151875 (733145), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Вітродвигуни не слід розраховувати на перехоплення штормових вітрів. Навіть якщо такий вітер забезпечує отримання набагато більше енергії, чим слабкі вітри, він чинить настільки сильний тиск на лопаті, що весь вітродвигун може бути зруйнований. Крім того, тривалість часу, коли дмуть штормові вітри, настільки мала, що вклад штормових вітрів в сумарне вироблення енергії нікчемний, і це робить подібний ризик безглуздим. Щоб усунути проблему штормових вітрів, лопаті вітродвигунів згинають так, щоб вони були злегка повернені в один бік для зменшення натиску вітру; завдяки цьому удари сильних поривів не ушкоджують пропелер. Ця стара практика відома як «оперення». Щоб запобігти поломці лопатей, застосовують також нові матеріали, здатні протистояти великим навантаженням.
Інші проблеми в конструкції вітродвигунів обумовлені просто природою системи, необхідної для перехватки енергії вітру. Двигуни зазвичай встановлюють на високих вежах, щоб лопаті були відкриті сильнішим вітрам, що дмуть на великій висоті. Ближче до поверхні будинку, дерева, невеликі горби і тому подібне стримують і ослабляють вітер. Тому потрібні високі щогли. Проте важке устаткування – пропелер, коробка передач і генератор – повинно розміщуватися на верхівці щогли, і це вимагає міцної конструкції.
Ще одну проблему використання енергії від вітродвигуна створює природа самого вітру. Швидкість вітру варіює в широких межах – від легкого подиху до потужних поривів; у зв'язку з цим міняється і число обертів генератора в секунду. Для усунення цього змінний струм, що виробляється при обертанні осі, випрямляють, тобто перетворять в постійний, такий, що йде в одному напрямі. При великих розмірах вітродвигуна цей постійний струм поступає в електронний перетворювач, який проводить стабільний змінний струм, придатний для подачі в енергетичну систему. Невеликі вітродвигуни на зразок тих, що використовують на ізольованих фермах або на морських островах, подає випрямлений струм у великі акумуляторні батареї замість перетворювача. Вони абсолютно необхідні для запасання електроенергії на періоди, коли вітер дуже слабкий для вироблення якої-небудь енергії.
Важча проблема регулювання всієї системи електростанцій. Також як на приливних станцій, тут бувають періоди, коли генератори виробляють мало енергії або зовсім її не проводять. У такий час необхідно десь збільшити вироблення струму звичайною електростанцією, щоб покрити потребу в нім.
5. Побутові вітрові електростанції
Сучасні вітроенергетичні установки (вітряки) діляться на два класи: потужні, в сотні тисяч кіловат, називаються мережевими тому, що при безвітряній погоді забезпечення споживача енергією йде з мережі; і автономні, працюючі в парі з акумулятором. Як правило, потужність автономних вітряків не перевищує 5-10 кВт. Вони називаються: вітроелектричні установки малої потужності (ВЕУМП).
На цей унікальний клас вітряків звернув увагу німецький учений і практик Хайнц Шульц. Він і запровадив термін "Kleine Windkraftanlage", тобто "малі вітроенергетичні установки".
"Існує думка, - писав Х. Шульц, - що в областях із середньорічними швидкостями вітру менше 4 м/с використання енергії вітру невигідне. Проте це твердження не поширюється на малі вітросилові установки для зарядки акумуляторів і багатопелюсткові установки, що легко розганяються, для водопідйому. Заселення американських і австралійських внутрішніх територій, де більшість областей мають середньорічні швидкості вітру менше 2 м/с, було б без них неможливо".
Малі вітроенергетичні установки (ВЕУМП) прості і дешеві в монтажі, експлуатації і ремонті, екологічні, не вимагають при роботі практично ніякого обслуговування, періодичного підстроювання і ін. Пара «вітродвигун-генератор» сповна обходиться без редуктора, що ще більш спрощує і здешевлює конструкцію вітряків, підвищує її надійність.
Таким комплексним набором найважливіших властивостей не володіє жоден клас нетрадиційних енергетичних установок. Причому енергопостачання вони можуть забезпечити в регіонах із середньою швидкістю вітру всього 3-5 м/с. Фактично володар побутового вітряка (ВЕУМП) набуває майже цілковитої незалежності як від традиційних виробників енергії, так і від природних явищ.
