Енергія вітру на землі невичерпна. Багато століть людина намагається перетворити енергію вітру собі на користь, будуючи вітростанції, що виконують різні функції: млини, водяні і нафтові насоси, електростанції. Як показала практика і досвід багатьох країн, використання енергії вітру вкрай вигідно, оскільки, по - перше, вартість вітру дорівнює нулю, а по - друге, електроенергія виходить з енергії вітру, а не за рахунок спалювання вуглецевого палива, продукти горіння якого відомі своїм небезпечним впливом на людину. У зв'язку з постійними викидами промислових газів в атмосферу і іншими факторами зростає контраст температур на земній поверхні. Це є одним з основних факторів, який призводить до збільшення вітрової активності в багатьох регіонах нашої планети і, відповідно, актуальності будівництва вітростанцій - альтернативних джерелом енергії.
Електростанції Роторная вітроелектрична станція (ВЕС) Вона перетворює кінетичну енергію вітрового потоку в електричну. ВЕС складається з ветромеханіческого пристрої (роторного або пропелерного), генератора електричного струму, автоматичних пристроїв управління роботою вітродвигуна і генератора, споруд для їх установки і обслуговування.
Вітроенергетична установка вітроенергетична установка - це комплекс технічних пристроїв для перетворення кінетичної енергії вітрового потоку в механічну енергію обертання ротора генератора. ВЕУ складається з однієї або декількох ВЕС, який акумулює або резервує пристрою і систем автоматичного управління і регулювання режимів роботи установки. Віддалені райони, недостатньо забезпечені електроенергією, практично не мають іншого, економічно вигідної альтернативи, як будівництво вітроелектростанцій.
вітер володіє кінетичної енергією, Яка може бути перетворена ветромеханіческім пристроєм в механічну, а потім електрогенератором в електричну енергію. Швидкість вітру вимірюється в кілометрах в годину (км / год) або метрах в секунду (м / с): 1 км / год \u003d 0.28 м / с 1 м / с \u003d 3.6 км / год. Енергія вітру пропорційна кубу швидкості вітру. Енергія вітру \u003d 1/2 dAtS3 d - щільність повітря, A - площа, через яку проходить повітря, t - період часу, S - швидкість вітру.
Потужність (P) пропорційна енергії вітру, що проходить через поверхню ( "ометаєма поверхню") в одиницю часу. Потужність вітру \u003d 1/2 dAS3
Вітер характеризується наступними показниками: Вітер характеризується наступними показниками: швидкість середньомісячна і середньорічна відповідно до градаціями за величиною і зовнішніми ознаками за шкалою Бофорта; швидкість максимальна в пориві - дуже важливий показник стійкості роботи вітроелектростанції; напрямок вітру / вітрів - «троянда вітрів», періодичність зміни напрямків і сили вітру (рис.1); турбулентність - внутрішня структура повітряного потоку, яка створює градієнти швидкості не тільки в горизонтальній, а й у вертикальній площині; поривчастість - зміна швидкості вітру в одиницю часу; щільність вітрового потоку, що залежить від атмосферного тиску, температури і вологості. вітер може бути однофазної, а також двухфазной і багатофазної середовищем, що містить краплі рідини і тверді частинки різної крупності, що рухаються усередині потоку з різними швидкостями.
Використання енергії вітру У 2008 році сумарні потужності вітряної енергетики виросли в усьому світі до 120 ГВт. Вітряні електростанції всього світу в 2007 році виробили близько 200 млрд. КВт · год, що становить приблизно 1,3% світового споживання електроенергії. У всьому світі в 2008 році в індустрії вітроенергетики були зайняті більше 400 тисяч чоловік. У 2008 році світовий ринок обладнання для вітроенергетики виріс до 36,5 мільярдів євро, або близько 46,8 мільярдів американських доларів. У 2007 році в Європі було сконцентровано 61% встановлених вітряних електростанцій, в Північній Америці 20%, Азії 17%. У 2009 році в Китаї вітряні електростанції виробляли близько 1,3% сумарної вироблення електроенергії в країні. У КНР з 2006 року діє закон про відновлювані джерела енергії. Передбачається, що до 2020 року потужності вітроенергетики досягнутий ГВт. У 2009 році в Китаї вітряні електростанції виробляли близько 1,3% сумарної вироблення електроенергії в країні. У КНР з 2006 року діє закон про відновлювані джерела енергії. Передбачається, що до 2020 року потужності вітроенергетики досягнутий ГВт.
