Энергия ветра и её использование для электроэнергетики
Содержание
1.Введение 3
2.История использования энергии ветра 5
3.Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра 6
4.Использование энергии ветра 8
5.Энергия ветра в России 10
6.Ветроэнергетика в Приморском крае 12
7.Экономика ветроэнергетики 15
8.Экологические аспекты ветроэнергетики 18
9.Заключение 22
10.Список
литературы 25
1.Введение
Энергия ветра — это преобразованная энергия солнечного излучения, и пока светит Солнце, будут дуть и ветры. Таким образом, ветер — это тоже возобновляемый источник энергии.
Люди
используют энергию ветра с незапамятных
времен — достаточно вспомнить парусный
флот, который был уже у древних
финикиян и живших одновременно с
ними других народов, и ветряные мельницы.
В принципе, преобразовать энергию
ветра в электрический ток, казалось
бы, нетрудно — для этого достаточно
заменить мельничный жернов электрогенератором.
Ветры дуют везде, они могут дуть
и летом, и зимой, и днем, и ночью
— в этом их существенное преимущество
перед самим солнечным
Первая в нашей стране ветряная электростанция мощностью 8 кВт была сооружена в 1929-1930 гг. 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 по тем временам самой крупной ВЭС в мире. Она успешно проработала до 1942 г., но во время войны была разрушена.
Значительные успехи в создании ВЭС были достигнуты за рубежом. Во многих странах Западной Европы построено довольно много установок по 100-200 кВт. Во Франции, Дании и в некоторых других странах были введены в строй ВЭС с номинальными мощностями свыше 1 МВт.
Одна из наиболее известных установок этого класса "Гровиан" была создана в Германии, ее номинальная мощность — 3 МВт. Но самое широкое развитие ветроэнергетика получила в США. Еще в 1941 г. там была построена первая ВЭС мощностью 1250 кВт, а сейчас общая мощность всех ВЭС в этой стране достигает 1300 МВт, причем среди них есть гиганты с мощностью до 4 МВт (табл.2.). Всего в мире в настоящее время насчитывается около 3 млн. ветроустановок, из них примерно 3,5 тыс. у нас.
Ветроэнергетические
установки (ВЭУ) достигли сегодня уровня
коммерческой зрелости и в местах
с благоприятными скоростями ветра
могут конкурировать с
Кинетическая
энергия, переносимая потоком ветра
в единицу времени через
Ветровое
колесо, размещенное в свободном
потоке воздуха, может в лучшем случае
теоретически преобразовать в мощность
на его валу 16/27=0,59 (критерий Бетца) мощности
потока воздуха, проходящего через
площадь сечения, ометаемого ветровым
колесом. Этот коэффициент можно
назвать теоретическим КПД
Расчетная скорость ветра для больших ВЭУ обычно принимается на уровне 11-15 м/с. Вообще, как правило, чем больше мощность агрегата, тем на большую скорость ветра он рассчитывается. Однако в связи с непостоянством скорости ветра большую часть времени ВЭУ вырабатывает меньшую мощность. Считается, что если среднегодовая скорость ветра в данном месте не менее 5-7 м/с, а эквивалентное число часов в году, при котором вырабатывается номинальная мощность не менее 2000, то такое место благоприятно для установки крупной ВЭУ и даже ветровой фермы.
Автономные
установки киловаттного класса, предназначенные
для энергоснабжения
2.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.
«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле» (К. Маркс. «Машины: применение природных сил и науки»).
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 м
и четырехлопастные роторы диаметром
23 м. Предшественница современных
ветроэлектростанций с
3.Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра
Современные ветрогенераторы работают при скоростях ветра от 3—4 м/с до 25 м/с. Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.
В августе 2002 года компания Enercon построила прототип ветрогенератора E-112 мощностью 4,5 МВт. До декабря 2004 года турбина оставалась крупнейшей в мире. В декабре 2004 года германская компания REpower Systems построила свой ветрогенератор мощностью 5,0 МВт. Диаметр ротора этой турбины 126 метров, вес гондолы — 200 тонн, высота башни — 120 м. В конце 2005 года Enercon увеличил мощность своего ветрогенератора до 6,0 МВт. Диаметр ротора составил 114 метров, высота башни 124 метра. Компания Clipper Windpower разрабатывает ветрогенератор мощностью 7,5 МВт для офшорного применения.
Наибольшее
распространение в мире получила
конструкция ветрогенератора с
тремя лопастями и
Рисунок 3.1 Наземная ветряная электростанция в Испании.
Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10—12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.
Могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания. 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. 5 июня 2009 года компании Siemens AG и норвежская Statoil объявили об установке первой в мире коммерческой плавающей ветроэнергетической турбины мощностью 2,3 МВт, производства Siemens Renewable Energy.
Рисунок 3.1 Строительство первой плавающей электростанции. Норвегия. Май 2009 года.
4.Использование энергии ветра
В 2008 году суммарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 120 ГВт. Ветряные электростанции всего мира в 2007 году произвели около 200 млрд кВт·ч, что составляет примерно 1,3 % мирового потребления электроэнергии. Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов.
В 2007 году в Европе было сконцентрировано 61 % установленных ветряных электростанций, в Северной Америке 20 %, Азии 17 %. Страны Евросоюза в 2005 году вырабатывают из энергии ветра около 3 % потребляемой электроэнергии.
В 2007 году ветряные электростанции Германии произвели 6,2 % от всей произведённой в Германии электроэнергии.
В 2007 году 18,3 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра. Индия в 2005 году получает из энергии ветра около 3 % всей электроэнергии.
В 2007 году в США из энергии ветра было выработано 48 млрд кВт·ч электроэнергии, что составляет более 1 % электроэнергии, произведённой в США за 2007 год.
В
2009 году в Китае ветряные электростанции
вырабатывали около 1,3 % суммарной выработки
электроэнергии в стране. В КНР
с 2006 года действует закон о
Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20 % электроэнергии. 22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8 % всей электроэнергии страны.
Ежегодно в Европе установленная мощность ветроагрегатов составляет 200 MW При благоприятных условиях прирост установленной мощности может cоставить 800 MW. Наиболее эффективными по наращиванию установленной мощности ветростанций являются программы стран Европы, Китая, Индии, США, Канады.
Ежегодный оборот за счет продаж ветропреобразователей в странах Европы составляет 400 MECU. Более 10 крупнейших банков Европы инвестируют ветроэнергетическую индустрию. Более 20 крупных Европейских частных инвесторов финансируют ветроэнергетику. Стоимость ветровой энергии зависит в основном от следующих 5 параметров:
- инвестиций в производство ветроагрегата (выражается как отношение S кв. м. - цена одного кв. метра ометаемой площади ротора ветротурбины);
- коэффициета полезного действия системы;
- средней скорости ветра;
- доступности;
- технического ресурса.
За
последние три десятилетия
В последние
годы интенсивно стали развиваться
технологии использования энергии
ветра в изолированных сетях.
В изолированных сетях
5.Энергия ветра в России
Современная
экономика России базируется на использовании
невозобновляемых углеводородных топливно-энергетических
ресурсов. Удельный вес нефти, природного
газа и угля суммарно составляет более
90 процентов, причем в последнее
десятилетие наблюдается
В
ближайшие годы будет продолжаться
тенденция ухудшения горно-
Одним из видов нетрадиционных возобновляемых источников энергии является энергия ветра. Энергия ветра на земле неисчерпаема, а в последние 15 - 20 лет бурно развивалось ее использование для производства. Многие столетия человек пытается использовать энергию ветра себе во благо, строя ветростанции, выполняющие различные функции: мельницы, водяные и нефтяные насосы, электростанции.
В связи с постоянными выбросами промышленных газов в атмосферу и другими факторами возрастает контраст температур на земной поверхности. Это является одним из основных факторов, который приводит к увеличению ветровой активности во многих регионах нашей планеты и, соответственно, актуальности строительства ветростанций.
Как показали практика и опыт многих стран, использование энергии ветра крайне выгодно, поскольку, во-первых, стоимость ветра равна нулю, а во-вторых, электроэнергия получается из энергии ветра, а не за счет сжигания углеводородного топлива, продукты горения которого известны своим опасным воздействием на человека.
Специфика и условия работы ветроэлектростанций в нашей стране значительно отличаются от зарубежных. Работа автономных систем энергоснабжения в условиях потребления энергии небольшой мощности не позволяет использовать те преимущества, которые имеет ветроэнергетика за рубежом. Большие расстояния между населенными пунктами делают перспективным направлением развития ветроэнергетики в России совершенствование ВЭУ малой мощности (от 10 кВт) в условиях их изолированности от крупных энергосистем.
Россия
располагает значительными
География
распределения
Для стремительного развития ветроэнегетики в России необходимо следующее:
- масштабное внедрение ветроустановок в состав «большой энергетики», особенно с учетом неизбежного снижения цен на ветроустановки и роста цен на традиционное топливо (нефть, уголь и т.д.);
- создание ВЭУ как большой, так и малой мощности для решения проблем энергообеспечения удаленных и изолированных районов, которые недостаточно обеспечены электроэнергией и практически не имеют другой, экономически выгодной альтернативы, как строительство ветроэлектростанций;
- внедрение стимулирующих механизмов: налоговые льготы; предоставление кредитов на продолжительный срок под льготный процент с отсрочкой платежей до окончания строительства; введение экологического налога; установление местных тарифов, которые позволят обеспечить возвращение капитальных вложений в ветроэнергетику; субсидирование пользователей ВЭУ; создание информационной сети, системы образования, стажировок и т.д.
6.Ветроэнергетика в Приморском крае
До выбора г. Владивостока местом проведения саммита АТЭС в Приморском крае не было объектов ветряной электроэнергетики. При подготовке к саммиту в проект было заложено сооружение ветропарка на о.Русском и о.Попова .
Во время визита в Японию правительственной делегации во главе с Владимиром Путиным компания "РусГидро" подписала меморандум о партнерских намерениях с компаниями Mitsui и J-Power. Совместными усилиями будут построены на Русском и соседнем острове Попова несколько ветроэнергетических установок общей мощностью 36 мегаватт. Все они будут объединены в сеть и через подводный кабель соединены с энергосетями Владивостока, что даст городу около 90-95 миллионов киловатт-часов экологически чистой электроэнергии.
Работы начались с установки ветроизмерительного комплекса из двух мачт высотой 60 метров, оснащенных множеством датчиков. Полученная с них в течение года информация о силе и направлении ветра, влажности воздуха и других параметрах поможет вычислить ветроэнергетический потенциал острова Русский и разработать прогноз энергоресурсов для Дальневосточной ВЭС сроком на 50 лет.
В состав основных сооружений ВЭС войдут следующие объекты:
- 8-10 ВЭУ единичной номинальной мощностью по 1,5-2,0 МВт, на о. Русский;
- 10-13 ВЭУ единичной номинальной мощностью по 1,5-2,0 МВт, на о. Попова;
- кабельные линии схемы подключения ВЭУ к повысительным групповым трансформаторным подстанциям ВЭС;
- повысительные групповые трансформаторные подстанции ВЭС с высшим напряжением, соответствующим напряжению распределительной сети (35 кВ) и низшим напряжением 10 кВ схемы подключения ветроагрегатов (ВЭУ) на о. Попова и о. Русский;
- ЛЭП (воздушные) от групповых повысительных ТП ВЭС до точки подключения ВЭС к системе (ПС «Русский»), включая переход через пролив Старка;
- ветроизмерительные мачты – 3 шт. (две мачты подлежат демонтажу после проведения годового цикла исследований);
- дороги общего пользования и подъездные дороги к ВЭУ, общей ориентировочной протяженностью до 20 км (в зависимости от варианта типологии);
- вспомогательные здания и сооружения, в т.ч. пункт управления и ремонтно-эксплуатационную базу.
Дальневосточная
ВЭС вступит в строй во втором
квартале 2012 года. Она станет одним
из источников энергоснабжения объектов
саммита АТЭС - конференц-центра, пресс-центра
и гостиниц, а в дальнейшем Дальневосточного
федерального университета, Приморского
океанариума и острова Попова,
где электричество дает
Энергия
ветра наряду с солнечной и
водной относится к числу
В будущем возможно строительство в Приморье еще нескольких ветропарков суммарной мощностью до 200 мегаватт. С пуском Дальневосточной ветроэнергетической станции Владивосток станет лидером в стране по использованию энергии ветра.
Рисунок 6.1 Потенциальные площадки размещения ДВ ВЭС на о.Русский
7.Экономика ветроэнергетики
Ветряные
генераторы практически не потребляют
ископаемого топлива. Работа ветрогенератора
мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации
позволяет сэкономить примерно 29 тыс.
тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти. Себестоимость
электричества, производимого
Скорость ветра Себестоимость (для США, 2004 год)
7,16 м/c 4,8 цента/кВт·ч;
8,08 м/с 3,6 цента/кВт·ч;
9,32 м/с 2,6 цента/кВт·ч.
Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на угольных электростанциях США, 4,5—6 цента/кВт·ч. Средняя стоимость электричества в Китае 4 цента/кВт·ч.
При
удвоении установленных мощностей
ветрогенерации себестоимость производимого
электричества падает на 15 %. Ожидается,
что себестоимость ещё снизится
на 35—40 % к концу 2006 г. В начале 80-х
годов стоимость ветряного
В
марте 2006 года Earth Policy Institute (США) сообщил
о том, что в двух районах США
стоимость ветряной электроэнергии
стала ниже стоимости традиционной
энергии. Осенью 2005 года из-за роста
цен на природный газ и уголь
стоимость ветряного
Ветроэнергетика
является нерегулируемым источником энергии.
Выработка ветроэлектростанции
зависит от силы ветра — фактора,
отличающегося большим
Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов начинаются после достижения ими доли в 20-25 % от общей установленной мощности системы. Для России это будет показатель, близкий к 50 тыс. — 55 тыс. МВт.
По данным испанских компаний «Gamesa Eolica» и «WinWind» точность прогнозов выдачи энергии ветростанций при почасовом планировании на рынке «на день вперед» или спотовом режиме превышает 95 %.
Небольшие
единичные ветроустановки могут
иметь проблемы с сетевой инфраструктурой,
поскольку стоимость линии
Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 м является сложным и дорогостоящим мероприятием.
В России считается, что применение ветрогенераторов в быту для обеспечения электричеством малоцелесообразно из-за:

- Энергия воды
- Энергия в окружающей среде
- Энергия Гиббса
- Энергия Земли
- Энергия и ее виды
- Энергия и ее виды
- Энергия - источник благосостояния
- Энергетическое загрязнение биосферы
- Энергетическое загрязнение окружающей среды (ионизирующее излучение)
- Энергетическое топливо и его классификация
- Энергия ветра
- Энергия ветра
- Энергия ветра
- Энергия ветра Беларуси