Ветроэнергетика

Российский Университет Дружбы Народов

Экологический факультет

Курсовая работа по энергетической экологии

на тему

Ветровая энергетика: состояние проблемы

Руководитель:

Применко В.Н.

Выполнила

студентка гр.

ОСМ-202

Кукольщикова С.Б.

Москва

2000

Содержание:

Энергия ветра 3

Ветроэнергетика за рубежом 5

Ветроэнергетика в России 9

Фундаментальные знания в области ветроэнергетики 10

Минусы ветроэнергетики 10

ВЭС с точки зрения экологии. 12

Литература 14

Энергия ветра

Энергия ветра — это преобразованная энергия солнечного излучения, и

пока светит Солнце, будут дуть и ветры. Таким образом, ветер — это тоже

возобновляемый источник энергии.

Люди используют энергию ветра с незапамятных времен — достаточно

вспомнить парусный флот, который был уже у древних финикян и живших

одновременно с ними других народов, и ветряные мельницы. В принципе,

преобразовать энергию ветра в электрический ток, казалось бы, нетрудно —

для этого достаточно заменить мельничный жернов электрогенератором. Ветры

дуют везде, они могут дуть и летом, и зимой, и днем, и ночью — в этом их

существенное преимущество перед самим солнечным излучением. Поэтому вполне

п9нятны многочисленные попытки "запрячь ветер в упряжку" и заставить его

вырабатывать электрический ток.

Первая в нашей стране ветровая электростанция мощностью 8 кВт была

сооружена в 1929-1930 гг. под Курском по проекту инженеров А.Г.Уфимцева и

В.П.Ветчинкина. Через год в Крыму была построена более крупная ВЭС

мощностью 100 кВт, которая была по тем временам самой крупной ВЭС в мире.

Она успешно проработала до 1942 г., но во время войны была разрушена. В

настоящее время в СССР выпускаются серийные ветроагрегаты мощностью 4 и 30

кВт и готовятся к выпуску более мощные установки 100 и даже 1000 кВт.

Делаются первые шаги по пути перехода от единичных автономных ВЭС к

системам связанных в единую сеть многих ветроагрегатов большой мощности.

Первая такая система должна быть сооружена около поселка Дубки в Дагестане.

Значительные успехи в создании ВЭС были достигнуты за рубежом. Во

многих странах Западной Европы построено довольно много установок по 100-

200 кВт. Во Франции, Дании и в некоторых других странах были введены в

строй ВЭС с номинальными мощностями свыше 1 МВт (табл. 1).

Таблица 1. Наиболее крупные ветроэнергетические установки

|США |WTS-4 |78 |4 |

|Канада |Eole |64 |4 |

|ФРГ |Growian |100 |3 |

|Великобрита|LSI |60 |3 |

|ния | | | |

|Швеция |WTS-3 |78 |3 |

|Дания |Elsam |60 |2 |

Одна из наиболее известных установок этого класса "Гровиан" была

создана в Германии, ее номинальная мощность — 3 МВт. Но самое широкое

развитие ветроэнергетика получила в США. Еще в 1941 г. там была построена

первая ВЭС мощностью 1250 кВт, а сейчас общая мощность всех ВЭС в этой

стране достигает 1300 МВт, причем среди них есть гиганты с мощностью до 4

МВт (табл.2.) . Всего в мире в настоящее время насчитывается около 3 млн.

ветроустановок, из них примерно 3,5 тыс. у нас.

Таблица 2. Данные по БЭС в разных странах

| | | |% |

|США |1300 |1700 |0,18 |

|Мексика |265 |— |1,0 |

|Дания |140 |— |1,7 |

|ЮАР |50 |— |0,2 |

|Нидерланды |20 |10 |0,11 |

|СССР |3 |5 |0,001 |

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) достигли сегодня уровня

коммерческой зрелости и в местах с благоприятными скоростями ветра могут

конкурировать с традиционными источниками электроснабжения. Из всевозможных

устройств, преобразующих энергию ветра в механическую работу, в подавляющем

большинстве случаев используются лопастные машины с горизонтальным валом,

устанавливаемым по направлению ветра. Намного реже применяются устройства с

вертикальным валом.

