Р. Байтасов - Основы энергосбережения. Конспект лекций

Преобразуют энергию ветра в полезную механическую, электрическую или тепловую энергию ветроэнергетические установки(ВЭУ). Энергия ветра зависит от его силы, т.е. величины давления, оказываемого ветром на единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно его направлению. Оценивают силу ветра и его воздействие на ВЭУ, по шкале Бофора. Например, безветрием считается, если скорость ветра составляет 0…0,2 м/с (дым поднимается вертикально) – условия для работы ВЭУ отсутствуют. Если дым поднимается почти вертикально, на воде поднимается рябь скорость ветра составляет 0,3…1,5 м/с – условия для работы ВЭУ отсутствуют. При слабом ветре (3,4…5,4 м/с, колышутся листья, флаги) начинают работать тихоходные ВЭУ. При свежем ветре (8,0…10,7 м/с, начинают раскачиваться деревья, волны в барашках) хорошие условия для всех ВЭУ.

Недопустимым для работы ВЭУ является шквальный (очень крепкий ветер) – трудно идти, качаются толстые деревья – скорость 17,2…20,7 м/с.

Ураган – скорость ветра свыше 32,6 м/с.

Потенциал энергии ветра в мире огромен. Теоретически эта энергия могла бы удовлетворить все потребности Европы.

Интерес к механическим установкам, использующих энергию ветра сильно возрос после резкого скачка цен на нефть в 1973г. Наибольшая доля (до 3%) в производстве электроэнергии ВЭС получена в 1993г. в Дании, где ветровые турбины рассеяны по всей стране. Большая часть существующих ветроустановок построена в конце 1970-начале 1980-х гг.

Ветроэлектрические установки, работающие в автономном режиме должны иметь аккумулирующие и преобразующие устройства, что существенно повышает их стоимость. Установкам, которые работают в единой энергосистеме, такие устройства не нужны. В качестве аккумулятора для таких установок выступает электрическая сеть. Однако данное обстоятельство значительно повышает требования к качеству производимой электроэнергии и требует принятия мер для синхронизации работы электрического генератора установки с электрической сетью по частоте, напряжению и другим параметрам.

Максимальная проектная мощность ветроустановки определяется для некоторой стандартной скорости ветра, обычно принимаемой равной 12 м/с. Скорость ветра увеличивается с высотой над поверхностью Земли. Ветроколесо должно устанавливаться достаточно высоко над местными препятствиями, чтобы набегающий на него ветровой поток был сильным, однородным и с минимальными изменениями скорости и направления.

Одно из основных условий при проектировании ветроустановок – обеспечение их защиты от разрушения очень сильными порывами ветра. В каждой местности в среднем раз в 50 лет бывают ветры со скоростью в 5—10 раз превышающей среднюю, поэтому ветроустановки приходится проектировать с большим запасом прочности.

Наилучшим местом для размещения ветроустановки является гладкая, куполообразная, ничем не затенённая возвышенность. Желательно, чтобы ветроустановка в радиусе нескольких сотен метров была окружена полями или водной поверхностью. Головки ветроустановок находятся на высоте от 5 до 50м.

В районах с благоприятными ветровыми условиями среднегодовое производство электроэнергии ветроустановками составляет 25—35% его максимального проектного значения. Срок службы ветроустановок обычно не менее 15—20 лет, а их стоимость колеблется от 1000 до 1500 дол. США за 1 кВт проектной мощности. Официальные оценки возможной доли ветроэнергетики в энергетике в целом, например в Великобритании и Германии, дают не менее 20%.

Автономные ветроустановки весьма перспективны для вытеснения дизельных электростанций, отопительных установок, водоподъёмников и других машин, работающих на нефтепродуктах, особенно в отдалённых районах и на островах, где централизованное энергоснабжение экономически нецелесообразно или вообще невозможно.

Стоимость ветровой энергии снижается на 15% в год и даже сегодня может конкурировать на рынке, и имеет перспективы дальнейшего снижения в отличие от стоимости энергии, получаемой на АЭС (последняя повышается на 5% в год).

Беларусь располагает значительными ресурсами энергии ветра. По данным Государственного комитета по гидрометеорологии РБ и государственного предприятия «Ветромаш», среднегодовая скорость ветра на территории страны составляет 4,1 м/с (в Голландии – до 15 м/с). При этом на четверти пригодной для внедрения ветроэнергетических установок территории среднегодовая скорость ветра превышает 5 м/с. Такая скорость ветра соответствует требованиям мировой практики по показателям коммерческой целесообразности внедрения ветротехники. При правильном выборе места установки ветроагрегата (на возвышенностях открытой местности, на берегах водных массивов и т.п.) среднегодовая скорость ветра может достигать 6—7 м/с. Наиболее эффективно можно применять ВЭУ на возвышенностях севера и северо-запада Беларуси, в центральной части Минской области и прилегающих к ней запада районах.