Вітроенергетика в Республіці Білорусь Вітроенергетика, як і будь-яка галузь господарювання, повинна володіти трьома обов'язковими компонентами, що забезпечують її функціонування: 1) вітроенергетичними ресурсами, 2) вітроенергетичним обладнанням, 3) розвиненою ветротехніческой інфраструктурою Для вітроенергетики Білорусі енергетичний ресурс вітру практично необмежений. У країні є розвинена централізована електромережу та велика кількість вільних площ, не зайнятих суб'єктами господарської діяльності. Тому розміщення вітроенергетичних установок (ВЕУ) і вітроелектричних станцій (ВЕС) обумовлюється лише грамотним розміщенням вітроенергетичної техніки на придатних для цього площах Можливості придбання закордонної вітротехніки вельми обмежені внаслідок відсутності достатнього вибору саме того обладнання для ВЕУ і ВЕС, яке відповідає кліматичним умовам Білорусі, а також потужної протидії відповідальних адміністративних працівників від офіційної енергетики Відсутність інфраструктури з проектування, впровадження та експлуатації вітротехніки і, відповідно, практичного досвіду і кваліфікованих кадрів можна подолати тільки в ході активної співпраці з представниками розвиненою вітроенергетичної інфраструктури зарубіжжя.
Вітри, що формуються в континентальній місцевості і північних широтах, характеризуються різкими поривами і частою зміною напрямків, відрізняються від досить спокійних вітрів європейського морського узбережжя (Нідерланди, Німеччина). Структура вітру змінюється в залежності від висоти над земною поверхнею, при цьому стабільність повітряного потоку збільшується в високих шарах повітря. Різниця в темпераменті вітрів вимагає певного конструктивного підходу при створенні вітростанції. Пропоноване рішення є універсальним для вітрів будь-яких напрямків і швидкостей, включаючи штормові вітри.
У 2010 році сумарні потужності вітряної енергетики виросли в усьому світі до 196,6 ГВт. У всьому світі в 2008 році в індустрії вітроенергетики були зайняті більше 400 тисяч чоловік. У 2008 році світовий ринок обладнання для вітроенергетики виріс до 36,5 мільярдів євро, або близько 46,8 мільярдів американських доларів. У 2010 році в Європі було сконцентровано 44% встановлених вітряних електростанцій, в Азії - 31%, в Північній Америці - 22%. У 2007 році вітряні електростанції Німеччини виробили 6,2% від всієї виробленої в Німеччині електроенергії. У 2009 році 19,3% електроенергії в Данії вироблялося з енергії вітру. У 2009 році в Китаї вітряні електростанції виробляли близько 1,3% сумарної вироблення електроенергії в країні. У КНР з 2006 року діє закон про відновлювані джерела енергії. Передбачається, що до 2020 року потужності вітроенергетики досягнутий 80-100 ГВт. Португалія і Іспанія в деякі дні 2007 року через енергії вітру виробили близько 20% електроенергії. 22 березня 2008 року в Іспанії з енергії вітру було вироблено 40,8% всієї електроенергії країни.
вітроенергетика
Вітроенергетика, яка використовує вітроколеса і ветрокаруселі, відроджується зараз, перш за все, в наземних установках. Вітер дме всюди - на суші і на морі. Людина не відразу зрозумів, що
переміщення повітряних мас пов'язано з нерівномірним зміною температури і обертанням землі, але це не завадило нашим предкам використовувати вітер для мореплавання.
В глибині материка немає постійного напрямку вітру. Так як різні ділянки суші в різні пори року нагріваються по-різному можна говорити тільки про переважне сезонному напрямку вітру. Крім того, на різній висоті вітер веде себе по-різному, а для висот до 50 метрів характерні нишпорять потоки.
Для приземного шару завтовшки в 500 метрів енергія вітру, перетворюється в тепло, становить приблизно 82 трильйона кіловат-годин на рік. Звичайно, всю її використовувати неможливо, зокрема, з тієї причини, що часто поставлені вітряки будуть затінювати один одного. У той же час відібрана у вітру енергія, в кінцевому рахунку, знову перетвориться в тепло.
