|
Читайте также: |
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ГОЛОВНЕ УПРАВЛІННЯ ОСВІТИ І НАУКИ
ВИКОНАВЧОГО ОРГАНУ КИЇВМІСЬКРАДИ
(КИЇВСЬКОЇ МІСЬКОЇ ДЕРЖАВНОЇ АДМІНІСТРАЦІЇ)
КИЇВСЬКЕ ТЕРИТОРІАЛЬНЕ ВІДДІЛЕННЯ МАЛОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ
(КИЇВСЬКА МАЛА АКАДЕМІЯ НАУК)
відділення: енергетика
секція: енергетика
базова дисципліна: фізика
СИСТЕМА ДОСЛІДЖЕННЯ
ПРИНЦИПІВ ПОБУДОВИ ТА ЕФЕКТИВНОСТІ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК
РОБОТУ ВИКОНАВ:
Волощук Антон Сергійович,
27 травня 1999 р.
учень 9 класу
Києво-Печерського ліцею №171 «Лідер»
Печерського району
вул. Старонаводницька, буд. 6-Б, кв.16, м. Київ, 02100
(066)610-93-38
науковий керівник:
Володіна Інна Лазарівна
вчитель фізики та інформатики
вчитель-методист, Заслужений вчитель України
050-386-09-22
КИЇВ – 2014
СИСТЕМА ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИНЦИПІВ ПОБУДОВИ ТА ЕФЕКТИВНОСТІ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК
|
Вступ
Історичний екскурс виникнення передумов використання вітроенергетики
Актуальність вітроенергетики в наш час
Побудова та принцип дії вітрогенераторів
Використання вітроенергетичних установок
Дослідження підвищення ефективності використання вітроенергетичних установок
Висновки
|
Метою роботи є визначення основних особливостей побудови вітроенергетичних систем та їх застосування в процесі життєдіяльності людства.
За час роботи ми визначимось із основними схемами побудови вітроенергетичних установок, дослідимо основні місця їх розташування та принципи визначення цих місць.
Одним з основних завдань роботи є аналіз можливостей підвищення ефективності використання вітроенергетичних комплексів на території України.
Отже, сьогодні однією із всесвітніх проблем – є проблема забезпечення людства енергією. Найбільш поширені види енергоносіїв (нафта, газ) у процесі життєдіяльності людини поступово вичерпуються, а отже ускладняється процес їх добування, що в недалекому майбутньому може призвести до їх нестачі та постає питання можливостей їх заміщення.
В результаті різноманітних наукових досліджень все більшого розвитку у світі набувають енергетичні комплекси, пов’язані, зокрема, із використанням сил природи, зокрема енергії землі (теплові насоси), сонця (сонячні батареї) та вітру (вітроенергетичні установки).
Одним із найперспективніших напрямків розвитку енергозабезпечуючих технологій – це використання енергії вітру. Але сучасні вітроенергетичні установки є ще недостатньо досконалими. Тому йде постійний процес вдосконалення енергетичних установок, заснованих на принципі перетворення енергії вітру в електричну енергію.
Більшість проблем пов’язано з перетворенням енергії вітру в механічну енергію вала вітродвигуна, деякі – пов’язані з перетворенням енергії валу в електричну енергію. Також існують проблеми іншого походження. Наприклад пов’язані з метеорологічні умовами, адже на деяких територіях швидкість вітру недостатня, або на них переважають турбулентні вітрові потоки.
Крім метеорологічних характеристик суттєву роль щодо вибору місця для використання вітроенергетичних установок відіграють також наступні фактори: економічні фактори (наприклад, ціна на землю);наявність транспортної мережі та можливість ввімкнення у діючу енергомережу; законодавчі положення (наприклад, закон про охорону природи, правила безпеки польотів, охорони здоров’я населення тощо);негативний вплив на навколишнє середовище (наприклад, шум, спотворення ландшафту та перешкоди у теле-радіо прийомі).
