Реферат: Проблеми і перспективи розвитку вітрових електростанцій
Вітроенергетичні установки (ВЕУ) досягли сьогодні рівня комерційної зрілості й у місцях зі сприятливими швидкостями вітру можуть конкурувати з традиційними джерелами електропостачання. З усіляких пристроїв, що перетворять енергію вітру в механічну роботу, у переважній більшості випадків використовуються лопатеві машини з горизонтальним валом, установлюваним по напрямку вітру. Набагато рідше застосовуються пристрої з вертикальним валом.
Вітрове колесо, розміщене у вільному потоці повітря, може в кращому випадку теоретично перетворити в потужність на його валу 16/27=0,59 (критерій Бетца) потужності потоку повітря, що проходити через площу перетину, яке захоплюється вітровим колесом. Цей коефіцієнт можна назвати теоретичним КПД ідеального вітрового колеса. У дійсності КПД нижче і досягає для кращих вітрових коліс приблизно 0,45. Це означає, наприклад, що вітрове колесо з довжиною лопасті 10 м при швидкості вітру 10 м/с може мати потужність на валу в кращому випадку 85 квт.
Найбільше поширення з установок, що приєднуються до мережі, сьогодні одержали вітроенергетичні установки (ВЕУ) з одиничною потужністю від 100 до 500 квт. Питома вартість ВЕУ потужністю 500 квт складає сьогодні близько 1200 діл/квт і має тенденцію до зниження.
Поряд з цим створюються ВЕУ і з істотно більшою одиничною потужністю. У 1978 р. у США була створена перша експериментальна ВЕУ мегаваттного класу з розрахунковою потужністю 2 Мвт. Слідом за цим у 1979-1982 р. у США минулому споруджені і випробувані 5 ВЕУ з одиничною потужністю 2,5 Мвт. Найбільша на тієї годину ВЕУ (Гровіан) потужністю 3 Мвт була споруджена в Німеччині в 1984 р., але, на жаль, вона проробила лише декілька сотень годин. Побудовані трохи пізніше у Швеції ВЕУ WTS-3 і WTS-4 потужністю відповідно 5 і 4 Мвт були встановлені у Швеції і США і проробили перша 20, а друга 10 тис.ч.
У Канаді ведуться роботи зі створення великих вітрових установок з вертикальним валом (ротор Дарье). Одна така установка потужністю 4 Мвт проходить випробування з 1987 р. Всього за 1993-2001 р. у світі було споруджено близько 25 ВЕУ мегаватного класу.
Розрахункова швидкість вітру для великих ВЕУ звичайно приймається на рівні 11-15 м/с. Взагалі, як правило, чим більша потужність агрегату, тім на велику швидкість вітру він розраховується. Однак у зв'язку з мінливістю швидкості вітру велику частину часу ВЕУ виробляє меншу потужність. Вважається, що якщо середньорічна швидкість вітру в даному місці не менш 5-7 м/с, а еквівалентне число годин у році, при якому виробляється номінальна потужність не менше 2000, то таке місце сприятливе для установки великої ВЕУ і навіть вітрової ферми.
Автономні установки кіловатного класу, призначені для енергопостачання порівняно дрібних споживачів, можуть застосовуватися й у районах з меншими середньорічними швидкостями вітру.
Сьогодні в деяких промислово розвитих країнах установлена потужність ВЕУ досягає помітних значень. Так, у США встановлено більш 1,5 млн. квт ВЕУ, у Данії ВЕУ роблять близько 3% споживаної країною енергії; найбілльша встановлена потужність ВЕУ у Швеції, Нідерландах, Великобританії і Німеччині.
У міру удосконалювання устаткування ВЕУ і збільшення обсягу їхнього випуску вартість ВЕУ, а значить і вартість виробленої ними енергії знижуються. Якщо в 1981 р. вартість електроенергії виробленої ВЕУ, складала приблизно 30 американських центів за квт./год, то сьогодні вона складає 6-8 центів. З обліком того, що тільки в 2001 р. у США велися роботи з чотирьох великих вітрових ферм із загальною потужністю близько 200 Мвт, стає ясно, що плановане Департаментом Енергетики США зниження вартості вітрової електроенергії до 2,5 центів/ (квт. ч) цілком реально.
У країнах, що розвиваються, інтерес до ВЕУ зв'язаний в основному з автономними установками малої потужності, що можуть використовуватися в селах, вилучених від систем централізованого електропостачання. Такі установки вже сьогодні конкурентноздатні з дизелями, що працюють на привозному паливі. Однак у деяких випадках мінливість швидкості вітру змушує або встановлювати паралельно з ВЕУ акумуляторну батарею, або резервувати її установкою на органічному паливі. Природно, це підвищує вартість установки і її експлуатації, тому поширення таких установок поки що невелике.
Вітроенергетика у світі
Вітроенергетичні установки (ВЕУ) досягли сьогодні рівня комерційної зрілості й у місцях із середньорічними швидкостями вітру більш 5 м/сек успішно конкурують із традиційними джерелами електропостачання.
