Ветровая электростанция,ветродвигатели,ветроколесо. Ветровые электростанции
Реферат Тема: Ветровые электростанции
Министерство образования и науки Российской федерации.
Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего федерального образования.
«Магнитогорский государственный технический университет им. Носова»
Кафедра информатики и информационных технологий.
Выполнил: студент группы ЭСБ-11-1
______/Лазарук Иван Александрович
Проверил: Старший преподаватель
_______/Дубина Ирина Алексеевна
Магнитогорск 2011
Оглавление
1История использования энергии ветра 3
2Общие сведения 4
3Место постройки 7
Исследование скорости ветра 7
Высота 7
Экологический эффект 7
4Типы ветряных электростанций 8
4.1Наземная 8
4.2Прибрежная 10
4.3Шельфовая 11
4.4Плавающая 12
5ВЭС в России 13
6Преимущества и недостатки ВЭС 16
6.1Преимущества 16
6.2Недостатки 16
7Схема ветрового генератора: 17
История использования энергии ветра
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.
Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых.
В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо — 1526 г., Глочестер — 1542 г., Лондон — 1582 г., Париж — 1608 г., и др. Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.
Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 метра и четырёхлопастные роторы диаметром 23 метра. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 метров. К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт. В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги. Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра.
Общие сведения
Ветряная электростанция — несколько ветрогенераторов, собранных в одном или нескольких местах. Крупные ветряные электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветряные электростанции называют ветряными фермами.
Запасы ветровой энергии, по сути дела, безграничны. Эта энергия возобновляема, и в отличие от тепловых станций ветроэнергетика не использует богатства недр, а ведь добыча угля, нефти, газа связана с огромными затратами труда.
К тому же тепловые станции загрязняют окружающую среду, а плотины ГЭС создают на реках искусственные моря, нарушая природное равновесие. С другой стороны, ветроэлектростанция такой же мощности, как ГЭС или АЭС, по сравнению с ними занимает гораздо большую площадь. И справедливости ради надо сказать, что ветроэлектростанции не совсем безвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приему телепередач в близлежащих населенных пунктах.
Обычно рабочим органом ветродвигателя служат лопасти воздушного винта, который и называют ветроколесом. Теорию его еще в начале XX века разработал известный русский учёный Н.Е. Жуковский. Для описания явлений, связанных с прохождением воздушного потока через колесо, он применил теорию подъемной силы крыла самолета и определил значение максимально возможного коэффициента использования энергии ветра идеальным колесом. Коэффициент полезного действия оказался равным 59,3 процента.
Для получения энергии ветра используются разные конструкции. Это мпоголопастные «ромашки» и винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью. Вертикальные конструкции хороши тем, ЧТО улавливают ветер любого направления; остальным приходится разворачиваться по ветру. Такой вертикальный ротор напоминает разрезанную вдоль и насаженную на ось бочку. Встречаются и оригинальные решения. Например, тележка с парусом ездит по кольцу из рельсов, а ее колеса приходят в действие электрогенератор.
Наиболее распространенным типом ветровых энергоустановок (ВЭУ) является турбина с горизонтальным валом и числом лопастей от 1 до 3. Турбина, мультипликатор и электрогенератор размещаются в гондоле, усыновленной на верху мачты. В последних моделях ВЭУ используются асинхронные генераторы переменной скорости, а задачу кондиционирования им обрабатываемой электроэнергии выполняет электроника.
Ветровые электростанции выгодны, как правило, в регионах, где среднегодовая скорость ветра составляет 6 метров в секунду и выше и которые бедны другими источниками энергии, а также в зонах, куда доставка топ-нива очень дорога. В России это, в первую очередь, Сахалин, Камчатка, Арктика, Крайний Север и т.д.
При среднегодовой скорости ветра около 7 метров в секунду и среднем числе часов работы на полной мощности 2500 часов в год такая установка вырабатывает электроэнергию стоимостью 7—8 центов/кВч. Сегодня наиболее распространены ВЭУ единичной мощностью 100—500 кВт, хотя построены и эксплуатируются агрегаты единичной мощностью в несколько мегаватт.
Малые ВЭУ (мощностью менее 100 кВт) обычно предназначаются для автономной работы. Системы, которым они выдают энергию, привередливы, требуют подачи энергии более высокого качества и не допускают перерывов в питании, например, в периоды безветрия. Поэтому им необходим «дублер», то есть резервные источники энергии, например, дизельные двигатели той же, как у ветроустановок, или меньшей мощности.
Что касается более мощных ветроустановок (свыше 100 кВт), то они применяются как электростанции и включаются обычно в энергосистемы. Обычно на одной площадке устанавливается достаточно большое количество ВЭУ, образующих так называемую ветровую ферму. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком тесно, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому «ферма» занимает много места. Такие «фермы» есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше. В Калифорнии (США) на одной из них размещено около тысячи ветроустановок, так что суммарная установленная мощность фермы превышает 100 МВт.
Обычно для снижения зависимости от капризов ветра в систему включают маховики, частично сглаживающие порывы ветра, и разного рода аккумуляторы, в основном электрические. Но вместе с тем используют и воздушные. В этом случае ветряк нагнетает воздух в баллоны. Выходя оттуда, его ровная струя вращает турбину с электрогенератором. Еще один вариант — гидравлические аккумуляторы. Здесь силой ветра вода поднимается на определенную высоту, затем, падая вниз, она вращает турбину. Ставят даже электролизные аккумуляторы. Ветряк дает электрический ток, разлагающий воду на водород и кислород. Их запасают в баллонах. Потом по мере необходимости водород и кислород сжигают в топливном элементе либо в газовой турбине, вновь получая ток, но уже без резких колебаний напряжения, связанных с капризами ветра.
Суммарная мощность ветроустановок в мире быстро возрастает. По использованию ВЭУ в мире лидируют США, в Европе — Германия, Англия, Дания и Нидерланды.
Офшорная ветряная электростанция Миддельгрюнден, около Копенгагена, Дания. На момент постройки она была крупнейшей в мире.
studfiles.net
Ветроэнергетика – преимущества и недостатки —
Дата публикации: 2 декабря 2014
Не каждый человек сможет быстро ответить на вопрос – что же такое ветер? С точки зрения физики это довольно сложное природное явление. Но есть у этого понятия и экономическое толкование, и важность его в современном мире все возрастает от года к году. Энергия ветра, дешевая и возобновляемая, вот причина привлекательности этого явления природы. Точно такая же энергия получается при использовании течения воды, приливов и отливов, солнечных лучей. Но у ветряной энергии есть свои особенности, которые мы и рассмотрим в этой статье.
История использования энергии ветра
В древнем городе Вавилон в третьем тысячелетии до нашей эры уже пользовались энергией ветра. Расцвет экономики этого региона наступил в 6-ом веке до нашей эры, и именно на эту эпоху приходится самое большое число технических открытий. Тогда было создано первое устройство, которое позволяло осушать болотистые местности. В древнем Египте с помощью ветра были созданы первые ветряные мельницы для производства муки из зерна. В Китае пошли еще дальше, там в это же время велась откачка воды с рисовых полей механизированным способом. И вращали лопасти этих устройств именно ветряные потоки. Европа в этом отношении не была в первых рядах, ветряные технологии дошли сюда только в 12-ом веке нашей эры.