П'ятилопатеве вітроколесо діаметром 3,3 м вмонтовується на збірній щоглі з труб із сталевими розтяжками. Щогла вимагає фундаменту і спеціальних пристосувань для монтажу і демонтажу. Для захисту від сильних вітрів використовується генератор, встановлений на поворотному підшипнику несиметрично. Коли вітровий тиск посилюється, корпус генератора починає парусити, розвертаючи вітрове колесо в горизонтальній площині. Вітер вщухає - і пружина флюгера повертає колесо в колишнє положення. Вітряк має оригінальну флюгерну систему, яка постійно орієнтує вітроколесо на вітер і одночасно захищає пристрій від занадто великого вітрового тиску. Як любий звичайний вітряк, в горизонтальній площині флюгер під дією вітру здатний повертатися в обидві сторони на декілька обертів. Коли вітер припиняється, спеціальна пружина повертає його у початкове положення, не дозволяючи закручуватися кабелю, за допомогою якого здійснюється передача енергії. Крім того, генератор разом з вітровим колесом здатний повертатися і у вертикальній площині. Якщо вітер стає дуже сильний і загрожує пошкодити установку, колесо з генератором повертається довкола горизонтальної осі, оптимізуючи вітровий натиск, аж до кута 90 градусів, коли лопаті встають паралельно повітряному потоку.
Але як бути, якщо споживачеві потрібно більше електроенергії? Фермерові, підприємцеві - для забезпечення роботи обладнання тваринницького комплексу або майстерні, власникові великого заміського будинку - для опалювання. Принципова відповідь є і на це питання.
Немає ніякої необхідності створювати нові потужні вітряки величезних розмірів. Перехід в енергетичну область середньої потужності досить просто здійснити шляхом створення енергетичних комплексів (ЕК), що складаються з декількох вітроустановок (до 5-10 одиниць). Підсумовування потужностей здійснюється на єдиному акумуляторі. Хоча такий комплекс не розмістити на шести дачних сотках, площу все ж таки він займе невелику. Номінальна потужність ЕК може бути доведена до 10-15 кВт, пікова потужність - до 20-25 кВт, вироблення - до 1800 кВт.год/міс., натомість вартість виготовлення знижується в 3-4 рази.
Подібний комплекс здатний цілком забезпечити енергією не те що велике фермерське господарство або заміський палац, але й невелике селище, куди ЛЕП не доходять. Правда, для повного спокою в нього рекомендується включити як резервні джерела - сонячні батареї, а також дизельну або бензинову міні-електростанцію: від примх погоди слід себе надійно захистити. Завдяки своїм справді унікальним експлуатаційним властивостям і технічним характеристикам малі вітряки (ВЕУМП) здатні не лише на забезпечення «інтелектуального побуту» сільського і дачного будинку. Їм практично немає альтернативи в рішенні задачі забезпечення енергією самих різних автономних станцій: навігаційних, радіорелейних, метеорологічних, обслуговуючих нафтогазопроводи і ін.
Мабуть, самим доказовим аргументом на користь вітряків став досвід Китаю, який проголосив шестирічну програму електрифікації регіонів Маньчжурії, що не мають стаціонарних джерел електроенергії і енергоносіїв, за допомогою малих вітроелектроустановок (приблизно до 2 кВт), підключивши до їх виконання 60 НДІ і 100 заводів. Це завдання було виконане - випущено 10 мільйонів таких ВЕУ.
6. Вітрові електростанції нового типу
Вітрові електростанції нового типу можуть використовувати енергію повітряних потоків, що виникають під час руху транспорту автомагістралями.Один із студентів Арізонського університету в якості курсової роботи вирішив розробити новий тип вітрових електростанцій. Для одержання електроенергії вони повинні використовувати енергію повітряних потоків, що виникають при русі транспорту по автомагістралях.
Згідно проекту електростанції будуть використовувати генератори, розташовані над дорогою. По розрахункам, при середній швидкості руху транспорту 112 км/год швидкість вітру на рівні генераторів буде не менше 16 км/год. За рік один генератор зможе виробить близько 9,6 МВт електроенергії.
7. Недоліки вітроенергетики
-
з точки зору економіки
Вітер дме майже завжди нерівномірно. Виходить, і, генератор працює досить нерівномірно, віддаючи то більшу, то меншу потужність, струм виробляється дуже змінною частотою, а часом і зовсім припиниться. Для вирівнювання струму застосовують акумулятори, але і дорого, і мало ефективно.
Інтенсивність вітрів сильно відрізняється і від геогафічного розташування турбіни. ВЕС доцільно будувати 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.
Як випливає з приведених вище цифр, потужність однієї вітроустановки не перевищує у виняткових випадках 4 Мвт, а в серійних установках — 200-250 кВт. Вітроагрегати — досить громіздкі споруди. Навіть дуже малий вітроагрегат "Сокіл", потужністю 4 кВт. складається з щогли заввишки 10 м. (з триповерховий будинок) і має діаметр трилопатевого ротора 12 м. (колесо). ВЕС великих потужностей і розміри мають відповідні. Так, установка для 100 кВт. має ротор діаметром 37 м. з масою 907 кг, а ротор установки "Гровіан" має розмах лопатей 100 м., відповідно висота башти теж 100 м., тобто вище 30-поверхового будинку! Розвиває вся ця велика установка порівняно невелику потужність — лише 3-4 Мвт, а з урахуванням простоїв, середня потужність виявляється і ще нижчою — приблизно 1 Мвт (таке спільність між номінальною і середньою потужностями ВЕС підтверджує наступний факт: у Нідерландах для частки ВЕС треба 0,11 % всіх встановлених потужностей, але виробляють вони лише 0,02% електроенергії). Таким чином, для заміни лише однієї АЕС потужністю 4 млн. кВт. потрібно було побудувати чотири тисячі таких монстрів з відповідними витратами сталі і інших матеріалів. При таких кількостях, потрібно удосконалювати якість вітроустановок, але виникають проблеми зовсім іншого роду.