Перетворення енергії вітру в механічну , електричну чи теплову здійснюється у вітроустановках з горизонтальним чи вертикальним розташуванням вала вітротурбіни. Найбільше поширення одержали вітроенергетичні установки з горизонтальною віссю ротора, що працюють за принципом вітряного млина. Турбіни з горизонтальною віссю і високим коефіцієнтом бистроходности мають найбільше значення коефіцієнта використання енергії вітру ( 0,46-0,48). Вітротурбіни з вертикальним розташуванням осі менш ефективні (0,45) , але володіють тією перевагою, що не вимагають настроювання на напрямок вітру. Найбільше поширення з мережних установок сьогодні одержали ВЕУ з одиничною потужністю від 100 до 500 квт. Питома вартість ВЕУ потужністю 500 квт складає сьогодні близько 1200 $/квт і має тенденцію до зниження.
ВЕУ мегаваттного класу побудовані в ряді країн і на сьогоднішній день перебувають у стадії експериментальних чи досліджень досвідченої експлуатації.
В багатьох розвинутих країнах існують Державні програми розвитку поновлюваних джерел енергії, у тому числі і вітроенергетики. Завдяки цим програмам зважуються науково-технічні, енергетичні, екологічні, соціальні й освітні задачі. Генераторами проектів поновлюваних джерел енергії в Європі є дослідницькі центри (Riso, SERI (у даний час NREL), Sandia,ECN, TNO, NLR, FFA, D(FV)LR, CIEMAT і ін.), університети і зацікавлені компанії.
У 1994 році , у Мадриді, на конференції “Генеральний план розвитку поновлюваних джерел енергії в Європі” країнами Європейського Союзу була прийнята декларація. У “Мадридській декларації” були сформульовані мети по досягненню 15% рівня використання поновлюваних джерел енергії в загальному споживанні енергії в країнах Європейського Союзу до 2010 р.[ 184 ]. У 1994 р. у країнах Європейського Союзу встановлена потужність сонячних батарей, мини гідроелектростанцій і вітроенергетичских установок склала 5.3 Ут, до 2010 долі передбачається змонтувати устаткування з установленою потужністю 55 Ут.
Поставлені цілі досягаються рішенням задач в області політики, пільгового податкового законодавства, державної фінансової підтримки через науково-технічні програми , пільгового кредитування, створення інформаційної мережі, системи утворення, стажувань, просування високих технологій , створенням робочих місць на виробництвах і підготовки суспільної думки.
Сприятливі умови для розвитку енергетики дозволяти до 2020 р. збільшити споживання електричної енергії на 30% у тому числі за рахунок поновлюваних джерел енергії на 15%.
У таблиці 3. приведено співвідношення для вироблення електроенергії різними поновлюваними джерелами енергії в країнах Європи по оптимістичних і песимістичних прогнозах до 2020 долі. Прогноз складений на підставі аналізу темпів приросту встановленої потужності різних видів поновлюваних джерел енергії в країнах Європейського Союзу. Частка вітрової енергії буде складати по песимістичній оцінці 15%, по оптимістичній оцінці 16%.
Щорічно в Європі встановлена потужність вітроагрегатів складає 200 MW При сприятливих умовах приріст установленої потужності може скласти 800 MW. Найбільш ефективними по нарощуванню встановленої потужності вітростанцій є програми країн Європи , Китаєві, Індії , США, Канади.
Щорічний оборот за рахунок продажів віброперетворювачів у країнах Європи складає 400 MECU. Більш 10 найбільших банків Європи інвестують вітроенергетичну індустрію. Більш 20 великих Європейських приватних інвесторів фінансують вітроенергетику. Вартість вітрової енергії залежить в основному від наступних 6 параметрів:
інвестицій у виробництво вітроагрегата ( виражається як відношення $/кв. м - ціна одного кв. метра захоплюваної площі ротора вітротурбіни);
коефіцієта корисної дії системи;
середньої швидкості вітру ;
приступності;
технічного ресурсу.
За останні три десятиліття технологія використання енергетичних ресурсів вітри була зосереджена на створенні мережних вітроагрегатів WECS. У цьому напрямку досягнуті значні успіхи. Багато тисяч сучасних установок WECS виявилися цілком конкурентноздатними стосовно звичайних джерел енергії. Існуючі електричні мережі здійснюють транспортування електроенергії вироблювані вітропарками в різні регіони.
В останні роки інтенсивно стали розвиватися технології використання енергії вітру в ізольованих мережах. В ізольованих мережах електропередач неминучі витрати на одиницю зробленої енергії в багато разів вище , ніж у централізованих мережах електропередач. Установки, що роблять електроенергію, звичайно засновані на невеликих двигунах внутрішнього згоряння , що використовують дорозі паливо , коли витрати на транспортування тільки палива часто піднімають вартість одиниці зробленої енергії в десятки разів від вартості енергії в кращих централізованих мережах електропередач. У невеликих мережах електропередач установки, що подають електроенергію, є набагато більш гнучкими: сучасний комплект генераторів на дизельному паливі можна запустити , синхронізувати і підключити до ізольованої мережі менш чим за двох секунд. Перетворення енергії вітру є альтернативним поновлюваним джерелом енергії , щоб замінити дорозі паливо. Нові дослідження технічної здійснюваності проектів використання вітроустановок разом з дизельгенераторами в ізольованих мережах показують ,що світовий потенціал для незалежних систем WECS навіть вище, чому систем WECS, підключених у звичайні мережі електропередач. У таблиці 6 приведені параметри діючих вітро-дизельних систем. Зазначені системи були побудовані в 1985-1990 р.м. Їхня експлуатація виявила необхідність удосконалювання систем, створення автоматизованого керування.