реферат. Состояние и использование ветроэнергетики
 Скачать 33.59 Kb.
|
|
Филиал БрГТУ Пинский индустриально-педагогический колледж Реферат по дисциплине на тему: «Состояние и использование ветроэнергетики» Выполнил: учищийся группы 262 Ковальчук Дмитрий Андреевич Проверил: Цудило Т.И. Пинск 2021 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. 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. Постепенное исчезновение ископаемых источников топлива, заставляет ученых придумывать другие способы получения энергии. Несмотря на то, что энергию ветра начали использовать более 5000 лет назад, популярность ветряные станции получили не там давно. Как человек сегодня использует ветер знают все – ветроэлектростанции, воздушные мельницы, полеты на дельтапланах и многое другое. Использование ветрогенераторов – одна из главных альтернатив традиционным технологиям производства электроэнергии. Кажущаяся простота и доступность природного энергоресурса ограничиваются жесткостью требований функционирования в составе электроэнергетических систем. Фундаментальными недостатками использования энергии ветра являются низкая плотность потока первичного энергоресурса и его неуправляемость. Экологическими особенностями следует считать существенно большие площади отчуждаемых земель, шумовое воздействие, инфразвуковые вибрации, а также проблему утилизации крупногабаритных элементов конструкции и фундаментов. Безусловное преимущество ветряных электростанций (ВЭС) по сравнению с традиционными – исключение выбросов продуктов горения на ТЭС, работающих на углеводородном топливе, а также исключение топливной составляющей себестоимости выработки электроэнергии. По сравнению с АЭС ветроэнергетика не демонстрирует явных преимуществ. В Республике Беларусь развитие технологий выработки электроэнергии на основе возобновляемых источников определяется стратегией развития национальной энергетики. Ввод и использование альтернативных генерирующих источников регламентируется законом. Целесообразность применения ветрогенераторов является предметом исследований и дискуссий. Широкое распространение ВЭС требует анализа приемлемости географических и климатических условий, выбора наиболее целесообразных технических решений и параметров отдельных ВЭС и ветропарков в целом, учета условий и результатов эксплуатации введенных ВЭС и проверки методик расчета конструктивных и режимных параметров. Применение ветроэнергетики в мировой энергетике и развитие технологий производства и эксплуатации пока не дали ответов на ряд фундаментальных и технологических ограничений в использовании ветряных электростанций. Упомянем некоторые из них: • вынужденность места расположения; • ограниченный срок службы (20–25 лет); • низкий коэффициент использования установленной мощности (0,25–0,30); • недостаточная надежность покрытия графика нагрузки (наиболее опасными являются порывы ветра, провоцирующие останов всего ветропарка), приводящая к нестабильности работы энергосистемы; • необходимость дополнительной электрической сети по сбору электроэнергии; • гололедообразование как наиболее неблагоприятное явление в климатических условиях Беларуси. Было бы ошибкой считать работу ВЭС экологически безупречной: • площадь ветропарка более чем в 100 раз превышает площадь отчуждения для традиционных ТЭС на единицу установленной мощности, а с учетом различия коэффициента использования установленной мощности цифра увеличивается еще в разы; • шум лопастей распространяется существенно дальше (до 2 км) принятых норм удаления ВЭС от мест проживания (300–500 м), вызывая тем самым перманентный стресс и вероятность ухудшения здоровья людей; • мало изучена проблема генерации, распространения и влияния инфранизких вибраций и визуального воздействия на психику движущихся элементов исполинских объектов; • не решены вопросы эффективной утилизации оборудования (лопасти, мачта) и демонтажа фундаментов (тысячи тонн высокопрочного армированного бетона каждый). В настоящее время технические средства включают два основных типа промышленных ветроустановок: горизонтальные – с горизонтально осевой турбиной (ветроколесом), когда ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку; вертикальные – с вертикально осевой турбиной (ротором), когда ось вращения перпендикулярна воздушному потоку. Ветроколеса с горизонтальной осью делятся на