Середньорічні швидкості повітряних потоків на стометровій висоті перевищують 7 м / с. Якщо вийти на висоту в 100 метрів, використовуючи відповідну природну височина, то скрізь можна ставити ефективний вітроагрегат.
Упряж для вітру
Принцип дії всіх вітродвигунів один: під натиском вітру обертається вітроколесо з лопатями, передаючи крутний момент через систему передач валу генератора, який виробляє електроенергію, водяного насосу або електрогенератори. Чим більше діаметр вітроколеса, тим більший повітряний потік воно захоплює і тим більше енергії виробляє агрегат.
Принципова простота дає тут винятковий простір для конструкторського творчості, але тільки недосвідченому погляду вітроагрегат видається простою конструкцією. Традиційна компонування вітряків - з горизонтальною віссю обертання - непогане рішення для агрегатів малих розмірів та потужностей. Коли ж розмахи лопатей виросли, така компоновка виявилася неефективною, так як на різній висоті вітер дме в різні боки. У цьому випадку не тільки не вдається оптимально орієнтувати агрегат за вітром, а й виникає небезпека руйнування лопатей.
Крім того, кінці лопатей великої установки, рухаючись з великою швидкістю створюють шум. Однак головна перешкода на шляху використання енергії вітру все ж економічна - потужність агрегату залишається невеликою і частка витрат на його експлуатацію виявляється значною. В результаті собівартість енергії не дозволяє вітряків з горизонтальною віссю надавати реальну конкуренцію традиційним джерелам енергії.
За прогнозами фірми Боїнг (США) - довжина лопатей крильчасті вітродвигунів не перевищить 60 метрів, що дозволить створити вітроагрегати традиційної компонування потужністю 7 МВт. Сьогодні найбільші з них - вдвічі "слабкіше". У великій вітроенергетиці тільки при масовому будівництві можна розраховувати на те, що ціна кіловат-години знизиться до десяти центів.
Малопотужні агрегати можуть виробляти енергію приблизно втричі дорожчу. Для порівняння зазначимо, що серійно випускався в 1991 році НВО "Вітроен" крильчасті вітродвигун, мав розмах лопатей 6 метрів і потужність 4 кВт.
Його кіловат-годину обходився в 8 ... 10 копійок.
Більшість типів вітродвигунів відомі так давно, що історія замовчує імена їх винахідників. Основні різновиди вітроагрегатів зображені на малюнку. Вони діляться на дві групи:
вітродвигуни з горизонтальною віссю обертання (крильчасті) (2 ... 5); вітродвигуни з вертикальною віссю обертання (карусельні: лопатеві (1) і ортогональні (6)).
Типи крильчасті вітродвигунів відрізняються тільки кількістю лопатей.
крильчасті
Для крильчасті вітродвигунів, найбільша ефективність яких досягається при дії потоку повітря перпендикулярно до площини обертання лопатей-крил, потрібен пристрій автоматичного повороту осі обертання. З цією метою застосовують крило-стабілізатор. Карусельні вітродвигуни володіють тим перевагою, що можуть працювати при будь-якому напрямку вітру не змінюючи свого положення. Коефіцієнт використання енергії вітру (див. Рис.) У крильчасті вітродвигунів набагато вище ніж у карусельних.
У той же час, у карусельних - набагато більше момент обертання. Він максимальний для карусельних лопатевих агрегатів при нульовій відносної швидкості вітру.
Поширення крильчасті вітроагрегатів пояснюється величиною швидкості їх обертання. Вони можуть безпосередньо з'єднуватися з генератором електричного струму без мультиплікатора. Швидкість обертання крильчасті вітродвигунів обернено пропорційна кількості крил, тому агрегати з кількістю лопатей більше
трьох практично не використовуються.
карусельні
Різниця в аеродинаміці дає карусельні установкам перевагу в порівнянні з традиційними вітряками. При збільшенні швидкості вітру вони швидко нарощують силу тяги, після чого швидкість обертання стабілізується. карусельні вітродвигуни
тихохідні і це дозволяє використовувати прості електричні схеми, наприклад, з асинхронним генератором, без ризику
зазнати аварії при випадковому пориві вітру. Тихохідність висуває одну обмежує вимога - використання багатополюсного генератора працюючого на малих обертах. Такі генератори не мають широкого поширення, а використання мультиплікаторів (мультиплікатор [лат. Multiplicator
умножающий] - підвищує редуктор) неефективне через низький ККД останніх.
