1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Рензо, 1982u), страница 3

!2 При переводе и редактировании книги ряд терминов, применяем х , йх за рубежом, но непривычных для советского читателя, заменен т и ерминамн н обозначениями, применяемыми в отечественной специальной литературе. Так, вместо термина «роторная система» в СССР применяют название «ветроколесо», вместо «коэффициента мощности» вЂ” «коэффициент использования энергии ветра» и т.д. В оригинале обзора используется несколько терминов, относящихся к ветроустановкам: «большая ветроэнергетическая система», «система преобразования энергии ветра» (1ЧЕС — %1пд Епегду Сопчегз1оп Вуз1егп), «ветроустановка». В русском переводе чаще применяется термин «ветроэлектрическая установка» (ВЭУ) нли название «ветроэлектрическая станция» в тех случаях, когда рассмотрение включает также все электрическое оборудование, необходимое для использования ветроустановки в энергетических системах.

Во всех случаях, когда впервые делается замена тех или иных терминов, даны соответствующие разъяснения. В книге приведен перечень наиболее важных источников, кото- Р ые использованы при ее составлении и на которые сделаны ссылки. Издание этой книги на русском языке дает возможность советскому читателю ознакомиться с теми концепциями, которых придерживаются специалисты США в области использования ВЭУ большой единичной мощности, и с проектами наиболее мощных опытных ВЭУ, разработанными в США в последние годы, Количественные и качественные оценки использования энергии ветра, результаты анализа принципиальных схем и конструктивных решений, данные метеорологических наблюдений и ряда экспериментальных исследований будут полезными для научных работников, специалистов, работающих в области энергетики и использования нетрадиционных энергоресурсов, инженерно-технических работников, занятых проектированием и применением ветроэнергетических установок, плановиков и экономистов, имеющих отношение к проблемам оптимизации топливно-энергетического комплекса.

Перевод гл, 1, 2, з 3.6 — 3.10 н гл. 4 выполнен канд. техн наук М О, Франкфуртом, $ 3.1 — 3.5 и гл, 5 — канд. техн. наук В. В, Зубаревым. Я и. Шефтер ПРЕДИСЛОВИЕ В этой книге в сжатой форме представлен обзор большой части важнейших разработок в области ветротехники, выполненных в США в последние годы. По сравнению с нашей предшествующей книгой по этому вопросу, вышедшей в 1975 г., она содержит в основном новый материал. Кроме того, здесь кратко излагаются новые, важные данные по энергии ветра, которые ранее были разрознены и не систематизированы, описана и поясняется на фактических данных история разработки новых, успешно зарекомендовавших себя схем и конструкций. Эта концентрированная информация призвана создать прочную основу для уменьшения дефицита энергии путем расширения использования энергии ветра, В настоящее время эта энергия уже может быть использована даже в энергосистемах.

Так как информация, приводимая в книге, получена из многочисленных источников, то, возможно, что некоторые ее части могут быть не согласованы между собой. Это относится, в частности, к оценкам стоимости и мнениям о потенциальных возможностях на перспективу. Было решено, однако, привести эти различные точки зрения с тем, чтобы сделать книгу более цепной для читателей. В том случае, когда числовые значения на рисунках взяты из работ, на них всегда даются ссылки.

Усовершенствованная компоновка и метод производства, разработанные фирмой 11оуез Ра1а Согрога1!оп, использованы для того, чтобы довести до читателя эту книгу в минимальное время. Специальные технические приемы были использованы для сокращения разрыва во времени от завершения рукописи до выпуска книги в свет. Расширенное оглавление построено таким образом, чтобы оно служило в качестве указателя и обеспечивало легкий лоступ к содержащейся в книге информации, которая основывается иа разнообразных исследованиях, проведенных различными правительственными организациями по субсидиям и контрактам. Интересные и полезные данные содержит приложение, включающее список изготовителей и исследователей, участвую!цих в настоящее время в разработке и внедрении ветроэнергетических установок.