однолопастные, двухлопастные, трехлопастные, многолопастные; с вертикальной осью различают следующие конструкции роторов: чашечный анемометр, ротор Савониуса, ротор Дарье, также имеются конструкции с концентратами (усилителями) ветрового потока, такие, как ротор Масгрува, ротор Эванса, усилители потока специальной конструкции. Следует отметить, что ветроколеса с вертикальной осью вращения, в отличие от таковых с горизонтальной, находятся в рабочем положении при любом направлении ветра, однако их принципиальными недостатками являются большая подверженность усталостным разрушениям из-за возникающих в них автоколебательных процессов и пульсация крутящего момента, приводящая к нежелательным пульсациям выходных параметров генератора. Из-за этого подавляющее большинство ветроагрегатов выполнено по горизонтально-осевой схеме, хотя продолжаются всесторонние проработки различных типов вертикально-осевых установок. По мощности ветроустановки делятся на: малой мощности – до 100 кВт, средней – от 100 до 500 кВт, и большой (мегаваттного класса) – 0,5-4 МВт и более. Часто идет речь о малой ветроэнергетике, назначение которой – обеспечение водоподъема для сельскохозяйственных целей, получение тепла и электропитания отдельных потребителей в неэлектрофицированных районах и т.п. Во многих странах налажено серийное производство ветроустановок малой мощности. Например, в России НПО "Ветроэн" серийно выпускает установки мощностью 4 кВт с диаметром колеса 6 м. Следует отметить, что малая ветроэнергетика не требует больших территорий, ее можно развивать везде, где имеются для этого соответствующие условия. Выбор характеристик ветроколеса для ветроустановки в конкретных ветровых условиях определяется целями, которые перед ней ставятся. Обычно это требование максимизации производства энергии за год, чтобы, например, уменьшить потребление топлива тепловыми станциями единой энергосистемы, либо обеспечение производства определенного минимума энергии даже при слабом ветре, чтобы, например, сохранить работоспособность насосов системы водоснабжения. Одной из важнейших характеристик ветроколеса является его быстроходность, которая зависит от трех основных переменных: радиуса ометаемой ветроколесом окружности, скорости ветра, угловой скорости вращения колеса. Горизонтальные ВЭУ среднего и мегаваттного класса имеют быстроходное колесо обычно с 2-3 лопастями, которое вместе с капсулой агрегата с помощью автоматической системы ориентации поворачивается на башне по направлению ветра. В настоящее время в ряде стран осуществляется серийное производство таких ВЭУ с диаметром колеса 20-40 м и мощностью 100-500 кВт, построены опытные горизонтальные ВЭУ с диаметром колеса до 70-100 м и мощностью 3-4 МВт. Для вертикальных ВЭУ не нужна система ориентации, что является их преимуществом, однако, из-за присущих им недостатков они менее распространены и находятся в стадии усовершенствования конструкции. В настоящее время в энергосистеме работают ВЭУ мощностью до 500 кВт, пущена опытная ВЭУ с диаметром ротора 64 м, высотой 110 м, мощностью 4 МВт. Следует отметить, что, чтобы получить мощность ветроустановки, например 1 МВт, требуется диаметр ветроколеса порядка 60 м. Отсюда и большая материалоемкость ветроэнергетики. По удельной материалоемкости (металлоемкости) ветроустановки на два порядка превышают тепловые энергоустановки равноценной мощности, что в условиях всеобщего дефицита металла само по себе уже является большим недостатком ВЭУ. А тенденция замены металлических конструкций на стеклопластиковые требует экологического анализа последствий химических производств, предшествующих созданию данных материалов. Основным недостатком ветроэнергетических станций является изъятие под их строительство больших площадей земельных ресурсов. Под мощные промышленные ветроэнергетические станции необходима площадь из расчета от 5 до 15 км2 /МВт в зависимости от розы ветров и местного рельефа района. Максимальная мощность, которая может быть получена с км2 площади меняется в зависимости от района использования, типа станций и технологических особенностей конструкции. Среднее значение находится в диапазоне 10 МВт. Для ВЭС мощностью 1000 МВт потребуется площадь 70-200 км2 хотя частично эти земли могут использоваться для сельскохозяйственных нужд, что в большей мере зависит от шумовых эффектов и степени риска при поломках ВЭУ. Например, у больших ВЭУ лопасть при поломках и отрыве может быть отброшена на 400-800 метров. Наиболее важный фактор влияния ВЭУ на окружающую среду – это акустическое воздействие. Шумовые эффекты от ВЭУ имеют различную природу и подразделяются на механические (шум от редукторов, подшипников и генераторов) и аэродинамические воздействия, которые, в свою очередь, могут быть низкочастотными (менее 16-20 Гц) и высокочастотными (от 20 до нескольких кГц). Эти воздействия вызваны в основном вращением рабочего колеса. Шумовой эффект в непосредственной близости ВЭС достигает 50-80 дБ. Отдельную экологическую проблему составляют шумовые воздействия установок мощностью более 250 кВт, когда на концах лопаток ветроколес большого диаметра скорости сверхзвуковые. При этом возникает инфразвуковой эффект, отрицательно воздействующий на биологические субъекты и человека. Примеры: установка мощностью 2 МВт с лопастью пропеллера 60 м производит такой шум, что ее нужно отключать в ночное время. Необходимо подчеркнуть, что помимо основных экологических факторов воздействия ветроэнергетики на окружающую среду (блокировка земельных территорий, шумовые эффекты, металлоемкость ветроустановок), они требуют предварительного цикла добычи, переработки металлов, что оказывает косвенное влияние на окружающую среду. Размещение ветровых парков влияет на миграцию птиц и рыб (для акваториальных ВЭС). Наконец, серьезным негативным экологическим последствием использования энергии ветра является то, что в местах работы ветряков значительно ослабевает сила воздушных потоков, что может оказать влияние на климат, а также ограничить "проветривание" близлежащих промышленных районов. Еще одной негативной чертой ветроустановок являются производимые ими помехи для воздушного сообщения и для распространения радио- и телеволн, а также оптическое загрязнение ими ландшафта, что приводит к оттоку туристов из мест расположения ВЭС. Вследствие этого может сложиться ситуация, когда ущерб от уменьшения количества туристов может превысить экономическую выгоду от использования ВЭУ, что имеет место, например, в некоторых районах на побережье ФРГ. В странах Западной Европы ветроэнергетика является приоритетным направлением государственной энергетической политики. Для Беларуси ветроэнергетика не является абсолютным новшеством. В нашей стране существуют серьезные научные разработки по данной тематике, опытные производства и даже реализованные проекты. Идеальные места для "приручения" энергии ветра – это протяженные, продуваемые со всех сторон равнины, расположенные на возвышенностях. Именно на таких территориях среднегодовая скорость ветра превышает 5м\с, что обеспечивает эффективную работу ветроэнергетических установок. Равнинные местности с высокой скоростью ветра в Западных странах встречаются довольно часто. Но не стоит забывать о том, что и Беларусь богата подобными территориями. По оценкам специалистов, наиболее перспективными для развития ветроэнергетики в Беларуси являются центральная и западная часть Минской области, а также Витебская возвышенность. Более того, потенциал любой точки на территории Беларуси в отношении ее перспективности или неперспективности для ветроэнергетики может быть определен с помощью соответствующих расчетов, базирующихся на информации ветроэнергетического атласа страны и специального банка данных. Вопросы окупаемости и экономической эффективности ветроэнергетических установок – сфера, где еще не расставлены все точки над "i". Если подходить к этой проблеме глобально, учитывая перспективы постоянного удорожания энергетических ресурсов и их грядущий дефицит, ветроэнергетическая техника однозначно является перспективным вложением средств. Однако в нашей стране как-то не принято строить долгосрочные планы и активно развивать направления науки и техники, противоречащие традиционному мышлению. Чтобы правильно рассчитать место установки ветровой электростанции нужно учитывать много факторов. Оценка ветровых ресурсов сложный процесс. Основные факторы, на которые обращают внимание: какие ветра преобладают; рельеф и высота местности; наличие водоемов, растительности, различных построек. Большая часть суши не приспособлена для расположения таких станций. Стартовая скорость для выработки электроэнергии — это 4 м/с. Оптимальная скорость — около 10 м/с. Да и стоимость ветроэнергетических