РЕФЕРАТ
Отчет 24 с., 5 рис., 3 источника.
ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ, ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, ВЕТРОПАРКИ, ПЕРСПЕКТИВЫ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ
Объектом исследования являются ветропарки на территории Республики Беларусь.
Цель работы - изучение условий для развития инфраструктуры ветропарков.
В работе представлены данные о эффективности работы ветрогенерирующих установок на территории Республики Беларусь и описаны уже работающие установки.
Введение
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 финикиян 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 понятны многочисленные попытки запрячь ветер в упряжку и заставить его вырабатывать электрический ток.
Первая в нашей стране ветряная 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.
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.
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. Всего в мире в настоящее время насчитывается около 3 млн. ветроустановок, из них примерно 3,5 тыс. у нас.
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.
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.
1. История возникновения ветрогенераторов
Еще 3,5 тысячи лет назад в Древнем Египте для подъема воды и помола зерна применялись ветровые двигатели. За 50 веков ветряные мельницы практически не изменили свой облик. В нашей стране вплоть до революции насчитывалось порядка 250 тысяч ветряных мельниц общей мощностью порядка полутора миллионов киловатт, на которых размалывалось около трех миллиардов пудов зерна за год.
После появления ветряных мельниц произошло облегчение одной из самых трудных и тяжелых работ крестьян, а именно вращение каменных жерновов, которые использовались для перетирания зерна в муку. Теперь это стали делать при использовании силы ветра, который крутит крылья мельницы.
Около шестисот лет назад началось строительство мельниц башенного типа, которые снабжались огромными крыльями, расположенными горизонтально к земле. Одна из первых таких мельниц появилась в Голландии, это изобретение оказалось настолько удачным, что применяется при устройстве ветряных мельниц и по сей день.
Ветряные мельницы оказались настолько хорошим источником даровой энергии и потому неудивительно, что со временем энергию ветра стали использовать не только для помола зерна.
Например, на лесопилках использовались ветряки для вращения дисковых пил, для поднятия больших грузов на высоту или для подъема воды. Также как и водяные мельницы, они оставались чуть ли не самыми мощными машинами прошлых лет. Например, в Голландии, где ветряки использовались больше всего, их успешно применяли до середины прошлого века, а некоторая часть из них действует и по сей день.
С течением лет люди все чаще стали задумываться о ветре, как о источнике бесплатной энергии. Наступил период развития технологий и люди стали строить электрогенераторы, в 1890 году в Дании был построен первый ветрогенератор, который использовался для производства электричества.
Эти ветрогенераторы использовались и устанавливались только в самых отдаленных и труднодоступных местах, куда не было возможности передать электроэнергию с электростанций.
В результате ветрогенераторы стали давать четвертую часть всей электроэнергии, которая была нужна для промышленности Дании.
Между двадцатыми и тридцатыми годами 19 века ветрогенераторы стали появляться и в других странах, например, в США и Австралии. В сороковых годах в Крыму была построена самая крупная на тот момент ветроэлектрическая станция в мире. Она на самом деле обладала внушительными размерами, но ток давала не более 100 кВт.
2. Потенциал развития ветроэнергетики в Республике Беларусь
В результате предварительных исследований на территории нашей страны выявлено 1840 площадок для размещения ВЭУ с возможной мощностью около 600 МВт.
Исследованиями, осуществленными на территории Республики Беларусь по 244 контрольным точкам, включая 54 метеостанции и 190 контрольных пунктов, суммарный ветроэнергетический потенциал Беларуси оценен в 220 млрд. кВтЧч. Определен ветроэнергетический ресурс по областям страны.
В настоящее время уточнены фоновые среднегодовые скорости ветра в различных регионах Республики Беларусь, проведены расчеты по определению технических ветроэнергоресурсов Беларуси на высотах 10, 40, 60, 80 и 100 м над поверхностью земли.
По причине относительно небольших среднегодовых скоростей ветра в настоящее время перспективным следует считать использование автономных ветроэнергетических и ветронасосных установок малой мощности, в основном в сельскохозяйственном секторе. Должны найти применение ВЭУ в диапазоне 100-150 кВт, хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации в странах со сходными с Беларусью условиями. При выборе конкретных образцов ВЭУ необходимо дополнительно учитывать ряд факторов, связанных с величиной фактического ветроэнергетического ресурса в месте непосредственного размещения ВЭУ (абсолютная высота местности, высота возвышения площадок и их открытость, удаленность предполагаемого места размещения ВЭУ от потребителя и от линий передачи и т.д.).
В ближайшие годы в области ветроэнергетики в Беларуси планируются реализовать следующие крупные проекты:
- ветропарк в Лиозненском районе Витебской области (электрическая мощность 60 МВт);
- ветропарк в Новогрудском районе Гродненской области (электрическая мощность 25 МВт);
- ветропарк в Ошмянском районе Гродненской области (электрическая мощность 15 МВт);
- ветропарк в Сморгонском районе Гродненской области (электрическая мощность 15 МВт).
Суммарная мощность ветропарков в 2011-2015 гг. составит 300 МВт.
Требование уменьшения минимальной стартовой скорости ветра было одной из причин разработки отечественных ВЭУ.
Согласно Национальной программе развития местных и возобновляемых энергоисточников на 2011-2015 годы предусматривается строительство от 199 до 224 ВЭУ на тринадцати объектах, суммарной установленной мощностью 440-460 МВт.
Выявлено 90 перспективных площадок для размещения ВЭУ в 70 населенных пунктах.
Одним из направлений использования ВЭУ в Республике Беларусь в ближайшей перспективе будет их применение для привода насосных станций небольшой мощности и подогрева воды в сельскохозяйственном производстве. Эти области применения характеризуются минимальными требованиями к качеству электрической энергии, что позволяет значительно упростить и удешевить ВЭУ.
Определенные проблемы связаны непосредственно с работой ВЭУ, в частности, с повышенным шумом, ультразвуковым излучением и световыми эффектами при прохождении солнечного света через вращающиеся лопасти турбины. Поэтому санитарными нормами устанавливается минимально допустимое расстояние от отдельных ВЭУ и ветропарков до населенных пунктов (например, в Германии -- не ближе чем 800 м). При размещении ветропарков учитываются также установившиеся пути миграции перелетных птиц.
3. Наблюдения и оценка ресурсов
Одним из направлений использования ВЭУ в Республике Беларусь в ближайшей перспективе
По метеорологическим показателям для развития ветроэнергетики на территории Республики Беларусь имеется достаточно мест (строительных площадок) потенциального размещения ветроэнергетических установок (ВЭУ) и ветропарков - определены 1840 площадок, которые обладают необходимым ветроэнергетическим потенциалом (ВЭП) и на них возможно размещение ВЭУ и ветропарков.
Для расчетов ВЭП необходимо оценить различные параметры ветра: среднегодовую и среднемесячную скорость ветра; повторяемость скоростей и направлений ветра за различные периоды; максимальный порыв ветра; повторяемость затиший; зависимость скорости ветра от абсолютных отметок над уровнем моря, от поверхности земли и от условий подстилающей поверхности и т. д. ветрогенератор ветроэнергетика беларусь
В связи с изменением (потеплением) климата и устойчивым снижением среднегодовых скоростей ветра показанных на рисунке 1, возникла необходимость пересмотра и уточнения сведений о географии упомянутых строительных площадок внедрения ВЭУ и ветропарков.
Рисунок 1 - Отклонение средней годовой скорости ветра от нормы
По результатам проведенных в ГУ «Республиканский гидрометеорологический центр» исследований установлено, что на перспективных для развития ветроэнергетики территориях при средних годовых скоростях ветра на высоте расположения анеморумбометра (10 м) 3,5-4,0 м/с на высоте 100 м они возрастают до 6,0-6,8 м/с.
В проведенных исследованиях использованы материалы многолетних приземных наблюдений за параметрами ветра на высоте 10 м от поверхности земли на государственной сети гидрометеорологических наблюдений, материалы радиозондирования атмосферы в г.г. Минске, Бресте и Гомеле и данные телевизионной мачты в п. Колодищи. Для оценки распределения параметров ветра по высотам были определены зависимости средних скоростей ветра от высоты над поверхностью земли (профили скоростей ветра), а также рассчитаны коэффициенты для пересчета средних скоростей ветра для различных высот от поверхности земли. На основании полученных данных построены карты-схемы средних скоростей ветра на различных высотах, показанных на рисунке 2 и ВЭП для территории Республики Беларусь.
Рисунок 2 - Распределение расчетной средней годовой скорости ветра на высоте 100 м от поверхности земли.
В 2001-2002 годах в Мядельском районе Минской области были установлены две ВЭУ немецкого производства - модель Nordex 29/250 кВт с высотой оси вращения ветроротора 36 м и модель Yakobs 48/600 кВт с высотой оси вращения ветроротора 50 м. Среднегодовые показатели выработки электроэнергии этими установками за 2001-2004 годы составили около 315 000 кВт·час. Продолжается эксплуатация трех ВЭУ модели А-77, созданных белорусским ООО «Аэролла-Энерго». Их номинальная мощность составляет 77 кВт при диаметре ветроротора 18 м и высоте оси вращения 30 м от поверхности земли.
В мае 2011 года в Республике Беларусь была запущена ВЭУ установленной мощностью 1,5 МВт, расположенная примерно в 2 км от г.Новогрудка Гродненской области (у д.Грабники). Место установки - примерно 320 метров над уровнем моря и на указанных отметках наблюдаются постоянные ветра со средней расчетной скоростью 4 м/с и более на высоте 10 м от поверхности земли и около 7 м/с - на высоте 100 м. Ожидаемая выработка электроэнергии на указанной площадке предположительно составит около 3,8 млн. кВт·ч в год, что обеспечит бытовые потребности 30-тысячного населения районного центра.
Специалисты Республиканского гидрометеоцентра активно продолжают исследования ветрового потенциала Беларуси. Об этом сегодня рассказала журналистам директор департамента по гидрометеорологии Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Мария Герменчук. Учеными готовится Атлас ветров, который будет использован для оценки площадок, где можно развернуть ветроэнергетические установки. По словам Марии Герменчук, больше всего подходят для создания ветропарков северная и северо-западная часть территории Беларуси - Минская, Витебская и Гродненская области. Это связано прежде всего с местным ландшафтом - ветропарки устанавливают обычно на возвышенности. Меньше подходят для этих целей Гомельская, Могилевская и Брестская области.