Состояние и перспективы использования ветроэнергетики. 2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Белорусский государственный  экономический университет

Состояние и перспективы  использования ветроэнергетики

(реферат по курсу «Основы  энергосбережения»)

Выполнила: Панько Н. Г. гр. ДФФ-1

     Проверил

Минск 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение...........................................................................................................3

2. Краткая историческая  справка.......................................................................4

3. Развитие мировой ветроэнергетики……………….......................................5

4. Развитие ветроэнергетики  в Республике Беларусь......................................8

5. Заключение......................................................................................................13

6. Список использованных  источников............................................................14

1. ВВЕДЕНИЕ

Историю человеческого  общества (в том числе и нашей  Беларуси) можно рассматривать по-разному. Например, как историю жизни и  поступков королей, императоров, президентов. А можно - как историю развития энергетики.

Ограниченность  мировых запасов топлива и  энергии, неравномерность их распределения  по планете, ухудшение экологической  ситуации все острее ставят вопрос о всемирном использовании нетрадиционных экологически чистых энерготехнологий и использовании возобновляемых энергоресурсов.

Возобновляемый  энергетический ресурс - постоянно  действующие или периодически возникающие  потоки энергии в результате естественных природных процессов.

Первоначально в качестве возобновляемого источника  энергии человек использовал  мускульную силу, как свою, так и  животных. В настоящее время используются солнечное излучение, энергия планетарного движения в виде приливов и отливов, энергия химических реакций и радиоактивного распада в недрах Земли, проявляющаяся в виде геотермальных источников. К возобновляемым источникам также относится преобразованная энергия Солнца в виде гидроэнергии, энергии ветра и биомассы.

Солнце по-разному  обогревает разные участки земной поверхности  – горы и долины, океаны и сушу. Воздушный океан, на дне которого мы живем, всегда неспокоен. Постоянно  и повсюду дуют ветры – от легкого  ветерка, приносящего желанную прохладу в летний зной, до могучих и грозных  ураганов.

Ветер представляет собой движение воздушных масс земной атмосферы относительно вращающейся  поверхности Земли, вызванное в  первую очередь перепадом температуры  в атмосфере из-за неравномерного нагрева ее Солнцем. Таким образом, энергию ветра можно рассматривать  как солнечную энергию, преобразованную  в механическую.

Задачей данного  реферата является донесение информации о ветроэнергетике: её истории, достоинствах и недостатках, перспективах использования  в мире и нашей стране, а также  о различных ветроустановках.

2. КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ  СПРАВКА

Огромная  энергия движущихся воздушных масс, и мысль об ее использовании давно  уже привлекала людей. Да и использовать эту энергию научились за тысячу лет до нашей эры. Энергия ветра  помогала преодолевать просторы океанов, ветряные мельницы служили единственным источником энергии для тех человеческих поселений, где не было рек или  моря.

В Европе количество водяных мельниц в конце VXIII века доходило до полумиллиона. В Беларуси в середине XIX века, например, в Гродненской  губернии насчитывалось 258 ветряных мельниц.

Активное  использование экологически чистых источников энергии сейчас своего рода признак хорошего тона, всячески приветствуется как мировой общественностью, так  и правительствами развитых стран. Признанным лидером в области  ветроэнергетике являются США и  ФРГ, где установленная мощность ветроэнергетических установок  составила в 1997 году 1590 и 1550 Мвт.

Последующие места занимают Дания, Индия и  Нидерланды. В этих странах мощности ветроэнергетических станций равнялась 825, 820 и 285 Мвт.

Ветроэнергетическое машиностроение обособилось в отдельную  отрасль. На мировом рынке действуют  десятки достаточно крупных фирм. Имеются тенденции к увеличению производства ветроэнергии во многих странах мира, например в Дании, в настоящее время ветроэнергетические станции обеспечивают 4% потребляемой в стране энергии, то в 2030 на их долю придется половина всей производимой в стране электроэнергии.