Кинетическая энергия, переносимая потоком ветра в единицу времени через

площадь в 1 м2 (удельная мощность потока), пропорциональна кубу скорости

ветра. Поэтому установка ВЭУ оказывается целесообразной только в местах,

где среднегодовые скорости ветра достаточно велики.

Ветровое колесо, размещенное в свободном потоке воздуха, может в лучшем

случае теоретически преобразовать в мощность на его валу 16/27=0,59

(критерий Бетца) мощности потока воздуха, проходящего через площадь

сечения, ометаемого ветровым колесом. Этот коэффициент можно назвать

теоретическим КПД идеального ветрового колеса. В действительности КПД ниже

и достигает для лучших ветровых колес примерно 0,45. Это означает,

например, что ветровое колесо с длиной лопасти 10 м при скорости ветра 10

м/с может иметь мощность на валу в лучшем случае 85 кВт.

Наибольшее распространение из установок, подсоединяемых к сети, сегодня

получили ветроэнергетические установки (ВЭУ) с единичной мощностью от 100

до 500 кВт. Удельная стоимость ВЭУ мощностью 500 кВт составляет сегодня

около 1200 долл/кВт и имеет тенденцию к снижению.

Наряду с этим создаются ВЭУ и с существенно большей единичной

мощностью. В 1978 г. в США была создана первая экспериментальная ВЭУ

мегаваттного класса с расчетной мощностью 2 МВт. Вслед за этим в 1979-1982

гг. в США были сооружены и испытаны 5 ВЭУ с единичной мощностью 2,5 МВт.

Самая большая к тому времени ВЭУ (Гровиан) мощностью 3 МВт была сооружена в

Германии в 1984 г., но, к сожалению, она проработала лишь несколько сот

часов. Построенные несколько позже в Швеции ВЭУ WTS-3 и WTS-4 мощностью

соответственно 5 и 4 МВт были установлены в Швеции и США и проработали

первая 20, а вторая 10 тыс.ч.

В Канаде ведутся работы по созданию крупных ветровых установок с

вертикальным валом (ротор Дарье). Одна такая установка мощностью 4 МВт

проходит испытания с 1987 г. Всего за 1987-1993 гг. в мире было сооружено

около 25 ВЭУ мегаваттного класса.

Расчетная скорость ветра для больших ВЭУ обычно принимается на уровне

11-15 м/с. Вообще, как правило, чем больше мощность агрегата, тем на

большую скорость ветра он рассчитывается. Однако в связи с непостоянством

скорости ветра большую часть времени ВЭУ вырабатывает меньшую мощность.

Считается, что если среднегодовая скорость ветра в данном месте не менее 5-

7 м/с, а эквивалентное число часов в году, при котором вырабатывается

номинальная мощность не менее 2000, то такое место благоприятно для

установки крупной ВЭУ и даже ветровой фермы.

Автономные установки киловаттного класса, предназначенные для

энергоснабжения сравнительно мелких потребителей, могут применяться и в

районах с меньшими среднегодовыми скоростями ветра.

Сегодня в некоторых промышленно развитых странах установленная

мощность ВЭУ достигает заметных значений. Так, в США установлено более 1,5

млн. кВт ВЭУ, в Дании ВЭУ производят около 3 °/о потребляемой страной

энергии; велика установленная мощность ВЭУ в Швеции, Нидерландах,

Великобритании и Германии.

По мере совершенствования оборудования ВЭУ и увеличения объема их

выпуска стоимость ВЭУ, а значит и стоимость производимой ими энергии

снижаются. Если в 1981 г. стоимость электроэнергии производимой ВЭУ,

составляла примерно 30 американских центов за кВт./ч, то сегодня она

составляет 6-8 центов. С учетом того, что только в 1995 г. в США велись

работы по четырем большим ветровым фермам с общей мощностью около 200 МВт,

станет ясно, что планируемое Департаментом Энергетики США снижение

стоимости ветровой электроэнергии до 2,5 центов/ (кВт. ч) вполне реально

[57, 90,94].

