12.12.2019

Větrná energie na Zemi je nevyčerpatelná. Po mnoho staletí se člověk pokouší obrátit větrnou energii na svou výhodu vybudováním větrných farem, které plní různé funkce: mlýny, vodní a olejová čerpadla a elektrárny. Praxe a zkušenosti mnoha zemí ukázaly, že využití větrné energie je mimořádně výhodné, protože zaprvé jsou náklady na vítr nulové a zadruhé, elektřina je získávána z větrné energie, a nikoli spalováním uhlíkového paliva, jehož produkty spalování jsou známé pro své nebezpečné expozice člověka. V důsledku konstantních emisí průmyslových plynů do atmosféry a dalších faktorů se teplotní kontrast na zemském povrchu zvyšuje. To je jeden z hlavních faktorů, které vedou k nárůstu větrné aktivity v mnoha regionech naší planety, a v důsledku toho k významu výstavby větrných farem - alternativního zdroje energie.

Větrná elektrárna s větrnou elektrárnou (WES) Převádí kinetickou energii proudu větru na elektrickou energii. Větrná farma se skládá z větrno-mechanického zařízení (rotačního nebo vrtulového), generátoru elektrického proudu, automatické větrné turbíny a generátoru řídicích zařízení a zařízení pro jejich instalaci a údržbu.

Větrná elektrárna Větrná elektrárna je komplex technických zařízení pro přeměnu kinetické energie proudu větru na mechanická energie rotace rotoru generátoru. Větrná turbína se skládá z jedné nebo několika větrných farem, akumulačního nebo redundantního zařízení a systémů pro automatické řízení a regulaci provozních režimů zařízení. Odlehlé oblasti, nedostatečně zásobované elektřinou, nemají prakticky žádnou jinou, ekonomicky schůdnou alternativu, jako je výstavba větrných farem.

Vítr má kinetická energie, který může být převeden větrno-mechanickým zařízením na mechanickou, a pak z elektrického generátoru na elektrickou energii. Rychlost větru se měří v kilometrech za hodinu (km / h) nebo metrech za sekundu (m / s): 1 km / h \u003d 0,28 m / s 1 m / s \u003d 3,6 km / h. Energie větru je úměrná rychlosti větru. Energie větru \u003d 1/2 dAtS3 d - hustota vzduchu, A - oblast, kterou vzduch prochází, t - časové období, S - rychlost větru.

Výkon (P) je úměrný energii větru procházejícího povrchem („smetená plocha“) za jednotku času. Větrná energie \u003d 1/2 dAS3

Vítr je charakterizován následujícími indikátory: Vítr je charakterizován následujícími indikátory: průměrné měsíční a roční průměrné rychlosti v souladu s odstupňováním velikosti a vnějšími značkami na Beaufortově stupnici; maximální rychlost v poryvu - velmi důležitý ukazatel stability větrné farmy; směr větru / větru - „větrná růžice“, frekvence měnících se směrů a síla větru (obr. 1); turbulence je vnitřní struktura proudu vzduchu, která vytváří gradienty rychlosti nejen v horizontální, ale také ve vertikální rovině; poryv - změna rychlosti větru za jednotku času; hustota proudění větru v závislosti na atmosférickém tlaku, teplotě a vlhkosti. vítr může být jednofázový, stejně jako dvoufázové a vícefázové médium obsahující kapičky kapaliny a pevné částice různých velikostí, pohybující se uvnitř proudu různými rychlostmi.

Využití větrné energie V roce 2008 se celková kapacita větrné energie celosvětově zvýšila na 120 GW. Větrné farmy po celém světě v roce 2007 vyrobily asi 200 miliard kWh, což je asi 1,3% celosvětové spotřeby elektřiny. Na celém světě bylo v roce 2008 v odvětví větrné energie zaměstnáno více než 400 tisíc lidí. V roce 2008 celosvětový trh se zařízením pro větrnou energii vzrostl na 36,5 miliardy EUR, neboli asi 46,8 miliardy USD. V roce 2007 bylo v Evropě soustředěno 61% instalovaných větrných elektráren, 20% v Severní Americe a 17% v Asii. V roce 2009 vyrobily větrné farmy v Číně přibližně 1,3% celkové výroby elektřiny v zemi. Od roku 2006 má Čínská republika zákon o obnovitelných zdrojích energie. Odhaduje se, že do roku 2020 dosáhne kapacita větrné energie GW. V roce 2009 vyrobily větrné farmy v Číně přibližně 1,3% celkové výroby elektřiny v zemi. Od roku 2006 má Čínská republika zákon o obnovitelných zdrojích energie. Odhaduje se, že do roku 2020 dosáhne kapacita větrné energie GW.