Специалисты подсчитали, что в течение первого  десятилетия XXI в. энергия ветра может обеспечить 10% потребности Западной Европы в электроэнергии. Используя большие неосвоенные запасы энергии ветра на морском побережье, европейские страны могут увеличить мощность ветроэнергетических установок до 40 тыс. МВт в 2010 г. и до 100 тыс. МВт в

2020 г. Если учесть, что  суммарная мощность ВЭУ в Европе  в 2000 г. составляла примерно 8 тыс.  МВт, то приведенные цифры свидетельствуют  о беспрецедентных темпах развития  этого сектора энергетики.

3. РАЗВИТИЕ МИРОВОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ

Темпы увеличения суммарной мощности ВЭС в мире имеют тенденцию к быстрому росту. Соединенные Штаты пересекли уровень 100 МВт установленной мощности ВЭУ в 1983 г., Дания - в 1987 г., Германия - в 1991 г., Индия - в 1994 г., Испания - в 1995 г., Канада, Китай, Италия, Нидерланды, Швеция, Великобритания - в 1999 г., Греция, Ирландия, Португалия - в 2000 г., Франция, Япония - в 2001 г.

Суммарная мощность всех ВЭС в мире в 2001 г. составила 24349 МВт, в 2002 г. - 31166 МВт и имеет  неуклонную тенденцию к увеличению. В 2001 г. оборот ветроэнергетической  индустрии составлял около 7 млрд долл. США. На Европу приходится около 70% ветровых мощностей, расположенных в основном в Германии, Испании и Дании.

Установленная мощность ветровых электростанций Германии в 2001 г. достигла 8754 МВт, что составило 36% от уровня мировой установленной  мощности в области ветроэнергетики; в 2002 г. - 12001 МВт, или 38,5%. До 2020 г. Германия планирует довести долю использования  энергии ветра в национальном энергобалансе до 30%. В стране одобрен  проект массового развития оффшорных  ветроэлектростанций. Согласно плану развития ветроэнергетики в стране, от них планируется получать 75-80 ТВт ч электроэнергии ежегодно, начиная с 2030 г.

Установленная мощность ветровых электростанций Испании в 2001 г. достигла 3337 МВт, в 2002 г. - 4830 МВт; ветровых электростанций Дании в 2001 г. - 2383 МВт, в 2002 г. - 2880 МВт. В Дании до конца 2003 г. будет введено в строй приблизительно 250 МВт новых мощностей. Дания производит около 18% электроэнергии за счет ветровых установок.

В Великобритании утвержден план строительства ВЭС  суммарной мощностью 400 МВт, а до 2010 г. планируется ввести в эксплуатацию ветроэлектростанций общей мощностью 6000 МВт и довести долю использования возобновляемых источников энергии в энергетику страны до 10%. С 2000 г. началось более активное развитие ветроэнергетики и в Австрии.

Немецкий  производитель ВЭУ - фирма «Энеркон» («Еnеrсоn») занимает первое место в мире по производству ветровых станций и контролирует примерно 43% рынка. За ней следует датская компания «Вестас» («Vestas»), производящая около 14% всех ветровых мощностей в мире.

Европейская Ассоциация ветроэнергетики недавно  пересмотрела планы роста ветроэнергетики  в Европе к 2010 г. от прежней цифры  в 40000 МВт до 60000 МВт. Франция намерена довести мощности ветроэнергетики  к 2010 г. до 5000 МВт. В Европе появилось несколько проектов развития ветроэнергетики в открытом море, неподалеку от берегов Бельгии, Дании, Франции, Германии, Ирландии, Нидерландов, Швеции и Великобритании. 70 компаний, работающих в области ветроэнергетики в Германии, рассчитывают установить мощность 2500 МВт в 2003 г. Если данный расчет оправдается, цели немецкого правительства установить 12500 МВт к 2010 г. будут достигнуты к концу 2003 г.