Ще більш важливою перевагою карусельний конструкції стала її здатність без додаткових хитрощів стежити за тим "звідки дме вітер", що має велике значення для приземних нишпорять потоків. Вітродвигуни подібного типу будуються в США, Японії, Англії, ФРН, Канаді. Карусельний лопатевий вітродвигун найбільш простий в експлуатації. Його конструкція забезпечує максимальний момент при запуску вітродвигуна і автоматичне саморегулювання максимальної швидкості обертання в процесі роботи. Зі збільшенням навантаження зменшується швидкість обертання і зростає крутний момент аж до повної зупинки.
ортогональні
Ортогональні вітроагрегати, як вважають фахівці, перспективні для великої енергетики. Сьогодні перед ветропоклоннікамі ортогональних конструкцій стоять певні труднощі. Серед них, зокрема, проблема запуску.
У ортогональних установках використовується той же профіль крила, що і в дозвуковом літаку (див. Рис. (6)).
Літак, перш ніж "покластися" на підйомну силу крила, повинен розбігтися. Так само йде справа і у випадку з ортогональної установкою. Спочатку до неї потрібно підвести енергію - розкрутити і довести до певних аеродинамічних параметрів, а вже потім вона сама перейде з режиму двигуна в режим генератора.
Відбір потужності починається при швидкості вітру близько 5 м / с, а номінальна потужність досягається при швидкості 14 ... 16 м / с.
Попередні розрахунки вітроустановок передбачають їх використання в діапазоні від 50 до 20 000 кВт. У реалістичною установці потужністю 2000 кВт діаметр кільця, по якому рухаються крила, складе близько 80 метрів. У потужного вітродвигуна великі розміри. Однак можна обійтися і малими - взяти числом, а не розміром. Забезпечивши кожен електрогенератор окремим перетворювачем можна підсумувати вихідну потужність виробляється генераторами. У цьому випадку підвищується надійність і живучість вітроустановки.
Несподівані застосування вітроустановок
Реально працюють вітроагрегати виявили ряд негативних явищ. Наприклад, поширення вітрогенераторів може утруднити прийом телепередач і створювати потужні звукові коливання.
Вітродвигуни можуть не тільки виробляти енергію. Здатність привертати увагу обертанням без витрачання енергії використовується для реклами. Найбільш простий - однолопастний карусельний вітродвигун являє собою прямокутну пластинку з відігнутими краями.
Закріплений на стіні він починає обертатися навіть при незначному вітрі.
На великій площі крил карусельний трьох-чотирьох лопатевий вітродвигун може обертати рекламні плакати і невеликий генератор. Запасена в акумуляторі електроенергія може висвітлювати крила з рекламою в нічний час, а в безвітряну погоду і обертати їх.
Cлайд 1
Cлайд 2
Енергія вітру на землі невичерпна. Багато століть людина намагається перетворити енергію вітру собі на користь, будуючи вітростанції, що виконують різні функції: млини, водяні і нафтові насоси, електростанції. Як показала практика і досвід багатьох країн, використання енергії вітру вкрай вигідно, оскільки, по-перше, вартість вітру дорівнює нулю, а по-друге, електроенергія виходить з енергії вітру, а не за рахунок спалювання вуглецевого палива, продукти горіння якого відомі своїм небезпечним впливом на людину. У зв'язку з постійними викидами промислових газів в атмосферу і іншими факторами зростає контраст температур на земній поверхні. Це є одним з основних факторів, який призводить до збільшення вітрової активності в багатьох регіонах нашої планети і, відповідно, актуальності будівництва вітростанцій - альтернативних джерелом енергії.
Cлайд 3
Роторна вітроелектрична станція (ВЕС) Вона перетворює кінетичну енергію вітрового потоку в електричну. ВЕС складається з ветромеханіческого пристрої (роторного або пропелерного), генератора електричного струму, автоматичних пристроїв управління роботою вітродвигуна і генератора, споруд для їх установки і обслуговування.
Cлайд 4
Вітроенергетична установка - це комплекс технічних пристроїв для перетворення кінетичної енергії вітрового потоку в механічну енергію обертання ротора генератора. ВЕУ складається з однієї або декількох ВЕС, який акумулює або резервує пристрою і систем автоматичного управління і регулювання режимів роботи установки. Віддалені райони, недостатньо забезпечені електроенергією, практично не мають іншого, економічно вигідної альтернативи, як будівництво вітроелектростанцій.
