Курсовая работа: Нетрадиционная энергетика – сущность, виды, перспективы развития в Республике Беларусь
Стремление освоить
производство ветроэнергетических машин привело к появлению на свет множества
таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как
полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть.
Малые ветроэлектрические агрегаты предназначены для снабжения электроэнергией
отдельных домов. Сооружаются ветроэлектрические станции, преимущественно
постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину — генератор
электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы.
Аккумуляторная батарея автоматически подключается к генератору в тот момент,
когда напряжение на его выходных клеммах становится больше, чем на клеммах батареи,
и также автоматически отключается при противоположном соотношении. В небольших
масштабах ветроэлектрические станции нашли применение несколько десятилетий
назад. Сейчас созданы самые разнообразные прототипы ветроэлектрических
генераторов (точнее, ветродвигателей с электрогенераторами). Одни из них похожи
на обычную детскую вертушку, другие — на велосипедное колесо с алюминиевыми
лопастями вместо спиц. Существуют агрегаты в виде карусели или же в виде мачты
с системой подвешенных друг над другом круговых ветроуловителей, с
горизонтальной или вертикальной осью вращения, с двумя или пятьюдесятью
лопастями. На башне высотой 30,5 м укреплен генератор в поворотном обтекаемом
корпусе; на валу генератора сидит пропеллер с двумя алюминиевыми лопастями
длиной 19 м и весом 900 кг. Агрегат начинает работать при скорости ветра 13 км/ч, а наибольшей производительности (100 кВт) достигает при 29 км/ч. Максимальная скорость вращения пропеллера составляет 40 об/мин. Так как наша страна
находится в умеренной ветровой зоне, то нам особое внимание надо уделить на
углы поворота лопасти, от которого зависит подача ветра в генератор, при
планировании ВЭУ. Угол наклона лопастей по отношению к ветру регулируют за счет
поворота их вокруг продольной оси: при сильном ветре этот угол острее,
воздушный поток свободнее обтекает лопасти и отдает им меньшую часть своей
энергии. Помимо регулирования лопастей весь генератор автоматически
поворачивается на мачте против ветра. Конструкция лопастных ВЭУ роторной схемы
обеспечивает максимальную скорость вращения при запуске и ее автоматическое
саморегулирование в процессе работы. С увеличением нагрузки скорость вращения
ветроколеса уменьшается, а вращающий момент возрастает. По данному типу
спроектирована одна из ВЭС в Беларуси (ВЭУ в Мядельском районе мощностью 250
кВт. Высота мачты имеет существенное значение для ветроэлектрических
установок. Уже на высоте 9 м скорость ветра, как правило, на 15—25% больше, чем
в 1,5 м от земли, а даже небольшой прирост средней силы ветра позволяет
получить от станции намного больше электроэнергии. По оценке белорусских
ученых, существующие способы преобразования ветроэнергии в электрическую с
помощью традиционных лопастных ветроэнергетических установок (ВЭУ) в наших
условиях пока экономически неоправданны. Во-первых, из-за высокой пусковой
скорости ветра (4-5 м/сек), высокой номинальной скорости (8-15 м/сек) и
небольшой годовой производительности в условиях слабых континентальных ветров,
характерных для Беларуси — 3-5 м/сек; во-вторых, стоимость ВЭУ составляет
$1000-$1500 на кВт установленной мощности. Поэтому будущее ветроэлектрических
станций зависит в первую очередь от затрат на их сооружение.
4.4
Как хранить энергию ветра?
При использовании
ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и
недостаток ее в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить впрок энергию
ветра? Существует несколько способов сохранения энергии:
·
Простейший способ – ветряное колесо движет насос, который
накачивает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него,
приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного
тока.
·
Другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных
аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания
сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве
топлива.
·
Особенно перспективным представляется последний способ.
Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород.
Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых
электростанций по мере надобности.
Решающим фактором,
который определит, значителен ли будет вклад ветровой энергии в удовлетворение
потребностей человечества в энергии, является возможность создания
соответствующей технологии. Он связан в основном с национальной энергетической
политикой, затратами и приемлемостью таких установок для населения. Разрабатываются
также ветроэнергетические установки единичной мощностью в диапазоне от 100 Вт
до 5 МВт, предназначенные для выработки электроэнергии в составе существующих
энергетических систем. В дополнение к традиционным направлениям освоения
ветровой энергии обсуждался ряд других возможностей ее использования, а именно:
·
производство удобрений с использованием ветровой энергии. В
этом случае электроэнергии, выработанная ветроэнергетическим агрегатом,
используется для получения электрических разрядов в воздушном потоке.
Образующиеся при этом окислы азота поглощаются водой, превращаясь, в раствор
азотной кислоты. Ведется исследование прототипов систем такого рода. Учитывая
большую потребность мира в азотных удобрениях, создание первоначально небольших
систем, основанных на этой принципе для производства удобрений в отдаленных
районах, особенно на островах и в горах, могло бы обеспечить снижение расходов
на их транспортировку;
·
использование с помощью существующей технологий электролиза
электроэнергии, вырабатываемой ветроэнергетическими установками, для
производства водорода и кислорода;
·
использование ветроэнергетических установок в районах с холодным
климатом для производства сжатого воздуха, который затем подается по трубам на
дно рек, где он выпускается через отверстия, чтобы воспрепятствовать замерзанию
воды;
·
использование ветровой энергии для производства сжатого
воздуха. Этот подход может найти применение для аэрации прудов при разведении
рыб, а также водоемов, испытавших неблагоприятные экологические воздействия.
4.5
Перспективы использования энергии ветра в агропромышленном комплексе Республики
Беларусь
В 1999 году были построены ветроэлектроустановки
на ветреной возвышенности в деревне Дружная (Мядельский район). Эта немецкая ветроустановка
мощностью в 250 кВт является первой в Беларуси. Вторая ветроэлектроустановка
мощностью в 600 кВт была построена осенью 2001 года; 18-го мая 2002 года
состоялось ее торжественное открытие, за 2007 год ими выработано 1,58
млн. кВт∙ч электроэнергии. Коэффициент использования данных установок
25%, что является нормальным показателем. Необходимо
отметить, что и сама деревня Дружная является уникальным полигоном
экологических технологий строительства. Среди трех десятков построенных здесь
комфортных экодомов есть дома из глиносоломенных смесей, дома из щепы с глиной,
здесь же находится первое в СНГ строение из соломенных блоков. Самый мощный в
РБ фотоэлектрический коллектор находится тоже здесь. Подобную, но меньшую
площадку планируют создать в Минске, начав со строительства в 2008 году 2
энергопассивных экодомов, которым не нужны системы отопления за счет супертеплоизоляции
стен соломенными блоками и использования солнечных коллекторов для сезонного
аккумулирования тепла. Территория республики Беларусь находится в умеренной
ветровой зоне. Стабильность скорости ветра составляет 4-5 м/с и соответствует
нижнему пределу устойчивой работы отечественных ВЭУ. Это позволяет использовать
лишь 1,5-2,5% ветровой энергии. К зонам, благоприятным для развития
ветроэнергетики, со среднегодовой скоростью ветров выше 5-5,% м/с, относится
20% территории страны. Наиболее эффективно можно применять ВЭУ на
возвышенностях большей части севера и северо-запада Беларуси и в центральной
части Минской области, включая прилегающие к ней районы с запада. В ближайшее
время развитие использование энергии ветра получит новый импульс. К 2010 году
Минэнерго планирует ввести в эксплуатацию ветроэнергетические установки
суммарной мощностью не менее 15-20 МВт. В текущем году, согласно плану,
планируется также построить ветроустановку в РУП «Гродноэнерго» и ОАО
«Гроднохимволокно». В Государственной программе Республики Беларусь
прогнозируемые годовые объемы использования энергии ветра для получения
электроэнергии к 2012 г. оцениваются в 9,31 млн. кВт∙ч при общей
установленной мощности 5,2 МВт. На 1 января 2005 г. общая мощность ВЭУ составила 1,1 МВт, объем замещения по вырабатываемой электроэнергии около
3,25 млн. кВт∙ч в год [10]. Всего на территории республики выявлено 2000 площадок
(наибольшее количество находится в Минской, Витебской и Гродненской областях),
пригодных для размещения ВЭУ промышленного типа, с общей мощностью около 1600
МВт. В Беларуси в соответствии с проектом до 2014 года предлагается ввести
всего 10 ветроустановок с общей мощностью 15 МВт. Они позволят суммарно
вырабатывать около 44 млн. кВт∙ч электроэнергии в год, окупаемость таких
проектов не превысит 14 лет. Согласно расчетам экспертов, ветроустановка
мощностью 1 МВт в течение 20 лет позволяет заместить примерно 29 тыс. т угля.
Кроме того, сокращаются выбросы углекислого газа и других веществ в атмосферу.
К тому же, продажа на углеродном рынке объемов сокращения выбросов парниковых
газов от предполагаемого ветропарка может принести дополнительный доход в 500
тыс. евро за 5 лет. Учитывая то, что быстроходные ВЭУ в нашей стране неэффективны,
так как для них требуется минимальная расчетная скорость ветра не менее 10 м/с;
а тихоходные ВЭУ менее технологичны в производстве и сложнее в эксплуатации, в
Беларуси разрабатываются ВЭУ, работающие на основе использования эффекта Магнуса,
когда в качестве аэродинамических элементов используются не лопастные, а
вращающиеся усеченные конусы специальной формы (роторы), подъемная сила в
которых многократно (в 6-8 раз) превосходит подъемную силу в лопастях. Главное
их преимущество состоит в том, что они могут эффективно работать при скоростях
ветра, характерных для условий Беларуси. Взаимодействие цилиндрической лопасти
с ветровым потоком показано на рис.7.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 |