Větrná energie v Běloruské republice Větrná energie, stejně jako jakýkoli podnikatelský sektor, musí mít tři povinné komponenty, které zajišťují její fungování: 1) zdroje větrné energie, 2) zařízení větrné energie, 3) rozvinutá infrastruktura větrné technologie Pro větrnou energii v Bělorusku je zdroj větrné energie téměř neomezený. Země má rozvinutou centralizovanou rozvodnou síť a velký počet volné místo neobsazené podnikatelskými subjekty. Umístění větrných elektráren (větrných elektráren) a větrných elektráren (větrných elektráren) je proto určeno pouze kompetentním umístěním větrných elektráren ve vhodných oblastech. Možnost získání zahraničních větrných turbín je velmi omezená z důvodu nedostatečného výběru přesného vybavení větrných turbín a větrných elektráren, které splňuje klimatické podmínky Běloruska, silná protiopatření odpovědných administrativních pracovníků z oficiální energie Nedostatek infrastruktury pro návrh, implementaci a provoz větrného inženýrství a následně praktické zkušenosti a kvalifikovaný personál lze překonat pouze aktivní spoluprací se zástupci rozvinuté infrastruktury větrné energie v zahraničí.

Větry, které se tvoří v kontinentálním terénu a v severní šířce, se vyznačují ostrými poryvy a častou změnou směru, liší se od poměrně klidných větrů evropského pobřeží moře (Nizozemsko, Německo). Struktura větru se mění v závislosti na výšce nad zemským povrchem, zatímco stabilita proudu vzduchu se zvyšuje ve vysokých vrstvách vzduchu. Rozdíl v temperamentu větru vyžaduje při vytváření větrné farmy určitý konstruktivní přístup. Navržené řešení je univerzální pro větry všech směrů a rychlostí, včetně bouří.

V roce 2010 se celková kapacita větrné energie celosvětově zvýšila na 196,6 GW. Na celém světě bylo v roce 2008 v odvětví větrné energie zaměstnáno více než 400 tisíc lidí. V roce 2008 celosvětový trh se zařízením pro větrnou energii vzrostl na 36,5 miliardy EUR, neboli asi 46,8 miliardy USD. V roce 2010 bylo 44% instalovaných větrných farem soustředěno v Evropě, v Asii - 31%, v Severní Americe - 22%. V roce 2007 německé větrné farmy vyrobily 6,2% veškeré elektřiny vyrobené v Německu. V roce 2009 bylo z větrné energie vyrobeno 19,3% elektřiny v Dánsku. V roce 2009 vyrobily větrné farmy v Číně přibližně 1,3% celkové výroby elektřiny v zemi. Od roku 2006 má Čínská republika zákon o obnovitelných zdrojích energie. Odhaduje se, že do roku 2020 dosáhne větrná energie 80-100 GW. V některých dnech roku 2007 vyrobilo Portugalsko a Španělsko asi 20% elektřiny z větrné energie. 22. března 2008 ve Španělsku bylo 40,8% celkové elektřiny v zemi vyrobeno z větrné energie.

Síla větru

Větrná energie využívající větrná kola a větrné rotory se nyní obnovuje, zejména v pozemních instalacích. Vítr fouká všude - na souši i na moři. Muž tomu nerozuměl okamžitě

pohyb vzdušných hmot je spojen s nerovnoměrnou změnou teploty a rotace Země, ale to nezabránilo našim předkům používat vítr pro navigaci.

V hlubinách pevniny není žádný stálý směr větru. Tak jako různé sekce Země v různých obdobích roku se různě zahřívá, můžeme mluvit pouze o převládajícím sezónním směru větru. Navíc v různých výškách se vítr chová odlišně a pro výšky do 50 metrů jsou charakteristické stáčivé proudy.

Pro povrchovou vrstvu o tloušťce 500 metrů je větrná energie přeměněná na teplo asi 82 \u200b\u200bbilionů kilowatthodin ročně. Samozřejmě není možné použít vše, zejména z toho důvodu, že často dodávané větrné mlýny se navzájem zakrývají. Současně se energie odebraná z větru nakonec změní v teplo.

Průměrná roční rychlost vzduchu ve výšce sto metrů přesahuje 7 m / s. Pokud jdete do výšky 100 metrů pomocí vhodné přirozené výšky, pak můžete umístit efektivní větrnou turbínu všude.

Postroj pro vítr

Princip činnosti všech větrných motorů je stejný: pod tlakem větru se větrné kolo otáčí s lopatkami, přenáší točivý moment přes přenosový systém na hřídel generátoru, který vyrábí elektřinu, vodní čerpadlo nebo elektrický generátor. Čím větší je průměr větrného kola, tím větší je průtok vzduchu a tím více energie jednotka generuje.

Základní jednoduchost zde poskytuje výjimečný prostor pro kreativitu designu, ale pouze pro nezkušený vzhled se větrná turbína jeví jako jednoduchý design. Tradiční uspořádání větrných mlýnů - s horizontální osou rotace - dobré řešení pro jednotky malé velikosti a výkonu. Když se rozpětí lopatek zvýšilo, toto uspořádání bylo neúčinné, protože v různých výškách fouká vítr v různých směrech. V tomto případě nejenže není možné optimálně orientovat jednotku ve větru, ale také zde existuje nebezpečí zničení lopatek.

Kromě toho konce lopatek velké instalace, pohybující se vysokou rychlostí, vytvářejí hluk. Hlavní překážka využívání větrné energie je však stále ekonomická - výkon jednotky zůstává malý a podíl nákladů na její provoz je významný. V důsledku toho cena energie neumožňuje větrným mlýnám s vodorovnou osou poskytnout skutečnou konkurenci tradičním zdrojům energie.

Podle předpovědí společnosti Boeing (USA) nepřekročí délka lopatek okřídlených větrných turbín 60 metrů, což umožní vytvářet větrné turbíny tradičního uspořádání s kapacitou 7 MW. V současné době jsou největší z nich dvakrát slabší. Ve velké větrné energii, pouze s hromadnou konstrukcí, můžeme očekávat, že cena kilowatthodiny klesne na deset centů.

Nízkoenergetické jednotky mohou generovat energii asi třikrát dražší. Pro srovnání je třeba poznamenat, že rotorová větrná turbína sériově vyráběná v roce 1991 společností NPO Vetroen měla rozpětí lopatek 6 metrů a výkon 4 kW.

Jeho kilowatthodina stála 8 ... 10 kopecks.

Většina typů větrných turbín je známa tak dlouho, že historie mlčí o jménech jejich vynálezců. Na obrázku jsou znázorněny hlavní typy větrných turbín. Jsou rozděleny do dvou skupin:

větrné turbíny s vodorovnou osou otáčení (křídlo) (2 ... 5); větrné turbíny se svislou osou otáčení (rotační: lopatka (1) a ortogonální (6)).

Typy okřídlených větrných turbín se liší pouze počtem lopatek.

Okřídlený

U křídlových větrných motorů, jejichž největší účinnosti je dosaženo, když je proud vzduchu kolmý k rovině otáčení křídla křídla, je vyžadováno automatické zařízení pro rotaci osy rotace. K tomuto účelu se používá stabilizační křídlo. Karuselové větrné motory mají tu výhodu, že mohou pracovat v jakémkoli směru větru bez změny polohy. Koeficient využití větrné energie (viz obr.). Pro větrné turbíny je mnohem vyšší než u rotačních.

Současně má kolotoč mnohem větší točivý moment. Je to maximum pro agregáty rotačních lopatek při nulové relativní rychlosti větru.

Rozložení křídlových větrných turbín je vysvětleno hodnotou jejich rychlosti otáčení. Mohou být přímo připojeny k generátoru elektrického proudu bez multiplikátoru. Rychlost otáčení křídlových větrných turbín je nepřímo úměrná počtu křídel, tedy jednotek s více lopatkami

tři se prakticky nepoužívají.

Kolotoč

Rozdíl v aerodynamice dává kruhovým objezdům výhodu oproti tradičním větrným mlýnám. Se zvyšující se rychlostí větru rychle zvyšují trakci a poté se rychlost otáčení stabilizuje. Rotační větrné turbíny

nízká rychlost a to umožňuje použití jednoduchých elektrických obvodů, například s asynchronním generátorem, bez rizika

narazit v případě náhodného nárazu větru. Pomalá rychlost představuje jeden omezující požadavek - použití vícepólového generátoru pracujícího při nízkých rychlostech. Takové generátory nejsou rozšířené a použití multiplikátorů (multiplikátor [lat. Multiplicator

multiplikační] - zesilovač redukce) není účinný kvůli jeho nízké účinnosti.

Ještě důležitější výhodou designu karuselu byla jeho schopnost monitorovat „tam, kde fouká vítr“ bez dalších triků, což je velmi důležité pro povrchové stáčivé proudy. Větrné turbíny tohoto typu se staví v USA, Japonsku, Anglii, Německu, Kanadě. Nejjednodušší je provozovat větrnou turbínu s rotační lopatkou. Jeho konstrukce poskytuje maximální točivý moment při spouštění větrné turbíny a automatickou samoregulaci maximální rychlosti otáčení během provozu. S rostoucí zátěží se rychlost otáčení snižuje a točivý moment se zvyšuje až do úplného zastavení.

Ortogonální

Odborníci věří, že ortogonální větrné turbíny slibují velkou energii. Dnes větrní fanoušci ortogonálních struktur čelí určitým obtížím. Mezi nimi je zejména problém se startem.

V ortogonálních instalacích se používá stejný profil křídla jako u podzvukových letadel (viz obr. (6)).

Před „opřením“ o zvedací sílu křídla musí letadlo běžet nahoru. Totéž platí pro ortogonální instalaci. Nejprve je třeba do něj přivést energii - rozmotat se a přenést na určité aerodynamické parametry a teprve poté přepne z režimu motoru do režimu generátoru.

Vývod energie začíná rychlostí větru asi 5 m / s a \u200b\u200bjmenovitý výkon je dosahován při rychlosti 14 ... 16 m / s.

Předběžné výpočty větrných turbín zajišťují jejich použití v rozsahu od 50 do 20 000 kW. V realistické instalaci s výkonem 2000 kW bude průměr prstence, po kterém se křídla pohybují, asi 80 metrů. Výkonná větrná turbína má velké rozměry. Můžete se však obejít s malými - vezměte číslo, ne velikost. Po vybavení každého elektrického generátoru samostatným převodníkem je možné shrnout výstupní výkon generovaný generátory. V tomto případě spolehlivost a přežití větrných turbín.

Neočekávané aplikace větrných turbín

Ve skutečnosti fungující větrné turbíny objevily řadu negativních jevů. Například šíření větrných generátorů může ztížit příjem televizních pořadů a vytvářet silné zvukové vibrace.

Větrné turbíny mohou nejen vyrábět energii. Schopnost přitáhnout pozornost rotací bez utrácení energie se používá pro reklamu. Nejjednodušší - jednostranná rotační větrná turbína je pravoúhlá deska se zakřivenými okraji.

Namontovaný na zeď se začne otáčet i při mírném větru.

Na velké ploše křídel může rotační větrná turbína se třemi čtyřmi lopatkami otáčet reklamní plakáty a malý generátor. Elektrická energie uložená v baterii může osvětlit křídla reklamou v noci a za klidného počasí a otáčet je.

Snímek 1

Snímek 2

Větrná energie na Zemi je nevyčerpatelná. Po mnoho staletí se člověk pokouší obrátit větrnou energii na svou výhodu vybudováním větrných farem, které plní různé funkce: mlýny, vodní a olejová čerpadla a elektrárny. Praxe a zkušenosti mnoha zemí ukázaly, že využití větrné energie je mimořádně výhodné, protože zaprvé jsou náklady na vítr nulové a zadruhé, elektřina je získávána z větrné energie, a nikoli spalováním uhlíkového paliva, jehož produkty spalování jsou známé pro své nebezpečné expozice člověka. V důsledku konstantních emisí průmyslových plynů do atmosféry a dalších faktorů se teplotní kontrast na zemském povrchu zvyšuje. To je jeden z hlavních faktorů, které vedou k nárůstu větrné aktivity v mnoha regionech naší planety, a v důsledku toho k významu výstavby větrných farem - alternativního zdroje energie.

Snímek 3

Rotační větrná elektrárna (WES) Převádí kinetickou energii proudu větru na elektrickou energii. Větrná farma se skládá z větrno-mechanického zařízení (rotačního nebo vrtulového), generátoru elektrického proudu, automatické větrné turbíny a generátoru řídicích zařízení a zařízení pro jejich instalaci a údržbu.

