альтернативные источники. Ветроэнергетика
 Скачать 0.54 Mb.
|
Энергетические характеристика ветра и среднегодовая скорость ветраДля того чтобы иметь представление об общей степени интенсивности ветра используют показатели среднегодовых скоростей ветра. Выбирая место для ветровых установок нашего производств, следует детально изучить параметры среднегодовой скорости, которые дают представление о результативности использования ветряных генераторов на той или иной территории. Нельзя забывать и о том, что на энергетические характеристики ветра оказывает влияние и конфигурация местности, и неровность поверхности. Каждая станция обладает индивидуальными вышеперечисленными условиями. Для того, чтобы сопоставить средние скорости, следует свести их к сравнимым, за которые принимаются условия открытой и ровной территории и высота равная десяти метрам. Энергетические характеристики ветра на службе у людейНа сегодняшний день основным способом получения энергии из ветровой энергии есть применение ветряных генераторов. Самым популярным видом ветряных генераторов, использующих в своей работе энергетические характеристики ветра, есть ветроустановки, с горизонтально размещенным валом, на котором размещено колесо, которое имеет две или три лопасти. Малые ветроустановки и энергетические характеристики ветраНашей компанией производятся ветряки и ветрогенераторы, малой мощности, использующие энергетические характеристики ветра, с многолопастными колесами, которые работают на маленьких скоростях ветра. Диапазон мощностей ветроустановок достаточно широк, он колеблется от нескольких сотен ватт до двух четырех мегаватт. Небольшие ветрогенераторы, мощность которых не превосходит сто киловатт, активно используются для получения электрической энергии, необходимой частным домам, вообще говоря, применение ветровых установок, использующих в своей работе энергетические характеристики ветра, совпадает с использоваием фотопреобразователей. Большой популярностью пользуются малые ветровые генераторы для работы установок, обеспечивающих водоснабжение. Малые ветрогенераторы нашего изготовления могут быть оснащены аккумуляторами электроэнергии. Большие ветрогенераторы и энергетические характеристик ветраИспользуя энергетическую характеристику ветра для работы больших ветряных генераторов можно получать электрическую энергию мощностью от ста ватт. Большие ветряные генераторы нашего производства, используются для работы на электросеть. Энергетические характеристики ветра и сооружения ветропарков. В Европе ветроэнергетика существует как отдельная прибыльная сфера энергетики. Благодаря энергетическим характеристикам ветра, ветроэнергетика дает ощутимый вклад в общее производство электрической энергии. Сегодня налажено производство ветрогенераторов, мощность которых возросла до трех пяти мегаватт. Используя энергетическую характеристику ветра, ученые создают по современным технологиям крупнейшие ветрогенераторы, диаметр колеса которых колеблется от шестидесяти до ста двадцати метров, а высота башни моет достигать более ста метров. Из-за постоянного усовершенствования технологий изготовления ветровых генераторов, установки постоянно снижаются в цене. В России ветроэнергетика только начинает набирать обороты. Следует отметить, что в стане достаточно возможностей, для использования энергетических характеристик ветра на благо человека. Наша компания, производя ветрогенераторы, ветроэлектростанции и ветряки использует все новейшие разработки и нацелена на достижение конкурентной способности продукции. Направление ветраНаправление ветра определяется по той стороне горизонта, с которой он дует, например, ветер, дующий с юга, — южный. Направление ветра зависит от распределения давления и от отклоняющего действия вращения Земли. На климатической карте господствующие ветры показаны стрелками (рис. 1). Ветры, наблюдаемые у земной поверхности, очень разнообразны. Вы уже знаете, что поверхность суши и воды нагревается по-разному. В летний день поверхность суши нагревается сильнее. От нагревания воздух над сушей расширяется и становится легче. Над водоемом в это время воздух холоднее и, следовательно, тяжелее. Если водоем сравнительно большой, в тихий жаркий летний день на берегу можно почувствовать легкий ветерок, дующий с воды, над которой атмосферное давление выше, чем над сушей. Такой легкий ветерок называют дневнымбризом (от франц. brise — легкий ветер) (рис. 2, а). Ночной бриз (рис. 2, б), наоборот, дует с суши, так как вода охлаждается гораздо медленнее и воздух над ней теплее. Бризы могут возникать и на опушке леса. Схема бризов представлена на рис. 3.  Рис. 1. Схема распределения господствующих ветров на земном шаре Местные ветры могут возникать не только на побережье, но и в горах. Фён — теплый и сухой ветер, дующий с гор в долину. Бора — порывистый, холодный и сильный ветер, появляющийся, когда холодный воздух переваливает через невысокие хребты к теплому морю. МуссонЕсли бриз меняет направление два раза в сутки — днем и ночью, то сезонные ветры -муссоны — меняют свое направление два раза в год (рис. 4). Летом суша быстро прогревается, и давление воздуха над ее поверхностью надает. В это время более прохладный воздух начинает перемещаться на сушу. Зимой — все наоборот, поэтому муссон дует с суши на море. Со сменой зимнего муссона на летний происходит смена сухой малооблачной погоды на дождливую. Действие муссонов сильно проявляется в восточных частях материков, где с ними соседствуют огромные пространства океанов, поэтому такие ветры часто приносят на материки обильные осадки. Неодинаковый характер циркуляции атмосферы в разных районах земного шара определяет различия в причинах и характере муссонов. В результате различают внетропические и тропические муссоны.  Рис. 2. Бриз: а — дневной; б — ночной  Рис. 3. Схема бризов: а — днем; б — ночью  Рис. 4. Муссоны: а — летом; б — зимой Внетропические муссоны — муссоны умеренных и полярных широт. Они образуются в результате сезонных колебаний давления над морем и сушей. Наиболее типичная зона их распространения — Дальний Восток, Северо-Восточный Китай, Корея, в меньшей степени — Япония и северо-восточное побережье Евразии. Тропические муссоны — муссоны тропических широт. Они обусловлены сезонными различиями в нагревании и охлаждении Северного и Южного полушарий. В результате зоны давления смещаются по сезонам относительно экватора в то полушарие, в котором в данное время лето. Тропические муссоны наиболее типичны и устойчивы в северной части бассейна Индийского океана. Этому в немалой мере способствует сезонная смена режима атмосферного давления над Азиатским материком. С южноазиатскими муссонами связаны коренные особенности климата этого региона. Образование тропических муссонов в других районах земного шара происходит менее характерно, когда более четко выражается один из них — зимний или летний муссон. Такие муссоны отмечаются в Тропической Африке, в северной Австралии и в приэкваториальных районах Южной Америки. Постоянные ветры Земли -пассаты изападные ветры — зависят от положения поясов атмосферного давления. Так как в экваториальном поясе преобладает низкое давление, а близ 30° с. ш. и ю. ш. — высокое, у поверхности Земли в течение всего года ветры дуют от тридцатых широт к экватору. Это пассаты. Под влиянием вращения Земли вокруг оси пассаты отклоняются в Северном полушарии к западу и дуют с северо-востока на юго-запад, а в Южном они направлены с юго-востока на северо-запад. От поясов высокого давления (25-30° с. ш. и ю. ш.) ветры дуют не только к экватору, но и в сторону полюсов, так как у 65° с. ш. и ю. ш. преобладает низкое давление. Однако вследствие вращения Земли они постепенно отклоняются к востоку и создают воздушные потоки, перемещающиеся с запада на восток. Поэтому в умеренных широтах преобладают западные ветры. Сила ветра. Определение средней скорости ветра. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду или в баллах (один балл приблизительно равен 2 м/с). Скорость зависит от барического градиента: чем больше барический градиент, тем выше скорость ветра. От скорости зависит сила ветра (табл. 1). Чем больше разность атмосферного давления между соседними участками земной поверхности, тем сильнее ветер. Таблица 1. Сила ветра у земной поверхности по шкале Бофорта (на стандартной высоте 10 м над открытой ровной поверхностью)
Шкала Бофорта — условная шкала для визуальной оценки силы (скорости) ветра в баллах по его действию на наземные предметы или по волнению на море. Была разработана английским адмиралом Ф. Бофортом в 1806 г. и сначала применялась только им самим. В 1874 г. Постоянный комитет Первого метеорологического конгресса принял шкалу Бофорта для использования в Международной синоптической практике. В последующие годы шкала менялась и уточнялась. Шкалой Бофорта широко пользуются в морской навигации. Ветроэнергетические установки. Ветроэнергетический кадастр. Ветер на Земле, как явление, имеет общее происхождение со световыми излучениями, процессами образования биомассы и многими другими явлениями, обусловленными потоком падающей солнечной энергии. Это означает также наличие связи между всеми этими явлениями, которая носит сложный стохастический характер пространственно-временных корреляций и на протяжении истории Земли формирует климат в различных частях Земли, включая такие относительно устойчивые характеристики, как среднегодовая температура окружающей среды, суммарный удельный поток солнечного излучения, распределение ветра по скоростям на различных высотах от земной поверхности, объем и воспроизведение биомассы в виде лесов и трав. Включение этих возобновляемых источников энергии человечеством в хозяйственный оборот приводит, строго говоря, к нарушению сложившегося, за многие годы динамического равновесия между ними. Это означает также, что энергетические потенциалы данных источников являются зависимыми друг от друга и соответствуют некой, пока не созданной, теории единого потенциала свободной энергии Земли и его распределения по поверхности. Вырабатываемая на данном этапе исследований независимая оценка валового потенциала ветровой энергии в регионе, как и независимые оценки валовых потенциалов солнечной энергии или биомассы, имеют сугубо качественный, ориентировочный характер. Климатологические характеристики ветровой обстановки в регионах России. Ветер на различных высотах в атмосфере Земли для каждой точки ее поверхности характеризуется его скоростью, которая, строго говоря, является случайной переменной в пространстве и времени, зависящей от многих факторов местности, сезона года и погодных условий. Все процессы, напрямую связанные с использованием текущего значения скорости ветра, в частности, производство электроэнергии в ветроэлектрических установках, имеют сложный случайный характер, так что их характеристики обладают статистическим разбросом и неопределенностью средних ожидаемых значений. Поэтому на современном уровне исследований задача их оценки формулируется как создание вероятностного описания случайного процесса посредством разбиения всего временного процесса на отдельные временные интервалы, в пределах каждого из которых можно использовать приближение стационарности, т. е. независимости, всех определяемых параметров от времени. В качестве периода стационарности могут быть приняты различные временные интервалы с соответствующей точностью описания в зависимости от реальных условий случайного процесса. В частности, в некотором приближении можно считать процесс стационарным во всем рассматриваемом промежутке времени, например, в течение года. Для систематизации характеристик ветровой обстановки в конкретном регионе с целью ее эффективного энергетического использования, как правило, разрабатывается ветроэнергетический кадастр, представляющий собой совокупность аэрологических и энергетических характеристик ветра, позволяющих определить его энергетическую ценность, а также целесообразные параметры и режимы работы ветроэнергетических установок. Основными характеристиками ветроэнергетического кадастра являются:
Начиная с 50-х гг. XX в. в России, были развернуты широкие работы по созданию ветроэнергетических кадастров, хотя при этом северные и восточные районы страны фактически не рассматривались. Основным источником исходных данных для разработки ветроэнергетического кадастра являются наблюдения ветровых характеристик на опорной сети метеороло-гических станций. Эти наблюдения, выполняемые несколько раз в сутки, проводятся по единой методике с фиксированной классификацией мест на-блюдения по степени их открытости и охватывают периоды в десятки лет. За последние 25-30 лет произошло качественное изменение уровня этих наблюдений. С помощью измерений на высотных метеорологических и телевизионных мачтах получены уточненные сведения о вертикальном профиле скоростей в приземном слое высотой до 500 м. Увеличилась частота регулярного получения информации о скорости и направлении ветра на опорной сети метеорологических станций (с 4 до 8 раз в сутки), а некоторыми метеостанциями и отдельными заинтересованными организациями ведутся непрерывные наблюдения в автоматическом режиме. Эти измерения по длительности, как правило, уступают многолетним наблюдениям гидрометеослужбы, но они особенно важны при измерении быстропеременных процессов, включая порывы ветра и его максимальные пульсации, а также при оценке рабочих периодов и периодов простоя ветроустановок. ВЭУ классифицируют: - по виду вырабатываемой энергии; - по мощности; - по областям применения; - по назначению; - по признаку работы с постоянной или переменной частотой вращения ветроколеса (ВК); - по способам управления; - по структуре системы генерирования энергии. ВЭУ в зависимости от вида вырабатываемой энергии подразделяют на две группы: механические и электрические. Электрические ВЭУ, в свою очередь, подразделяют на ВЭУ постоянного и переменного тока. ВЭУ в зависимости от мощности подразделяют на четыре группы: а) большой мощности - свыше 1 МВт; б) средней мощности - от 100 кВт до 1 МВт; в) малой мощности - от 5 до 99 кВт; г) очень малой мощности - менее 5 кВт. В зависимости от области применения механические ВЭУ подразделяют на две подгруппы: ветронасосные и ветросиловые согласно таблице 1. Таблица 1 - Классификация механических ВЭУ по областям применения
Электрические ВЭУ постоянного тока подразделяют на три подгруппы: ветрозарядные, гарантированного питания и негарантированного питания согласно таблице 2. Таблица 2 - Классификация электрических ВЭУ постоянного тока по областям применения
Электрические ВЭУ переменного тока подразделяют по назначению, управлению и структуре системы генерирования энергии согласно табл. 3. Таблица 3 - Классификация электрических ВЭУ переменного тока по назначению, управлению и структуре системы генерирования энергии (схемы классификации приведены на рисунках 2- 4)
 Рисунок 1 - Общая классификация ВЭУ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||