Ветроэнергетика занимает одно из приоритетных направлений  и в США. Мощность установленных  ветроэлектростанций США в 2001 г. увеличилась на 1694 МВт, что достаточно для обеспечения электричеством 1,4 млн типичных домов, согласно данным Энергетического Фонда, расположенного в Сан-Франциско и занимающегося изучением энергетической политики в США. Более половины от этой мощности, 915 МВт, было установлено в штате Техас. Калифорния установила 69 МВт. Стоимость произведенной энергии на ветроустановках в 2001 г. составила 4 цента за 1 кВт ч. Планируется эту цену снизить до 3 центов за 1 кВт ч. В Соединенных Штатах, в рамках развития ветроэнергетики разработан 300 МВт-ный проект «Stateline Wind Project», который находится в настоящее время в стадии строительства на границе между штатами Орегон и Вашингтон. К 2010 г. США планируют довести суммарную мощность своих ВЭС до 16000 МВт, а к 2020 г. США планирует довести долю использования энергии ветра в национальном энергобалансе до 24%. Ветроэнергетическое подразделение Дженерал Электрик (GE Wind Energy) производит 14% всех ветровых мощностей в мире.

Ветроэнергетика развивается и в Южной Америке. Например, Бразилия в 2001 г. приняла решение  об осуществлении масштабной ветроэнергетической  программы, которая в течение  двух лет должна обеспечить около 4000 МВт ветроэнергетических мощностей.

Ветроэнергетика развивается и в восточных  странах. Программа развития ветроэнергетики  Китая предусматривает достижение установленной мощности в 2 500 МВт к 2005 г. До 2020 г. Китай планирует довести долю использования энергии ветра в национальном энергобалансе до 15%. В десятку лидеров по использованию энергии ветра вошла Индия.

Таким образом, на настоящий момент около 16 стран (что  составляет примерно половину населения  Земли), находятся в стадии интенсивного развития ветроэнергетики.

С возрастанием установленной мощности ветроэнергоустановок увеличивается и часть годового производства электроэнергии на 1 кВт установленной мощности, что достигается за счет улучшения характеристик ВЭУ, и снижается такой технико-экономический показатель, как стоимость 1 кВт установленной мощности. Если в начале 90-х годов, долевая стоимость ВЭУ составляла приблизительно 1200 долл. США за 1 кВт, то при применении современных ВЭУ этот показатель уменьшился до 700-800 долл. США за 1 кВт.

Цена электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, являющаяся комплексным  показателем эффективности ветроэнергетики, за последние 20 лет снизилась примерно в пять раз и сохраняет данную тенденцию.

[pic]

   4. РАЗВИТИЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ  В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ

Работы по оценке ветроэнергетического потенциала Республики Беларусь выполнены совместно  НПГП «Ветромаш», РУП «БелЭнергосеть-проект» и Госкомитетом по гидрометеорологии.

Исследованиями  по 244 контрольным точкам, включая 54 метеостанции (статистика - за 25 лет), 190 контрольным пунктам на территории Республики Беларусь и в стокилометровой  зоне за рубежом ветроэнергетический  потенциал Беларуси оценен в 220 млрд кВт ч. Определен также ветроэнергетический ресурс по областям и каждому району.

Предложены  и апробированы методики оценки ветроэнергетического потенциала в каждой конкретной точке  на территории республики. Для эффективного использования ветроэнергетического потенциала на каждой строительной площадке требуется оценить:

- среднегодовую и среднемесячную скорости ветра;

- повторяемость скоростей и направление ветра в течение года и по месяцам;

- распределение интенсивных ветровых периодов и затиший по длительности;

- максимальную скорость ветра;

- удельную мощность и энергию;

- физико-географическую характеристику региона;

- гидрогеологические свойства грунта под строительство ВЭУ и ВЭС.

Среднегодовая скорость ветра является одним из основных показателей при оценке эффективности использования ветровой энергии. Для  получения сравнительных  данных по средней годовой скорости ветра замеренные данные приводятся к сопоставимым условиям (к условиям открытой, ровной поверхности и к единой высоте от поверхности земли, равной 10 м). В настоящее время уточнены фоновые среднегодовые скорости ветра в различных регионах Республики Беларусь, проведены расчеты по определению технических ветроэнергоресурсов Беларуси на высотах 40, 50 и 70 м над поверхностью земли. Для этого территория республики была разделена на 4 ветровые зоны (менее 3,5 м/с; 3,5-4,0 м/с; 4,0—4,5 м/с; более 4,5 м/с) и 5 регионов с расположением их по высоте над уровнем моря: 100-150 м; 150-200 м; 200-250 м; 250-300 м; 300-350 м. Это позволило с достаточной достоверностью для первоначального планирования внедрения ветроэнергетики прогнозировать ветроэнергетическую ситуацию на территории Республики Беларусь.