Snímek 4

Zařízení na větrnou energii je komplex technických zařízení pro přeměnu kinetické energie proudu větru na mechanickou energii rotace generátorového rotoru. Větrná turbína se skládá z jedné nebo několika větrných farem, akumulačního nebo redundantního zařízení a systémů pro automatické řízení a regulaci provozních režimů zařízení. Odlehlé oblasti, nedostatečně zásobované elektřinou, nemají prakticky žádnou jinou, ekonomicky schůdnou alternativu, jako je výstavba větrných farem.

Snímek 5

Vítr má kinetickou energii, kterou lze pomocí mechanického větru převést na mechanickou, a pak pomocí elektrického generátoru na elektrickou energii. Rychlost větru se měří v kilometrech za hodinu (km / h) nebo metrech za sekundu (m / s): 1 km / h \u003d 0,28 m / s 1 m / s \u003d 3,6 km / h. Energie větru je úměrná rychlosti větru. Energie větru \u003d 1/2 dAtS3 d - hustota vzduchu, A - oblast, kterou vzduch prochází, t - časové období, S - rychlost větru.

Snímek 6

Výkon (P) je úměrný energii větru procházejícího povrchem („smetená plocha“) za jednotku času. Větrná energie \u003d 1/2 dAS3

Snímek 7

Vítr je charakterizován následujícími indikátory: průměrná měsíční a roční průměrná rychlost v souladu s gradací velikosti a vnějšími značkami na Beaufortově stupnici; maximální rychlost v poryvu - velmi důležitý ukazatel stability větrné farmy; směr větru / větru - „větrná růžice“, frekvence měnících se směrů a síla větru (obr. 1); turbulence je vnitřní struktura proudu vzduchu, která vytváří gradienty rychlosti nejen v horizontální, ale také ve vertikální rovině; poryv - změna rychlosti větru za jednotku času; hustota proudění větru v závislosti na atmosférickém tlaku, teplotě a vlhkosti. vítr může být jednofázový, stejně jako dvoufázové a vícefázové médium obsahující kapičky kapaliny a pevné částice různých velikostí, pohybující se uvnitř proudu různými rychlostmi.

Snímek 8

Větrné vzory. a) průměrování v čase a prostoru, b) změna rychlosti větru podél výšky, c) turbulentní model větru a) b) c)

Snímek 9

Využití větrné energie V roce 2008 se celková kapacita větrné energie celosvětově zvýšila na 120 GW. Větrné farmy po celém světě v roce 2007 vyrobily asi 200 miliard kWh, což je asi 1,3% celosvětové spotřeby elektřiny. Na celém světě bylo v roce 2008 v odvětví větrné energie zaměstnáno více než 400 tisíc lidí. V roce 2008 celosvětový trh se zařízením pro větrnou energii vzrostl na 36,5 miliardy EUR, neboli asi 46,8 miliardy USD. V roce 2007 bylo v Evropě soustředěno 61% instalovaných větrných elektráren, 20% v Severní Americe a 17% v Asii. V roce 2009 vyrobily větrné farmy v Číně přibližně 1,3% celkové výroby elektřiny v zemi. Od roku 2006 má Čínská republika zákon o obnovitelných zdrojích energie. Odhaduje se, že do roku 2020 dosáhne větrná energie 80-100 GW.

Snímek 10

Environmentální aspekty větrné energie Emise do ovzduší Klimatické dopady Městský hluk Hluk Nízkofrekvenční vibrace Radio interference

Snímek 11

Větrná energie v Běloruské republice Větrná energie, stejně jako jakýkoli podnikatelský sektor, musí mít tři povinné komponenty, které zajišťují její fungování: zdroje větrné energie, zařízení větrné energie a rozvinutá větrná infrastruktura. 1. V případě běloruské větrné energie je zdroj větrné energie téměř neomezený. Země má rozvinutou centralizovanou elektrickou síť a velké množství volných ploch neobsazených podnikatelskými subjekty. Umístění větrných elektráren (větrné turbíny) a větrných elektráren (větrné elektrárny) je proto určeno pouze vhodným umístěním větrných elektráren ve vhodných oblastech. 2. Příležitosti k získání cizí větrné technologie jsou velmi omezené kvůli nedostatku dostatečného výběru přesně vybavení pro větrné turbíny a větrné farmy, které splňují klimatické podmínky Běloruska, jakož i silné opozice oficiálních činitelů před oficiální energií. 3. Chybějící infrastrukturu pro navrhování, implementaci a provoz větrného inženýrství a následně i praktické zkušenosti a kvalifikovaný personál lze překonat pouze aktivní spoluprací se zástupci rozvinuté infrastruktury větrné energie v zahraničí.