Но все эти три тысячи лет были только подготовкой к существенному рывку технического прогресса, который произошел в 20-ом веке. Человечество придумало, каким образом не просто заставлять ветер вращать какие-либо лопасти, а как вырабатывать электроэнергию, чтобы обеспечивать работу самых разных машин. Такое открытие стало по-настоящему прогрессивным, оно перевернуло всю историю использования ветра. На данный момент на Земле работают электростанции, которые являются представителями далеко не первого поколения. Современные, технологичные, экономичные станции украшают многочисленные районы нашей планеты, способствуя улучшению экологии и здоровья людей.
Преимущества ветряных электростанций
Установить ветряную электростанцию где угодно не получится. Для этой цели подходят только те районы, где наблюдаются постоянные сильные ветра. Но и здесь есть свои нормативы. Если в местности преимущественно дует ветер со скоростью от 4,5 м/с, то строительство ветряной станции будет эффективным. Причем, такую электростанцию можно строить как отдельно стоящую, так и несколько станций, объединенных в систему, то есть каскад станций. Такие сети станций называют ветряными фермами, в этом случае несколько ветряков работают на один энергоблок. Таким образом достигается максимальный энергетический эффект при существенной экономии на строительстве и оснащении.
На данный момент наибольшее количество ветряной энергии производят в Соединенных Штатах. Если же говорить о Европе, то лидерами в этой сфере являются Дания, Нидерланды, Германия и Великобритания. Причем, в Германии работает наиболее мощная электростанция, которая в электроэнергию преобразует силу ветра. Она вырабатывает ежегодно до 7 миллионов кВт/часов энергии. Ветряная ферма Aeolus II поставляет электроэнергию в 2 тысячи домов. Если учесть, что на планете на сегодняшний день работает более 20 тысяч ветряных ферм, то можно представить, сколько электричества производится с помощью обычного природного явления – ветра. Такое широкое развитие отрасль получила благодаря массе преимуществ. Есть и недостатки, но они легко устраняются, а вот плюсы работают долго и эффективно. Итак, ветряные электростанции ценятся человечеством по нескольким причинам.
Стоимость эксплуатации ветроэлектростанции очень низкая. Для ее успешной работы не нужен многочисленный персонал, не требуется его обучение. Покупка и регулярная замена дорогостоящих блоков также не требуется.
Однажды правильно выбранное место расположения для электростанции гарантирует несколько десятилетий бесперебойной и качественной работы, получение должного объема энергии. Точность выбора места требует огромного внимания: подробный и тщательный анализ обеспечит в дальнейшем и экологичность процесса и его финансовую выгоду для собственника.
Электростанция, работающая при помощи ветра, это практически совершенно чистый объект в плане экологии. Чистота окружающей среды выражается и в системе работы, и в процессе передачи энергии, и в ее использовании. Кроме того, ветряная станция не может навредить окружающей среде даже в случае ее разрушения, что нельзя сказать о гидроэлектростанции или о станции атомной. Ветряная электростанция не производит выбросов в окружающую среду, она не изменяет ландшафт, не нарушает природную экосистему. Никаких вредных воздействий ни на территорию, ни на озоновую оболочку Земли нет.
Топливо или источник энергии у ветряной станции – возобновляемое. Это ветер, который не нужно где-либо добывать и транспортировать на место расположения станции. Поэтому финансовый эффект от работы ветряков максимальный. Транспортировать электрическую энергию приходится только до источника потребления. Практика показывает, что потребитель практически всегда находится рядом, поэтому не приходится тратить большие деньги на строительство коммуникаций. Кроме того, не происходит потерь энергии во время транспортировки, а они иногда приносят очень серьезные убытки компании-собственнику.
Вблизи от ветряной электростанции не надо выстраивать «мертвую» зону, как около других станций. Все земли можно использовать в сельскохозяйственных целях, ведь ветряки никак не вредят окружающей среде.
Расходы на получение ветряной энергии хоть и минимальны, но все же существуют. Преимущество этих расходов – их стабильность. А вот стоимость энергии для продажи постоянно растет. Следовательно, размер чистой прибыли владельцев ветряных станций постоянно растет. Причем конкурентоспособность на рынке энергии ветряной ресурс имеет очень высокую. Стоимость энергии в разы дешевле, чем та, которая получена на ГЭС, АЭС.
Недостатки ветряных электростанций
Недостатков немного, но противники строительства ветряков их активно муссируют в прессе. Но все эти недостатки скорее всего представляют собой трудности при ведении этого бизнеса, которые можно минимизировать.
Высокий входной барьер в бизнес. Для того, чтобы начать получать ветровую энергию, надо построить ветряную ферму. Предстоят затраты на высокоточные расчеты для определения местности постройки, также надо будет вложить деньги в покупку оборудования и его монтаж на выбранной территории. Именно стоимость ветряной электростанции, стоимость оборудования являются основной строкой затрат, но здесь можно воспользоваться услугами инвесторов, банковским кредитованием и пр.
Весьма существенный недостаток ветряной станции – невозможность точного прогноза, сколько электроэнергии будет получено в определенный отрезок времени. Предугадать, насколько сильным будет ветер, и будет ли он дуть вообще, невозможно. Поэтому при ведении данного вида бизнеса существуют существенные риски. Но минимизировать их можно, если тщательно выверить координаты расположения станции на стадии ее планирования. Такой анализ основывается на многолетних показаниях скорости ветра.
Многие противники ветряных станций утверждают, что лопасти издают сильный шум, который негативно влияет на окружающую среду. Но современные технологии позволили измерить уровень шума и изучить его воздействие. Оказалось, громкий звук от работы лопастей действительно присутствует, но уже на расстоянии 30 метров от источника он слышен только на уровне фона. Для сведения: фон – это уровень шума естественной окружающей среды.
Защитники птиц выступают активно против строительства ветряных станций. В этом случае аргументы также легко разбиваются об анализ вреда, наносимого другими техногенными объектами птицам. Подсчет показал, что количество птиц, попадающих под лопасти ветряков, ничем не отличается от числа пернатых, которые погибают в других местах, к примеру, на высоковольтных линиях передач.
Еще одна весьма сомнительная гипотеза противников ветряной энергии – искажение телевизионного сигнала вблизи от фермы. В современном мире все большую популярность приобретает спутниковое ТВ, цифровое ТВ, эфирного телевидения остается все меньше и меньше, поэтому приему сигнала в квартирах и домах ничто помешать не может.
Ветряные электростанции делают жизнь немцев невыносимой :
Достижения ветряного направления в энергетике
Ветроэнергетика в мире получила в последние годы значительное развитие. Показательны результаты ветряной энергетики в Шотландии. Здесь ветряками вырабатывается электроэнергии на 25% больше, чем потребляют все жилые объекты страны, а это более трети всего энергопотребления. И самое интересное, что правительство Шотландии поставило задачу – к 2020 году все потребности в электричестве удовлетворять за счет работы ветряных электростанций. И шотландцы готовы на это потратить почти 46 миллиардов фунтов стерлингов. Взята стратегия на закрытие атомных станций и на развитие солнечных и ветряных электростанций.
Недавно в Канаде установили юбилейную ветряную станцию. Порядковый номер этого объекта – 1500! Полмиллиона жилых домов можно снабжать электроэнергией ветряных станций. Причем первая ветряная турбина в этой стране была установлена всего 10 лет назад. И если на данный момент доля ветряной энергетики занимает 3% в экономике Канады, то к 2025 году планируется увеличить этот объем до 20%.
Испанский остров Эль Хьерро давно заявил о своей энергетической независимости. Ветро-приливная электростанция вырабатывает более 20% всего электричества. Столько же дает атомная энергетика, чуть меньше – ТЭЦ и ГЭС. Солнечные батареи вырабатывают около 5% электричества, потребляемого на острове.
На Ямайке построена гибридная станция, которая одновременно работает и на энергии ветра и на солнечной энергии. Ее мощность – более 110 кВт/ч в год. Владелец электростанции – производитель оборудования для таких станций. Собственник утверждает, что окупается довольно дорогое оборудование за 4 года, а затем за 25 лет эксплуатации станция даст экономию 2 миллиона долларов.
Российская ветроэнергетика
Все перечисленные плюсы ветроэнергетики, которые присутствуют в других странах, в России работают слабо. Стоимость киловатта электроэнергии ветровой в 3-8 раз превышает цену обычного традиционного электричества. Причин тому много, но главная – слабое внимание к этому альтернативному источнику энергии. Следствием такого отношения является то, что за год в России производится ветряными фермами столько электричества, сколько в Китае, например, за 2 часа. Ветроэнергетика в России – очень обширная тема, и ее мы обсудим в следующей статье.
Почему в России не строят ветряные электростанции :
altenergiya.ru
Типы ветряных электростанций. Наземные,прибрежные и шельфовые ветрогенераторы
Ветряная электростанция — группа ветрогенераторов, которые объединены для того чтобы обеспечивать определенный регион электроэнергией. Ветрогенератор — устройство что получает электроэнергию из ветра. Ветряные электростанции могут иметь в своем составе до 100 ветрогенераторов. Если количество ветрогенераторов превышает сотню то такие ветряные электростанции называют ветряными фермами.
Типы ветряных электростанций
Наземная ВЭУ
Самый распространенный в настоящее время тип ветряных электростанций. Для установления ветрогенератор подыскиваются места на холмах и высотах. Для того чтобы установить промышленный ветрогенератор необходим подготовленную площадку. Также нужно получить разрешения от регулирующих органов на их будивнитство.
Для строительства необходима дорогостоящая к строительной площадке, тяжелая подъемная техника с выносом стрелы более 50 метров, поскольку гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров. Все ветрогенераторы электростанции соединяются кабелем и составляют единую систему.
Прибрежная ВЭС
Прибрежные ветряные электростанции строят на небольшом расстоянии от берега моря или океана. А система эта работает так — на побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагревом поверхности суши и водоема. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с побережья, остывшее, к водоему.
Такая технология позволяет получать электроэнергию круглосуточно не боясь при этом, что источник энергии может перестать поставлять эту энергию до потребителя.
Шельфовая ВЭУ
Шельфовые ветряные электростанции строят в море за 10 — 12 километров от берега, что позволяет не использовать землю на суше, и с помощью регулярных морских ветров бесперебойно обеспечивать электроэнергией электростанции.
Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты с сваи, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передается на землю по подводным кабелям.
Шельфовые электростанции являются на порядок дороже своих аналогов на суше, потому что для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Соленая морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.
Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора складае82, 4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещен балласт (гравий и камни).
При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закрепленными на дне. Электроэнергия передается на берег по подводному кабелю. Такие ветрогенераторы являются очень дорогими но их цена себя полностью оправдывает. Их преимущество в том, что их можно устанавливать в тех местах, где ветры дуют с достаточно большой силой, а глубина океана или моря не позволяет устанавливать все другие ветрогенераторов.
Ветряные электростанции являются экологическими так как причиняют вред окружающей среде и могут составить большую конкуренцию всем остальным типам энегрии.
Понравилось это:
Нравится Загрузка...
Похожее
vetrodvig.ru
Ветровые электростанции - Энергобаланс
Ветровые электростанции
1. Общие сведения о ветроэлектростанциях
Ветроэнергетика – отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра – кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. По состоянию на 2010г. суммарная мощность всех действующих ветрогенераторов увеличилась в 6 раз за десять лет.
Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами или с государственной помощью. Например, в Канаде Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005г. по «Программе Развития Альтернативной Энергетики» ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран, и т.д. Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветроэлектростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а непосредственно ветрогенераторы устанавливают на башнях высотой 30-60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания.
При строительстве ветроэлектростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветровой энергетической установки до 45дБ в дневное время и до 35дБ ночью.
Минимальное расстояние от установки до жилых домов - 300м.
Современные ветроэлектростанции прекращают работу во время сезонного перелета птиц. Промышленный ветрогенератор устанавливается на подготовленной площадке за 7-10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство «ветровой фермы» может занимать год и более.
Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжелая подъемная техника с выносом стрелы более 50м, так как гондолы ветрогенераторов устанавливаются на большой высоте.
К началу 2008г. крупнейшей ветроэлектростанцией США была «Horse Hollow Wind Energy Center» в Техасе. Она состояла из 421 ветрогенератора суммарной мощностью 735,5МВт. Электростанция расположена на площади 190 км2.
2. Классификация ветроэлектростанций
Ветроэнерегетические установки (ВЭУ) классифицируются по нескольким параметрам:
Мощность. Ряд мощностей ВЭУ условно составляют следующие величины, кВт: 0,5; 1; 2; 3; 5; 10; 15; 20; 50; 100; 250; 500; 750; 1000; 2000; 4500; 6000.
Наличие редуктора (мультипликатора). Различают соответственно редукторные и безредукторные ВЭУ.
Тип ротора. По этому признаку ВЭУ делят на установки с вертикальным и горизонтальным ротором. Установки с горизонтальным расположением в свою очередь делятся на крыльчатые и карусельные. Крыльчатые ветроагрегаты с одним, двумя, тремя лопастями получили большое распространение, благодаря большой скорости вращения, позволяющей работать без редуктора.
Скорость вращения крыльчатых ветрогенераторов обратно пропорциональна количеству крыльев, поэтому агрегаты с количеством лопастей больше трех практически не используются.
Карусельные ветроустановки тихоходны, что позволяет использовать простые электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно ограничивающее требование - использование многополюсного генератора, работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов (мультипликатор [лат.
Multiplicator - умножающий] - повышающий редуктор) не эффективно из-за низкого КПД последних. Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы.
С увеличением нагрузки уменьшается скорость вращения карусельного лопастного ветродвигателя и возрастает вращающий момент вплоть до полной остановки. Также положительным моментом карусельного лопастного ветродвигателя является отсутствие системы наветривания – слежения за направлением ветра. Вертикальные или ортогональные ветроагрегаты перспективны для большой энергетики. Недостатком их является сложность запуска.
Тип ветрогенератора. В ветроэнергетических установках используют асинхронные и синхронные генераторы, многополюсные генераторы, генераторы постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов и другие.
Назначение. По этому признаку выделяют сетевые ВЭУ – они предназначены для параллельной работы с сетью, и автономные ВЭУ, предназначенные для работы в паре с дизель-генераторами, аккумуляторами, солнечными батареями и иными источниками электроэнергии.
3. Основные производители ветровых турбин
Признанным мировым лидером в производстве ветровых турбин является датская компания «Vestas». Она занимает двадцатипроцентный сегмент рынка ветровых турбин. 39 000 турбин «Vestas» в 63 странах мира ежегодно вырабатывают более 60млн.кВт*ч электроэнергии. На данный момент этой компанией производятся турбины единичной мощности 0,85-3МВт.
Второй в списке лидеров является немецкая компания «Enercon» с 14% рынка. Примечательно, что на базе турбин «Enercon» разрабатывались ветродизельные комплексы для эксплуатации в условиях холодного климата.
Мощность турбин, выпускаемых компанией 0,33 – 2,3МВт. Третий по величине производитель ветрогенераторов в мире – североамериканская «General Electric». Информация о мощности турбин основных производителей приведена в таблице.
Основные производители ветровых турбин.
4. Мировой опыт строительства и эксплуатации ВЭС
По состоянию на 2009г. во всем мире в ветроиндустрии занято более 400 тысяч человек. Мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5млрд.евро. В Европе сконцентрировано 61% установленных ВЭС, в Северной Америке – 20%, в Азии – 17%.
Германия
Активное развитие ветроэнергетика получила после Чернобыльской аварии. Правительство Германии приняло решение о производстве энергии из возобновляемых источников. Первая правительственная программа поддержки ветроэнергетики под названием «100МВт ветра» появилась в Германии в 1989г.
При полной государственной поддержке в 2002г. установленные мощности германской ветроэнергетики достигли 10 000МВт. На 2008г. в Германии работали 20301 ветровых турбин суммарной мощностью 23902,77МВт. Крупнейшим поставщиком ветрогенераторов в Германии с 61% рынка является Enercon.
Активно идет процесс под названием Repowering – старые ветрогенраторы заменяются на более мощные и менее шумные, что позволяет увеличивать производительность станций при той же занимаемой площади. ВЭУ Германии в 2008г. выработали 14,5% электроэнергии.
США
В 2008г. Департамент энергетики США опубликовал исследование, прогнозирующее к 2030г. 20% участие ветроэлектростанций в выработке электроэнергии. Крупнейшей ветроэлектростанцией США является «Horse Hollow Wind Energy Center» в штате Техас с 736МВт установленной мощности.
Следует отметить, что ветровая турбина занимает около 1% от всей территории «ветровой фермы». На 99% земли можно заниматься сельским хозяйством и другой деятельностью. Поэтому фермеры США ежегодно получают от 3 до 5 тысяч долларов за аренду земли с каждой установленной турбины.
Крупнейшим производителем ВЭУ на рынке США является General Electric. Порядка 30МВт введенных в 2009г. в США мощностей составляют малые ВЭУ (до 10кВт) Рядовые потребители США покупают их по льготным ценам благодаря субсидиям государства. Резервом мощности для этих установок является энергосистема. В труднодоступных районах с автономным электроснабжением действуют экспериментальные ветродизельные комплексы.
Канада
На 2008г. установленные ветроэнергетические мощности Канады составляют порядка 2300МВт и производят около 1% всей электроэнергии страны. Примечательным в ветроэнергетике этой страны следует считать уникальную в своем роде ветроводородную станцию, которая находится в процессе строительства. В ней планируется использовать технологию алкалинового электролиза, что позволит сохранить излишки электроэнергии в периоды минимума нагрузок и максимума выработки в виде произведенного из воды водорода, который можно использовать по мере надобности.
Россия
Установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009г. составляет около 15МВт. Одна из самых больших ветроэлектростанций России мощностью 5,1МВт расположена в районе поселка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Ее среднегодовая выработка составляет около 6млн.кВт*ч.
Одним из самых мощных ветродизельных комплексов России является «Анадырская» ВЭС. Она была спроектирована в 2001-2002г. и выведена на полную мощность в 2003г. В составе системы 10 ветроустановок АВЭ-250СМ мощностью 250кВт каждая, и ДЭС мощностью 2500кВт. В настоящее время ВЭС работает параллельно с «Анадырской» ТЭЦ. Суммарная выработка ветротурбин составляет 2,2-2,7млн.кВт*ч в год. Коэффициент использования установленной мощности ВЭУ равен 10-13%. Персонал станции отмечает низкую надежность отечественных ВЭУ и неудовлетворительную ремонтопригодность из-за блочной замены элементов ветрогенератора устаревшей модели. На острове Кунашир в п.Головнино установлена датская ВЭУ Vestas V27 – 225. На данный момент она работает параллельно с существующей ДЭС мощностью 250кВт, составляя низкоэффективный ВДК. В 2010-2011г. ожидается ввод второй очереди станции: еще одной ветроустановки и 4-х дизельных микротурбин мощностью 65кВт каждая. В настоящее время проект находится в стадии конкурсной разработки.
В Республике Коми, вблизи Воркуты, строится «Заполярная» ВЭС мощностью 3 МВт. На стадии проектирования находится ВДК в с.Мужи Ямало-Ненецкого Автономного Округа. В составе системы планируется установка 4-х ветроустановок Monowai Wind KW мощностью 750кВт каждая, и двух ДГУ Cummins C2250D5 мощностью 1,63МВт.
В Калмыкии, в 20км от Элисты, размещена площадка «Калмыцкой» ВЭС с планируемой мощностью 22МВт и годовой выработкой 53млн.кВт*ч. На сегодняшний момент станция находится на этапе строительства.
Ветродизельные комплексы (ВДК) построены в настоящее время в п.Тикси (250кВт), с.Долгощелье Мезенского района (90кВт).
5. Опыт применения ВДК на Аляске
Аляска состоит более чем из 200 отдельно стоящих малых поселений, не связанных линиями электропередач друг с другом и с энергосистемой США. Электроснабжение деревень осуществляется посредством дизель-генераторов. Из-за чрезвычайной удаленности большинства этих поселков и плохого состояния или отсутствия дорог, высокой стоимости дизельного топлива и затрат на обслуживание ДЭС, стоимость электроэнергии достигает 1$ за кВт*ч.
В связи с этим, в США была принята федеральная программа по развитию автономной ветроэнергетики. В 1995 году Национальная Лаборатория Возобновляемых Источников Энергии (NREL) США начала масштабное исследование параметров ветра на различных высотах, продолжающееся по сей день. В ходе исследования были определены оптимальные в плане ветроресурсов и энергопотребления районы Аляски.
Wales
Wales – небольшой поселок, расположенный на крайней западной точке североамериканского континента, мысе Принца Уэльского. Население 160 человек, 85% из них представители малочисленных народов Аляски (алеуты, эскимосы). Среднесуточная электрическая нагрузка поселка составляет 75 кВт. В связи с высокой стоимостью доставки дизельного топлива, себестоимость 1кВт*ч электроэнергии равна 0,84$. Для уменьшения себестоимости электроэнергии NREL США, Энергетическое Сообщество Аляски (AEA) в сотрудничестве с рядом местных организаций в 1995-2002г. разработали и реализовали пилотный проект высокоэффективного ветродизельного комплекса (ВДК) в селении Wales.