Здавалося б, якщо вітер дме безкоштовно, виходить, і електроенергія повинна бути дешевою. Але це далеко не так. Річ в тім, що будівництво великого числа вітроагрегатів вимагає значних капітальних витрат, які входять складовою частиною в ціну виробленої енергії. При порівнянні різних джерел, зручно зіставляти питомі капіталовкладення, тобто витрати для виробництва 1 кВт. виробленої потужності. Для АЕС ці витрати рівні близько 1000 руб/кВт. В той же час, Радянська вітроустановка АВЕ-100/250, здатна виробити потужність 100 кВт, стоїть 600 тис. крб. (у цінах в 1989 р.), тобто для неї капзатрати складають 6000 руб./квт. А якщо врахувати, що вітер не завжди дме з такою швидкістю, і середня потужність виявляється в 3-4 рази менше максимальною, то реальні капзатрати складуть порядку 20 тис.руб./квт, який в 20 раз вище, ніж для АЕС.
-
з точки зору екології
Недолік 1: системи вітроелектростанцій займають дуже великі площі.
Для розміщення сотень, тисяч і тим більше мільйонів вітряків потрібні були б дуже великі території в сотні тисяч гектарів. Річ в тім, що вітроагрегати близько один до одного поміщати не можна, тому що вони перешкоджатимуть роботі один одному. Мінімальний проміжок між вітряками доводиться залишати не менше їх потрійної висоти. Ось, і вважайте самі, яке місце доведеться відвести для ВЕС потужністю 4 млн. кВт.
Недолік 2: згубна дія інфразвукового випромінювання на навколишнє середовище.
При цьому треба мати на увазі, що вже нічого іншого на цьому майдані виробляти не можна. Працюючі вітродвигуни створюють тонкий шум, і, що гірше, — генерують нечутні вухом інфразвукові коливання вагання з частотами нижче 16 Гц. Крім цього, вітряки розполохують птахів і звірів, порушуючи їх природний спосіб життя, а велике їх скупченні для одному майданчику — можуть істотно спотворити природний процес повітряних потоків з непередбаченими наслідками. Не дивно, що в багатьох країнах, в тому числі й в Ірландії, Англії і інших, жителі виражали протести напроти розміщення ВЕС близько населених пунктів і сільськогосподарських угідь, а в умовах густонаселеної Європи це означає — скрізь. Тому було висунуто ідею про розміщення систем вітряків у відкритому морі. Так, в Швеції розроблений проект, відповідно до якого передбачається в Балтійському морі встановити таку систему з 300 вітряків. На їх баштах заввишки 90 м. будуть розташовані двохлопастні пропелери з розмахом лопастей 80 м. Вартість будівництва лише першої сотні таких гігантів складає більше 1 млрд. дол., а вся система, для будівництва якої піде мінімум 20 років, забезпечить лише 2% споживаної Швецією електроенергії в даний час. Але це — поки лише проект. А тим часом в тій же Швеції почато будівництво однієї ВЕС потужністю 200 кВт на відстані 250 м від берега, який буде передавати енергію на землю по підводному кабелі. Аналогічні проекти були і у СРСР: пропонували встановлювати вітряки і для акваторії Фінської затоки, і для Арабатської стрілки в Криму. Крім складності і дорожнечі подібних проектів, їх дія створить серйозні перешкоди судноплавству, рибальству, а також спричинить ті ж шкідливі екологічні впливи, про які говорилося раніше. Тому і ці очікування викликають рух протесту. Наприклад, шведські рибалки зажадали перегляду проекту, тому що, згідно їх думці, підводний кабель, як і сама станція погано впливатимуть для риб, зокрема — для вугрів, які мігрують в тих місцях уздовж берега.
Великі вітродвигуни обертаються з швидкістю близько 30 зворотів в секунду. Це близько до частоти синхронізації телебачення. Тому великі вітродвигуни можуть мішати прийому передач на відстані до 1,6 км. При використанні лопатей із скловолокна, які виявилися дешевшими металевих, відстань перешкод зменшується приблизно удвічі. Та справа йде лише про великі вітродвигуни, і можна чекати, що це не буде проблемою для менших двигунів.
Лопаті вітродвигунів можуть убити птахів, але важко передбачити, в яких масштабах це відбуватиметься.
Размещено на Allbest.ru
10
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
