии, создаются в Великобритании и Канаде. Параллельно с созданием и испытанием опытных ВЭУ выполняется большой объем работ по описку более рациональных схем модных ВЭУ, их узлов и систем, разработке ВЭУ новых типов. Активные исследования проводятся по использованию ВЭС в энергосистемах.

Литература

1. Основы современной энергетики. Бурман А.П. и др. – М.: МЭИ, 2002.

2. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии. Безруких П.П., Арбузов Ю.Д., Борисов Г.А. и др. – С.Пб.: Наука, 2002.

3. Д. де Рензо, В. В. Зубарев Ветроэнергетика. Москва. Энергоатомиздат, 1982.

4. Ю.Д.Сибикин, М.Ю.Сибикин Технология энергосбережения: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006.