Инновации в электроэнергетике и электротехнике. КРР. Контрольная работа заочника по дисциплине Инновации в электроэнергетике и электротехнике
 Скачать 1 Mb.
|
|
2.3 Экологические аспекты ветроэнергетики Выбросы в атмосферу Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота [40]. По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн. Влияние на климат Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным за счет того, что медленно движущиеся воздушные массы успевают сильнее нагреться летом и охлаждаться зимой. Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат, однако позволяют заключить, что оно может быть не столь пренебрежимо малым, как полагали ранее. Вентиляция городов В современных городах выделяется большое количество вредных веществ, в том числе от промышленных предприятий и автомобилей. Естественная вентиляция городов происходит с помощью ветра. При этом описанное выше снижение скорости ветра из-за массового использования ВЭУ может снижать и вентилируемость городов. Особенно неприятные последствия это может вызвать в крупных мегаполисах: смог, повышение концентрации вредных веществ в воздухе и, как следствие, повышенная заболеваемость населения. В связи с этим установка ветряков вблизи крупных городов нежелательна. Шум Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума: механический шум - шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей) аэродинамический шум - шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки) В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчётными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не даёт информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно.
В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ. Примером подобных конструктивных просчётов является ветрогенератор Гровиан. Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100 часов и была демонтирована. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов - 300 м. Низкочастотные вибрации Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса. [44] Как правило, жилые дома располагаются на расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На таком расстоянии вклад ветроустановки в инфразвуковые колебания уже не может быть выделен из фоновых колебаний. Обледенение лопастей При эксплуатации ветроустановок в зимний период при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлёт льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки.[45] Кроме того, в случае легкого обледенения лопастей были отмечены случаи улучшения аэродинамических характеристик профиля. Визуальное воздействие Визуальное воздействие ветрогенераторов - субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов. В обзоре, выполненном датской фирмой AKF, стоимость воздействия шума и визуального восприятия от ветрогенераторов оценена менее 0,0012 евро на 1 кВт·ч. Обзор базировался на интервью, взятых у 342 человек, живущих поблизости от ветряных ферм. Жителей спрашивали, сколько они заплатили бы за то, чтобы избавиться от соседства с ветрогенераторами. 2.4 Сравнение ВЭУ разных типов Широко известные и до настоящего времени популярные пропеллерные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения, неплохо зарекомендовавшие себя при малых мощностях, малоперспективны для большой энергетики (для ВЭУ мощностью 4000 кВт потребуется ветроколесо диаметром 100 м). Это связано с тем, что при горизонтально расположенном вале приходится размещать генератор высоко над поверхностью земли и при необходимости там же размещать и повышающий редуктор, что не позволяет их сделать избыточно механически прочными и надежными. При резком изменении направления ветра из-за гироскопического эффекта, который проявляется тем заметней, чем больше масса вращающихся частей генератора, редуктора и ветроколеса, происходят поломки осей вращающихся валов указанных устройств. Также работа ВЭУ с горизонтальной осью вращения может сопровождаться рывками, связанными с неблагоприятными аэродинамическими условиями работы пропеллера, лопасти пересекают разные по скорости (и по направлению за счет кориолисовых сил) горизонтальные воздушные потоки. Еще одним существенным недостатком ВЭУ с горизонтальной осью вращения является трудность обеспечения электрической связи поворачивающейся ВЭУ с неподвижными электрическими сетями. Некоторые ВЭУ вырабатывают волны и шумы, которые распугивают животных и птиц. Особенно это характерно для ветряков с большим диаметров лопастей и горизонтальным расположением оси винта. Но для большинства генераторов это не свойственно. Если устанавливать