|
Людство використовує енергію вітру вже більше 5000 років. Одним з найперших винаходів, який застосовував використання енергії вітру, було вітрило. Ще у 3500 р. до н. е. мореплавці використовували силу вітру, щоб іти під вітрилами. Вітрильні човни ходили Нілом у Давньому Єгипті. Тобто вітрило було першою лопатевою машиною, що використовувала енергію вітру. Звичайні вітрові млини були вже в Китаї 2200 років тому. На Середньому Сході, у Персії, близько 200 р. до н. е. почали застосовувати вітряні млини з вертикальною віссю для перемелювання зерна, їх виготовляли з в'язанок очерету, прикріплених до дерев'яної рамки, що оберталася, коли дув вітер. Стіна, що оточувала вітряк, спрямовувала потік вітру проти лопатей. Найпростіші вітрові млини мали досить низький ККД, незважаючи на те, що крила виготовлялись з досить легкого дерева чи матерії. Причиною неефективності було те, що сила вітру, яка штовхала одну половину вітроколеса, одночасно гальмувала іншу частину.
У І ст. до н. е. давньогрецький учений Герон Олександрійський винайшов вітряк, що керував органом. Перші вітряні млини для переробки зерна були збудовані на межі сучасного Ірану й Афганістану; вони мали вертикальну вісь, від шести до дванадцяти крил з полотна або очерету та використовувались як млини і помпи для води. Феномен вітру у давнину також застосовували для природної вентиляції та охолодження повітря у сухих і жарких країнах Середньої Азії.
У Європі вітряки з'явилися пізніше, у VIII-IX ст. Найбільш широко вітрові установки використовувалися в Голландії, де люди, починаючи з X-XI ст., боролися з морем за кожен клаптик землі, придатної для сільського господарства. Голландці відкачували воду з відвойованих у моря територій саме завдяки роботі сотень вітряків. Спочатку будували земляні дамби, які відокремлювали мілководну ділянку моря, а потім споруджували млини з водовідливними колесами. Так, у 1608-1612 рр. було осушено місце, яке знаходилося на три метри нижче від рівня моря, за допомогою 26 вітродвигунів потужністю 37 кВт кожен. У 1582 р. у Голландії була побудована перша маслобійня, яка використовувала енергію вітру, а через 4 роки - перша паперова фабрика, яка забезпечувала підвищені вимоги до паперу, обумовлені винайденням друкарської машинки. Наприкінці XVI ст. з'явилися лісопильні заводи для виробництва лісоматеріалів, які імпортувалися з прибалтійських держав. У середині XIX ст. в Голландії для різних потреб використовувалося близько 9 тис. вітродвигунів. Голландці значно вдосконалили конструкцію вітряних млинів і, зокрема, вітроколеса.
Найактивніше у допромисловій Європі вітряні млини застосовували у XVIII ст. За їх допомогою мололи зерно, качали воду, пиляли дерево. Згодом більшість вітряних млинів, нездатних конкурувати з дешевим і надійним викопним паливом, замінили на парові двигуни. У дореволюційній Росії, наприклад, налічувалося близько 30 тис. вітряків. Ця установка була також атрибутом майже кожного другого села в Україні, проте парова машина, а потім двигун внутрішнього згоряння витіснили їх.
Реконструкція голландцями вітряків і вітроколес була спрямована насамперед на те, щоб збільшити їх ККД і термін дії, У результаті великі вітрові млини заводського виготовлення при великих швидкостях вітру могли розвивати потужність до 66 кВт. У період промислової революції внаслідок застосування парових двигунів використання енергії вітру в Голландії суттєво зменшилося, тому на початку XX ст. тут працювало тільки біля 2,5 тис. вітродвигунів, а до 1960 р. в робочому стані залишилося менше тисячі з них.
