1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Глава 4 ОКЕАНСКАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА $4.1. Исторический аспект Использование ветра — один из самых древних видов технологии производства энергии на возобновляемых ресурсах. Первые упоминания о ветровых агрегатах дошли до нас из глубины веков: подобные сооружения использовались в Китае и Японии уже около 2000 лет до н э.
В древней Вавилонни во времена царя Хаммурапи ветровые энергетические установки применяли для осушения болот. Персидские ветряные мельницы УП в. до н.э. имели турбины с вертикальной осью, были оснащены подобиями концентраторов ветра и управляющих щитков. Из истории П в. до н. э. дошли сведения об изобретателях ветровых машин. Герон Александрийский описал, например, машины арабского изобретателя Айтачри (1з(асйг1), Примерно в 1 в. до н. э. появились ветроагрегаты в Египте и лишь через 12 столетий в европейских странах (первое упоминание о ветряных мельницах содержится во французских летописях, датированных 1105 г.).
Вплоть до Х1Х в. наряду с водяными турбинами ветровые были единственным источником вращательной механической энергии [79]. Ветряные агрегаты разрабатывали лучшие умы эпохи. Первое в Европе издание, специально посвященное строительству ветряных мельниц, появилось в ХП! в. Это был «Псалтырь ветряных мельниц» (1У)паш(11 Рза!(ег), которыя содержал рисунок, изображавший турбину с горизонтальной осью. Известны «Диалоги» Леонардо да Винчи о конструкциях ветроагрегатов.
Устройства, использующие энергию пара, быстро вытесняли ветроагрегаты, и лишь успехи аэродинамики, изобретения крылового профиля дали им новую жизнь. Правда, попытка приспособить традиционные ветряные мельницы к новой технологии делались до конца Х1Х в., когда в Дании на одной из ветряных мельниц был установлен электрогенератор. Новый период расцвета ветроэнергетики относится к середине ХХ в., когда была доказана возможность строительства не только малых (до 100 кВт) ветровых станций, но и крупных агрегатов мошностью, исчисляющейся в мегаваттах. Первая такая турбина (1,250 МВт) заработала » » и й а » 5 м й Ф 3 з с'4 йп о о «с о о ы х Ф В / / /' / / / / « $ Ь и и Ф й йо Д» Ю О с «" « й ф о « «~.
О х ф г з начале 1940 г. в штате Вермонт (США) и действовала с перерывами до 1945 г. В нашей стране в конце 30-х гг. на основе успешного опыта работы ветроэлектростапции мощностью 100 кВт в Крыму, в Балаклаве, был создан проект станции мощностью 5 МВт, но осуществить его помешала война. Теоретическими аспектами ветроэнергетики в эти годы занималпсь ученики Н, Е. Жуковского — Г. Х. Сабинип и В. П. Ветчин:кин. На базе отдела ветродвигателей ЦАГИ был создан Центральный ветроэнергетпческий институт, разработана и выпущена первая серия ветродвигателей для сельского хозяйства и для Арктики.
В 1956 г. было выпущено более 9 тысяч ветродвигателей. .Максимальная мощность серийных машин достигала 30 кВт. В настоящее время число агрегатов, действующих в мире, превышает, вероятно, 10 млн. Это, в основном, небольшие станции, обеспечивающие нужды сельскохозяйственных предприятий. Но уже все большую популярность приобретают и ветряные гиганты с установочной мощностью в несколько мегаватт. Ряд таких станций построен либо находится в стадии строительства. В начале 30-х гг. по предложению С. М. Кирова для энергосистемы Кольского полуострова, где начинала тогда развиваться отечественная никелевая промышленность, был разработан проект многоагрегатной ветроэнергетической станции (ВЭС), включав.шей 500 агрегатов с суммарной установленной мощностью 1 МВт в единой сети с Туломской и Нивской гидроэлектростанциями.
В тот же период проектно-конструкторским бюро Наркомата тяжелой! промышленности разрабатывалась 2-агрегатная ВЭС мощ.ностью 10 МВт с двумя ветроколесами диаметром 80 м [27). Вскоре после Великой Отечественной войны академиком А. В. Винтером была обоснована возможность развития у нас в стране системы автономных ВЭУ общей мощностью 20 млн.
кВт — эта мощность превышает суммарную мощность Енисейского каскада ГЭС. В обеспечение соответствующей программы исследований была образована Центральная научно-исследовательская лаборатория по ветроэнергетике, разрабатывавшая способы управления ВЭУ, проекты ВЭС и целых систем. Под эгидой лаборатории га Казахстане была построена и эксплуатировалась опытная 12- агрегатная ВЭС суммарной мощностью 400 кВт. В 1975 г. в стране создано научно-производственное объединение по проектированию и произволе!ву ВЭУ («Встроэн»), астраханский завод которого «Ветроэнергомаш» выпускает серийные ВЭУ мощностью 4 кВт.
Предполагается выпуск гаммы установок мощностью ! .16, 30 и 100 кВт. С 1981 г. к работам в области ветроэнергетики в нашей стране т!риступили во всесоюзном ордена Ленина проектно-изыскательском и научна-исследовательском институте Гидропроект им. С. Я Жука. Цель исследований поставлена достаточножестко: выяснить возможность развития крупномасштабной ветроэнергетики у нас в стране и создать преобразователи, наилучшим образом отвечающие условиям именно нашей страны. Прежде всего О х а х х ..а а ах а х ах а х =а а.
х х а « с х:« Й х х а~х а ! ~ а а .« ах х х « =« О ч ч о о Ф ч Ф !!! ~~!) 11~ ! ~! !)) были уточнены оценки ресурсов ветрового источника (они приведены в гл. 1). Затем, под руководством Н. А. Малышева и В. М. Лятхера были выполнены проработки нескольких вариантов преобразователей. В частности, был проведен анализ аэродинамических характеристик и технико-зкономических показателей четырех типов установок: крыльчатой ВЭУ с одним ветроколесом, ВЭУ с вертикальной осью и с 2-ярусным ротором (рис. 4.!), 2-лопастной ВЭУ с наклонными лопастями, движущимися на тележках по замкнутому пути (рис.
4.2) и ВЭУ в виде серии тележек с парусом, движущихся по замкнутому пути. Расчеты показали, что наиболее перспективны турбины с вертикальными и наклонными лопастями. Для установки, приведенной на рис. 4.1, при скорости движения в = 24 м)с = 2,6 о, условном коэффициенте аэродинамического сопротивления Со ——— =0,015 и частоте вращения 0,15 с-' среднегодовая выработка электроэнергии составит 25 — 35 млн. кВт.ч)год.
Выработка энергии турбиной, представленной на рис. 4.2, при установленной мощности 8,2 МВт в зоне с достаточно высокой среднеи скоростью ветра составит 17,7 млн. кВт ч/год 120]. В настоящее время уже сделаны шаги к практическому осугцествленпю проектов таких установок. В 1984 г. начаты натурные испытания модели 2-роторной установки диаметром 4 м. 11редварительно ее динамические характеристики изучались в лаоораторных условиях. В ближайшее время начнется строительство первой опытной ВЭУ вЂ” прообраза мощных станций будущего.
й 4.2. Классификация ветроэлектрических установок С учетом развития систем преобразования энергии ветра за последние годы ВЭУ можно разбить на две группы: установки, основанные на преобразовании поступательного движения воздушных масс во вращательное движение турбин и установки, в которых реализуются различные другие принципы. ВЭУ первой группы принято подразделять по взаимному расположению потока и оси вращения турбины (вдоль потока, поперек потока, под углом к потоку) на ветряные мельницы прошлого н современные крыльчатые агрегаты. Об основных типах этих агрегатов можно судить по рис.
4.3, где показаны схемы ВЭУ, с которыми в настоящее время специалисты по океанской ветроэнергетпке связывают наибольшие надежды и разработка которых находится в стадии крупномасштабного промышленного экспериментирования. Ко второй группе можно отнести «качающееся крыло», ВЭУ, в которых реализован принцип вихревого преобразования потоков. Такая экспериментальная установка мощностью О,! МВт уже построена вблизи Мадрида.
В этой станции имвтнруется природный циклоп: направляющий аппарат 15-метровой башни улавливает ветер и создает внутри нее закрученный поток, который получает дополнительную энергию от нагреваемой солнечными юч о х ч с О. О с х О х ох к Ф с с о. с ч«- \а а х о а с Ф «а ° о « Ф о о, Оо « х Ф «о о ~ ч ао х ч О х Ой о Ф о х с э о со й ! с ч «о О ч о с ч ч Ф ч о оо х х ч с «а о ч «о о в к Б ч с й х» «а х о с ч с о х «.'« Ф » о ах - я .а ч ч Ф о О. с«о хо О. о х о Я б о о с Ф х х О «« Ф ч «« ч О х лучами поверхности и, ускоряясь, движется вверх, приводя в движение установленную вблизи выходного сечения турбину. Изобретатель станции, испанский инженер Х.
Сапата, считает, что аналогичную башенную установку высотой 250 м по производительности можно сравнить со средней теплоэлектростанцией. Отметим егце две экспериментальные установки второй группы: .аэроупругие системы (используют аэроупругую нестабильность, называемую авиаторами флаттером), преобразующие кинетичеекую энергию потоков в колебания, передаваемые пьезоэлектрическим преобразователям, н системы прямого преобразования энергии ветра в электрическую путем переноса потоком заряженных аэрозолей. Сообщение об исследовании последнего типа пре«эбразователя было сделано, например, на конференции по перспективам энергетики и развития цивилизации в Лос-Анджелесе в 1982 г. (рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
