Лабораторная работа по вэу

Принципы построения ветроэнергетических установок

Характеристика ветроэнергетических установок как комплекса технических устройств для преобразования кинетической энергии ветра в другой вид энергии. Описание схемы ветроэнергетической установки. Основы функционирования и построения ветродвигателей.

Подобные документы

Рассмотрение перспектив использования кинетической энергии ветра как компонента долгосрочной стратегии в области энергетики. Ознакомление с техническим потенциалом ветровой энергии России, приведение примеров реализации возможностей ветряных установок.

статья, добавлен 24.02.2019

Изучение конструкции низкоскоростного управляемого электромеханического преобразователя ветроэнергетических установок – двигателя с катящимся ротором. Разработка математической модели для исследования его внешнего магнитного поля с целью диагностики.

статья, добавлен 19.12.2017

Обзор видов и особенностей использования гидроресурсов. Энергия ветра и перспектива использования автономных ветроэнергетических и ветронасосных установок малой мощности в Республике Беларусь. Энергия солнца для производственного и бытового назначения.

реферат, добавлен 23.04.2013

Теплоснабжение с участием ветроэнергетических установок (ВЭУ). Ресурсы для возобновляемых источников энергии. Преимущества комплекса «ВЭУ + котельная». Экономическая оценка показателей применения водяного аккумулятора тепла составе системы теплоснабжения.

статья, добавлен 27.02.2017

Принципы согласования возобновляемого источника с потребителем. Показатели и методы оценки условий использования солнечной и ветровой энергии в энергообеспечении потребителей. Исследование режимов функционирования гелио- и ветроэнергетических установок.

автореферат, добавлен 02.07.2018

История, достоинства, недостатки и перспективы использования энергии ветра в Республике Беларусь. Устройство ветроэлектрической установки. Диапазон размеров ветроэлектрических установок. Рассмотрение мощностей ветровых электростанций в странах мира.

реферат, добавлен 28.03.2016

Понятие ветроэнергетики как отрасли энергетики, связанной с разработкой методов и средств преобразования ветра в механическую, тепловую и электрическую энергию. Уровень коммерческой зрелости ветроэнергетических установок, характеристика их основных видов.

контрольная работа, добавлен 14.10.2012

Анализ потребления электрической энергии. Система автономного электроснабжения на основе аккумуляторных батарей. Суть ветроэнергетических ресурсов региона. Синтез проектирования солнечных фотоэлектрических установок. Применение инвертора и контроллеров.

курсовая работа, добавлен 29.09.2016

История использования энергии ветра в мире, характеристика основных этапов развития. Процесс изобретения ветряных мельниц, их главные задачи. Основные характеристики ветра — скорость и его направление. Особенности работы ветроэлектрических установок.

реферат, добавлен 20.11.2013

Общий ветроэнергетический потенциал Земли. Получение электрической энергии из энергии ветра. Описание ветроэнергетики, специализирующейся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Ветроэнергетика в Донбассе и ее эксплуатация.

статья, добавлен 23.05.2014

Источник

Практическая работа на тему «Ветроэнергетическая установка»

Классификация ветроэнергетических установок………………..14

Список использованной литературы………………………….……..22

Ветроэнергетика с ее современным техническим оснащением является вполне сложившимся направлением энергетики. Ветроэнергетические установки (ВЭУ) мощностью от нескольких киловатт до мегаватт производятся в Европе, США и других частях мира. Большая часть этих установок используется для производства электроэнергии – как в единой энергосистеме, так и в автономных режимах.

После энергетического кризиса 1973 г. внимание мировой общественности к проблеме использования возобновляемых источников энергии- ветроэнергетики резко возросло. Уже в 1974 г. в ряде стран, в том числе в США, Дании, Нидерландах, были разработаны многолетние государственные программы исследований и разработок преобразователей солнечной, ветровой, геотермальной и других видов возобновляемых источников энергии. На реализацию большей части программ были выделены государственные средства.[ 9]

Итоги развития возобновляемых источников энергии в мире(ветроэнергетики) за последние 30 лет оцениваются как положительные. В 2002 г. мощность работающих в мире ветроэлектростанций составила 32 млн. кВт, а темпы ежегодного прироста вводимых в эксплуатацию ветроэлектростанций (ВЭС) достигли уровня 8-9 млн. кВт. [3]

В 30-60-х годах прошлого века СССР имел значительные успехи в развитии сетевой ветроэнергетики и автономных ветродизельных систем мощностью до 400 кВт. Однако в 60-е годы развитие отечественной ветроэнергетики было переориентировано на разработку и освоение ветроэлектрических установок малой мощности автономного использования, предназначенных для электроснабжения потребителей сельской местности, не подключенных к сетям централизованного электроснабжения.
В последние годы появились признаки возрождения интереса к ветроэлектрическим установкам(ветроэнергетике) в России. Доказательством этого является разработка рядом отечественных фирм ветроустановок различной мощности, представляющих их на испытания и принимающих меры для организации серийного производства.Препятствия для развития Возобновляемых Источников Энергии. В России существует ряд препятствий для развития НВИЭ в частности ветроэнергетики . Это, во-первых, традиционная зависимость от ископаемого топлива и атомной энергетики и лоббирование этих источников энергии. Около 63% энергии в России производится за счет ископаемого топлива, 21% — гидроэнергетики, 16% — атомной энергии. Развитие НВИЭ также затрудняется фиксированными ценами на сырье и зависимостью экономического и политического статуса России от экспорта этого сырья. Около 78% российского экспорта составляют нефть и газ. Во- вторых, не существует специальной законодательной базы, которая регулировала бы развитие возобновляемой энергетики, в частности ветроэнергетики. «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года», принятая 28 августа 2003 года, сосредоточена на ископаемом топливе и ядерной энергии; лишь 3 из ее 118 страниц посвящены возобновляемым источникам энергии. Проект закона «О возобновляемых источниках энергии» уже несколько лет находится на рассмотрении, но на январь 2007 года так и не был одобрен Государственной Думой РФ. В-третьих, отсутствуют экономические меры, такие как система налогообложения, субсидий, квот, которые бы стимулировали развитие НВИЭ и способствовали созданию рынка НВИЭ. В-четвертых, до недавних пор низкие цены на топливо и высокая стоимость объектов возобновляемой энергетики делали их развитие экономически нецелесообразным. Однако рост цен на ископаемое топливо в России и сокращение стоимости использования НВИЭ в результате технологического прогресса в области альтернативной энергетики в течение последнего десятилетия свидетельствуют, что пришло время обратить на возобновляемую энергетику, и в частности ветроэнергетику, то внимание, которого она заслуживает. И, наконец, человеческое восприятие и ограниченный доступ к информации. Представление об атомной энергии как о хорошей возобновляемой альтернативе нефти и газу, а также недостаток знаний о преимуществах использования нетрадиционных источников энергии препятствуют должному их восприятию. Большинству людей неизвестно, что нагревание воды с помощью солнечного коллектора обойдется не дороже, чем при использовании электронагревателя.[1]

Применение ветроустановок малой мощности также актуально. Например, в отдаленных деревнях и фермерских хозяйствах, где прокладка кабеля нецелесообразна и чрезвычайно дорога. Или же использование ветроустановок как источников автономной энергии для освещения переходных опор ЛЭП. Особо важным является эффективное управление ВЭУ. [5]

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор(для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2012 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 282,6гиггаватт. В 2010 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт — часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии). Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2011 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 28 % всего электричества, в Португалии — 19 %, в Ирландии — 14 %, в Испании — 16 % и в Германии — 8 %.В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.[10]

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

История использования энергии ветра .

Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в XIII веке принесены в Европу крестоносцами.

«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле» .

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых .

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы.В Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в XIX веке в Дании. Там в 1890 году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 метра и четырёхлопастные роторы диаметром 23 метра. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 годув Ялте. Она имела башню высотой 30 метров. К 1941 году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт.

В период с 1940-х по 1970 – е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги.

Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра.[2]

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра

Мощность ветрогенератора зависит от площади, ометаемой лопастями генератора, и высоты над поверхностью. Например, турбины мощностью 3 МВт производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.

Воздушные потоки у поверхности земли/моря являются ламинарными — нижележащие слои тормозят расположенные выше. Этот эффект заметен до высоты 1 км, но резко снижается уже на высотах больше 100 метров. Высота расположения генератора выше этого пограничного слоя одновременно позволяет увеличить диаметр лопастей и освобождает площади на земле для другой деятельности. Современные генераторы (2010 год) уже вышли на этот рубеж, и их количество резко растёт в мире. Ветрогенератор начинает производить ток при ветре 3 м/с и отключается при ветре более 25 м/с. Максимальная мощность достигается при ветре 15 м/с. Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра: при увеличении ветра вдвое, от 5 м/с до 10 м/с, мощность увеличивается в восемь раз.

В 2009 году турбины класса 1,5 — 2,5 МВт занимали 82 % в мировой ветроэнегетике.

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенераторас тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малой скоростью ветровых потоков признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, т.е. роторные, или карусельного типа. Сейчас все больше производителей переходят на производство таких установок, так как далеко не все потребители живут на побережьях, а скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. В таком ветрорежиме эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны, и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с.

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. Но стоимость инвестиций по сравнению с сушей выше в 1,5 — 2 раза. В море, на расстоянии 10—12 км от берега (а иногда и дальше), строятся оффшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторовустанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.

Статистика по использованию энергии ветра

На июнь 2012 года суммарные установленные мощности всех ветрогенераторов мира составили 254 ГВт. Среднее увеличение суммы мощностей всех ветрогенераторов в мире, начиная с 2009 года, составляет 38-40 гигаватт за год и обусловлено бурным развитием ветроэнергетики в США, Индии, КНР и ФРГ. Предполагаемая мощность ветряной энергетики к концу 2012 года по данным WorldWindEnergyAssosiation приблизится к значению в 273 ГВт, на деле же она даже превзошла этот показатель и достигла 282,4 Гвт.

В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44 % установленных ветряных электростанций, в Азии — 31 %, в Северной Америке — 22 %.

Суммарные установленные мощности, МВт, по странам мира

Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.

Мощность высотных потоков ветра(на высотах 7-14 км) примерно в 10-15 раз выше, чем у приземных. Эти потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Возможно использование потоков, расположенных даже над густонаселёнными территориями (например — городами), без ущерба для хозяйственной деятельности.

Германия планирует к 2020 году производить 19,6 % электроэнергии из возобновляемых источников энергии, в основном из ветра.

Дания планирует к 2020 г. 50 % потребности страны в электроэнергии обеспечивать за счет ветроэнергетики.

Франция планирует к 2020 году построить ветряных электростанций на 25 000 МВт, из них 6 000 МВт — офшорных.[4]

Экономика ветроэнергетики в России

В большинстве регионов России среднегодовая скорость ветра не превышает 5 м/с, в связи с чем привычные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения практически не применимы — их стартовая скорость начинается с 3-6 м/с, и получить от их работы существенное количество энергии не удастся. Однако на сегодняшний день все больше производителей ветрогенераторов предлагают роторные установки, или ветрогенераторы с вертикальной осью вращения. Принципиальное отличие состоит в том, что вертикальному генератору достаточно 1 м/с чтобы начать вырабатывать электричество. Развитие этого направления снимает ограничения по использованию энергии ветра в целях электроснабжения. Наиболее прогрессивная технология — сочетание в одном устройстве генераторов двух видов — вертикального ветрогенератора и ФЭМ (фото-электрические модули) — солнечные панели. Дополняя друг друга, совместно они гарантируют производство достаточного количества электроэнергии на любых территориях и в любых климатических условиях. Достаточных, например, для уличного освещения или питания объектов инженерно-технической инфраструктуры (базовые станции сотовой связи, пункты наблюдения, погодные и метеостанции и так далее).

Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезах. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать.

Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов начинаются после достижения ими доли в 20-25 % от общей установленной мощности системы. Для России это будет показатель, близкий к 50 тыс. — 55 тыс. МВт.

Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередачи и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляемую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередачи оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше.

Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 метров является сложным и дорогостоящим мероприятием.[8]

Влияние на климат

Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО ₂ , 9 тонн SO ₂ , 4 тонн оксидов азота. По оценкам GlobalWindEnergyCouncil к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО ₂ на 1,5 миллиарда тонн.

Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например, в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным за счет того, что медленно движущиеся воздушные массы успевают сильнее нагреться летом и охлаждаться зимой. Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат, однако позволяют заключить, что оно может быть не столь пренебрежимо малым, как полагали ранее.[6]

1 Ветроэнергетическая установка

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) представляет собой комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений, предназначенный для преобразования энергии ветра в другие виды энергии (электрическую, механическую, тепловую и т. п.).

Ветроагрегат являясь основной частью ВЭУ, состоит из ветродвигателя, системы передачи ветровой мощности на нагрузку (потребителю) и самого потребителя ветровой энергии (какого-либо устройства: электромашинного генератора, водяного насоса, нагревателя и т. п.).

Ветродвигатель является устройством для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию рабочего движения ветродвигателя. Рабочие движения, которые совершает ветродвигатель, могут быть разными. На существующих сегодня ветродвигателях в качестве рабочего движения используется круговое вращательное движение. Вместе с тем известны многочисленные предложения (иногда даже реализованные) по использованию других видов рабочего движения, например колебательного.[1]

Источник