Читать книгу Основы энергосбережения. Конспект лекций - Р. Р. Байтасов - Страница 10

Ветер – это движение воздушных масс атмосферы, вызванное перепадом температуры из-за неравномерного нагрева воздуха. Энергия ветра – это преобразованная в механическую (кинетическую энергию движущихся воздушных масс) энергия Солнца.

Ветровая энергетика – это получение механической энергии от ветра с последующим преобразованием её в электрическую.

Преобразуют энергию ветра в полезную механическую, электрическую или тепловую энергию ветроэнергетические установки (ВЭУ). Энергия ветра зависит от его силы, т.е. величины давления, оказываемого ветром на единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно его направлению. Оценивают силу ветра и его воздействие на ВЭУ, по шкале Бофора. Например, безветрием считается, если скорость ветра составляет 0…0,2 м/с (дым поднимается вертикально) – условия для работы ВЭУ отсутствуют. Если дым поднимается почти вертикально, на воде поднимается рябь скорость ветра составляет 0,3…1,5 м/с – условия для работы ВЭУ отсутствуют. При слабом ветре (3,4…5,4 м/с, колышутся листья, флаги) начинают работать тихоходные ВЭУ. При свежем ветре (8,0…10,7 м/с, начинают раскачиваться деревья, волны в барашках) хорошие условия для всех ВЭУ.

Недопустимым для работы ВЭУ является шквальный (очень крепкий ветер) – трудно идти, качаются толстые деревья – скорость 17,2…20,7 м/с.

Ураган – скорость ветра свыше 32,6 м/с.

Потенциал энергии ветра в мире огромен. Теоретически эта энергия могла бы удовлетворить все потребности Европы.

Интерес к механическим установкам, использующих энергию ветра сильно возрос после резкого скачка цен на нефть в 1973г. Наибольшая доля (до 3%) в производстве электроэнергии ВЭС получена в 1993г. в Дании, где ветровые турбины рассеяны по всей стране. Большая часть существующих ветроустановок построена в конце 1970-начале 1980-х гг.

Ветроэлектрические установки, работающие в автономном режиме должны иметь аккумулирующие и преобразующие устройства, что существенно повышает их стоимость. Установкам, которые работают в единой энергосистеме, такие устройства не нужны. В качестве аккумулятора для таких установок выступает электрическая сеть. Однако данное обстоятельство значительно повышает требования к качеству производимой электроэнергии и требует принятия мер для синхронизации работы электрического генератора установки с электрической сетью по частоте, напряжению и другим параметрам.

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.

Одно из основных условий при проектировании ветроустановок – обеспечение их защиты от разрушения очень сильными 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.

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

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 дол. США за 1 кВт проектной мощности. Официальные оценки возможной доли ветроэнергетики в энергетике в целом, например в Великобритании и Германии, дают не менее 20%.

Автономные ветроустановки весьма перспективны для вытеснения дизельных электростанций, отопительных установок, водоподъёмников и других машин, работающих на нефтепродуктах, особенно в отдалённых районах и на островах, где централизованное энергоснабжение экономически нецелесообразно или вообще невозможно.

Стоимость ветровой энергии снижается на 15% в год и даже сегодня может конкурировать на рынке, и имеет перспективы дальнейшего снижения в отличие от стоимости энергии, получаемой на АЭС (последняя повышается на 5% в год).