Технически  реализуемый ветроэнергетический  потенциал в Республике Беларусь составляет более 200 млрд кВт ч электрической энергии в год при единичной мощности ВЭУ в диапазоне 100-500 кВт, хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации в странах со сходными с Беларусью условиями. При выборе конкретных образцов ВЭУ необходимо дополнительно учитывать ряд факторов, связанных с величиной фактического ветроэнергетического ресурса в месте непосредственного размещения ВЭУ. К таким факторам относятся абсолютная высота местности, высота возвышения площадок и их открытость, отдаленность предполагаемого места размещения ВЭУ от потребителя, и особенно от линий электропередач и т. д. На площадках могут быть размещены как одиночные ВЭУ, так и ВЭУ, объединенные в ветроэлектрические станции (ВЭС).

Республика  может покрыть до 50% потребности  в энергии, использовав только 10% пригодной под ветроэнергетику территории. На этой территории выявлено 1840 площадок, на которых могут быть размещены ВЭУ, широко используемые в мировой ветроэнергетике. Выявленные площадки - это в основном гряды холмов высотой от 20 до 80 м, где фоновая скорость ветра может достигать 5-8 м/с и на каждой из них можно разместить от 3 до 20 ВЭУ с номинальной рабочей скоростью ветра 12-15 м/с. На остальных территориях каждому внедрению должно предшествовать детальное обследование места строительства ВЭУ. Невыполнение условий по результатам обследований приведет к значительным ошибкам в оценке выработки энергии. Энерговыработка в случае строительства ВЭУ на территории регионов со среднегодовой скоростью 7,0 м/с и выше (регионы III, IV, V) составит более 20,0 млрд кВт ч в год. Этот потенциал наиболее эффективно может быть освоен в случае подключения ВЭУ к общей сети. ВЭУ целесообразно объединять в ВЭС из расчета 5-9 и более ВЭУ на 1 км2.

Чрезвычайно важными факторами при использовании  ВЭУ являются себестоимость производимой электрической энергии и окупаемость  установки. Основными факторами  окупаемости являются:

- энергоэффективность ВЭУ в месте ее размещения, т. е. выработка электроэнергии;

- надежность работы;

- стоимость создания ВЭУ, включая эксплуатационные расходы.

Сроки окупаемости  ветротехники сопоставимы с окупаемостью малых гидроэлектростанций, парогазовых  и газомазутных электростанций, и значительно ниже угольных, атомных и дизельных. По завершении срока окупаемости эксплуатационные затраты ВЭУ неизмеримо ниже электростанций, работающих на источниках жидкого, газообразного, твердого и ядерного топлива, так как не нуждаются в поставках ископаемых источников энергии. При среднегодовой скорости ветра на территории республики, равной 4,3 м/с, на четверти пригодной для внедрения ветроэнергетики территории среднегодовая скорость ветра превышает 5 м/с. Такая скорость соответствует мировым требованиям по показателям коммерческой целесообразности внедрения ветротехники. Выборочные обследования зон внедрения ветротехнического оборудования на территории Республики Беларусь показали, что при правильном выборе места установки ветроагрегата (на возвышениях, открытой местности, на берегах водных активов ит. п.) среднегодовая скорость ветра может достигнуть 6-7м/с.  Наиболее эффективно использовать ветротехнику на территориях зон со среднегодовыми фоновыми скоростями выше 5 м/с: возвышенные районы большей части севера и северо-запада Беларуси, центральная зона Минской области, включая прилегающие к ней районы с запада, Витебская возвышенность. Ввиду довольно высокой пересеченности и холмистости территории Беларуси диапазон использования ветроагрегатов с характеристиками по расчетным скоростям ветра строго регламентирован градациями 8; 9; 10 м/с.

