Общие сведения о ветроэнергетике
Лекции.ИНФО


Общие сведения о ветроэнергетике



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, так как она является следствием деятельности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. В середине 2014 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 336 гигаватт[1]. В 2010 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии).[2][3] Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2014 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 39 % всего электричества; на 2013 год — в Португалии — 23 %; на 2011 год — в Ирландии — 14 %,[4], в Испании — 16 % и в Германии — 8 %.[5] В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.[3]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.[6][7][8] Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии. Основная часть стоимости ветроэнергии определяется первоначальными расходами на строительство сооружений ВЭУ (стоимость 1 кВт установленной мощности ВЭУ ~$1000) Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота[38].

По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн

В большинстве регионов России среднегодовая скорость ветра не превышает 5 м/с[источник не указан 873 дня], 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 т. н. 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 солнечных батарей. 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[источник не указан 814 дней], пункты наблюдения, погодные и метеостанции и так далее).

Энергия воздушного потока и мощность ветроэнергетической установки

Ветродвигатели

Принцип действия ветродвигателя основывается на передаче крутящего момента от основного вала, приводимого в движение ветром, напирающим на лопасти, через редуктор валу преобразователя энергии (генератору, пневмо- или гидронасосу). Ветродвигатели различаются по типу конструкции основного рабочего органа. Это могут быть крыльчатые (пропеллерные), барабанные или роторные (карусельные) устройства снимающие энергию ветра. Ветрогенераторы также классифицируются по типу расположения оси вращения рабочего органа по отношению к направлению ветра. Они делятся на:

  • параллельные направлению воздушного потока (горизонтальная ось вращения);
  • перпендикулярные направлению воздушного потока (горизонтальная ось вращения);
  • перпендикулярные направлению ветра, но с вертикальной осью вращения.

Наиболее популярна крыльчатая конструкция ветродвигателя с горизонтальным положением оси. Ее используют 90% потребителей. Состоит крыльчатый ветродвигатель из башни, головки, ветроколеса и механизма ориентации (хвоста). Ветроколесо может иметь две и более лопасти, повернутые под определенным углом к плоскости вращения. В зависимости от числа лопастей ветродвигатели могут быть быстроходными (до 4 лопастей), среднескоростными (4-8 лопастей) и тихоходными (от 8 лопастей). Головка ветродвигателя служит для установки на нее верхнего передаточного механизма и вала ветроколеса. Ее форму определяет сложность передаточного механизма, число передаточных ступеней и крутящий момент, который необходимо получить на выходе. Головка свободно вращается вокруг вертикальной оси и служит поворотным механизмом для ориентации по направлению ветра. Хвост ветродвигателя выполняет функцию флюгера. Благодаря его парусности ориентация головки всегда находится против ветра. Башня позволяет установить ветродвигатель на определенную высоту, где отсутствуют препятствия для свободного улавливания воздушного потока. Ветроагрегат, также оснащен системой торможения, которая полностью останавливает ветроколесо при скорости ветра 35-45 м/с. Наиболее простую конструкцию имеют крыльчатые малолопастные ветродвигатели. Они обладают высоким коэффициентом полезного действия, однако для их запуска скорость ветра должна быть более 6-8 м/с. Также они издают шум во время работы на полную мощность, из-за высокой скорости вращения ветроколеса. Многолопастные ветродвигатели запускаются уже при скорости ветра 2-4 м/с, однако обладают рядом недостатков, таких, как пониженный КПД, материалоемкость, высокие гироскопические нагрузки, вызванные инерцией вращения, а также повышенные нагрузки на некоторые детали установки. Роторные ветродвигатели имеют упрощенную конструкцию благодаря вертикальному расположению вала вращения и отсутствии механизма ориентации. Они действую по принципу паруса и в отличие от крыльчатых ветродвигателей, их лопасти двигаются не, как пропеллер самолета, а по кругу, как карусели. Роторные ветродвигатели не создают шума, запускаются при малой скорости ветра, однако имеют низкий КПД, всего 18%. Этот тип ветродвигателей довольно материалоемок, и в них используются малораспространенные многополюсные электрогенераторы. Сегодня рынок располагает широким ассортиментом ветроэнергетических установок с номинальной мощностью 20-300кВт. Необходимо отметить, что отечественные агрегаты намного дешевле зарубежных аналогов, но практически не уступают в качестве и долговечности. Кроме того, к ним легче найти запчасти и они дешевле в обслуживании. Усадьбы и фермерские хозяйства в основном используют ветроэлектрические установки (ВЭУ) мощностью 0,7-1 кВт, в качестве автономных или запасных источников электроснабжения. Для запуска таких агрегатов достаточно скорости ветра 2,5-3 м/с. На номинальную мощность они выходят при скорости 6-8 м/с. Скорость вращения вала ветротурбины при этом составляет 250-300 об/мин. Высота башни обычно составляет 6-17 метров, и зависит от высоты наземных препятствий.

26 Геотерма́льная электроста́нция (ГеоЭС или ГеоТЭС) — вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников (например, гейзеров).Геотермальная энергия — это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин. Геотермический градиент в скважине возрастает на 1 °C каждые 36 метров. Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. Такое тепло может использоваться как непосредственно для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. Термальные регионы имеются во многих частях мира.По различным подсчетам, температура в центре Земли составляет, минимум, 6 650 °C. Скорость остывания Земли примерно равна 300—350 °C в миллиард лет. Земля выделяет 42·1012 Вт тепла, из которых 2 % поглощается в коре и 98 % — в мантии и ядре. Современные технологии не позволяют достичь тепла, которое выделяется слишком глубоко, но и 840 000 000 000 Вт (2 %) доступной геотермальной энергии могут обеспечить нужды человечества на долгое время. Области вокруг краев континентальных плит являются наилучшим местом для строительства геотермальных станций, потому что кора в таких зонах намного тоньше.

Существует несколько способов получения энергии на ГеоТЭС:

  • Прямая схема: пар направляется по трубам в турбины, соединённые с электрогенераторами;
  • Непрямая схема: аналогична прямой схеме, но перед попаданием в трубы пар очищают от газов, вызывающих разрушение труб;
  • Смешанная схема: аналогична прямой схеме, но после конденсации из воды удаляют не растворившиеся в ней газы.
  • Бинарная схема: в качестве рабочего тела используется не термальная вода или пар, а другая жидкость, имеющая низкую температуру кипения. Термальная вода пропускается через теплообменник, где образуется пар другой жидкости, используемый для вращения турбины.

· В СССР первая геотермальная электростанция была построена в 1966 году на Камчатке, в долине реки Паужетка. Её мощность — 12 МВт.

· На Мутновском месторождении термальных вод 29 декабря 1999 года запущена в эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт (на 2004 год).

· 10 апреля 2003 года запущена в эксплуатацию первая очередь Мутновской ГеоЭС, установленная мощность на 2007 год — 50 МВт, планируемая мощность станции составляет 80 МВт, выработка в 2007 году — 360,687 млн кВт·ч. Станция полностью автоматизирована.

· 2002 год — введен в эксплуатацию первый пусковой комплекс «Менделеевская ГеоТЭС» мощностью 3,6 МВт в составе энергомодуля «Туман-2А» и станционной инфраструктуры.

· 2007 год — ввод в эксплуатацию Океанской ГеоТЭС, расположенной у подножия вулкана Баранского на острове Итуруп в Сахалинской области, мощностью 2,5 МВт . Название этой электростанции связано с непосредственной близостью к Тихому океану.

Объекты малых ГЭС

Современная гидроэнергетика по сравнению с другими традиционными видами электроэнергетики является наиболее экономичным и экологически безопасным способом получения электроэнергии. Малая гидроэнергетика идет в этом направлении еще дальше. Небольшие электростанции позволяют сохранять природный ландшафт, окружающую среду не только на этапе эксплуатации, но и в процессе строительства. При последующей эксплуатации отсутствует отрицательное влияние на качество воды: она полностью сохраняет первоначальные природные свойства. В реках сохраняется рыба, вода может использоваться для водоснабжения населения.В отличие от других экологически безопасных возобновляемых источников электроэнергии - таких, как солнце, ветер, - малая гидроэнергетика практически не зависит от погодных условий и способна обеспечить устойчивую подачу дешевой электроэнергии потребителю. Еще одно преимущество малой энергетики - экономичность. В условиях, когда природные источники энергии - нефть, уголь, газ - истощаются, постоянно дорожают, использование дешевой, доступной, возобновляемой энергии рек, особенно малых, позволяет вырабатывать дешевую электроэнергию. К тому же сооружение объектов малой гидроэнергетики низкозатратно и быстро окупается.Так, при строительстве малой ГЭС установленной мощностью около 500 кВт стоимость строительно-монтажных работ составляет порядка 14,5-15,0 млн рублей. При совмещенном графике разработки проектной документации, изготовления оборудования, строительства и монтажа малая ГЭС вводится в эксплуатацию за 15-18 месяцев.Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на подобной ГЭС, составляет не более 0,45-0,5 рублей за 1 кВтч, что в 1,5 раза ниже, чем стоимость электроэнергии, фактически реализуемой энергосистемой. Кстати, в ближайшие один-два года энергосистемы планируют ее увеличить в 2-2,2 раза.Таким образом, затраты на строительство окупятся за 3,5-5 лет. Реализация такого проекта с точки зрения экологии не нанесет ущерба окружающей среде.

Необходимо отметить, кроме этого, что реконструкция выведенной ранее из эксплуатации малой ГЭС обойдется в 1,5- 2 раза дешевле.

Гидроагрегаты для малых ГЭС предназначены для эксплуатации в широком диапазоне напоров и расходов с высокими энергетическими характеристиками. Наиболее ответственные узлы под контролем наших специалистов серийно изготавливаются на конверсионных оборонных заводах Санкт-Петербурга с использованием новейших технологий, что позволяет обеспечить их высокое качество. В комплект поставки входят: турбина, генератор и система автоматического управления.
МикроГЭС “ИНСЭТ” - надежные, экологически чистые, компактные, быстроокупаемые источники электроэнергии для деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств, а также мельниц, хлебопекарен, небольших производств в отдаленных, горных и труднодоступных районах, где нет поблизости линий электропередач, а строить такие линии сейчас и дольше, и дороже, чем приобрести и установить МикроГЭС.

Энергия биомассы

Для производства электрической и тепловой энергии в лесоперерабатывающей промышленности широко используется биомасса — энергоносители растительного происхождения, образуемые в процессе фотосинтеза. Содержание серы в биомассе составляет менее 0,1 %, зольность — 3-5 % (в угле.,эти показатели равны 2-3 и 10-15 % соответственно). Если производство биомассы соизмеримо с ее сжиганием, содержание углекислого газа в атмосфере остается неизменным. Наиболее оптимальный способ использования биомассы — ее газификация с последующим срабатыванием в газовых турбинах. Предварительные расчеты, проведенные в Принстонском университете, показывают, что турбогенераторы, работающие на продуктах газификации биомассы, могут успешно конкурировать с традиционными тепловыми, ядерными и гидравлическими энергоустановками. Наиболее перспективными областями применения таких турбогенераторов уже в ближайшем будущем могут стать отрасли экономики, в которых скапливаются большие объемы биомассы (в частности, сахарные и винокуренные заводы, перерабатывающие сахарный тростник). Так, в Бразилии при использовании биомассы с винокуренных предприятий образуется столь значительный избыток электроэнергии, что ее реализация делает спирт дешевле нефти. Только из сахарного тростника может быть произведено 50 % энергии, которая вырабатывается сейчас всеми источниками в 80-ти развивающихся странах, где выращивают эту культуру.Синтетическое топливо, по мнению американских ученых, может стать важным источником энергии в XXI веке. Специалисты обращают внимание на метанол, отличающийся простотой транспортировки и меньшим, чем бензин, уровнем местного загрязнения окружающей среды (если ментол производится на основе природного газа). Однако в продуктах сгорания метанола, синтезированного из угля, содержится в два раза больше углекислого газа, чем его выделяется при сжигании бензина. Выход может быть найден на пути синтеза метанола при газификации древесной биомассы. Альтернативой метанолу считается этанол, производимый при ферментации получаемого из биомассы сахара (исходные продукты: сахарный тростник, как в Бразилии, и кукуруза, как в США). Пока технология производства этанола достаточно дорогостояща, но использование энзимов может снизить стоимость ферментации и сделать его конкурентоспособным с бензином.Потенциальное использование биомассы в США может позволить заменить всю нефть, расходуемую сейчас в качестве горючего для легковых автомобилей, а также уголь, сжигаемый для производства электричества. При этом число выбросов углекислого газа сократилось бы наполовину.Ежегодный объем органических отходов (биомассы) в СНГ составляет 500 млн. т. Их переработка потенциально позволяет получить до 150 млн.т условного топлива в год: за счет производства биогаза (120 млрд. м3) — 100-110 млн. т, этанола — 30-40 млн. т. Окупаемость современных технологий производства биогаза из отходов по оценкам специалистов составляет от 3 до 5 лет. За счет использования биогаза к 2000 г. можно получить годовую экономию органического топлива 6 млн. т, а к 2010 г. в 3 раза больше. Для этого необходимо создать высокоэффективные штампы анаэробных микроорганизмов, специальные виды энергетической биомассы, технологии, эффективное оборудование.









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-10; Просмотров: 125;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная