Читайте также:
|
Прежде всего, это очень рассеянный энергоресурс. Природа не собрала ветры в каких-то отдельных "месторождениях", подобно горючим ископаемым. И не пустила их течь по руслам, подобно рекам. Всякая движущаяся воздушная масса "размазана" по огромной территории. Правда, рассеянность, малая концентрация характерна и для солнечной энергии. Но с ветром еще хуже. Его основные параметры - скорость и направление - меняются гораздо быстрее, в более широких пределах и совершенно непредсказуемо. В итоге по надежности он почти везде уступает Солнцу. Отсюда и вытекают две главные проблемы проектирования ветроэнергетических установок (ВЭУ).
Во-первых, с учетом рассеянности ветра стремятся "снимать" его кинетическую энергию с максимальной площади. Что имеется в виду? Для ВЭУ обычной конструкции (ветровое колесо на горизонтальной оси) - это площадь круга, который описывают лопасти при вращении; у специалистов она называется сметаемой площадью (ОГО. Отсюда вроде бы следует, что диаметр колеса (длину лопастей) надо всячески наращивать. И действительно: известны проекты гигантских ВЭУ с диаметром ветроколеса до 120 м. Но для таких габаритов сильные ветры, в принципе более "выгодные", становятся уже нежелательными - из соображений безопасной эксплуатации. К тому же, рассчитывая прочность, тут приходится дополнительно страховаться даже от маловероятных ураганных порывов и тем еще больше перетяжелять громоздкую конструкцию. Путь явно тупиковый.
Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока на лопастях. Ведь в конечном счете качество электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ, определяется именно стабильностью момента вращения и угловой скорости на валу ее генератора. Но если предыдущая проблема решается хотя бы до известного предела, то эта пока не решается никак. Общий вывод, видимо, ясен: нужна установка принципиально новой конструкции.
Движение воздуха в атмосфере — ветер — возникает под действием различных сил. Прежде всего, это силы, связанные с изменением давления по высоте: у поверхности Земли эти силы больше, чем на границе атмосферы. Возникает также разность давлений в горизонтальной плоскости — барический градиент, который вынуждает воздух перемещаться в горизонтальном направлении, вращение Земли и связанное с ним действие силы Кориолиса также оказывает воздействие на поток воздуха. Неравномерный нагрев атмосферы, земной поверхности и мирового океана из-за солнечной радиации, проявление сил внутреннего трения воздуха входят в число факторов, влияющих на возникновение воздушных потоков.
Глобальная циркуляция воздуха в атмосфере выглядит следующим образом (рис. 2.1).
В области экватора воздух нагревается и поднимается вверх. Верхние слои движутся в направлении полюсов, там охлаждаются и опускаются к Зем-Ле- Охлажденные слои скользят у земной поверхности от полюсов к экватору.
Основные характеристики ветра — скорость и его направление крайне переменчивы и зависят от многих факторов. Так, на характеристики ветра влияют рельеф местности, равнинный или гористый, удаленность от берегов Морей и океанов, климатические сезоны и т.д. Наряду с этим, существуют зо-НЬ1 стабильных ветров — пассатов в области, лежащей между 25 и 30° северной и южной широтами соответственно. Постоянный западный ветер дует
Первый ветрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 году. В России в начале 20 века Н.Е. Жуковским была разработана теория ветряного двигателя, которую его ученики расширили и довели до практического использования.
В первой половине столетия ветроэнергетика стремительно развивается во всем мире. С 1929 по 1936 года в СССР разрабатываются установки мощностью 1000 кВт и 10000 кВт. Эти установки планировались для работы на сеть. В 1933 году в Крыму устанавливается ВЭС мощностью 100 кВт с диаметром колеса 30 м. Развитие этого направления достигло своего пика, когда в 1957 году была изготовлена ветряная турбина мощностью 200 квт. Но вскоре их вытеснили мегаватные станции, работающие на традиционном топливе.
Элементы ветроэнергетической установки 
Автономная ветроэнергетическая установка конструктивно состоит из ветроголовки, установленной на мачте, зарядного устройства, аккумуляторной станции, инвертора (преобразователя тока). Ветроэлектростанции могут использоваться как самостоятельно, так и в составе смешанных систем: ветро-солнечных (на рисунке) или ветро-дизельных.
Ветроголовка состоит из ветрогенератора, лопастей, суппорта и хвоста. Ветрогенератор - устройство, которое преобразует механическую энергию ветра в электрическую. Ветрогенератор в сборе с лопастями образует ветроколесо. Суппорт прикрепляет ветроколесо к мачте и обеспечивает его вращение вокруг вертикальной оси. Хвост выполняет роль флюгера и опеспечивает ориентацию ветроколеса по ветру.
Зарядное устройство – преобразует переменный ток, вырабатываемый ветрогенератором, в постоянный, пригодный для зарядки аккумуляторных батарей. Процесс зарядки аккумуляторной станции начинается чуть позже того, как ветроколесо начинает вращаться. Величина зарядного тока определяется скоростью ветра.
Аккумуляторная станция – состоит из аккумуляторных батарей, накапливает электроэнергию в период сильных ветров и отдает ее в нагрузку при дефиците мощности ветрогенератора.
Инвертор (преобразователь тока) - применяется для преобразования постоянного тока, вырабатываемого аккумуляторной станцией, в переменный ток, пригодный для питания потребителей.
Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высота башни 70 метров, диаметр лопастей 90 метров. Самые большие в мире ветрогенераторы выпускает немецкая компания REpower (REpower Systems(нем.)). Диаметр ротора этой турбины 126 метров. Мощность таких установок доходит до 6 МВт, вес гондолы - 200 тонн, высота башни - 120 м.
Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где еще встречаются и двухлопастные. Были попытки построить ветрогенераторы так называемой ортогональной конструкции, т.е. с вертикальным расположением оси вращения. Считается, что они имеют преимущество в виде очень малой скорости ветра, необходимой для начала работы ветрогенератора. Главная проблема таких генераторов - механизм торможения. В силу этой и некоторых других технических проблем ортогональные ветроагрегаты не получили практического распространения в ветроэнергетике.
с запада на восток в полосе от 40 до 60° южной широты. Постоянно дующими ветрами являются муссоны в Индийском океане. Их направление меняется в зависимости от сезона: летом дуют юго-западные муссоны, а зимой — северовосточные [42].
Скорость ветра может меняться в широких пределах: от легкого дуновения до урагана. Ее максимальное значение 115,5 м/с зарегистрировано на горе Вашингтон в США в 1934 г.
Колоссальная энергия ветра наносила и продолжает наносить громадный ущерб в виде разрушенных при ураганах зданий, линий электропередачи, связи, береговых защитных сооружений, затопленных или выброшенных на берег судов и т.д.
Человечество с давних времен научилось использовать энергию ветра с помощью парусов в морских судах, ветряных мельниц для помола зерна, перекачки воды. Первые ветряные мельницы, относящиеся к IV столетию ДО нашей эры, найдены в Египте. Позже они распространились на Ближнем Востоке и в Европе.
На современном этапе главное направление в использовании энергии ветра — выработка электроэнергии, хотя не отказались и от перекачки воды, и от использования парусов на судах (иногда достаточно крупных с управляемыми компьютером парусами).
Наиболее благоприятными районами с высокой энергией ветра являются Зережье морей и океанов, прибрежные (шельфовые) воды, предгорья, тропи-;кая зона с устойчивыми ветрами, Средиземноморье, степные районы и др.
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 197 | Нарушение авторских прав