Гарантированная выработка утилизируемой энергии  ветра с 7% территории составит 20,5 млрд кВт ч, Использование же зон с повышенной активностью ветра гарантирует выработку энергии ВЭУ до 6,5-7,5 млрд кВт- чс окупаемостью затрат в течение 5-7 лет.

При освоении направления использования энергии  ветра следует обратить внимание на преимущества и недостатки от использования  ВЭУ.  Преимущества использования ветротехники:

1. Экологическая чистота  при производстве электрической  энергии. Энергия ветра, являясь  возобновляемой, исключает потребление  органического и ядерного топлива,  засоряющих окружающую среду вредными выбросами, отрицательно влияющими на животный и растительный мир.

2. Отчуждение земель под  строительство ВЭУ незначительно.  Ветротурбины располагаются в одиночку или группами (ветропарки ВЭС, расстояние 25-30 м друг от друга), т. е. на площади размещения остается достаточно места для производства сельскохозяйственных работ или для выпаса скота.

Недостатки  использования ветротехники:

1. Мощность ВЭУ изменяется  с изменением скорости ветра  в кубе. Эти изменения могут  не согласовываться с потребностями  в энергии в данный период  времени. Для эффективного использования  вырабатываемой энергии ее направляют  в энергосистему либо аккумулируют  в другом виде энергии (тепловая  энергия, сжатие воздуха и т.  д.).

2. Наличие шума. Однако  расположение ВЭУ на определенном  расстоянии исключает возможность  шумового воздействия. Опыт многих  европейских государств показывает, что определенные конструкции  ВЭУ уже устанавливаются в  пригородах достаточно крупных  городов, вблизи жилищ, не мешая  нормальной жизнедеятельности.

Имеется риск, что в течение гарантированного 25-летнего периода эксплуатации сроки окупаемости в первые годы работы ВЭУ могут быть не выполнены, хотя выработка запланированной энергии будет соответствовать прогнозу. Это обстоятельство вызвано неравномерностью распределения скорости ветра по годам и оценивается известными коэффициентами вариации и асимметрии. Данный риск планируется и покрывается в последующие годы после снижения среднегодовой скорости ветра ее пропорциональным повышением. Для государства эти потери в случае масштабного развития ветроэнергетики незначительны, так как они компенсируются во временном периоде. По этой же причине государство берет на себя гарантии покрытия расчетов потребителей ВЭУ по банковским кредитам.

Ветроэнергоустановки должны проходить полный цикл испытаний на специально оборудованных ветрополигонах. При положительных результатах ветроиспытаний ВЭУ выдается сертификат. Приобретение и использование ВЭУ, не прошедших сертификационнх испытаний, не рекомендуется.

Опыт эксплуатации ВЭУ, их экономические показатели дают основание утверждать, что более  эффективными являются ВЭУ мощностью 250-500 кВт с высотой мачты 40-50 м. В последнее время на смену  этим ВЭУ приходят установки с  более высокими мощностями - 600-1000 кВт  и выше и минимальной скоростью  ветра, при которой начинают работу установки, - 3,5-4,0 м/с. Для достижения оптимальных энергетических характеристик, кроме минимальной скорости ветра, при которой начинает работать ВЭУ, важным параметром является скорость ветра, при которой энергоустановка достигает номинальной мощности. Чем меньше эта скорость, тем более эффективно будет работать ВЭУ во внутриконтинентальном регионе с относительно низкими скоростями ветра. Хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации ВЭУ западных фирм имеют скорости 11-14 м/с, при которых ВЭУ достигают номинальной мощности.

Опыт европейских  фирм и фирм ближнего зарубежья показывает, что отработка ВЭУ на требуемые  показатели по надежности - чрезвычайно  длительный и сложный процесс. Многие фирмы, как правило, создавая ВЭУ, широко используют кооперацию при производстве комплектующих. В связи с этим на первом этапе развития ветроэнергетики целесообразно использовать хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации ВЭУ с постепенным развитием производства: от изготовления комплектующих до полной комплектации. Освоение одновременно полного цикла производства (да еще новой конструкции ВЭУ) приведет к большим издержкам, длительному внедрению, нерентабельности производства электроэнергии на ВЭУ. Правильность последнего вывода и ошибочность ориентации на создание ВЭУ только роторного типа собственного производства в Республике Беларусь подтверждается следующими фактами: при создании ВЭУ мощностью 100 кВт была достигнута мощность 60 кВт, эта ВЭУ разрушилась и в дальнейшем не восстанавливалась, работы над ВЭУ указанной мощности были прекращены; при создании ВЭУ мощностью 250 кВт после поломки одного из четырех роторов ВЭУ продолжает эксплуатироваться с двумя роторами на щадящих режимах 30-55 кВт в течение 1-2 ч в сутки вместо работы на мощности, соответствующей реальной скорости ветра, т. е. опытно-промышленный образец ВЭУ-250 в запланированный срок (2000 г., а затем - 2001 г.) не создан.

Опыт же эксплуатации ВЭУ мощностью 270 кВт фирмы «Нордекс» и мощностью 660 кВт фирмы «Якобе», установленных в п. Дружная Мядельского района (район озера Нарочь), подтверждает эффективность работы традиционных лопастных ВЭУ в условиях Беларуси.

В связи с  вышеизложенным становится целесообразным создание в Беларуси ВЭС, предположительно состоящую из 12 ВЭУ типа «Нордекс Н-50-800», установленной мощностью 800 кВт каждая. Однако следует отметить то, что для успешной организации этого проекта строительства и эксплуатации ВЭС и любых других проектов развития ветроэнергетики в Республике Беларусь необходима законодательная поддержка со стороны правительства нашей страны.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

«“Нетрадиционная  энергетика” нетрадиционна потому, что не везде ещё у нас есть традиция – беречь родную природу». ( Разуваев В.А.)

В связи с  ограниченностью мировых запасов  топлива и энергии, нашей планете  грозит энергетический кризис.

Поэтому именно сейчас использование нетрадиционных источников энергии актуально. И  наиболее удобен в этом плане именно ветер, так он дует всюду и всегда.

Так как ветер  представляет собой движение воздушных  масс земной атмосферы относительно вращающейся поверхности Земли, вызванное в первую очередь перепадом  температуры в атмосфере из-за неравномерного нагрева ее Солнцем, то энергию ветра можно рассматривать  как солнечную энергию, преобразованную  в механическую.

Дующие на Земле ветры обладают мощностью 2 700 ТВт. Но лишь 1/4 часть может быть использована на высоте до 100 м над  поверхностью. Построив на суше ветроустановки, можно получить максимум 40 ТВт. Теоретически с помощью ветра на земном шаре можно получать 483 трлн кВт-ч/год, а целесообразный потенциал составляет 19,3 трлн КВт ч/год. Но самое важное это то, что энергии ветра достаточно, чтобы удовлетворить потребности человечества в энергии.

Сроки окупаемости  ветротехники сопоставимы с окупаемостью малых гидроэлектростанций, парогазовых  и газомазутных электростанций, и значительно ниже угольных, атомных и дизельных.

В Беларуси, как  и во многих других странах мира, есть все условия для развития ветроэнергетики. Ветер потенциально является одним из наиболее существенных альтернативных источников энергии, не импортируемым из-за пределов страны, для нашей страны. Но следует отметить то, что для успешной организации  проектов развития ветроэнергетики  в Республике Беларусь необходима законодательная  поддержка со стороны правительства  нашей страны.

При внедрении  ветроустановок необходимо учитывать не только климатические условия, но и отрицательный эффект их возведения.

Я считаю, что  люди смогут извлечь очень большую  выгоду от использования нетрадиционных источников энергии только тогда, когда  осознают нависшую угрозу исчезновения исчерпаемых источников энергии и действительно задумаются о их рациональном использовании и поиске альтернатив.

6. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ  ИСТОЧНИКОВ