В развивающихся странах интерес к ВЭУ связан в основном с автономными

установками малой мощности, которые могут использоваться в деревнях,

удаленных от систем централизованного электроснабжения. Такие установки уже

сегодня конкурентоспособны с дизелями, работающими на привозимом топливе.

Однако в некоторых случаях непостоянство скорости ветра заставляет либо

устанавливать параллельно с ВЭУ аккумуляторную батарею, либо резервировать

ее установкой на органическом топливе. Естественно, это повышает стоимость

установки и ее эксплуатации, поэтому распространение таких установок пока

невелико.

Ветроэнергетика за рубежом

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) достигли сегодня уровня

коммерческой зрелости и в местах с среднегодовыми скоростями ветра более 5

м/сек успешно конкурируют с традиционными источниками электроснабжения.

Преобразование энергии ветра в механическую , электрическую или

тепловую осуществляется в ветроустановках с горизонтальным или вертикальным

расположением вала ветротурбины. Наибольшее распространение получили

ветроэнергетические установки с горизонтальной осью ротора , работающие по

принципу ветряной мельницы. Турбины с горизонтальной осью и высоким

коэффициентом быстроходности обладают наибольшим значением коэффициента

использования энергии ветра ( 0,46-0,48). Ветротурбины с вертикальным

расположением оси менее эффективны (0,45) , но обладают тем преимуществом,

что не требуют настройки на направление ветра. В таблице 3 приведены данные

о доле на рынке различных типов ВЭУ в старых землях ФРГ.

Табл. 3 Доля на рынке различных типов ВЭУ в старых землях ФРГ

|Расположение оси ротора |Доля на рынке, %|

|Вертикальноосевые установки |9 |

|Горизонтальноосевые установки |91 |

|из них: с наветреным расположением ротора за|77 |

|башней |14 |

|с подветренным расположением ротора | |

Наибольшее распространение из сетевых установок сегодня получили ВЭУ с

единичной мощностью от 100 до 500 кВт. Удельная стоимость ВЭУ мощностью 500

кВт составляет сегодня около 1200 $/кВт и имеет тенденцию к снижению. В

таблице 4 приведена структура мощностей ВЭУ в старых землях ФРГ.

Табл. 4 Структура мощностей ВЭУ в старых землях ФРГ

|Класс мощности, кВт |Доля, % |

|10-19 |11 |

|20-49 |19 |

|50-149 |34 |

|150-500 |26 |

|401-1499 |5 |

|1500-5000 |5 |

ВЭУ мегаваттного класса построены в ряде стран и на сегодняшний день

находятся на стадии экспериментальных исследований или опытной

эксплуатации.

Во многих развитых странах существуют Государственные программы

развития возобновляемых источников энергии, в том числе и ветроэнергетики.

Благодаря этим программам решаются научно-технические, энергетические,

экологические, социальные и образовательные задачи. Генераторами проектов

возобновляемых источников энергии в Европе являются исследовательские

центры ( Riso, SERI( в настоящее время NREL), Sandia,ECN, TNO, NLR, FFA,

D(FV)LR, CIEMAT и др.), университеты и заинтересованные компании.

В 1994 году , в Мадриде, на конференции “Генеральный план развития

возобновляемых источников энергии в Европе” странами Европейского Союза

была принята декларация. В “Мадридской декларации” были сформулированы цели

по достижению 15% уровня использования возобновляемых источников энергии в

общем потреблении энергии в странах Европейского Союза до 2010 г.[ 184 ]. В

1994 г. в странах Европейского Союза установленная мощность солнечных

батарей, мини гидроэлектростанций и ветроэнергетичских установок составила

5.3 Вт, к 2010 году предполагается смонтировать оборудование с

установленной мощностью 55 Вт.

