9.2. Ветроэнергетика.
Ветроэнергетика – раздел энергетики связанный с преобразованием энергии ветра в электрическую энергию.
Ветер представляет собой перемещение воздушных масс, вызванное большими перепадами температур и давления, которые являются следствием различной интенсивности солнечного излучения, падающего на большие площади на разных географических широтах. Ветер обладает скоростью и направлением.
Энергия ветра – это преобразованная энергия солнечного излучения.
Человек начал использовать энергию ветра с незапамятных времен – достаточно вспомнить парусный флот, который был уже у древних финикиян, и ветряные мельницы. Энергия ветра отличается своей доступностью и дешевизной.
Годовой потенциал энергии ветра огромен, и он в 100 раз превышает запасы гидроэнергии всех рек земного шара.
В мире неуклонно растет использование энергии ветра. Прогнозируется, что в ближайшие десять лет доля энергии, производимой ветроэлектростанциями планеты, может достигнуть 5 % от ее общего объема.
Подсчитано, что в течение первого десятилетия 21 века энергия ветра может обеспечить 10% потребности Европы в электроэнергии. Используя большие неосвоенные запасы энергии ветра на морском побережье, европейские страны могут увеличить мощность ветроэнергетических установок до 40 тыс. МВт в 2010г. и до 100 тыс. МВт в 2020 году. Учитывая, что суммарная мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) в Европе в 2000г. составляла примерно 8 тыс. МВт, то это свидетельствует о значительных темпах развития этого сектора экономики.1
9.2.1 Принцип действия и классификация ветроэнергетических установок.
Принцип действия ВЭУ прост: движущийся горизонтально поток ветра, обладающий поступательной кинетической энергией, воздействует на рабочий орган ВЭУ – ветроколесо, заставляя его вращаться и сообщая ему кинетическую энергию вращения ротора.
Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) предназначена для превращения кинетической энергии ветра в энергию вращения ротора ветроколеса и соответственно ротора электрогенератора, для выработки электроэнергии.
Современные ветроэнергетические установки используют ветер приземного слоя на высоте 50-70 м, реже до 100 м от поверхности Земли, причем для мест строительства крупных ветроэнергетических станций, предназначенных для работы в мощных энергосистемах, среднегодовая скорость ветра на флюгере (10 м) должна составлять не менее 6 м/с. Следует учитывать, что наилучшим местом для размещения ветроустановки является гладкая, куполообразная, ничем не затененная возвышенность. Ветроустановки классифицируются по следующим признакам: по мощности и по положению оси вращения ветроколеса относительно направления ветра.
В настоящее время существуют два основных типа промышленных ветроустановок:
горизонтально-осевые - с горизонтально осевой турбиной (ветроколесом), у которой ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку
вертикально осевые - с вертикально осевой турбиной (ротором), у которой ось вращения перпендикулярна воздушному потоку
По мощности ветроустановки делятся на:
малой мощности - до 100 кВт установленной мощности,
средней установленной мощности от 100 до 500 кВт,
большой мощности (мегаваттного класса) - 0,5 - 4 МВт и более.
Часто, для увеличения мощности ВЭУ, вместо увеличения диаметра ветроколеса устанавливают некоторое количество ветроустановок с заданным диаметром ветроколеса. Группу совместно работающих и территориально совмещенных ВЭУ принято называть ветроэлектрической станцией (ВЭС).
Различают: горизонтально-осевые и вертикально-осевые ветродвигатели (рисунок 9. 7)
Рисунок 9.7. Основные схемы ветроустановок.