Состав системы
ВДК представляет собой систему, включающую: дизель-генераторные установки, ветротурбины, аккумуляторы энергии, преобразователи энергии и различные компоненты контроля. Она обеспечивает поселение качественной электроэнергией, минимизируя потребление дизельного топлива и время работы дизель-генераторов. Система управления также может осуществлять сброс избыточной электроэнергии в тепловую нагрузку деревни, таким образом экономя топливо котельных. На рис.3.3 представлена однолинейная схема ВДК, в табл.3.2 указаны компоненты системы. На рис показана структурная схема автоматики ВДК.
Ветроустановки преобразуют энергию ветра в электрическую посредством трехфазного генератора напряжением 480В и направляют ее непосредственно в электрическую сеть среднего напряжения (7,2кВ) поселения через повышающие трансформаторы. На ДЭС установлены трехфазные синхронные генераторы на напряжение 480В.
Сброс энергии в тепло осуществляется посредством трехфазного 480В ТЭНа, управляемого автоматикой. Реле ТЭНов могут быть быстро включены и отключены, обеспечивая таким образом необходимый баланс мощности.
Электромеханический преобразователь представляет собой двунаправленный конвертор электроэнергии постоянного/переменного тока. Он состоит из синхронного генератора, соединенного с электродвигателем постоянного тока.
Двигатель постоянного тока подключен к аккумуляторной батарее.
Регулировкой тока в обмотках двигателей достигается баланс активной и реактивной мощности.
Однолинейная схема ВДК в селении Wales.
На схеме ВДК не показан двигатель мощностью 10л.с., вращающий синхронную машину при разряде батарей для выработки реактивной энергии. Этот двигатель соединен ременной передачей с валом синхронной машины.
Режимы работы системы
Система имеет пять режимов работы: 1 ручной и 4 автоматических. Каждый из режимов подразумевает отдельный набор введенных в работу компонентов системы, что сводит к минимуму сбои в работе. Переключение между режимами от верхнего уровня вниз до ручного управления осуществляется автоматически. Режим 3 является нормальным для длительной работы системы, он подразумевает ввод всех компонентов. Предположим, что произошел отказ системы аккумулирования энергии (машины постоянного тока или батареи). В этом случае система будет переведена в режим 2 и комплекс будет далее работать как ВДК без аккумулятора. При этом ручной ввод дизеля не потребуется.
Отметим также, что основным управляющим звеном системы является главная панель управления, и команды на запуск-остановку дизеля, автоматической синхронизации и управления нагрузкой и выработкой поступают именно с нее даже в ручном режиме работы.
Структурная схема автоматики ВДК в селении Wales.
Система управления.
Предусмотрено 10 возможных состояний системы управления, выбор того или иного зависит от того, какие компоненты системы введены в работу.
Иные комбинации источников энергии в системе невозможны или нецелесообразны. Например, машину постоянного тока нет смысла использовать, если машина переменного тока не подключена к сети. При нормальной работе система переходит из одного состояния в другое автоматически.
Kotzebue
Kotzebue, самый большой эскимосский поселок, расположенный на широте Северного полярного круга. Население поселка составляет около 3000 человек.
Kotzebue является районным центром северо-запада Аляски. Средняя электрическая нагрузка поселка равна 2,5МВт при минимуме в 700кВт. Отопление и водоснабжение осуществляется централизованно. Установленная дизельная электростанция имеет мощность в 11МВт. Среднее потребление дизельного топлива равно 0,464 г/кВт*ч.
В 1997г. NREL построила ветропарк в 6,5км от Kotzebue, в 1км от береговой линии и передала его в эксплуатацию местной энергоснабжающей организации. Установленная мощность ветропарка составляет 915кВт, состав установок: 15 ветроустановок АОС 15/50 мощностью 50кВт производства США, одна ветроустановка 100кВт канадского производства и одна реновированная ветроустановка Vestas V17 мощностью 65кВт.
По материалам с официального сайта NREL, в 2008г. ветроустановки в составе ветродизельного комплекса выработали 667 580кВт*ч электроэнергии, сэкономив при этом около 200тн дизельного топлива. Среднегодовая скорость ветра за период наблюдения 1995 – 2008г. составила 5,5м/с на высоте 26,5м.
Kasigluk
Kasigluk – эскимосская деревня на юго-западе Аляски, расположенная на берегу реки Johnson River. Население, около 500 человек, занимается в основном промышленным рыболовством. Электроснабжение осуществляется от ветродизельной установки, обслуживаемой организацией сельских электросетей Аляски (AVEC). В состав установки входят: три турбины Northwind 100 производства Nothern Power Systems.
Согласно отчетам AVEC, в период с 2006 по 2008г., ветротурбины выработали около 23% электроэнергии, потребленной селением Kasigluk. Средняя нагрузка равна 237кВт, средняя суммарная выработка ветротурбин комплекса равна 42,8кВт. Средний расход дизельного топлива на станции составляет 0,474г/кВт*ч.
Selawik
Selawik – селение эскимосов Энупиат, расположенное в устье реки Селавик, в 5км севернее Полярного Круга. В поселке проживает 841 человек, средняя нагрузка равна 335кВт. Электроснабжение поселка осуществляется от автоматизированного ветродизельного комплекса, включающего четыре ветровых турбины мощностью 50кВт производства США, три дизель-генератора суммарной мощностью 1660кВт, 160кВт тепловой нагрузки, работающей на теплосеть поселка.
При средней скорости ветра 4,73м/с, среднесуточная мощность ветровых турбин составила 22кВт, экономия дизельного топлива за 2007г. составила 3,3тн.
Ветромониторинг
В настоящем приложении представлена информация по проведению ветромониторинга (инструментальной оценки ветропотенциала), полученная от компании ООО «Ветропарк Инжиниринг» (www.windpower.ru), которая представляет ветроэнергетический бизнес холдинга НПО «Электросфера» (инжиниринговые услуги, производство малых ветрогенераторов и ветродизельных гибридных систем).
Компанией предложены несколько крупных ветроэнергетических проектов на северо-западе России (проекты ветропарков и строительство завода по производству ветрогенераторов мегаваттного класса). Предполагается, что реализация указанных проектов будет осуществляться с непосредственным участием Государства.
Компания является инициатором и создателем Российской Ассоциации Ветроиндустрии (РАВИ).
Порядок проведения ветромониторинга
1. Экспертная оценка места предполагаемого строительства ветроэнергетического объекта на основании информации, предоставленной заказчиком в Опросном Листе. 2. Определение места установки и количества ветромонитора(ов) на местности с выездом эксперта на место. 3. Организационно – разрешительная работа по документальному оформлению разрешений на установку ветромониторов и юридических прав пользования заказчиком площадями под ветромониторы и предварительная организация электроснабжения (с прокладкой в случае необходимости кабельных линий) и охраны ветромониторов. Выполняется заказчиком. 4. Поставка ветромонитора(ов) на склад заказчика с передачей на ответственное хранение. 5. Прибытие на место монтажной (или шеф–монтажной) бригады исполнителя работ. Сборка и монтаж ветромонитора(ов) на месте производства работ по ветромониторингу. 6. Наладка метеорологического и коммуникационного оборудования ветромонитора(ов) и запуск работ по ветромониторингу. 7. Сдача актом ветромониторов с оборудованием на ответственное хранение заказчику работ. 8. Сбор метеорологических данных по ветромониторингу путем передачи данных в офис исполнителя работ по GSM-каналу длительностью не менее 365 календарных дней.