Совершенно очевидно, что этот список булет постоянно пополняться. ВВЕДЕНИЕ Энергия ветра в течение длительного времени рассматривается в качестве экологически чистого неисчерпаемого источника энергии. Распространившаяся в 1973 г. угроза нехватки невозобновляемых источников энергии и рост зависимости от импортируемого топлива привели к возрождению исследований, направленных на расширение возможности преобразования ветра в пригодный для использования вид энергии. Однако до того как энергия ветра сможет принести значительную пользу, должны быть решены многие проблемы — технические н связанные с охраной окружающей среды. Следует также признать, что наибольшие препятствия для использования ветроэнергетических установок создает их высокая стоимость.

Эти препятствия будут меньшими, если по критерию стоимости вырабатываемой энергии ветроэнергетические установки смогут конкурировать с установками, использующими другие источники энергии. Хотя многое здесь достигнуто, наиболее сложной задачей, имеющей первостепенное значение, остается разработка экономичных ветроэнергетических установок, способных надежно работать в автоматическом режиме в течение многих лет и обеспечивать беспсребойную эксплуатацию при периодическом обслуживании.

В книге представлены некоторые из наиболес важных проектно-конструкторских разработок, выполненных в США после 1975 г., когда фирма Ноуез Ра1а СогрогаВоп опубликовала сво!о первую книгу по энергии ветра. В первой главе дан обзор состояния использования энергии ветра к 1975 г.В последующих главах приводится более современная информация по оценке географического распределения энергии ветра в США, технического развития встроэнергетических установок, широкого использования энергии ветра в электроэнергетических системах и применения установок небольшой мощности на фермах и в сельской местности.

В послелией главе рассматриваются некоторые специальные вопросы: юриличсскис, общественные и связанные с окружающей срелой. В приложении приводятся фамилии и алреса многих авторов, принимавших участие в разработке, исследованиях и внедрении встроэиергетических установок. !э Глава 1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ ' 1.1. ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ Ветер возникает на Земле при неравномерном нагреве ее поверхности Солнцем. В течение дня воздух над большими водными поверхностями остается сравнительно холодным, так как большая часть энергии солнечного излучения расходуется па испарение воды илн же поглощается ею.

Над сушей, которая меньше поглощает солнечные лучи, чем вода, воздух нагревается в течение дня больше, он расширяется, становится легче и поднимается вверх. Его заменяет более плотный холодный воздух, расположенный над водой. Так в прибрежной зоне возникают бризы. В течение ночи нх направление яад прибрежными водами меняется на обратное, так как суша охлаждается быстрее воды и соответственно снижается температура расположенного над ней воздуха. Холодный воздух, движущийся к морю, вытесняет нагретый, который поднимается с поверхности воды. Аналогично наблюдаются бризы со стороны гор в течение дня, когда теплый воздух поднимается вдоль склона, нагретого Солнцем. Ночью сравнительно холодный воздух на склона стекает в долины, По об д бная циркуляция воздушных масс в земной атмосфере наблюдается прн большем нагреве поверхности Земли вблизи экватора, чем в районах полюсов.

Ветер над холодной поверхностью, дующий от полюсов к экватору, замещает горячий воздух, который поднимается в тропиках и перемещается в верхних слоях атмосферы по направлению к полюсам. В а е ращение Земли также влияет на циркуляцию ее воздуха. Силы инерция, которые действуют на холодный воздух, движущийся вблизи поверхности по направлению к экватору, стремятся за крутить его в западном направлении. В то же врсмя тяжелый воз ь й оздух, движущийся в верхних слоях атмосферы по направлению к полю- ' В этой глазе используются материалы доклада, подготовленного фи мой МИге Согрогацоп. су, имеет тенденцию к повороту на восток.

Эта циркуляция воздуха на большом пространстве вокруг зоны пониженного давления происходит в направлении, противоположном направлению движения часовой стрелки в северном полушарии, н по часовой стрелке — в южном. Так как ось вращения Земли наклонена под углом 23,5' к плоскости ее вращения вокруг Солнца, то сезонные изменения тепловой энергии, получаемой от Солнца, зависят от изменений в эти периоды скорости и направления ветра на данном участке земной поверхности. Энергия, которая непрерывно поступает от Солнца и преобразуется в кинетическую энергию ветровых потоков на Земле, соответствует, по оценкам, суммарной мощности свыше 10" ГВт. Исходя из этого комиссия экспертов организации Ка(!опа! Зс!епсе Гонпдайоп ()х)ЬГ) и УправЛение На1!гэпа! Аегопан1!сз апг( аррасе Лйп!и!з!га(!оп ((ЧЛЬЛ) в !972 г.

оценила потенциальные ресурсы («запасыъ) энергии ветра над континентальной частью США, Алеутскимн островами и Восточным побережьем эквивалентнымн примерно 10б ГВт электрической мощности. Это более чем в 30 раз превышает суммарные энергетические потребности США в !980 г. и более чем в 100 раз электрическую энергиго, вырабатываемую в США в настоящее время. 1.2. ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС США В настоящее время в топливно-энергетическом балансе С1ВА 40 '/и составляет доля нефти, нз них 14 о/о импортируемая, 33 о/о натуральный газ, 20'!г уголь, 4 и/о гидроэнергия и 2% атомная энергия.

Остающийся 1 о/о дагот синтетическое топливо, нефтеносные сланцы, геотермальная н солнечная энергия и энергия ветра. уа" газ Рис. 1.1, Оценка потребления энергии в СШЛ за период !840 — л000 гг.г ! — суммарное оогребление энергии в Сшгц г †использован энергии веера, 3 - возможное использование энергии веера; 4 — погребленае энергии в сель. оком козаасгве; 5 в периса энергетике ского кризиса. гаг к ' уа (а а гав а гвва мга мва гааа Граве В течение нескольких ближайших десятилетий в США ожидается снижение добычи нефти и природного газа, в то время как потребность в энергии имеет тенденцию к увеличению. Если считать, что оценки выполнены достаточно точно, то к 2000 г. энергопотребление возрастет до значений, эквивалентных примерно 6 трлн. кВт.ч/год (рис. 1.1). 17 1.3. ФЕДЕРАЛЬНАЯ ПРОГРАММА Энергия ветра обеспечивала значительную часть энергетических потребностей сельского хозяйства США до тех пор, пока Административный совет по сельской электрификации Кцга! Е(ес!и'- ВсаВоп Ас1ш!пЫга(!охь (КЕА) не создал в середине 30-х годов в сельских местностях системы централизованного электроснабжения.

Однако с возникновением энергетического кризиса возродился интерес к использованию энергии ветра в различных областях. В результате этого федералыюе правительство поддержало и ускорило принятие программы создания энергетических систем, в состав которых входили бы ветроэлектрические установки (ВЭУ) (ЮЕСБ — 1У!п4 Еверу Сопнегз!оп Буз!ет), которые смогли бы к 2000 г. удовлетворить существенную часть энергетических потребностей США. Для решения этой задачи в течение ряда последуюшнх лет должна быть разработана серия экспериментальных ВЭУ мошно- стью от 100 кВт до нескольких мегаватт. Можно предположить, что эти разработки должны опираться на научные и инженерные исследования опытных многоагрегатных систем, мощность которых возрастает от 10 до 100 МВт.

Применительно к работе ВЭУ большой мощности в энергосистеме исследования проводятся начиная с 1980 г. При этом основное внимание в федеральной программе обращено на использование ВЭУ для получения электроэнергии. Наряду с этим предусматривается их применение для добычи топлива, получения теплоты, сушки зерна и производства минеральных удобрений. Имеется целый ряд факторов, с учетом которых разрабатываются и используются ВЭУ и которые нашли отражение в федеральной программе. К ним относятся еше точно не известные капитальные вложения и эксплуатационные расходы, зкономическая эффективность применения ветродвигателей различных типов, затраты на сооружение ВЭУ, влияние их на окружающую среду н приемлемость в различных общественных условиях, а также различные юридические и общественные проблемы, которые могут возникать прн использовании ВЭУ.