Оглавление
История развития ветроэнергетики в России и мире 3
Ветроэнергетические ресурсы 7
Производство электрической энергии 8
Постоянно растущие потребности человечества в энергии сегодня удовлетворяются в основном за счёт переработки традиционного топлива. Количество этого топлива ограничено, и, как следствие, мир столкнётся с серьёзными энергетическими проблемами. Запасы традиционных источников энергии однажды будут исчерпаны, и этот факт заставляет вести активные поиски альтернативных (возобновляемых) источников энергии. Один из вариантов – энергия ветра.
На данный момент ветроэнергетика является наиболее развитой сферой практического использования природных возобновляемых энергоресурсов. Суммарная установленная мощность крупных ветроэнергетических установок (ВЭУ) в мире оценивается сегодня в 194400 МВт. Единичная мощность наиболее крупных ветряных установок много превышает 1 МВт. являются США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия и т.д. В частности, Германия планирует к 2030 году производить при помощи ветра до 30 % всей электроэнергии страны. (Рис.1)
Технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 миллиардов кВт ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт ч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России.
Эти данные свидетельствуют о том, что ветроэнергетика является очень актуальной и экономически выгодной сферой развития мировой энергетики. Более того, появляются возможности частично разрешить многие проблемы современности, в том числе экологические, уменьшив объёмы использования топлива с вредными отходами, а также энергетические, устанавливая ветрогенераторы в труднодоступных местах, существенно отдалённых от единой энергосистемы.
История развития ветроэнергетики в России и мире
До изобретения паровой машины основным источником энергии во многих странах была именно энергия ветра. На протяжении столетий торговые и военные парусные суда передвигались за счет энергии воздушных потоков, повсюду крутились лопасти ветряных мельниц. Первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае. В Египте (около Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во II—I вв. до н. э. В VII в. н. э. персы строили ветряные мельницы уже более совершенной конструкции - крыльчатые. Несколько позднее, примерно в VIII—IX вв., ветряные мельницы появились на Руси и в Европе на рисунке 2. Начиная с XIII в. ветродвигатели получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Голландии, Дании и Англии, для подъёма воды, размола зерна и приведения в движение различных станков.
В XVI веке экономический расцвет Голландии, куда Петр Первый ездил учиться, был вызван именно развитием ветроэнергетики. Первоначально голландцы использовали ветряки для осушения польдеров (отвоеванных у моря земель), а затем приспособили для приводов лесопилок и других производств. В те времена в Европе Голландия была самой энерговооруженной страной.
В России ветряные установки использовались в основном для помола зерна. До революции их в стране насчитывалось около 200 000, и перемалывали они более 2 миллиардов пудов зерна в год (рис. 3).
Таблица 1. Расходная часть сводного энергетического баланса предприятия в аналитической форме
Виды энергоносителей |
Годовой фактический и расчетный расход энергоносителей (в т.у.т.) |
||||||||||||||||||||||||||
Общий |
Полезный |
Потери |
|||||||||||||||||||||||||
абсолютное значение |
% |
абсолютное значение |
% |
Всего |
В установках при конечном использовании |
При преобразовании и транспортировке |
|||||||||||||||||||||
абсолютное значение |
% |
абсолютное значение |
% |
абсолютное значение |
% |
||||||||||||||||||||||
ф |
н |
ф |
н |
ф |
н |
ф |
н |
ф |
н |
ф |
н |
ф |
н |
ф |
н |
ф |
н |
ф |
н |
||||||||
1. Электроэнергия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Непосредственно на производственные нужды |
25,1 |
24,36 |
100 |
100 |
18,44 |
18,24 |
73,5 |
74,9 |
6,66 |
6,12 |
26,5 |
25,1 |
5,95 |
5,55 |
23,7 |
22,7 |
0,71 |
0,57 |
2,8 |
2,4 |
|||||||
На выработку других энергоносителей: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
холод |
16,0 |
15,5 |
100 |
100 |
11,9 |
11,8 |
74,4 |
76,1 |
4,1 |
3,7 |
25,6 |
23,9 |
3,68 |
3,34 |
23,0 |
21,5 |
0,42 |
0,36 |
2,6 |
2,4 |
|||||||
сжатый воздух |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
кислород |
9,1 |
8,86 |
100 |
100 |
6,54 |
6,44 |
71,9 |
72,7 |
2,56 |
2,42 |
28,1 |
27,3 |
2,27 |
2,21 |
24,9 |
24,9 |
0,29 |
0,21 |
3,2 |
2,4 |
|||||||
прочие |
- |
- |
100 |
100 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|||||||
2. Тепловая энергия |
4,46 |
4,33 |
100 |
100 |
3,25 |
3,18 |
72,9 |
73,4 |
1,21 |
1,15 |
27,1 |
26,6 |
1,06 |
1,03 |
23,8 |
23,8 |
0,15 |
0,12 |
3,3 |
2,8 |
|||||||
3. Топливо прямого использования |
4,64 |
4,53 |
100 |
100 |
3,29 |
3,26 |
70,9 |
72,0 |
1,35 |
1,27 |
29,1 |
28,0 |
1,21 |
1,18 |
26,1 |
26,0 |
0,14 |
0,09 |
3,0 |
2,0 |
|||||||
4. Топливо на нетопливные нужды |
- |
- |
100 |
100 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|||||||
Всего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ф- фактический; н – нормативный
Первые проекты ветроагрегатов, способных вырабатывать электроэнергию, появились еще в 20-е годы прошлого века. Первый экземпляр ветродвигателя с роторами на четырех крыльях, диаметром 20 м, был установлен в 1926 г. в Берлине на башне высотой 15 м. Его крылья были сделаны из легкого металла – лоталя.
В России также заинтересовались возможностью выработки электроэнергии с помощью ветроустановок: в 1918 году ветряками занялся профессор В. Залевский, создавший теорию ветряной мельницы и сформулировавший несколько принципов, которым должна отвечать ветроустановка. В 1925 году профессор Н.Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя и организовал отдел ветряных двигателей в Центральном аэрогидродинамическом институте.
Отрасль начала стремительно развиваться, и в 1930-х годах Советский Союз был лидером в использовании энергии ветра (рис. 4). Тогда было освоено производство разнообразных ветроустановок мощностью 3—4 киловатта, которые выпускались целыми сериями. В 1931 году в СССР заработала крупнейшая на тот момент в мире сетевая ветроэнергетическая установка мощностью 100 кВт, вслед за ней на юге страны были установлены десятки подобных ветрогенераторов. В 1938-м в Крыму развернулось строительство ветроэлектростанции мощностью 5 МВт. С 1950 по 1955 год страна производила до 9 тысяч ветроустановок в год единичной мощностью до 30 кВт. В то же время в Казахстане была сооружена первая многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизелем, общей мощностью 400 кВт - прообраз современных европейских ветропарков и систем «ветро-дизель». А мощность и сопротивление рассчитываются по формулам (1) и (2).
(1)
(2)