9. Составление предварительного отчета (опционально) о ветропотенциале. Предоставляется по истечении 6 месяцев после начала проведения работ и содержит предварительную оценку ветропотенциала территории площадью, достаточной для достоверной оценки верности принятия решения о выборе места строительства ветроэнергетического объекта. 10. Инспекция технического состояния оборудования ветромониторов с выездом технического эксперта на место. 11. Составление отчета о ветромониторинге. Срок составления отчета – 6 недель по окончании проведения ветромониторинга. 12. Сдача работ заказчику и подписание акта передачи работ по договору.
Состав оборудования для проведения ветромониторинга (на 1 ветромонитор) мачта высотой 40 - 100 м. с растяжками – 1 шт. вспомогательная мачта (рычаг) – 1 шт. такелаж, метизы, кронштейны, якоря, фундамент – 1 комплект. система измерения: приемник и накопитель данных , 2 МВ / 4 мес. ....1 шт. анемометры 1 кл.точности – 3 шт. флюгер электронный – 1 шт. барометр электронный– 1 шт. термометр электронный – 1 шт. хумидометр электронный – 1 шт. аксессуары для обогрева оборудования – 1 комплект. солнечная панель и аккумуляторы – 1 комплект. модем GSM /sat с антенной, SIM картой и аккумуляторами – 1 комплект. навигационный маяк – 1 комплект.
Состав отчета о ветромониторинге 1. Обзор исходных данных (BASIS) 1.1. Карты с точной привязкой ветротурбин и других объектов (топографические, спутниковые и другие, в зависимости от предоставленных заказчиком или имеющихся в свободном платном или бесплатном доступе). 1.2. Подробные технические данные ветрогенераторов (тип, мощность, габаритные размеры, кривые мощности, данные по шуму и др.).
2. Расчет выработки энергии ветрогенераторами, основанный на характеристиках местности (шероховатость поверхности, рельеф, препятствия), ветровой статистике и кривых мощности ветрогенераторов (ATLAS, WAsP interface, METEO, RESOURCE). 2.1. Основные данные (характеристики местности, ветровая статистика, типы ветрогенераторов). 2.2. Анализ выработки энергии (подробное описание влияния рельефа и препятствий, распределения выработки энергии по направлению ветра, время работы ветрогенераторов и т.д.). 2.3. Анализ кривых мощности ветрогенераторов (кривые мощности, кпд и энергии в зависимости от ветра в табличной и графической форме). 2.4. Анализ характеристик местности (шероховатость поверхности в графическом представлении). 2.5. Анализ ветровых данных (рассчитанные в точке установки ветрогенератора параметры Вейбулла, средние скорости ветра и т.д. для каждого сектора). 2.6. Описание ветровых характеристик (расчетная скорость ветра и энергия ветрового потока в зависимости от высоты, рельефа и наличия препятствий). 2.7. Карты с заданным пользователем масштабом и обозначением выбранных объектов. 3. Расчет выработки энергии ветропарком с учетом взаимных потерь и турбулентности, вызываемой ветропарком (PARK). 3.1. Основные данные (данные ветрогенераторов, анализ выработки энергии, анализ кривых мощности, анализ рельефа, анализ ветровых данных, кривая мощности ветропарка, скорость ветра внутри ветропарка, данные по турбулентности и карты). 4. Расчет и представление шумового влияния ветрогенератора/ветропарка (DECIBEL). 4.1. Основные данные, включая карты с обозначением мест установки ветрогенераторов и участков, чувствительных к уровню шума. Для каждого участка даются координаты точек с наибольшим уровнем шума. В конце приводится таблица, в которой указываются расстояния между ветрогенераторами и участками, чувствительными к уровню шума. 4.2. Подробные результаты: для каждого участка или точки, чувствительной к уровню шума указывается уровень шума от каждого ветрогенератора и все параметры шума. Если расчет делается для более чем одной скорости ветра, то графики показывают уровень шума и требования к нему в виде функции от скорости ветра. 4.3. На картах нанесены линии равного уровня шума, распространяемого ветрогенераторами.
5. Вычисление и представление воздействия эффекта мерцания в часах в год, в течение которых соседние объекты или площади подвержены воздействию мелькающей тени от лопастей близлежащих ветрогенераторов (SHADOW). 5.1. Основная часть включает исходные данные для расчета, в т.ч. сегмент карты с обозначением положения ветрогенератора и объектов, подверженных влиянию тени ветрогенератора. Для каждого из объектов указывается количество часов, в течение которых это воздействие имеет место. 5.2. Календарь (в виде таблицы или графика): Показывает точные дни, время дня, продолжительность и источник возможного воздействия тени ветроколеса. Итоговые значения по каждому месяцу учитывают количество солнечных дней и время работы ветрогенератора. Графическая версия показывает воздействие тени в интуитивно понятном представлении. 5.3. Карта с изолиниями для возможного воздействия тени для участков размещения ветрогенераторов. Она дает возможность оценить площадь воздействия мелькающей тени ветроколеса, например для участков перспективного развития. 6. Расчет и представление визуального воздействия ветрогенераторов на ландшафт с любого угла зрения. Также рассчитывается размер площадей, откуда видимо различное количество ветрогенераторов (ZVI). 6.1. Резюме с наиболее важными исходными данными, такими, как участок и ветрогенераторы, для которых производится расчет. Секторная диаграмма и таблицы отображают распределение площадей, с которых видно различное количество ветрогенераторов. 6.2. Карта с растровым представлением видимых ветрогенераторов. 7. Расчет и представление воздействия на каждый соседний объект со стороны ветропарка (шум, мелькание и визуальное воздействие) (IMPACT). 7.1. Отчет для каждого соседнего объекта. Результаты расчета сводятся воедино и представляют исчерпывающую картину возможных негативных факторов для каждого соседа ветропарка. Это идеальный путь для точного информирования соседей, какому возможному воздействию они подвергнутся. 7.2. Карта с представлением всех соседей ветропарка. 8. Фотомонтаж данного ветроэнергетического проекта или любых трехмерных объектов в фотографию местности для получения точного визуального представления о том, как будет выглядеть ветропарк (PHOTOMONTAGE). 8.1. Карты с указанием положения ветрогенератора и точек, с которых производилось фотографирование.
8.2. Фотографии, получившиеся в результате фотомонтажа, в том числе до строительства и после, а также несколько альтернативных вариантов. 9. Анимированное изображение в электронном виде, которое можно использовать для презентаций, продвижения проекта с использованием электронных средств массовой информации, интернета и т.д. Изображение получается на основе фотомонтажа, при этом лопасти ветрогенераторов вращаются и гондолы ориентируются в соответствии с заданным направлением и скоростью ветра (ANIMATION). 10. Трехмерная модель ветропарка. Искусственный ландшафт создается с использованием линий рельефа. Поверхность задается картой, аэрофотосъемкой или иной текстурой, которая может дать реальное представление о районе строительства. Кроме ветрогенераторов, могут быть смоделированы иные трехмерные объекты (например, опоры ЛЭП, дома, лес). Пользователь может свободно менять точку обзора модели и создавать на этой основе видеоролики (3D-ANIMATOR). 11. Расчет экономической эффективности строительства ветропарка 11.1. Обоснование единичной мощности ветрогенератора. 11.2. Объем производства электроэнергии. 11.3. Выручка от реализации электроэнергии. 11.4. Производственные затраты. 11.5. Источники финансирования. 11.6. Отчет об экономической эффективности ВЭС. 11.7. Отчет о движении денежных средств. 11.8. Анализ эффективности проекта. 11.9. Бюджетная эффективность (общая). 11.10. Анализ кредитоспособности проекта. 11.11. Анализ чувствительности проекта. 12. Расчет установившегося режима электрической сети для проектирования, оптимизации и оформления подключения к сети как единичного ветрогенератора, так и нескольких групп ветропарков. Расчет выполняется в соответствии с нормами, стандартами и указаниями, принятыми в данной местности. (eGRID). 12.1. Исходные данные. 12.2. Потери. 12.3. Проектные ограничения. 12.4. Изменения напряжения. 12.5. Расчет токов короткого замыкания. 12.6. Броски напряжения при переключениях.
12.7. Список электрических аппаратов. 13. Описание методики проведения сбора данных. 14. Список источников данных и литературы. 15. Выводы.
Отчет о ветромониторинге выполняется на основании международных стандартов по требованиям, предъявляемым международными банками и инвестиционными организациями для финансирования ветроэнергетических проектов.
Сроки проведения работ
1. Начало сбора данных по ветромониторингу: через 7-10 недель от даты заключения договора и получения оплаты в случае полной готовности разрешительной документации, электропитания, охраны. 2. Предварительный отчет: через 13 недель от даты начала сбора данных. 3. Окончание сбора данных: через 365 дней от даты начала сбора данных. 4. Окончательный отчет: через 6 недель от даты окончания сбора данных.
Стоимость работ по ветромониторингу
Примечание: В предложении компании «Ветропарк Инжиниринг» не учтена стоимость доставки, налогов и таможенной очистки ветромонитора, монтажные и пуско-наладочные работы по установке ветромонитора (только шеф-монтаж и наладка оборудования), дополнительные работы по межсезонной инспекции оборудования ветромониторов.
Кроме того, в процессе проведения ветромониторинга возможно потребуется выезд бригады монтажников для ремонтных работ (3 человека) от 1500 Евро в день или выезд шеф – монтажника для производства ремонтных работ от 700 Евро в день в зависимости от расположения объекта.
Примерный расчет капитальных затрат и срока окупаемости ВДК для п.Усть-Кара
На основании данных метеостанции «Усть-Кара» о средней скорости ветра можно ориентировочно произвести выбор ВДК и расчет его окупаемости. В качестве исходных приняты следующие параметры: Стоимость 1тн дизельного топлива в 2009г. для п.Усть-Кара составляет 34700руб/тн. Количество и мощность ДГУ принята 3*100кВт=300кВт. Удельный расход дизельного топлива ДЭС в ноябре 2009г. в п.Усть-Кара составлял 313гр/кВт*ч. Количество и мощность ветрогенераторов принята 2х100=200кВт. Количество и мощность дополнительного оборудования (инверторы, выпрямители и пр.) принята 400кВт.
Расчет ожидаемой выработки электроэнергии ветрогенераторами произведем на основании технических данных ветроустановки Northwind 100 мощностью 100кВт. На рисунке приведен график вырабатываемой мощности в зависимости от скорости ветра.
График зависимости вырабатываемой мощности от скорости ветра.
www.energybalance.ru
Ветровая электростанция,ветродвигатели,ветроколесо | ВЕТРОДВИГ.RU
Технические особенности ветровых электростанций
Сегодня предложено множество вариантов механизмов для переработки ветра в электрическую энергию. Основным его элементом является ветроколесо. По принципу работы и схемойстроения ветроколеса ветровые электростанции подразделяются на 3 класса:
- крыльчатые (пропеллерные) — имеют ветроколесо с лопастями, расположенными перпендикулярно к валу,
- карусельные или роторные,
- барабанные.
В карусельных и барабанных вал ветроколеса устанавливается вертикально. Оно вращается под действием ветра на лопасти, расположенной с одной стороны оси колеса, в то время как другие лопасти прикрываются ширмой или возвращаются с помощью специального устройства ребром к ветру. Эти оба класса являются громоздкими и менее эффективными по сравнению с крыльчатыми.
Исходя из этого вся современная ветроэнергетика базируется в основном на крыльчатых типах ветродвигателей. Пропеллерные ветродвигатели совершенны, относительно мало материалоемкий, обеспечивают достаточно высокий коэффициент использования энергии ветра. Следует учитывать, что при расположении рядом нескольких ветряков они должны располагаться не ближе трех высоты друг от друга чтобы не перехватывать «чужой» ветер.
Общее описание крыльчатые ветровой электростанции
Ветроколесо установки закрепляется на горизонтальном валу, который вращается в двух подшипниках, смонтированных в головке ветродвигателя. Вращения ветроколеса передается электрогенераторов через две цилиндрические шестерни. Головка ветродвигателя монтируется на башне, высота которой определяется с расчетом выноса ветроколеса выше всех окружающих помех, которые могут влиять на потоки воздуха. Она может вращаться вокруг вертикальной оси.
Позади головки закрепляется хвост для установки ветроколеса на ветер.Мощность ветродвигателя без регулирующего устройства увеличивается или уменьшается пропорционально кубу скорости ветра, следствием чего является неравномерность работы электрогенератора.
Чтобы устранить этот недостаток в ветродвигателей применено автоматическое регулирование скорости вращения электрогенератора. Напряжение, которое снимается с электрогенератора, стабилизируется в стабилизаторе напряжения. Поэтому выходное напряжение остается постоянной, она колеблется от 210 В до 230 В и не зависит от скорости ветра.
Недостатки ветроэлектростанций,ветродвигателей
Ветер дует почти всегда неравномерно. Итак генератор будет работать неравномерно, отдавая тем большую то меньшую мощность, ток будет вырабатываться переменной мощности, а то и полностью прекратится, и возможно, именно тогда, когда потребность в нем будет наибольшей.
Любой ветроагрегат работает на максимальной отдаче только определенное время, а в остальные часы он или работает не на полную мощности, либо вообще простаивают. Значительную несоответствие между номинальной и средней мощностями ветроэлектростанций подтверждает следующий факт: в Нидерландах на долю ветровых электростанций в начале 90-х годов 20 в. приходилось 0,11 % всех установленных мощностей, но лишь 0,02%производимой электроэнергии.Для выравнивания отдачи тока применяют аккумуляторы, но это как уже отмечалось, и дорого, и мало эффективно.Согласно ветровые электростанции не могут сами по себе быть надежной основой энергетики. Они либо дополняют основные мощности делая определенный вклад в производство необходимой электроэнергии, или же является источником электричества в отдаленных или изолированных местах где сложно или невозможно обеспечить поставки электроэнергии иным образом.Также через невысокую мощность ветряков, ветроэлектростанции требуют значительных территорий для размещения ветровых электростанций.Работа ветроэлектростанций влияет на работу телевизионной сети, возникают искажения сигнала. Другой неожиданной особенностью установок проявилась в том, что они якобы стали источниками достаточно интенсивного инфразвукового шума, который негативно влияет не только на человеческий, но и на организм животных. Т.е. территории вблизи ветровых электростанций являются непригодными для жизни людей, животных и птиц. Но это еще полностью не доказана и споры по этому поводу ведутся до сих пор.
История использования ветровой электростанции
Первая в Советском Союзе ветровая электростанция мощностью 8 кВт была сооружена в 1929-1930 г. 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 в то время самой ВЭС в мире. Она успешно работала до 1942 г., но во время войны была разрушена.Но быстрее ветроэнергетика развивалась в США. Еще в 1941 г. там была построена первая ВЭС мощностью 1250 кВт.
Существующие на сегодняшний день в Украине мощности ветровых электростанций превышают 51 МВт, а с момента, когда заработала первая отечественная ветровая электростанция,произведено более 80 млн. кВт • ч. электроэнергии.По оценкам специалистов, общая потенциальная мощность украинской ветроэнергетики составляет5000 МВт. Побережье Черного и Азовского морей, гористые районы Крымского полуострова (особенно северо-восточное побережье) и Карпат, Одесская, Херсонская, Запорожская, Донецкая, Луганская и Николаевская области наиболее подходят для строительства ветровых электростанций. Только потенциал Крыма достаточный для производства более 40 млрд. кВт\ ч. электроэнергии ежегодно.Подсчитано, что при нынешнем уровне развития ветроэнергетики сооружения в «ветряных» регионах Украины ветровых электростанций (ВЭС) позволило бы покрыть едва не треть потребности электроэнергии, которую мы потребляем. С технической точки зрения ветровая электроэнергетика сегодня уже вплотную приблизилась к традиционной: на современных ветровых турбинах коэффициент использования установленной мощности достигает 42 процентов. Это почти столько, как на турбинах бытующим тепловых электростанций.
Понравилось это:
Нравится Загрузка...
Похожее
vetrodvig.ru
Ветровые электростанции | www.krasfun.ru
Ветровые электростанции играют важнейшую роль в развитии экологически чистых эффективных источников энергии. Строительство таких электростанций тем не менее вызывает большие противоречия – от разрушения естественных сред обитания и опасностей для птиц и летучих мышей до разрушения береговых линий и естественной красоты мира.
Ветровая ферма Сан Горгонио Пасс (San Gorgonio Pass) – одна из самых больших в Калифорнии, вырабатывает 615 МВ энергии и состоит из 3218 турбин
Первая в мире плавающая ветровая ферма начала вырабатывать электричество совсем недавно. Установлена она невдалеке от побережья Норвегии
Если ветровые электростанции Хайвинд в Норвегии успешно проработают в течение нескольких лет, то такая концепция будет применяться повсеместно
Ветровая ферма Уитли (Whitelee) тоже была построена совсем недавно и в настоящее время является наибольшей в Европе. Расположена она в Шотландии, состоит из 140 турбин и вырабатывает достаточно электричества для того, чтобы полностью обеспечивать им 180 000 домов
Ветровая электростанция Мэпл Ридж – самая большая в Нью Йорке, расположена в фермерском округе на окраине города. Запущенная в 2006, Мэпл Ридж вырабатывает 75% от всей ветряной энергии города
Разработанный студентами Аризонского государственного университета новый концепт турбин над автострадами способен обеспечивать электричеством целый дом, даже при низких скоростях ветра и не требует дополнительной площади для размещения. Таким образом удалось оригинально решить проблему выделения земли под ветровые электростанции
Ветряной парк Хорнс Рев у берегов Дании был самым большим на момент постройки (2002), сейчас строится 2 очередь ветряных генераторов, которая выведет Horns Rev на новый уровень
В настоящее время в устье Темзы строится ветровая ферма Greater Gabbard. Когда она будет введена (2011), то станет самой большой в мире
А в настоящее время лавры самой большой ветряной фермы принадлежат Lynn and Inner Dowsing, которая введена в эксплуатацию в 2008 в Линкольншире, Англия. Она вырабатывает электричество для 130 000 домов
Еще одна удивительная ветряная ферма — Tehachapi Pass в Калифорнии. Она была построена в 1980 году и до сих пор вырабатывает электричество. С тех пор ветряные электростанции в пустыне Мохави были многократно модернизированы и расширены
Как видите, лидеры в выработке экологически чистой энергии – Великобритания и США, где ветряным электростанциям уделяется самое пристальное внимание
голосов: 0, средний рейтинг: 0.00
www.krasfun.ru
Ветроэлектростанция - это... Что такое Ветроэлектростанция?
Ветряная электростанция — несколько ветрогенераторов, собранных в одном, или нескольких местах. Крупные ветряные электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветряные электростанции называют ветряными фермами (от англ. Wind farm).
Офшорная ветряная электростанция Миддельгрюнден, около Копенгагена, Дания. На момент постройки она была крупнейшей в миреПланирование
Карта потенциала ветроэнергетики США
Исследование скорости ветра
Ветряные электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше.
Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного—двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.
Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветряных электростанций: эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.
Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами, или с государственной помощью. Например, в Канаде Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005 году Программа Развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран, и т.д.
Высота
Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветряные электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т.д.
Экологический эффект
При строительстве ветряных электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.
Современные ветряные электростанции прекращают работу во время сезонного перелёта птиц.
Типы ветряных электростанций
Наземная
Наземная ветряная электростанция в Испании. Построена по вершинам холмов.
Наземная ветряная электростанция возле Айнажи, Латвия
Самый распространённый в настоящее время тип ветряных электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.
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.
К началу 2008 года крупнейшей ветряной электростанцией США была Horse Hollow Wind Energy Center в Техасе. Она состояла из 421 ветрогенератора суммарной мощностью 735,5 МВт. Электростанция расположилась на площади 190 км².
Прибрежная
Строительство прибрежной электростанции в Германии.
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.
Оффшорная
Оффшорные ветряные электростанции строят в море: 10—12 километров от берега. Оффшорные ветряные электростанции обладают рядом преимуществ:
- их практически не видно с берега;
- они не занимают землю;
- они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.
Оффшорные 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.
Оффшорные 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.
Также разрабатываются и испытываются плавающие ветрогенераторы для оффшорных электростанций. Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H Technologies 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.
В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности офшорных электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построен 357 МВт. офшорных мощностей[1].
См. также
Примечания
Литература
Методы разработки ветроэнергетического кадастра.//АН СССР, ГЛАВНИИ при Госэкономсовете Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского. Изд-во АН СССР, 1963.
Wikimedia Foundation. 2010.
dic.academic.ru