ветряки без учёта путей миграции, то при использовании ВЭУ с горизонтальной осью вращения погибают птицы и насекомые. Установка ВЭУ может нарушить целостность природно-территориального комплекса, условия обитания растительного и животного миров. Перспективными ВЭУ могут оказаться ВЭУ с вертикальным валом ротора, который жестко связан с вертикально установленными крыльями (такая конструкция называется турбиной Дарье) как минимум по три в каждом ярусе. Такая установка может быть модернизирована путем размещения по вертикали нескольких ярусов, в каждом ярусе можно разместить одну турбину внутри другой, которые вращаются в разные стороны. В такой схеме привлекает: полная независимость аэродинамических режимов работы всех лопастей, расположенных на разной высоте; прямая жесткая связь вала установки с ротором электрогенератора, расположенного внизу, практически на земле; возможность наращивать суммарную мощность ВЭУ за счет установки дополнительных ярусов ветродвижителей и дополнительных генераторов на одной оси. возможность компактного размещения ВЭУ на местности и близко к потребителю. ВЭУ с горизонтальной осью вращения    ВЭУ с вертикальной осью вращения    2.5 Принцип работы ВЭУ Ветроэлектрическая установка (ВЭУ) - устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в электрическую энергию. Ветрогенератор состоит из следующих компонентов: 1. Лопасти турбины 2. Ротор 3. Направление вращения лопастей 4. Демпфер 5. Ведущая ось 6. Механизм вращения лопастей 7. Электрогенератор 8. Контроллер вращения 9. Анемоскоп и датчик ветра 10. Хвостовик анемоскопа 11. Гондола 12. Ось электрогенератора 13. Механизм вращения турбины 14. Двигатель вращения 15. Мачта  Ветроэлектрическая установка включает в себя кроме непосредственно ветрогенератора: . Контроллер - управляет многими процессами ветроустановки, такими, как поворот лопастей, заряд аккумуляторов, защитные функции и др. Он преобразовывает переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей. . Аккумуляторные батареи - накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы. Также они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора. Благодаря им вы получаете стабильное напряжение без перебоев даже при порывистом ветре. Питание вашего объекта идёт от аккумуляторных батарей. . Анемоскоп и датчик направления ветра - отвечают за сбор данных о скорости и направлении ветра в установках средней и большой мощности. . АВР - автоматический переключатель источника питания. Производит автоматическое переключение между несколькими источниками электропитания за промежуток в 0,5 секунды при исчезновении основного источника. Позволяет объединить ветроустановку, общественную электросеть, дизель-генератор и другие источники питания в единую автоматизированную систему. . Инвертор - преобразовывает ток из постоянного, который накапливается в аккумуляторных батареях, в переменный, который потребляет большинство электроприборов.  2.6 Проблемы использования ВЭУ Основную проблему ветряных электростанций вызывает непостоянная природа ветра. При этом мощность ветряных электростанций в каждый момент времени переменна. Невозможно иметь от одной ветроэлектростанции стабильное поступление определенных объемов электроэнергии. Ветряные электростанции имеют аккумуляторы для накопления электроэнергии, для более равномерной и стабильной работы системы. По этой же причине возникает необходимость объединения ветряных электростанций в энергосистемы и комплексы с иными способами получения электроэнергии. 2.7 Исследование ВЭУ с вертикальной осью вращения
Я на примере своей семьи хочу рассмотреть, сколько нужно электроэнергии, чтобы облегчить жизнь человека. Стиральные и посудомоечные машины дают нам больше свободного времени, искусственное освещение увеличивает продолжительность активной жизни, компьютеры и телефоны позволяют общаться на расстоянии. Расход электроэнергии моей семьи составляет в среднем 400 кВт. ч. в месяц. (см. таблицу использования электроэнергии в 2011 году). Расчеты потребления электроэнергии семьёй из 4-х человек с использованием каменного угля и природного газа: Необходимо: Перевод физических величин: Каменный уголь Природный газ Ветроэнергетическая установка Для того чтобы отказаться от электроэнергии поставляемой ТЕЦ за счёт использования 160 кг каменного угля или 109  природного газа в месяц нужно установить ВЭУ приведенную нижеВЭУ-30
ТАБЛИЦА МОЩНОСТИ ВЭУ в зависимости от СКОРОСТИ ВЕТРА (без учета КПД электроприборов)
График мощности ВЭУ-30 в зависимости от скорости ветра  ветроэнергетика экологический атмосфера |