Поставленные цели достигаются решением задач в области политики,

льготного налогового законодательства, государственной финансовой поддержки

через научно-технические программы , льготного кредитования, создания

информационной сети, системы образования, стажировок, продвижения высоких

технологий , созданием рабочих мест на производствах и подготовки

общественного мнения.

Благоприятные условия для развития энергетики позволят к 2020 г.

увеличить потребление электрической энергии на 30% в том числе за счет

возобновляемых источников энергии на 15%.

В таблице 3. приведены соотношения для выработки электроэнергии

различными возобновляемыми источниками энергии в странах Европы по

оптимистическим и пессимистическим прогнозам до 2020 года. Прогноз

составлен на основании анализа темпов прироста установленной мощности

различных видов возобновляемых источников энергии в странах Европейского

Союза. Доля ветровой энергии будет составлять по пессимистической оценке

15%, по оптимистической оценке 16%. Табл. 5

Таблица 5. Прогноз развития возобновляемой энергетики.

|Возобновляемые |В 2020 г. | | |В 2020 | |

| | | | |и | |

| |Mtoe |% |M| |% |

| | | |t| | |

| | | |o| | |

| | | |e| | |

|“Modern” биомасса |243 |45 |5| |42 |

| | | |6| | |

| | | |1| | |

|Солнечная |109 |21 |3| |26 |

| | | |5| | |

|Ветровая |85 |15 |2| |16 |

| | | |1| | |

| | | |5| | |

|Геотермальная |40 |7 |9| |7 |

| | | |1| | |

|Мини ГЭС |48 |9 |6| |5 |

| | | |9| | |

|Приливов и волн |14 |3 |5| |4 |

| | | |4| | |

|Суммарная |539 |100 |1| |100 |

| | | |3| | |

| | | |4| | |

| | | |5| | |

В 1990 г. новые возобновляемые источники энергии составили 164 Mtoe

(1,9 % ) от общей потребляемой энергии. В 1994 г. во всем мире

установленная мощность ветростанций составляла 3200 MW , 1400 MW

приходилось на Европу. В таблице 6 приведены данные о по странам.

Табл.6. Суммарная установленная мощность ветростанций

|Страна, регион |Установленная |

| |мощность ( MW) |

|США |1700 |

|Дания |520 |

|Германия |320 |

|Великобритания |145 |

|Нидерланды |132 |

|Испания |55 |

|Греция |35 |

|Швеция |12 |

|Италия |10 |

|Бельгия |7 |

|Португалия |2 |

|Ирландия |7 |

|Франция |1 |

|Остальные регионы |35 |

|Европы |100 |

|Индия |25 |

|Китай |75 |

|Остальные регионы Мира | |

|Всего |около 3200 |

Ежегодно в Европе установленная мощность ветроагрегатов составляет 200

MW При благоприятных условиях прирост установленной мощности может

cоставить 800 MW. Наиболее эффективными по наращиванию установленной

мощности ветростанций являются программы стран Европы , Китая, Индии , США,

Канады.

Ежегодный оборот за счет продаж ветропреобразователей в странах Европы

составляет 400 MECU. Более 10 крупнейших банков Европы инвестируют

ветроэнергетическую индустрию. Более 20 крупных Европейских частных

инвесторов финансируют ветроэнергетику. Стоимость ветровой энергии зависит

в основном от следующих 6 параметров:

инвестиций в производство ветроагрегата ( выражается как отношение $/кв. м

- цена одного кв. метра ометаемой площади ротора ветротурбины);

коэффициета полезного действия системы;

средней скорости ветра ;

доступности;

технического ресурса.

Табл. 7 Соотношение стоимость электроэнергии/скорость ветра

За последние три десятилетия технология использования энергетических

ресурсов ветра была сосредоточена на создании сетевых ветроагрегатов WECS.

Страницы: 1, 2

МЕНЮ

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика