- •С.А. Карауш
- •В.В. Литвак
- •Традиционные источники энергии
- •Экологические проблемы энергетики
- •Термоэлектрические преобразователи
- •Фотоэлектрические преобразователи
- •Нагревание воды солнечным излучением
- •Другие применения солнечной энергии
- •Подогреватели воздуха
- •Зерносушилки
- •Охлаждение воздуха
- •Использование энергии Солнца в автомобилях
- •Концентрирующие гелиоприемники
- •Солнечные коллекторы
- •Паротурбинные сэс
- •Ветроэнергетика
- •7.1. Энергия ветра и возможности ее использования
- •Перспективы использования энергии ветра
- •Запасы энергии ветра и возможности ее использования
- •Основы теории расчета ветроэнергетических установок
- •Работа поверхности при действии на нее силы ветра
- •7.3.2. Работа ветрового колеса крыльчатого ветродвигателя
- •Теория идеального ветряка
- •Понятие идеального ветряка
- •Классическая теория идеального ветряка
- •7.5. Теория реального ветряка
- •Работа элементарных лопастей ветроколеса.
- •Второе уравнение связи
- •Момент и мощность всего ветряка
- •Потери ветряных двигателей
- •Характерные особенности ветрогенераторов
- •Классификация ветроэнергетических установок для производства электроэнергии
- •Производство механической работы
- •Минусы ветроэнергетики
- •Вэс с точки зрения экологии
- •Сухие скальные породы
- •Естественные водоносные пласты
- •Запасы и распространение термальных вод
- •Методы и способы использования геотермального тепла
- •Использование геотермального тепла в системах теплоснабжения
- •Теплоснабжение высокотемпературной сильно минерализованной термальной водой
- •Теплоснабжение низкотемпературной
- •8.З.1.З. Двухконтурные системы геотермального теплоснабжения
- •Использование геотермального тепла для выработки электроэнергии
- •8.З.2.1. ГеоТэс на парогидротермах
- •Двухконтурные ГеоТэс на низкокипящих рабочих телах
- •8.3.2.5. Геотермально-топливные электростанции
- •Комбинированное производство электрической и тепловой энергии
- •Верхне-Мутновская ГеоТэс
- •Океанская ГеоТэс
- •Паужетская ГеоТэс
- •Тепловая энергия океана
- •1026 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величи-
- •Энергия приливов и отливов
- •Энергия морских течений
- •Использование тепловой энергии океана
- •Преобразователи энергии волн
- •Преобразователи, отслеживающие профиль волны
- •Преобразователи, использующие энергию колеблющегося водяного столба
- •Подводные устройства
- •Использование энергии приливов и морских течений
- •Мощность приливных течений и приливного подъема воды
- •Использование энергии океанских течений
- •Общая характеристика технических решений
- •Использование теплоты отработавших газов
- •Теплосодержание отработавших газов
- •Теплообменники для отработавших газов
- •Котлы-утилизаторы (ку)
- •Использование теплоты испарительного охлаждения
- •Использование теплоты низкого потенциала
- •Системы аккумулирования энергии
- •Использование теплоты продукции и отходов
- •- Подача сырья; 5 - горячий клинкер; 6 - охлажденный клинкер;
- •Общие сведения
- •Классификация биотоплива
- •Производство биомассы для энергетических целей
- •Сжигание биотоплива для получения тепла
- •Пиролиз (сухая перегонка)
- •Другие термохимические процессы
- •Спиртовая ферментация (брожение)
- •Агрохимические способы получения топлива
- •Проблема взаимодействия энергетики и экологии
- •Влияние ветроэнергетики на природную среду
Производство механической работы
Исторически
использование ветра начиналось с
применения ее в механических целях:
для передвижения парусных судов,
вращения жерновов мельниц, перекачки
воды. И в настоящее время эти применения
энергии ветра остаются актуальными, и
следует ожидать, что в будущем их
значение возрастет.
Морской
транспорт.
Старые морские суда с прямым парусным
вооружением использовали в качестве
двигателя силу сопротивления парусов
и были малоэффективны. Современные
гоночные яхты, использующие подъемную
силу, гораздо более эффективны и могут
передвигаться быстрее ветра. Сейчас
проектируются большие суда для перевозки
грузов с автоматизированным управлением
парусами, почти не требующим ручного
труда. Такие паруса заменяют главный
двигатель судна мощностью в несколько
мегаватт. Для передвижения в гавани
или вблизи берегов используются ходовые
винты, привод которых можно осуществлять
от расположенной на судне ветроэлектрической
установки. Особенно перспективно
устанавливать ВЭУ на паромах, курсирующих
на непротяженных линиях.
Мельницы.
Традиционные ветряные мельницы вытеснены
в настоящее время электрическими
или им подобными, использующими в
качестве привода какой-либо двигатель.
Маловероятно, что в будущем вновь
появится интерес к принципу действия
традиционных мельниц.
Водяные
насосы.
Отсутствие проблем при создании
необходимых запасов воды позволяет
весьма эффективно использовать для ее
перекачки водяные насосы, питаемые
от такого не очень надежного источника
энергии, каким является ветер. Водяные
насосы можно устанавливать в емкости
для хранения воды или погружать в
скважину или водоем. В сельском
хозяйстве многих стран используются
насосы мощностью до 10 кВт. Вода
используется в основном для полива и
для водоснабжения скотных дворов.
Для повышения надежности работы насосов
используются многолопастные ветроколеса
с большим геометрическим заполнением,
развивающие большой крутящий момент
при слабом ветре.
Производство
тепла.
Эффективность превращения в тепло
механической энергии ветра в процессе
ее диссипации составляет 100
%. Используемые для этой цели различные
турбулизирующие ветроуста- новки
производят тепло непосредственно на
самой установке, однако такие установки
очень шумят и ими трудно управлять.
Значительно выгоднее использовать
для этих целей тепловые насосы, однако
при широком распространении
аэрогенераторов наиболее предпочтительным
является преобразование в тепло
вырабатываемой ими электроэнергии.
Минусы ветроэнергетики
Реально
работающие ветроагрегаты обнаружили
ряд отрицательных явлений. Например,
распространение ветрогенераторов
может затруднить прием телепередач
и создавать мощные звуковые колебания.
Появление экспериментального
ветродвигателя на Оркнейских островах
(Англия) в 1986 году вызвало многочисленные
жалобы от телезрителей ближайших
населенных пунктов. В итоге около
ветростанции был построен телевизионный
ретранслятор. Лопасти крыльчатой
ветряной турбины были выполнены из
стеклопластика, который не отражает и
не поглощает радиоволны. Помехи создавал
стальной каркас лопастей и имеющиеся
на них металлические полоски,
предназначенные для отвода ударов
молний. Они отражали и рассеивали
ультракоротковолновый сигнал. Отраженный
сигнал смешивался с прямым, идущим от
передатчика, и создавал на экранах
помехи. Построенная в 1980 году в городке
Бун (США) ветроэлектростанция, дающая
2 тысячи киловатт, действовала
безотказно, но вызывала нарекания
жителей городка. Во время работы
ветряка в окнах дребезжали стекла и
звенела посуда на полках. Было установлено,
что шестидесятиметровый винт при
определенной скорости вращения издавал
инфразвук. Он не ощущается человеческим
ухом, но вызывает низкочастотные
колебания предметов и небезопасен для
человека.
Ветер
дует почти всегда неравномерно. Значит
и генератор будет работать неравномерно,
отдавая то большую, то меньшую мощность,
ток будет вырабатываться переменной
частотой, а то и полностью прекратится,
и притом, возможно, как раз тогда, когда
потребность в нем будет наибольшей. В
итоге любой ветроагрегат работает на
максимальной мощности лишь малую
часть времени, а в остальное время он
либо работает на пониженной мощности,
либо просто стоит.
