Реферат: Проблеми і перспективи розвитку вітрових електростанцій

Фундаментальні знання в області вітроенергетики

На прикладі удосконалювання моделі вітру можна показати що поглиблення знань у цій області дозволило наблизитися до адекватної моделі перетворення енергії На мал. показані: використання спрощеної моделі вітру з осредненними параметрами за годиною і у просторі до 70 років, облік зміни швидкості вітру по висоті в 75 роки, використання турбулентної моделі вітру в 85 роки.

Моделі вітру. а) Осереднення за годиною і простором, б) Зміна швидкості вітру по висоті, в) Турбулентна модель вітру

Мінуси вітроенергетики

Вітер дує майже завжди нерівномірно. Виходить, і, генератор буде працювати нерівномірно, віддаючи ті велику, ті меншу потужність, струм буде вироблятися перемінною частотою, а ті і цілком припиниться, і притім, можливо, саме тоді, коли потреба в ньому буде найбільшою. підсумку будь-який вітроагрегат працює на максимальній потужності липнувши малу частину години, а в інший годину він або працює на зниженій потужності, або просто коштує.

Для вирівнювання віддачі струму застосовують акумулятори, алі це як уже відзначалося, і дорого, і мало ефективно.

Інтенсивності вітрів сильно залежати і від географії. ВЕС вигідно використовувати в таких місцях, де середньорічна швидкість вітру вище 3,5—4 м/с для невеликих станцій і вище 6 м/с для станцій великої потужності. У нашій країні зони з V S: 6 м/с розташовані, в основному на Крайній Півночі, уздовж берегів Льодовитого океану, де споживи в енергії.

Як випливає з приведених вище цифр, потужність однієї вітроустановки не перевищує у виняткових випадках 4 Мвт, а в серійних установках — 200-250 квт. Алі і при настільки малих потужностях, вітроагрегати — досить громіздкі спорудження. Навіть порівняно невеликий вітроагрегат "Сокіл" потужністю 4 квт складається з щогли висотою 10 м (із триповерховий будинок) і має діаметр трилопатевого ротори 12м (який прийняте називати "колесом", хоча це зовсім і не колесо). ВЕС на великі потужності і розміри мають відповідні. Так, установка на 100 квт має ротор діаметром 37 м з масою 907 кг, а ротор установки "Гровіан" має розмах лопат 100 м при висоті вежі теж 100 м, тобто вище 30-поверхового будинку! І при цьому така вежа винна бути досить масивної і міцний, щоб витримати і масу величезного ротора, і вібрації, що виникають при його роботі. Розвиває вся ця махина порівняно невелику потужність — всего 3-4 Мвт, а з урахуванням простоїв через штилі і роботу на зниженій потужності при слабкому вітрі, середня потужність виявляється і того нижче — порядку 1 Мвт (таке співвідношення між номінальною і середньою потужностями ВЕС підтверджує наступний факт: у Нідерландах на частку ВЕС приходитися 0,11 % усіх установлених потужностей, алі виробляють смороду тільки 0,02% електроенергії). Таким чином, для заміни тільки однієї АЕС потужністю 4 млн. квт треба було б спорудити біля чотирьох тисяч (!) таких монстрів з відповідним витратою сталі й інших матеріалів (табл. 8). Якби мі не захотіли зв'язуватися з такими унікальними гігантами і вирішили розвивати вітроенергетику на серійних вітроагрегатах потужністю 4 квт (середня потужність 1 квт), те їхній би треба було для такої заміни близько 4 млн. штук. При таких масштабах кількість, як говоритися, переходити в якість, і виникають проблеми зовсім іншого роду.

Здавалося б, раз вітер дує безкоштовно, виходить, і електроенергія від нього повинна бути дешевої. Але це далеко не так. Справа в тім, що будівництво великого числа вітроагрегатов вимагає значних капітальних витрат, що входять складовою частиною в ціну виробленої енергії. При порівнянні різних джерел, зручно зіставляти питомі капіталовкладення, тобто витрати на одержання 1 квт установленої потужності. Для АЕС ці витрати рівні приблизно 1000 руб/квт. У той же час, наша вітроустановка АВЕ-100/250, здатна при швидкості вітру б м/с розвивати потужність 100 квт, коштує 600 тис руб. (у цінах 1989 р.), тобто для неї капзатрати складають 6000 руб./квт. А якщо врахувати, що вітер не завжди дує з такою швидкістю, і що тому середня потужність виявляється в 3-4 рази менше максимальної, те реальні капзатрати складуть порядку 20 тис.руб./квт, що в 20 разів вище, ніж для АЕС.

ВЕС з погляду екології.

Зовсім ясно, що навіть до однієї працюючого вітряку близько підходити не бажано, і притім з будь-якої сторони, тому що при змінах напрямку вітру напрямок осі ротора теж змінюється. Для розміщення ж сотень, тисяч і тим більше мільйонів вітряків потрібні були б великі площі в сотні тисяч гектарів. Справа в тім, що вітроагрегати близько друг до друга ставити не можна, тому що вони можуть створювати взаємні перешкоди в роботі, "віднімаючи вітер" один від іншого. Мінімальна відстань між вітряками повинне бути не менш їхньої потроєної висоти. От, і вважайте самі, яку площу прийдеться відвести для ВЕС потужністю 4 млн.квт.

При цьому необхідно мати у виді, що вже нічого іншого на цій площі робити буде не можна. Працюючі вітродвигуни створюють значний шум, і що особливо погано — генерують нечутні вухом, але шкідливо діючі на людей ін фразвукові коливання з частотами нижче 16 Гц. Крім цього, вітряки розполохують птахів і звірів, порушуючи їхній природний спосіб життя, а при великому їхньому скупченні на одній площадці — можуть істотно спотворити природний рух повітряних потоків з непередбаченими наслідками. Не дивно, що в багатьох країнах, у тому числі в Ірландії, Англії й інших, жителі неодноразово виражали протести проти розміщення ВЕС поблизу населених пунктів і сільськогосподарських угідь, а в умовах густо населеної Європи це означає — скрізь. Тому була висунута пропозиція про розміщення систем вітряків у відкритому морі. Так, у Швеції розроблений проект, відповідно до якого передбачається в Балтійськом море недалеке від берега установити 300 вітряків. На їхніх вежах висотою 90 м будуть обертатися двухлопастні пропелери з розмахом лопат 80 м. Вартість будівництва тільки першої сотні таких гігантів буде потрібно більш 1 млрд. дол., а вся система, на будівництво якої піде мінімум 20 років, забезпечить виробництво всього 2% електроенергії від рівня споживання у Швеції в даний час. Але це — поки тільки проект. А тим часом у тій же Швеції почате будівництво однієї ВЕС потужністю 200 квт на відстані 250 м від берега, що буде передавати енергію на землю по підвідному кабелі. Аналогічні проекти були й у нас: пропонували установлювати вітряки і на акваторії Фінської затоки, і на Арабатськ стрільці в Криму. Крім складності і дорожнечі подібних проектів, їхня реалізація створила б серйозні перешкоди судноплавству, рибальству, а також зробило б усі ті ж шкідливі екологічні впливи, про які говорилося раніше. Тому і ці плани викликають руху протесту. Наприклад, шведські рибалки зажадали перегляду проекту споруджуваної в море ВЕС, тому що, на їхню думку, підводний кабель, та й сама станція будуть погано впливати на риб, зокрема — на вугрів, що мігрують у тих місцях уздовж берега.

З усього сказаних випливає один очевидний висновок. Вітрогенератори можуть бути корисними в районах Крайньої Півночі /наприклад — на крижинах у зимівників/ чи в деяких інших районах, куди утруднена подача енергії в інших формах, і де потреби в енергії відносно невеликі. Але робити на них ставку при розвитку великої енергетики зовсім нереально ні зараз, ні в найближчому майбутньому.

Література

Алексєєв Б.А. Міжнародна конференція по вітроенергетиці / Електричні станції. 1996. №2.

Безруких П.П. Економічні проблеми нетрадиційної енергетики / Енергія: Екон., техн., екол. 1995. №8.

Богуславский Е.И., Виссарионов В.И., Елистратов В.В., Кузнєцов М.В. Умови ефективності і комплексного використання геотермальної сонячної і вітрової енергії // Міжнародний симпозіум “Паливно-енергетичні ресурси Росії й ін. країн СНД". Санкт-Петербург, 1995.

Дьяков А.Ф., Прокурорів Н.С., Перминов Е.М. Калмицька досвідчена вітрова електростанція / Електричні станції 1995. № 2.

Логинов В.Б. Новак Ю.И. Високоефективні вітроенергетические установки / Проблеми машинобудування й автоматизації. 1995. №1-8.

Селезньов И.С. Стан і перспективи робіт МКБ "Веселка" в області вітроенергетики / Конверсія в машинобудуванні. 1995. №5.

Соболь Я.Г. "Вітроенергетика" в умовах ринку (1992-1995 р.) / Енергія: Екон., техн. екол. 1995. №11.