Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Ветер – источник энергии настоящего и будущего

Содержание

Введение 4

Ветер – альтернативный источник энергии 6
Ветроэнергетика Беларуси 13

Заключение 16

Литература 17

Приложение 18

Введение

Важным условием экономического развития общества является рациональное использование и экономия топливно-энергетических ресурсов. Рост цен на традиционные виды топлива крайне отрицательно сказывается на результатах финансово-хозяйственной деятельности теплоснабжающих организаций. Наиболее остро проблема эффективного использования энергоресурсов стоит перед бюджетными организациями. Поэтому желание создать максимально комфортные условия жизни с минимальными материальными затратами толкает людей на поиски наиболее дешевых источников энергии. В достижении этой цели может помочь вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. Их внедрение не только снизит все возрастающие темпы истощения топливно-сырьевой базы, но и окажет благоприятное влияние на состояние окружающей среды. В последние годы при разработке новых технологий получения энергии очень большое внимание уделяют освоению ветроэнергоресурсов. К данному вопросу я не остался равнодушным, так как считаю, что данная тема очень актуальна в нынешнее время и этому вопросу уделяется большое внимание в нашей стране. Данный проект посвящен одному из таких источников энергии - ветру и устройствам, которые преобразуют его энергию в электричество. Предмет исследования – получение дешевой электроэнергии. Целью данного проекта является изучение эффективности строительства ветряных установок на территории Быховского района.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• изучить ветер, как возобновляемый источник энергии;

• изучить классификацию ветроустановок;

• изучить и определить место ветроэнергетики в Беларуси;

• оценка ветроэнергетических ресурсов Беларуси.

Предполагаемый результат: оценка энергопотенциала Быховского района, определение эффективности строительства ветроустановок, расчет стоимости и сроков окупаемости проекта.

Ветер – альтернативный источник энергии

Энергия – не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле – естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты.

Человечеству нужна энергия, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива - урана и тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Практически неисчерпаемы запасы термоядерного топлива – водорода, однако управляемые термоядерные реакции пока не освоены и неизвестно, когда они будут использованы для промышленного получения энергии в чистом виде, т.е. без участия в этом процессе реакторов деления. Остаются два пути: строгая экономия при расходовании энергоресурсов и использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии. В настоящее время введен термин «экоэнергетика», под которым подразумеваются любые методы получения чистой энергии, не вызывающие загрязнения окружающей среды [6].

Живая природа сотни миллионов лет использует энергию ветра (вспомните хотя бы семена одуванчика и многих других растений — их распространяет именно ветер). И в техническом плане энергию ветра человек стал использовать с глубокой древности — простейший парус появился ещё в доисторические времена, раньше, чем возникла письменность. Однако до сих пор ветер остаётся одним из самых популярных источников даровой энергии. За пределами закрытых помещений он есть практически везде, однако весьма непостоянен и непредсказуем — как по силе и скорости, так и по направлению. Прежде всего нужно понять, что такое ветер. Ветер - это движение воздушных масс относительно поверхности земли за счет разности давления, которое возникает из-за неравномерного прогревания поверхности Земли.

Данный тип энергии уже используется очень давно, примером может служить ветреная мельница. Энергия ветра относится к числу восполняемых источников, но стоит отметить, что большой трудностью является непостоянство скорости ветра и его направления, таким образом, энергию этого типа можно использовать для механизмов, не требующих постоянной энергии, или для передачи электроэнергии в достаточно мощную систему, для которой небольшие изменения количества поступающей энергии несущественны.

Все ветряные генераторы могут быть классифицированы по нескольким принципам:

оси вращения;
количеству лопастей;
материалу, из которого выполнены лопасти;
шагу винта;
по назначению.

Классификация по оси вращения:

Горизонтальные
Вертикальные

Наибольшую популярность получили горизонтальные ветрогенераторы, ось вращения турбины, которых расположена параллельно земле. Этот тип получил название «ветряной мельницы», лопасти которой вращаются против ветра. Конструкция горизонтальных ветрогенераторов предусматривает автоматический поворот головной части (в поисках ветра), а также поворот лопастей, для использования ветра небольшой силы.

Вертикальные ветрогенераторы гораздо менее эффективны. Лопасти такой турбины вращаются параллельно поверхности земли при любой силе и направлении ветра, ветра вертикально-осевая турбина, лопасти которой вращаются параллельно грунту при любом направлении и силе ветра. Так как при любом направлении ветра половина лопастей ветроколеса всегда вращается против него, ветряк теряет половину своей мощности, что значительно снижает энергоэффективность установки. Однако ВЭУ такого типа проще в установке и обслуживании, так как ее редуктор и генератор размещаются на земле. Недостатками вертикального генератора являются: дорогостоящий монтаж, значительные эксплуатационные затраты, а также то, что для установки такой ВЭУ требуется немало места [Приложение, Рис. 1].

Ветрогенераторы горизонтального типа больше подходят для производства электроэнергии в промышленных масштабах, их используют в случае создания системы ветряных электростанций. Вертикальные часто применяют для потребностей небольших частных хозяйств.

Классификация по количеству лопастей:

двухлопастные;
трехлопастные;
многолопастные (50 и более лопастей).

По количеству лопастей все установки делятся на двух- и трех- и многолопастные (50 и более лопастей). Для выработки необходимого количества электроэнергии требуется не факт вращения, а выход на необходимое количество оборотов.

Каждая лопасть (дополнительная) увеличивает общее сопротивление ветрового колеса, что делает выход на рабочие обороты генератора более сложным. Таким образом, многолопастные установки действительно начинают вращаться при меньших скоростях ветра, однако они применяются в том случае, когда имеет значение сам факт вращения, то например, при перекачке воды. Для выработки электроэнергии ветрогенераторы с большим количеством лопастей практически не применяются. К тому же на них не рекомендуется установка редуктора, так как это усложняет конструкцию, а также делает ее менее надежной.

По материалам лопастей:

ветрогенераторы с жесткими лопастями;
парусные ветрогенераторы.

Следует отметить, что парусные лопасти значительно проще в изготовлении, а потому менее затратны, нежели жесткие металлические или стеклопластиковые. Однако подобная экономия может обернуться непредвиденными расходами. Если диаметр ветроколеса составляет 3 м, то при оборотах генератора 400-600 об/мин кончик лопасти достигает скорости 500 км/ч [5]. С учетом того обстоятельства, что в воздухе содержится песок и пыль, этот факт является серьезным испытанием даже для жестких лопастей, которые в условиях стабильной эксплуатации требуют ежегодной замены антикоррозийной пленки, нанесенной на концы лопастей. Если не обновлять антикоррозионную пленку, то жесткая лопасть постепенно начнет терять свои рабочие характеристики.

Лопасти парусного типа требуют замены не раз в год, а непосредственно после возникновения первого серьезного ветра. Поэтому автономное электроснабжение, требующее значительной надежности компонентов системы, не рассматривает применение лопастей парусного типа.

По шагу винта:

фиксированный шаг винта;
изменяемый шаг винта.

Безусловно, изменяемый шаг винта увеличивает диапазон эффективных рабочих скоростей ветрогенератора. Однако внедрение данного механизма ведет к усложнению лопастной конструкции, к увеличению веса ветрового колеса, а также снижает общую надежность ветроэнергетические установки (ВЭУ). Следствием этого является необходимость усиления конструкции, которое приводит к значительному удорожанию системы не только при приобретении, но и при эксплуатации.

По назначению ветроэнергетические установки подразделяются на два класса:

бытовые — миниэлектростанции мощностью от 0,5 до 15 кВт/ч;
Промышленные — ветрогенераторы высокой мощности (до 6000 кВт). Как правило, такие установки рассчитаны на функционирование в составе единого промышленно-энергетического комплекса с целью обеспечения электрической энергией крупных населенных пунктов и районов.

Современные ветрогенераторы представляют собой высокотехнологичные изделия, мощность которых составляет от 100 Вт до 6 МВт. ВЭУ инновационных конструкций позволяют экономически эффективно использовать энергию самого слабого ветра – от 2 м/сек. При помощи ветрогенераторов сегодня можно с успехом решать задачи по электроснабжению островных или локальных объектов любой мощности.

Ветрогенератор, помимо лопастей, которые непосредственно улавливают ветер и генератора, который преобразует энергию ветра в электрическую энергию, как правило, включает в себя аккумуляторную батарею и инверторную установку. Аккумуляторная батарея необходима для накопления электроэнергии, которая, в связи с непостоянством погодных условий, просто не может вырабатываться равномерно, а так же компенсировать разницу выработки при разной скорости ветра. Инвертор, в свою очередь, преобразует постоянный ток, подающийся из аккумулятора, в переменный ток, необходимый для работы бытовых электроприборов. Таким образом, каждый элемент ветряной электростанции необходим для выполнения конкретной задачи и его выбор должен быть обусловлен потребностями в энергии, и по техническим характеристикам подходить для остальных компонентов системы. Все же параметры должны быть предварительно рассчитаны с учетом конкретных условий энергопотребления [7].

Основные преимущества ветрогенераторов:

Топливо для работы не требуется, основные затраты идут на установку и проведение систематических профилактических работ для стабильной работы ветрогенератора. В итоге затраты на приобретение оборудования могут окупиться уже в течение года.
Не требует вмешательства в работу, т.к. выработка электроэнергии происходит в любой момент, когда дует ветер и благодаря аккумуляторам накапливается впрок.
В отличие от других видов генераторов ветряки абсолютно бесшумны. Качественно сделанные и установленные ветрогенераторы производят не больше шума, чем тот, который создает ветер, крутящий их лопасти.
Не уменьшается производительность в зимнее время, т.к в отличие от солнечных панелей у ветрогенераторов в зимнее время производительность не падает, а наоборот вырастает за счет того, что скорость ветра в зимний период обычно выше чем летом, что является значительным преимуществом, потому что как раз в зимний период сильно возрастает потребность в электроэнергии.
Ветрогенераторы можно устанавливать в любых климатических условиях, и для них подходит практически любой рельеф, но следует учитывать, что любая преграда на пути ветра, как то деревья или дома может снизить производительность работы ветряка до 30%, но все равно она окажется выше, чем у солнечных батарей.
Профилактическое обслуживание генератора следует проводить регулярно, но оно значительно облегчается тем, что при регулярном обслуживании конструкции износ, как правило незначительный и даже в случае замены определенных компонентов не является дорогим и трудоемким занятием.

Таким образом, для гармоничного и стремительного развития не нужно сосредотачиваться только на одном виде энергетики классической или альтернативной, нужно модернизировать то, что уже у нас есть, и развивать то, что нам предстоит открыть.

Ветроэнергетика Беларуси

В Беларуси была принята целевая государственная программа, согласно которой доля местных видов топлива и альтернативных источников энергии к 2012 г. в энергобалансе должна быть доведена до 25%. Как заявил президент Белоруссии Александр Лукашенко, энергосбережение, использование альтернативных видов энергоносителей, прежде всего своих, возобновляемых, выходит на уровень задач национального звучания [3].

Ресурс ветра в Беларуси практически неограничен, причем средняя скорость ветра удовлетворяет общепринятым показателям использования ветротехники. В настоящее время существуют разные типы ВЭУ с различными техническими и энергетическими характеристиками [Приложение, Рис. 3]. Но, несмотря на большую гамму ветротехники, предлагаемой на мировом рынке, особенности ветровых регионов Беларуси позволяют использовать далеко не всякое ветроэнергетическое оборудование [2]. В табл. 1 приведены ветротехнические показатели ветроагрегатов, рекомендуемых к внедрению в Беларуси, исходя из зональных и среднегодовых фоновых скоростей ветра. Для характеристик, приведенных во второй и третьей сверху строках табл. 1, рекомендуется использовать многолопастные и геликоидные ветроагрегаты, для характеристик, приведенных в нижней строке (скорости ветра выше 12 м/с), - репеллерные и геликоидные соответствующего исполнения [Приложение, Рис. 2]. Проблемы с ограничениями по выбору ветротехники можно решить, если, с одной стороны, применять в системе централизованного электроснабжения импортные ВЭУ мощностью 250-1500 кВт, а с другой стороны, использовать маломощные ВЭУ (до 100 кВт), массовый выпуск которых реально организовать в течение 2-3 лет на предприятиях нашей страны. Но это осуществимо только при доскональном изучении мирового и отечественного опыта. Следует также вложение немалых финансовых средств [1].

По данным Государственного комитета по гидрометеорологии РБ, среднегодовая скорость ветра на территории республики составляет 4,3 м/с. Изучив карту фонового районирования скоростей ветра Беларуси, необходимо отметить, что скорость ветра на территории Быховского района составляет от 3,5-4,0 м/с [Приложение, Рис. 3]. Скорость ветра, при которой начинают вращаться лопасти ветрогенератора и вырабатываться энергия составляет 2-3 м/с. А это говорит о том, что в Быховском районе воможно использовать ветроустановки, но одним из придерживающих факторов является их стоимость.

Так, чтобы обеспечить нашу школу дешевой электроэнергией, необходимо установить ветрогенератор, его стоимость будет около 10000$=87000000 бел. рублей. В месяц школа за электроэнергию платит 1500000 бел. рублей, а за год – 18000000 бел. рублей. Таким образом, ветрогенератор для школы окупится где-то через 6-7 лет. Существуют ветрогенераторы различной мощности, что и влияет на стоимость данной установки. Следует признать, что цена ветрогенераторов достаточно высока, однако следует учитывать срок окупаемости и впоследствии существенную экономию при получении электричества. Более детальный расчет стоимости проекта с учетом всех затрат и определения периода окупаемости проекта должен осуществлять специализирующийся на данном вопросе экономист.

Обуздать стихию, использовать ресурсы солнца, ветра и воды, превратить их энергию в свет и тепло – вот что всегда актуально для человечества. Такие решения позволяют каждому пользоваться энергией ветра, сохраняя при этом ресурсы нашей планеты, не нанося ей ущерб.

Таким образом, необходимо отметить, что на территории Быховского района возможно строительство ветряных установок при наличии инвестиционных вложений. А лучше всего использовать энергию ветра и солнца в совокупности, не отказываясь от классических источников получения электроэнергии.

Заключение

Рост мирового энергопотребления и неизбежное сокращение природных запасов углеводородного топлива существенно подняли интерес к использованию возобновляемых источников энергии. Выработка электроэнергии на базе возобновляемых источников является значимой составной частью мирового энергопроизводства.

Вопрос энергетической безопасности является одним из самых актуальных и для Беларуси. С целью стимулирования развития возобновляемых источников энергии и использования местных видов топлива были разработаны Национальная программа развития местных и возобновляемых энергоисточников на 2011-2015 годы и Стратегия развития энергетического потенциала Беларуси до 2020 года и другие проекты [4].

Решая поставленные перед собой задачи по изучению ветра, как возобновляемого источника энергии; классификации ветроустановок; определению места ветроэнергетики в Беларуси; оценке ветроэнергетических ресурсов Беларуси была достигнута цель и выявлено, что на территории Быховского района возможно строительство ветряных установок с привлечением инвестиционного вложений. А также максимально использовать и другие альтернативные ресурсы, превращая их энергию в свет и тепло – вот что всегда было и будет актуальным для человечества.

Литература

Методика оценки ветроэнергетического потенциала в конкретных условиях местности на территории Республики Беларусь. - Минск, 1997.
Формирование информационного банка данных по ветроэнергетическому потенциалу в зонах предполагаемого внедрения ветроустановок; Рук. Г. П. Шадурский. - Минск, 1998.
Целевая программа обеспечения в республике не менее 25 процентов объема производства электрической и тепловой энергии за счет использования местных видов топлива и альтернативных источников энергии на период до 2012 года/ Постановление Совета Министров Республики Беларусь 30 декабря 2004 г. № 1680.
Экономия и бережливость – главные факторы экономической безопасности государства/ Директива президента республики Беларусь 14 июня 2007 г. № 3.
http://docs.podelise.ru/docs/index-110.html
http://ref.repetiruem.ru/referat/alternativnye-istochniki-ehnergii
http://batsol.ru/vetrogeneratory-klassifikaciya-i-tipy-konstrukciya-i-sxema-raboty.html

Приложение

Рис. 1. Ветрогенераторы

Таблица 1. Ветротехнические показатели ветроагрегатов, рекомендуемых к внедрению на территории Республики Беларусь

Рис. 2. Типы ветрогенераторов; указаны коэффициенты

использования энергии ветра

Рис. 3. Карта фонового районирования скоростей ветра Беларуси

Ветер – источник энергии настоящего и будущего