Для
выравнивания отдачи тока применяют
аккумуляторы, но это, как уже отмечалось,
и дорого, и малоэффективно.
Интенсивности
ветров сильно зависят и от географии.
ВЭС выгодно использовать в таких
местах, где среднегодовая скорость
ветра выше 3,5...4 м/с для небольших станций
и выше 6
м/с для станций большой мощности. В
нашей стране зоны с такой скоростью
ветра (6
м/с и выше) расположены в основном на
Крайнем Севере, вдоль берегов
Ледовитого океана, где потребности в
энергии минимальны (табл. 7.6).
Как
следует из приведенных выше цифр,
мощность одной ветро- установки не
превышает в исключительных случаях 4
МВт, а в серийных установках - 200.250
кВт. Но и при столь малых мощностях,
вет- роагрегаты - довольно громоздкие
сооружения. Даже сравнительно небольшой
ветроагрегат «Сокол» мощностью 4 кВт
состоит из мачты высотой 10
м (с трехэтажный дом) и имеет диаметр
трехлопастного ротора 12
м (который принято называть «колесом»,
хотя это вовсе и не колесо). ВЭС на
большие мощности имеют соответствующие
размеры.
Таблица 7.6
Возможности использования энергии ветра в СНГ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Так,
установка на 100 кВт имеет ротор диаметром
37 м с массой 907 кг, а ротор установки
«Гровиан» обладает размахом лопастей
100 м при высоте башни тоже 100 м, т. е. выше
30-этажного дома! И при этом такая башня
должна быть достаточно массивной и
прочной, чтобы выдержать и массу
громадного ротора, и вибрации, возникающие
при его работе. Развивает вся эта махина
сравнительно небольшую мощность - всего
3.4 МВт, а с учетом простоев из-за штилей
и работы на пониженной мощности при
слабом ветре, средняя мощность оказывается
и того ниже - порядка 1 МВт (такое
соотношение между номинальной и средней
мощностями ВЭС подтверждает следующий
факт: в Нидерландах на долю ВЭС
приходится 0,11 % всех установленных
мощностей, но вырабатывают они только
0,02 %
электроэнергии). Таким образом, для
замены только одной АЭС мощностью 4 млн
кВт потребовалось бы соорудить около
четырех тысяч (!) таких монстров с
соответствующим расходом стали и других
материалов (табл. 7.7).
Таблица 7.7
Параметры ВЭС для замены одной АЭС мощностью 4 млн кВт
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если
бы мы не захотели связываться с такими
уникальными гигантами и решили
развивать ветроэнергетику на серийных
ветроагрега- тах мощностью 4 кВт (средняя
мощность 1 кВт), то их бы потребовалось
для такой замены около 4 млн штук. При
таких масштабах количество, как
говорится, переходит в качество и
возникают проблемы совсем иного
рода.
Казалось
бы, раз ветер дует бесплатно, значит и
электроэнергия от него должна быть
дешевой. Но это далеко не так. Дело в
том, что строительство большого
числа ветроагрегатов требует значительных
капитальных затрат, которые входят
составной частью в цену производимой
энергии. При сравнении различных
источников, удобно сопоставлять удельные
капиталовложения, т. е. затраты на
получения 1 кВт установленной
мощности. Для АЭС эти затраты равны
примерно 1000 руб/кВт (в ценах 1989 г.). В то
же время наша ветроустановка АВЭ-100/250,
способная при скорости ветра 6
м/с развивать мощность 100 кВт, стоит 600
тыс. руб., т. е. для нее капзатраты
составляют 6000 руб/кВт. А если учесть,
что ветер не всегда дует с такой
скоростью, и поэтому средняя мощность
оказывается в 3.4 раза меньше максимальной,
то реальные капитальные затраты составят
порядка 20 тыс. руб/кВт, что в 20 раз выше,
чем для АЭС.