Энергия ветра. ветровая станция. Ветроэлектростанции

 

  Вся электронная библиотека >>>

 Солнечная энергия >>>

    

 

Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии


Раздел: Энергетика

 

Энергия ветра. Ветроэлектростанции

  

В том, что ветер имеет силу, легко убедиться в ветреный день. Трудно идти или ехать на велосипеде против ветра, зато по ветру передвигаться легко. В печати мы иногда встречаем сообщения, в которых рассказывается о случаях, когда сильный ветер вырывает деревья и разрушает дома. Таким образом, ветер обладает значительной силой.

 

ИСТОРИЯ

Ветер, вероятно, является наиболее старым из всех имеющихся источников энергии, используемых человеком. Люди очень давно научились ходить под парусами. С XIII в. сохранилось описание из Фреме Орие^- тен ветряной мельницы. В Греции небольшие ветряные мельницы были обычным явлением, а на Родосе и по сей день они встречаются. Старейшая известная ветряная мельница в Северной Европе относится к 806 г., находится она в Гройланде (Англия). ч

В Швеции ветряные мельницы — также явление очень старое, они использовались главным образом для перемолки зерна и перекачивания воды. Зерно перемалывалось между двумя тяжелыми жерновами, положенными одно на другое. Верхнее колесо, медленно вращавшееся по кругу, приводилось в движение ветром. Это означает, что энергия движения ветра преобразовывалась во вращательное движение жерновов. Тзким образом, здесь преобразуется поступательное движение во вращательное. В конце XIX в. стали появляться пароходы, сила ветра была единственным энергетическим источником для движения судов.

Появление электроэнергии и нефти привело к тому, что применение ветровой энергии стало второстепенным. Электрические моторы, бензиновые и дизельные двигатели оказались более удобными и легкими в использовании.

Но определенный интерес к энергии ветра сохранился во многих странах. В Европе передовой в этом отношении страной стала Дания. Еще в 1890 г. начали проводить первые опыты, а в 1895 г. была пущена в действие первая ветровая электростанция. К 1918 г. действовало уже 120 ветровых станций мощностью 10—20 кВт. К началу второй мировой войны за счет энергии ветра вырабатывалось уже примерно 2,5 МВт

В США в период с 1880 по 1930 г. было создано 6 млн. ветровых станций для использования их на отдельных фермах. Основное применение нашли они для перекачки воды, а также и для получения электроэнергии. Многие из этих станций действуют до сих пор.

Наиболее крупная ветровая электростанция была построена в 1941 г. в США на ферме около Рутлонда. Сооружение получило уменьшительное название Гран- да'с Кноб. Башня имела высоту 33 м. Пропеллер составлял в диаметре 53 м, масса его — не менее 16 т, скорость вращения — 29 оборотов в минуту. Мощность генератора составляла 1500 кВт. Станция успешно действовала в течение трех лет до тех пор, когда совер шенно неожиданно пропеллер сломался, при этом он отлетел в сторону от башни на расстояние 230 м. Произошла эта авария весной 1945 г.

Основной вопрос вполне естествен: куда дует ветер и с какой силой? СМГИ (Шведский метеорологический и гидрологический институт) имеет станции по всей стране, с помощью которых, помимо всего прочего, собираются Данные о перемещении воздушных масс. Берутся данные о движении воздуха, перемещающегося на высоте 10 м над поверхностью Земли.

 

ЭНЕРГИЯ ДВИЖЕНИЯ

Сила ветра возрастает с высотой. Если, например, около поверхности Земли ветер достигает скорости 3 м/с, то уже на высоте 10 м над поверхностью его скорость возрастает до 5—7 м/с.

Ветры — это движение масс воздуха, которое образуется в результате разницы температур в различных местах. Температура воздуха зависит от Солнца. Поэтому, несколько упрощая: энергия солнца переходит в энергию ветра.

Та форма энергии, которая заложена в ветре, называется энергией движения, определяется она скоростью ветра и плотностью воздуха. Чем сильнее дует ветер, тем большее количество энергии заключено в нем.

Наиболее типичная и легко понятная форма энергии движения — это та, которая заключена в движущемся поезде или автомобиле. Энергия движения находится в зависимости от скорости движения поезда (автомобиля) и его массы. При торможении энергия движения преобразуется в тепловую. Если мы таким же образом притормаживаем скорость ветра до меньших показателей, соответственно уменьшается количество энергии движения.

Разницу между высшим и низшим показателями энергии движения воздушных масс можно преобразовать в другую форму энергии движения, например вращение пропеллера.

Необходимо помнить, что скорость ветра в среднем ■Ь1считывается за долгий период времени. Мы же должны рассматривать отношения за короткий отрезок времени.

Размеры ветровой станции соответствуют определенной скорости ветра.

Лучший момент для работы ветровой станции — при скорости ветра между 10 и 14 м/с. При работе станции в этих параметрах можно получить эффект от работы генератора станции до 90%. Это необходимо учитывать при подсчетах, а они свидетельствуют, что в те дни, когда скорость ветра меньше 6 м/с, как следует из нашего примера, эффект отсутствует.

Если ветровая станция построена в расчете на скорость ветра 10—14 м/с, то, когда сила ветра превышает расчетную величину, лишняя его энергия, образно говоря, проходит мимо нас.

Недостатки: нет никакой энергии — ветер дует недостаточно, имеется перебор энергии — ветер дует слишком сильно.  

На каждом месте, где предполагается строить ветровую станцию, необходимо знать, как часто и с какой силой в этом районе дуют ветра. Как правило, к вечеру ветер утихает и в течение ночи ветра почти нет. Исходя из этого, а также из ранее названных причин видим, что из допустимых 8760 ч в году практически легко подсчитать, что необходимой силы ветер мы имеем лишь в течение 2000 ч.

 

ПРОПЕЛЛЕРЫ

Уже в 1927 г. немецкий физик Альберт Бец обосновал теоретически, как можно рассчитать пропеллер (теория быстроходного ветродвигателя создана в начале XX в. русским ученым Н. Е. Жуковским.— Прим. ред.)

Равенство подчеркивает, что эффект пропорционален площади сечения потока от пропеллера и третьей степени скорости ветра. Это означает, что когда мы увеличиваем площадь поверхности пропеллера в 2 раза,

Чтобы достичь наивысшего эффекта от сооружения, человек стремится размещать ветровые станции в пределах одного географического района. Но это связано с рядом проблем. Если две ветровые станции расположены прямо одна за другой в направлении движения ветра, то эффект от прохождения потока воздуха после первой станции на второй будет меньшим. Чем ближе башни расположены одна к другой, тем большее взаимное влияние они имеют. Одно из правил гласит, что расстояние между двумя башнями должно быть равно не менее восьми диаметрам пропеллера.

До сих пор речь шла о больших ветровых станциях, которые питают энергией линии высоковольтных передач. Другое важное применение — небольшие ветровые станции, поставляющие электроэнергию только, например, для отопления и освещения жилых домов. Такая станция имеет мощность до 10 кВт.

Небольшая вилла потребляет в год примерно 3 тыс. кВт • ч электроэнергии, или же, если она отапливается с помощью электричества, 20 тыс. кВт • ч. Ветровая станция мощностью 10 кВт может при времени эксплуатации 2 тыс. ч. в год вырабатывать 20 тыс. кВт • ч.

10 ООО В X 2000 ч = 20 000 000 Вт = 20 000 кВт • ч. По всей вероятности, у такой станции можно увеличить и время эксплуатации, ибо такая небольшая ветровая станция способна вырабатывать электроэнергию при скорости ветра 4—5 м/с, в то время как крупная станция перестает работать при скорости ветра 6 м/с. Если нельзя обойтись без использования других источников энергии, то все равно неплохо иметь свою собственную ветровую электростанцию. Даже если ее эксплуатация будет обходиться дороже.

Управление государственных электростанций провело исследование по возможному использованию ветровой энергии в Швеции. Были сделаны выписки экономических и технических характеристик ветровых станций.

Конкретные данные лучше определять при конструировании самостоятельно.

Башня должна быть умеренно высока с тем, чтобы ветер ровно с достаточной силой воздействовал на нее. Но высокая башня—сооружение дорогостоящее в эксплуатации и в строительстве. Наиболее подходящая высота — до 60 м.

Установлено, что ветровая станция должна сооружаться в расчете на скорость ветра 15 м/с и пригодный максимальный эффект генератора определен в 2000 кВт. Исходя из этого и размер пропеллера определен в диаметре 57 м, лучше — двухлопастной, скорость его вращения— 30 об/мин.

Чтобы передать обороты пропеллера, можно просто соединять его ось с генератором. Генератор должен в этом случае вращаться со скоростью 30 об/мин. Можно устанавливать ось таким образом, чтобы число оборотов генератора менялось, скажем, с 30 до 1000 об/мин, но в любом случае обороты генератора и пропеллера должны совпадать.

В нашем примере предпочтение отдано прямому соединению генератора и пропеллера. Выбран синхронный генератор массой 64 т. Для того чтобы постоянно держать пропеллер по направлению к ветру, требуется регулирующая система.

Общая масса размещенных в башне приспособлений (на ее вершине) не более 220 т. Башню следует монтировать таким образом, чтобы она выдержала эту массу, а также напор ветра на остов башни.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  Солнечная энергия и альтернативные источники энергии

 

Смотрите также:

 

Энергия ветра. Ветроэнергетика.

Ветроэлектростанции. Дующие над территорией нашей страны ветры несут энергию, оцениваемую в 10,8 ТВт, что равно мощности 1800 таких энергетических гигантов, как
Принципы преобразования ветровой энергии.... Ветроэлектрические станции.

 

Ветроэнергетическая установка. Ветроэлектростанции

Запасы ветровой энергии, по сути дела, безграничны. Дующие над территорией нашей страны ветры несут энергию, оцениваемую в 10
Эта энергия возобновляема; в отличие от тепловых станций ветроэнергетика не использует богатства недр, а ведь...

 

...Принципы преобразования ветровой энергии. Ветроэнергетика

Однако главный недостаток этого вида энергии наряду с изменчивостью скорости ветра - это низкая интенсивность, что
Это означает, что для размещения ветровой станции электрической мощностью 1000 МВт нужна площадь, равная ' 330 км2.

 

...Принципы преобразования ветровой энергии. Ветроэнергетика

Глава 6. Ветроэнергетика. Ветроэлектрические станции. Ветроэлектрическая станция - установка, преобразующая кинетическую энергию ветра в электрическую энергию.

 

ЭНЕРГИЯ ВЕТРА

Каковы перспективы развития ветроэнергетики, насколько способна энергия ветра
Экспериментальные ветроэлектростанции небольшой мощности уже действуют в
ветровых с небольшими по мощности гидроаккумулирующими станциями (ГАЭС).

 

Ветроэнергетика. Ресурсы ветровой энергии на территории...

Ресурсы ветровой энергии на территории России. Энергия ветра, так же как и солнечная, относится к возобновляемым энергоресурсам.
Поэтому пользуются наблюдениями сети метеорологических станций, которые дают возможность получить...