Cлайд 5
Вітер має кінетичної енергією, яка може бути перетворена ветромеханіческім пристроєм в механічну, а потім електрогенератором в електричну енергію. Швидкість вітру вимірюється в кілометрах в годину (км / год) або метрах в секунду (м / с): 1 км / год \u003d 0.28 м / с 1 м / с \u003d 3.6 км / год. Енергія вітру пропорційна кубу швидкості вітру. Енергія вітру \u003d 1/2 dAtS3 d - щільність повітря, A - площа, через яку проходить повітря, t - період часу, S - швидкість вітру.
Cлайд 6
Потужність (P) пропорційна енергії вітру, що проходить через поверхню ( "ометаєма поверхню") в одиницю часу. Потужність вітру \u003d 1/2 dAS3
Cлайд 7
Вітер характеризується наступними показниками: швидкість середньомісячна і середньорічна відповідно до градаціями за величиною і зовнішніми ознаками за шкалою Бофорта; швидкість максимальна в пориві - дуже важливий показник стійкості роботи вітроелектростанції; напрямок вітру / вітрів - «троянда вітрів», періодичність зміни напрямків і сили вітру (рис.1); турбулентність - внутрішня структура повітряного потоку, яка створює градієнти швидкості не тільки в горизонтальній, а й у вертикальній площині; поривчастість - зміна швидкості вітру в одиницю часу; щільність вітрового потоку, що залежить від атмосферного тиску, температури і вологості. вітер може бути однофазної, а також двухфазной і багатофазної середовищем, що містить краплі рідини і тверді частинки різної крупності, що рухаються усередині потоку з різними швидкостями.
Cлайд 8
Моделі вітру. а) Осереднення за часом і простором, б) Зміна швидкості вітру по висоті, в) Турбулентна модель вітру а) б) в)
Cлайд 9
Використання енергії вітру У 2008 році сумарні потужності вітряної енергетики виросли в усьому світі до 120 ГВт. Вітряні електростанції всього світу в 2007 році виробили близько 200 млрд. КВт · год, що становить приблизно 1,3% світового споживання електроенергії. У всьому світі в 2008 році в індустрії вітроенергетики були зайняті більше 400 тисяч чоловік. У 2008 році світовий ринок обладнання для вітроенергетики виріс до 36,5 мільярдів євро, або близько 46,8 мільярдів американських доларів. У 2007 році в Європі було сконцентровано 61% встановлених вітряних електростанцій, в Північній Америці 20%, Азії 17%. У 2009 році в Китаї вітряні електростанції виробляли близько 1,3% сумарної вироблення електроенергії в країні. У КНР з 2006 року діє закон про відновлювані джерела енергії. Передбачається, що до 2020 року потужності вітроенергетики досягнутий 80-100 ГВт.
Cлайд 10
Екологічні аспекти вітроенергетики Викиди в атмосферу Вплив на клімат Вентиляція міст Шум Низькочастотні вібрації Радіоперешкоди
Cлайд 11
Вітроенергетика в Республіці Білорусь Вітроенергетика, як і будь-яка галузь господарювання, повинна володіти трьома обов'язковими компонентами, що забезпечують її функціонування: вітроенергетичними ресурсами, вітроенергетичним обладнанням, розвиненою ветротехніческой інфраструктурою. 1. Для вітроенергетики Білорусі енергетичний ресурс вітру практично необмежений. У країні є розвинена централізована електромережу і велика кількість вільних площ, не зайнятих суб'єктами господарської діяльності. Тому розміщення вітроенергетичних установок (ВЕУ) і вітроелектричних станцій (ВЕС) обумовлюється лише грамотним розміщенням вітроенергетичної техніки на придатних для цього площах. 2. Можливості придбання закордонної вітротехніки вельми обмежені внаслідок відсутності достатнього вибору саме того обладнання для ВЕУ і ВЕС, яке відповідає кліматичним умовам Білорусі, а також потужної протидії відповідальних адміністративних працівників від офіційної енергетики. 3. Відсутність інфраструктури з проектування, впровадження та експлуатації вітротехніки і, відповідно, практичного досвіду і кваліфікованих кадрів можна подолати тільки в ході активної співпраці з представниками розвиненою вітроенергетичної інфраструктури зарубіжжя.