установок не так уж и мала. Цена установки мощностью 100-500 кВт составляет примерно 800 – 1000 долларов (не считая затрат на монтаж и эксплуатацию). Отечественные сторонники ветроэнергетической концепции считают, что окупаемость таких систем не превышает 4 лет. Одна из первых ветроэнергетических установок в стране находится на выезде из Минска в могилевском направлении. Она была разработана минской фирмой "Аэролла". Другая ветроустановка, разработанная НПГП "Ветромаш", работает в Заславле, который практически является плацдармом для отработки новых решений по энергосбережению в Беларуси. В поселке Занарочь подготовлена площадка для установки ветростанции. И, наконец, в качестве положительного примера в области энергосбережения не недавно проходившей итоговой коллегии Минжилкоммунхоза было названо сооружение ветровой установки в Городке. Здесь такая система вырабатывает энергию на случай аварийного выхода из строя обычных систем энергообеспечения. Несмотря на низкие скорости ветра, в стране готовится программа развития ветропарков, ведется активный поиск внешних инвесторов. Либерализация экономики способствует улучшению инвестиционного климата и привлекательности. В сою очередь зарубежные инвесторы проявляют интерес к созданию ветропарков в Беларуси. К примеру, сейчас приступили к реализации проекта по установке ветротехники в Гродненской области. Контракт на поставку оборудования заключен с китайской компанией. Немцам предложено поучаствовать в строительстве ветропарков в 2010-2015 годах в Витебской, Гродненской, Минской областях, мощность которых составит 50-100 мВт, а также в создании ветропарка в Могилевской области мощностью до 25 мВт. Экономически целесообразно внедрение в Беларуси ВЭУ, спроектированных на расчетные скорости ветра 9-11 м/с, с высотой 70-110 м. По мнению специалистов необходимо внедрять только современные ВЭУ мощностью 1,5-2 МВт континентального базирования. Не следует устанавливать ВЭУ мощностью менее 1 МВт, особенно агрегаты, демонтируемые в европейских странах в связи с техническим перевооружением мировой ветроэнергетики и предлагаемые на рынке. Таким образом, рациональный подход к развитию ветроэнергетики в Беларуси может реально обеспечить выработку электроэнергии с помощью ВЭУ с приемлемым сроком окупаемости до 20 % собственного электропотребления страны. По мере роста цен на энергоносители и электроэнергию выгодность внедрения ВЭУ будет возрастать и приведет к дальнейшему повышению доли ветроэлектроэнергии в энергетическом балансе страны Все эти пилотные проекты свидетельствуют о том, что в Беларуси для внедрения концепции ветроэнергетики на практике есть не только бесплатный ветер и благоприятные климатические предпосылки, но и люди, которые понимают, что лучше заботиться о будущем сегодня, чем обречь своих детей на бесперспективное завтра. Как работает (принцип работы ) ветрогенератора: Мощности промышленных станций Ветроэнергетика как отрасль основывается на применении мощных производственных ветровых турбин, которые могут обеспечить энергией в больших масштабах. Все ветрогенераторы имеют схожую конструкцию: опорная башня или мачта; гандола генератор турбины. Размеры таких станций могут достигать в высоту до 190 метров в и весят до 6000 тонн. Одна из самых габаритных установок в мире — Enercon E-126, имеет размах лопасти 128 метров. Расчет лопастного ветрогенератора Мощность устройства можно рассчитать по следующей формуле: P=0,6·(¶r2)v3 где, P – расчетная мощность, кВТ; r – расстояние от центральной точки ротора до конца лопасти, м; v – средняя скорость, м/с; ¶=3,14. Большое значение в конструировании имеет размер лопасти, форма, материал из которого изготовлена. Расчет мультипликатора Самый мощный ротор может дать около 400 оборотов в минуту, но для эффективной работы, число оборотов должно быть в 2,5 раза больше. Для этого устанавливаются мультипликаторы — промежуточные звенья между ротором и генератором, которое повышает частоту вращения вала. Чтобы обеспечить эффективную работу генератора, нужен мультипликатор с большим коэффициентом повышения. Мачта Мачта — один из важнейших элементов конструкции ветрогенератора. Высота мачты зависит от места установки. Основные правила установки: Мачта ветрогенератора должна находиться не ближе, чем на 150 метров от насаждений и жилых построек, а лучше на расстоянии от 2,5 километров. Нижний край лопасти должен находится не ниже, чем 10 метров от верхушки деревьев. Чтобы ветрогенераторы работали в полную мощность, минимальная высота их установки начинается от 25 метров. Чаще всего высота мачты 70-110 метров По типу опоры различают: на растяжках; коническая; сварная; гидравлическая. Мачта устанавливается на фундамент, от которого зависит надежность конструкции. Для начало выкапывают котлован и слоями укладывают щебень и песок. После утрамбовки устанавливают основу мачты и заливают бетоном. После заливки, фундаменту нужно время отстояться 4-5 недель. Только после этого продолжается работа по установки мачты. Вертикальные ветрогенераторы имеет другую конструкцию. Для них не требуются высокие опоры, а мачта представляет собой разборную конструкцию высотой до 6 метров, которая монтируется на крыше зданий. Расчет энергии ветра Энергия ветра — это кинетическая энергия потока воздуха. Этот показатель измеряется в джоулях. Рассчитать можно по следующей формуле: P = r · V3 · S/2, где r – показатель плотности воздуха (1,225 кг/м3), V – значение, отражающее с какой скоростью движется поток (м/с), S – площадь потока (м2). При расчете важно учитывать потери и КПД генератора. Для получения точных результатов, нужно знать показатели местности. Где предполагается поставить ветрогенератор. Ложные теорииСамые распространенные мифы про ветроэнергетику: Ветряки убивают птиц. Сложно отрицать, что птицы иногда врезаются в лопасти или мачту ветрогенератора и погибают. Но не меньше птиц погибает от электропроводов. По статистики больше всего умирает птиц из-за нападения кошек. Самый распространенная ложная теория — это то, что шум от ветряного генератора может негативно сказаться на здоровье человека, в том числе дать осложнения на органы слуха. Не экологичный источник, так как рост количества ВЭС увеличивает выброс углекислого газа. Да, но в сравнение с угольными или газовыми электростанциями этот показатель в 50 раз меньше. Безработица. Ходит мнение, что получение энергии таким способом сократит рабочие места, однако этот миф легко развеять. В любом развивающемся секторе не может возникнуть безработица, так как ветроэнергетика всегда нуждается в новых кадрах — исследователи, разработчики. Ложные теории появляются из-за незнания тема, однако все их легко опровергнуть, что было сделано многократно. Ветровые электростанции преимущества и недостаткиПреимущества установки ветровых электростанций: Экологичность. Сегодня этот фактор играет большую роль. А добыча энергии с помощью ветряков это экологичный способ, который никак не влияет на окружающую природу. Экономичность. По сравнению с другими источниками получения энергии, ветровые станции в строительстве обходятся намного экономичнее. Нескончаемый источник энергии. Эффективность работы — электростанция вырабатывает в 80 раз больше энергии, чем потребляет. Местоположение. Ветряк можно поставить в любом месте, в отличие от традиционных станций. Современные ветряки могут работать при скорости от 3,5 м/с. Технологическое развитие. Минусы ветроэнергетики: Работа ветряка зависит от силы потока ветра, которого может и не быть. Изменение ландшафта местности из-за строительства ветряных парков. Затраты на поиск и изучение местности для ветряков и их строительство. Турбины станций создают низкочастотные шумы, которые оказывают негативное влияние на человека. Создают опасность для птиц. Менее продуктивны по сравнению с другими станциями. У ветроэнергетики есть свои сторонники, которые считаю применение ветрогенераторов экологичным способом решения проблемы с энергетикой. Но также есть люди, которые выступают против строительства ветряных парков, так как они приносят вред здоровью человека, птицам. Недостатки ветроэнергетики не сопоставимы с большим потенциалом, который кроется в этой отрасли. Ветроэнергетика как угроза животному мируЗащитники птиц выступают против строительства ветряных генераторов, так как птицы часто врезаются в лопасти ветряков. Хотя подсчет показал, что количество погибших птиц от генератора не больше, чем от высоковольтных проводов. Однако, зоозащитники волнуются, что во время миграции птиц они могут попасть в зону ветряного парка или сменить путь миграции. Еще одно опасение защитников, что шумы, которые издают генераторы могут отпугивать животных и они меняют место обитания. |