Перша вітрова електростанція промислового типу була побудована у США у м. Клівленд (штат Огайо) у 1888 р. Ч. Брашем. Це багатолопаcтева конструкція з діаметром лопаcтей 17 м, яка могла спрямовувати вітроколеса перпендикулярно до напрямку вітру і здатна була виробляти 12 кВт електроенергії. Ця станція успішно пропрацювала майже 20 років, довівши, з одного боку, перспективність цього напрямку енергетики, а з іншого - стала для конструкторів робочою моделлю при виробництві більш удосконалених установок.
|
| Вид джерела енергії | Річний потенціал |
| Енергія вітру | 30...33 млрд. кВт-год |
| Сонячна енергія | 780 Вт/кв. м., (освітленність-2000 год./рік) |
| Геотермальна енергія | 50 тис. МВт |
| Рослинна біомаса | 40 млн. т/рік, (25...30 млрд. куб.м/рік - газовий еквівалент) |
| Відходи тваринництва і птахівництва | 32 млн. т/рік, (10,3 млрд. куб.м./рік - газовий еквівалент) |
В даний час внесок поновлюваних нетрадиційних джерел енергії в загальну енергетику України (із-за недостатнього освоєння та недостатньої економічної ефективності) дуже малий і складає близько 1% від усіх видів ПЕР. Однак досвід розвинутих країн світу свідчить про доцільність більш широкого використання на місцях нетрадиційних екологічно чистих джерел енергії. Це, в свою чергу, потребує удосконалення і здешевлення технологій використання цих видів джерел енергії. Дані щодо їхнього енергетичного потенціалу в регіонах України наведені нижче.
Застосування вітроустановок для виробництва електроенергії в промислових масштабах найбільш ефективно в регіонах України, де середньорічна швидкість вітру 5 –5,5 м/с. За такими показниками можна виділити 5 регіонів: Карпатський (Івано-Франківська, Закарпатська, Львівська, Чернівецька області), Причорноморський (Одеська, Миколаївська, обл.), Приазовський (Херсонська, Запорізька, Донецька обл.), Донбаський (Луганська, Донецька обл.), Кримський (Західний, Східний, Гірський Крим) та 2 зони: Харківську і Полтавську.
Таблиця 4 Енергетичний потенціал вітрової енергії
| Середньорічна швидкість вітру, Vср, м/с | Висота, м | Природний потенціал вітру, кВт´год/м2 рік | Технічно- досяжний потенціал вітру, кВт´год/м2 рік | Перспективний економічний потенціал | |
| кВт х год/рік | т у.п./ рік | ||||
| 5,0 - 5,5 | 2810 - 3200 | 520 - 620 | 30х109 | 10,2х106 | |
| 3790 - 4320 | 690 - 830 | ||||
| 5100 - 5810 | 860 - 1020 | ||||
| 6350 - 7230 | 975 - 1150 |
Всього на суходолі з урахуванням приморської смуги в межах України для будівництва ВЕС можна використати ділянки загальною площею близько 7000 км2.
Експлуатація тихохідних багатолопатевих вітроустановок з підвищеним обертаючим моментом для виконання механічної роботи (помелу зерна, підняття та перекачки води і т.п.) є ефективною практично на всій території України.
Останнім часом ряд країн після вичерпання можливостей спорудження ВЕС на суходолі розпочали освоювати морські акваторії. В основному, освоюються мілководні акваторії з максимальними глибинами не більше 20 м.
Вітроенергетика України має достатній досвід виробництва, проектування, будівництва, експлуатації та обслуговування як вітроенергетичних установок, так і вітроенергетичних станцій; в країні є достатньо високий науково-технічний потенціал і розвинена виробнича база.
Найперспективніше місце для будівництва вітрових електричних станцій (ВЕС) – автономна республіка Крим, чому сприяє наявність у причорноморській та приазовській зонах значного вітрового потенціалу.
Комплексною програмою будівництва ВЕС в Україні передбачено, що в перспективі до 20—30 % від загального споживання електроенергії в країні покриватиметься за рахунок використання ВЕС.
Ці 20—30% додаткового генерування становлять близько 10—15 тис. мегават, частина з яких, будучи генерованими в Криму, може істотно знизити залежність регіону від поставок електроенергії з материкової України. Йдеться про реальну додаткову енергетичну потужність на рівні 4—6 тис. МВт. Ця цифра досить солідна для Криму, адже вона сумірна з потужністю великої атомної електростанції.
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 84 | Нарушение авторских прав