Ветроэнергетика и солнечная энергетика

Общие сведения о ветроэнергетике

Энергия ветра на земном шаре оценивается в 175-219 тыс. ТВт ч в год, при этом развиваемая им мощность достигает (20—25)* 109 кВт. Это примерно в 2,7 раза больше суммарного расхода энергии на планете. Считают, однако, что полезно может быть использовано только 5% от этой величины; в настоящее же время используется значительно меньше. Применять ветер, т. е. энергию движения воздуха, человек начал еще в глубокой древности.

Постоянные воздушные течения к экватору со стороны северного и южного полушарий образуют систему пассатов. Общая циркуляция атмосферы происходит главным образом из-за вращения Земли, при котором под действием центробежной силы инерции воздушные массы отбрасываются в районе экватора в верхние слои атмосферы. На место ушедших масс воздуха с севера и юга подтекают новые воздушные слои.

Помимо постоянных движений воздушных слоев существуют периодические движения воздуха с моря на сушу и обратно в течение суток (бризы) и года (муссоны). Происхождение бризов и муссонов обусловлено различными нагреваниями воды и суши вследствие их различной теплоемкости.

При использовании энергии ветра в современных условиях стремились учесть опыт тех стран, в которых ветряные двигатели издавна широко применялись, особенно в Дании и Голландии - классических странах ветряных мельниц.

Многие видные русские исследователи, такие, как профессор Н.Е. Жуковский и академик С.А. Чаплыгин, внесли большой вклад в развитие ветряных двигателей.

Ветроэнергетика - отрасль науки и техники, разрабатывающая теоретические основы, методы и средства использования энергии ветра для получения механической, электрической и тепловой энергии (ветротехника) и определяющая области и масштабы целесообразного использования ветровой энергии в народном хозяйстве.

Использование ветровой энергии осуществляется с помощью специальных установок.

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) - это комплекс технических устройств для преобразования кинетической энергии ветрового потока в какой-либо другой вид энергии. ВЭУ состоит из ветроагрегата (ветродвигатель в комплекте с одной или несколькими рабочими машинами), устройства, аккумулирующего энергию или резервирующего мощность, в ряде случаев дублирующего двигателя (большей частью теплового) и систем автоматического управления и регулирования режимов работы установки.

Различают ветросиловые установки и ветроэлектрические станции.

Под ветродвигателем понимают двигатель, использующий кинетическую энергию ветра для выработки механической энергии. Различают ветродвигатели крыльчатые с коэффициентом использования энергии ветра до 0,48 (наиболее распространенные), карусельные или роторные, с коэффициентом использования не более 0,15, и барабанные.

В основном ветродвигатели применяют в ветроэлектрических станциях.

В настоящее время ветроэнергетика - одна из самых бурно развивающихся отраслей мировой электроэнергетики. В 60-70-е годы прошлого столетия большинство эксплуатируемых в Европе ВЭУ имело мощность до 20 кВт, затем - от 100 до 250 кВт; средняя мощность ВЭУ, выпущенных в 2002 г. в Германии, составила 1100 кВт. Тенденция роста единичных мощностей ВЭУ, по-видимому, сохранится и далее.

Современные мощные ВЭУ более экономичны, стоимость 1 кВт установленной мощности таких установок ниже. Ветроколесо мощных ВЭУ находится на большой высоте, где скорость ветра выше (рис. 6.1, а). Выше у них и коэффициент удельной выработки электроэнергии Кул, являющийся обобщенной характеристикой ВЭУ (рис. 6.1, б):

где Wm - годовая выработка электроэнергии, кВт ч; nR2 - ометасмая поверхность ветроколеса, м2.

К характеристикам ВЭУ

Рис. 6.1. К характеристикам ВЭУ: а - зависимость среднегодовой скорости ветра от высоты над поверхностью земли; б - средняя удельная выработка электроэнергии ВЭУ в Дании

Считается целесообразным установка ВЭУ в местах, где среднегодовая скорость ветра составляет более 5 м/с.

На бурное развитие ВЭУ указывают данные роста установленных мощностей в ряде стран мира (табл. 6.1).

Установленная мощность ветроустановок в странах мира, подключенных к электрическим сетям, МВт

Таблица 6.1

Страна

1998 г.

2001 г.

Дания

130

2417

Германия

2875

8754

Италия

178

697

Испания

834

3337

Швеция

174

290

Англия

333

474

Финляндия

17,4

39

Португалия

60

125

Россия

4,15

7

Канада

82

142

США

1820

2525

Китай

214

328

Япония

40

142

Всего в мире

9665

24 000

Важным шагом в развитии ветроэнергетики в России, обладающей огромным потенциалом, можно считать сдачу в эксплуатацию в 2002 г. самого крупного ветропарка в стране мощностью 5,1 МВт (одна установка мощностью 600 кВт и 20 - по 225 кВт каждая), построенного в Калининградской области. Кроме этого построена Анадырьская ВЭС (Чукотка) мощностью 2,5 МВт (10 агрегатов по 250 кВт) и строится Элистинская ВЭС (Калмыкия) мощностью 22 МВт (22 агрегата по 1 МВт).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >