Ветроэнергетика. Перспективы использования в Республике Беларусь

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

БЕЛОРУССКИЙ  НАЦИОНАЛЬНЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИ  УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра: “ЮНЕСКО”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

на тему: “Ветроэнергетика.  Перспективы использования в

Республике Беларусь”

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                            2 курс

 

                                                                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск, 2002

 

                                                            “Нетрадиционная энергетика” нетрадиционна

 потому, что  не везде ещё у нас есть традиция –

                 беречь родную природу.

 

Разуваев В.А.

 

   

     Историю человеческого общества (в том числе  и нашей Беларуси) можно рассматривать по-разному. Например, как историю жизни и поступков королей,  императоров, президентов. А можно - как историю развития энергетики.

 

  Солнце по-разному обогревает разные участки земной поверхности – горы и долины, океаны и сушу. Воздушный океан, на дне которого мы живем, всегда неспокоен. Постоянно и повсюду дуют ветры – от легкого ветерка, приносящего желанную прохладу в летний зной, до могучих и грозных ураганов.

  Огромная энергия движущихся воздушных масс, и мысль об ее использовании давно уже привлекала людей. Да и использовать эту энергию научились за тысячу лет до нашей эры. Энергия ветра помогала преодолевать просторы океанов, ветряные мельницы служили единственным источником энергии для тех человеческих поселений, где не было рек или моря.

     В Европе количество водяных мельниц в конце VXIII века доходило до полумиллиона. В Беларуси в середине XIX века, например, в Гродненской губернии насчитывалось 258 ветряных мельниц.

Ограниченность  мировых запасов топлива и  энергии, неравномерность их распределения по планете, ухудшение экологической ситуации все острее ставят вопрос о всемирном использовании нетрадиционных экологически чистых энерготехнологий и использовании возобновляемых энергоресурсов.

     И теперь интерес к использованию энергии ветра, источника нескончаемого, не прошел, и, более того, техника ХХ века открыла для этого совершенно новые возможности.

  Активное использование экологически чистых источников энергии сейчас своего рода признак хорошего тона, всячески приветствуется как мировой общественностью, так и правительствами развитых стран.

Из таких  энергоресурсов наиболее распространенным и доступным является ветер. Эксплуатация ветроустановок не требует топлива и воды, они могут быть полностью автоматизированы, отчуждаемая территория минимальна и по расчетам составляет 3 – 5 м²/кВт установленной мощности. Эти установки практически полной заводской готовности, и для их монтажа требуется минимум времени (фундамент и подключение к сети). Вот почему ветроэнергетика  бурно развивается.

Для эффективной работы ветроустановок необходимы определенные требования по их размещению. Так, для относительно постоянной работы ветроэнергетических установок требуется их размещение в местностях, где ветровой потенциал составляет 2500 часов в год. 

Ветровые  условия района применительно к ветроиспользованию характеризуются ветроэнергетическим потенциалом, который включает в себя различные показателя ветра, определяемые по результатам многолетних наблюдений: среднегодовые и среднемесячные скорости ветра; повторяемость скорости и направление ветра в течение года, месяца, суток; данные о порывистости, затишьях и максимальных значениях скорости ветра; изменения его с высотой и т. п.

Достоверность оценки ветрового потенциала местности  – наиболее важный фактор, определяющий эффективность ветроэнергетических станций. 

Следует отметить, что была разработана классификация  силы ветра по шкале Бофора и изучено  влияние ее на характеристики ветроэнергетических  установок различных классов  и условия их работы.

Сила  ветра по шкале Бофора и ее влияние на

  ветроустановки и условия их  работы.

 

 

Баллы Боффора	Скорость  ветра, м/с	Хар-ка  ветра	Наблюд. эффекты действия	Воздействие ветра на ВЭУ	Условия для  работы ВЭУ
1	0,4 – 1,8	Тихий	Дым из труб слегка отклоняется; на воде появляется рябь	Нет	Отсутствует
2	1,8 – 3,6	Легкий	Ветер ощущается  лицом, шелестят листья, на воде отчетливые волнения	Нет	Отсутствует
3	3,6 – 5,8	Слабый	Колеблются  листья на деревьях, развиваются легкие флаги; на отдельных волнах появляются барашки	Начинают  вращаться лопасти тихоходных ВЭУ	Плохие для  всех установок
4	5,8 – 8,5	Умеренный	Колеблются  тонкие ветки деревьев, поднимается  пыль, на воде много барашков	Начинают  вращаться полеса всех ВЭУ	Хорошие
5	8,5 - 11	Свежий	Начинают  раскачиваться лиственные деревья, все волны в барашках	Мощность  ВЭУ достигает 30% проектной	Очень хорошие

 

 

Ветроустановки  классифицируются по следующим признакам:

- положению ветроколеса относительно направления ветра;

- геометрии ветроколеса;

- по мощности ветроустановки.

В настоящее  время технические средства включают два основных типа промышленных ветроустановок: горизонтальные – с горизонтально  осевой турбиной (ветроколесом), когда ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку; вертикальные – с вертикально осевой турбиной (ротором), когда ось вращения перпендикулярна воздушному потоку.

Ветроколесо с горизонтальной осью делятся на однолопастные, двухлопастные, трехлопастные, многолопастные; с вертикальной осью различают следующие конструкции роторов: чашечный анемометр, ротор Савониуса, ротор Дарье, также имеются конструкции с концентратами (усилителями) ветрового потока, такие, как ротор Масгрува, ротор Эванса, усилители потока специальной конструкции.

Следует отметить, что ветроколесо с вертикальной осью вращения, в отличие от таковых с горизонтальной, находятся в рабочем положении при любом направлении ветра, однако их принципиальными недостатками являются большая подверженность усталостным разрушениям из-за возникающих в них автоколебательных процессов и пульсация крутящего момента, приводящая к нежелательным пульсациям выходных параметров генератора. Из-за этого подавляющее большинство ветроагрегатов выполнено по горизонтально-осевой схеме, хотя продолжаются всесторонние проработки различных типов вертикально-осевых установок.

По мощности ветроустановки делятся на: малой  мощности – до 100 кВт, средней –  от 100 до 500 кВт, и большой (мегаваттного класса) – 0,5-4 МВт и более.

Часто идет речь о малой ветроэнергетике, назначение которой – обеспечение водоподъема для сельскохозяйственных целей, получение тепла и электропитания отдельных потребителей в неэлектрофицированных районах и т.п. Во многих странах налажено серийное производство ветроустановок малой мощности. Например, в России НПО "Ветроэн" серийно выпускает установки мощностью 4 кВт с диаметром колеса 6 м.

Следует отметить, что малая ветроэнергетика не требует больших территорий, ее можно  развивать везде, где имеются  для этого соответствующие условия.

Выбор характеристик  ветроколеса для ветроустановки в конкретных ветровых условиях определяется целями, которые перед ней ставятся. Обычно это требование максимизации производства энергии за год, чтобы, например, уменьшить потребление топлива тепловыми станциями единой энергосистемы, либо обеспечение производства определенного минимума энергии даже при слабом ветре, чтобы, например, сохранить работоспособность насосов системы водоснабжения.

Одной из важнейших  характеристик ветроколеса является его быстроходность, которая зависит  от трех основных переменных: радиуса обметаемой ветроколесом окружности, скорости ветра, угловой скорости вращения колеса.

 

 В настоящее время в мире установлены и находятся в эксплуатации ветроэнергетические установки (ВЭУ) суммарной мощностью более 25 000 МВт.

К началу 2001 г. мировой рынок ВЭУ оценивался следующими цифрами (табл. 1).

 

 

 

Табл. 1

Мировой рынок	Установленная мощность в 2000 г., МВт	Ожидаемая мощность в 2005 г., МВт % роста
Европейский	13 630	28 230 / 207
Североамериканский	2 847	5 890 / 207
Азиатский	1 728	3 840 / 222
Остальной	244	2 165 /887

 

 

Рынок ВЭУ в настоящее  время является одним из наиболее быстроразвивающихся, его рост превышает 20% в год.

Ведущими  производителями ВЭУ в мире в  настоящее время являются фирмы  Германии, Дании, Испании. На рынке ВЭУ существует острая конкуренция между ведущими фирмами. В последние годы некоторые крупные производители ВЭУ разорились и появились новые. На конце 2000 г. рынок распределялся примерно следующим образом (табл. 2).

 

Табл. 2

Фирма	Доля, % общего рынка		Примечание
	1994 г.	2000 г.
Vestas (Дания)	20,4	17,9	-
Kenetech (США)	14,2	-	Разорилась
Enercon(Германия)	14,0	13,7	-
NEPC	8,5	-	-
Tacke (Германия)	10,4	-	Куплена фирмой Enren(США)
Bonus (Дания)	7,5	11,5	-
NEG Micon (Дания)	17,0	13,4	-
Wind World (Дани)	3,3	-	Куплена фирмой NEG Micon
Ned Wind(Голландия)	3,2	-	-
Nordex (Германия)	3,0	8,3	-
Wind Master(Бельгия)	0,1	-	-
Остальные	2,3	14,1	-
Enron (США)	-	6,0	-
Gamesa (Испания)	-	13,9	-
MADE	-	1,9	-

 

   

Специалисты подсчитали, что в течение первого десятилетия XXI в. энергия ветра может обеспечить 10% потребности Западной Европы в электроэнергии. Используя большие неосвоенные запасы энергии ветра на морском побережье, европейские страны могут увеличить мощность ветроэнергетических установок до 40 тыс. МВт в 2010 г. и до 100 тыс. МВт в 2020 г. Если учесть, что суммарная мощность ВЭУ в Европе в 2000 г. составляла  примерно 8 тыс. МВт, то приведенные цифры свидетельствуют о беспрецедентных темпах развития этого сектора энергетики.

Повышение единичных мощностей и совершенствование технологии улучшают экологические показатели производства энергии на ВЭУ. Стоимость 1 кВТ·ч электроэнергии, вырабатываемой на ВЭУ в 1980 г. составляла 0,45 – 0,60 немецких марок, а в 1995 г. снизилось до 0,11 – 0,25 немецких марки. По оценкам специалистов, в перспективе себестоимость электроэнергии на ВЭУ будет существенно снижаться.

Ведущее место  в мире по производству электроэнергии на ветроэлектростанциях (ВЭС) занимает Германия. Причиной успешного развития ветроэнергетики послужили принятые руководством страны в 1991 г. Акт об энергосбережении и Акт о подводе в электросеть энергии от возобновляемых источников. Такие же законодательные акты были приняты в Дании и Испании, что позволило этим странам не только создать промышленное производство ветроустановок. Но и занять лидирующее положение в мире на ВЭС, так и по продажам оборудования на мировом рынке ветроустановок.

По данным на последний год  XX в., установленная мощность ветроэлектростанций в Европе составила:

- в Германии  – 4 443 МВт

- в Дании  – 1 761 МВт

- в Испании – 1 225 МВт

- в Великобритании  - 353 МВт.

Новым толчком к развитию ветроэнергетики, как уже отмечалось, явилось подписание Киотского протокола, по которому все западноевропейские страны должны снизить выбросы СО₂ в атмосферу. С 1 апреля 2000 г в Германии вступил в действие утвержденный бундестагом новый закон, направленный на развитие возобновляемых источников энергии. В частности, новый закон определяет дифференцированные тарифы на электроэнергию, производимую ветроэнергетическими установками. За такую   электроэнергию   в  течение  5 лет, начиная   с даты   приемки ВЭУ в эксплуатацию должна  выплачиваться компенсация. Если ВЭУ будет установлена в море, то период компенсации увеличивается до 9 лет.

Опираясь на благоприятные экономические условия и на успехи машиностроителей, ветроэнергетика в ФРГ в последние годы развивается бурными темпами. Крупные ВЭУ мощностью 1 МВт и выше выпускают фирмы Vestas, GET и Tacke. Первая из них уже освоила выпуск ВЭУ на 1,5 МВт. а в стадии монтажа в 2000 г. находились 2 генератора: четырехполюсный  асинхронный и асинхронный с возможностью регулирования скольжения на 10%. Фирма GET выпускает ВЭУ мощностью по 1,2 МВт с двухлопастной турбиной диаметром 61 м.