Реферат
Відновлювані джерела енергії: енергія вітру
Введення
Енергія вітру - це перетворена енергія сонячного випромінювання,і поки світить Сонце, будуть дути і вітри. Таким чином, вітер - це тежпоновлюване джерело енергії.
Люди використовують енергію вітру з незапам'ятних часів - доситьзгадати вітрильний флот, що був вже в древніх фінікійців і жилиодночасно з ними інших народів, і вітряні млини. В принципі,перетворити енергію вітру в електричний струм, здавалося б, неважко - дляцього досить замінити млинове електрогенератором. Вітри дуютьскрізь, вони можуть дути і влітку, і взимку, і вдень, і вночі - у цьому їхніістотну перевагу перед самим сонячним випромінюванням. Тому цілкомзрозумілі численні спроби "запрягти вітер в упряжку" і змуситийого виробляти електричний струм.
Перша в нашій країні вітряна електростанція потужністю 8 квт буласпоруджена в 1929-1930 рр.. під Курськом по проекту інженерів А.Г. Уфімцева і В.П.Ветчинкіна. Через рік у Криму була побудована більш велика ВЕС потужністю 100кВт, яка була на ті часи найбільшою ВЕС у світі. Вона успішнопропрацювала до 1942 р., але під час війни була зруйнована.
Значні успіхи в створенні ВЕС були досягнуті за кордоном. Підбагатьох країнах Західної Європи побудовано досить багато установок по 100-200кВт. У Франції, Данії й у деяких інших країнах були введені в лад ВЕС зномінальними потужностями понад 1 МВт.
Одна з найбільш відомих установок цього класу"Гровіан" була створена в Німеччині, її номінальна потужність - 3 Мвт.Але самий широкий розвиток вітроенергетика одержала в США. Ще в 1941 р. тамбула побудована перша ВЕС потужністю 1250 кВт, а зараз загальна потужність усіх ВЕСв цій країні досягає 1300 Мвт, причому серед них є гіганти з потужністю до4 МВт (табл.2.). Всього у світі в даний час нараховується близько 3 млн.вітроустановок, з них приблизно 3,5 тис. у нас.
-->p>
Вітроенергетичні установки (ВЕУ) досягли сьогодні рівнякомерційної зрілості й у місцях зі сприятливими швидкостями вітру можутьконкурувати з традиційними джерелами електропостачання. З усілякихпристроїв, що перетворюють енергію вітру в механічну роботу, у переважнійбільшості випадків використовуються лопатеві машини з горизонтальним валом,встановлюваним по напряму вітру. Набагато рідше застосовуються пристрої звертикальним валом.
Кінетична енергія, що переноситься потоком вітру в одиницю часучерез площу в 1 м2 (питома потужність потоку), пропорційна кубу швидкостівітру. Тому установка ВЕУ виявляється доцільною тільки в місцях, десередньорічні швидкості вітру достатньо великі.
Вітрове колесо, розміщене у вільному потоці повітря, може вкращому випадку теоретично перетворити в потужність на його валу 16/27 = 0,59(Критерій Бетца) потужності потоку повітря, що проходить через площу перетину,ометаєму вітровим колесом. Цей коефіцієнт можна назвати теоретичним КПДідеального вітрового колеса. У дійсності КПД нижче і досягає для кращихвітрових коліс приблизно 0,45. Це означає, наприклад, що вітрове колесо здовжиною лопасті 10 м при швидкості вітру 10 м/с може мати потужність на валу вкращому випадку 85 квт.
Розрахункова швидкість вітру для великих ВЕУ звичайно приймається нарівні 11-15 м/с. Взагалі, як правило, чим більша потужність агрегату, тим навелику швидкість вітру він розраховується. Однак у зв'язку з мінливістюшвидкості вітру велику частину часу ВЕУ виробляє меншу потужність.Вважається, що якщо середньорічна швидкість вітру в даному місці не менш 5-7м/с, а еквівалентне число годин у році, при якому виробляється номінальнапотужність не менше 2000, то таке місце сприятливе для установки великої ВЕУ інавіть вітрової ферми.
Автономні установки кіловатного класу, призначені дляенергопостачання порівняно дрібних споживачів, можуть застосовуватися й у районахз меншими середньорічними швидкостями вітру.
Історія використання енергії вітру
Вітряки використовувалися для розмелювання зерна в Персії вже в200-му році до н. е.. Млини такого типу були поширені в ісламському світі ів 13-му столітті принесені в Європу хрестоносцями.
В«Млини на козлах, так звані німецькі млини, були досередини XVI в. єдино відомими. Сильні бурі могли перекинути такумлин разом із станиною. В середині XVI сторіччя один фламандець знайшовспосіб, за допомогою якого це перекидання млини робилося неможливим. Вмлині він ставив рухомий тільки дах, і для того, щоб повертатикрила за вітром, необхідно було повернути лише дах, в той час як самебудівля млина було міцно укріплене на землі В»(К. Маркс.В« Машини: застосуванняприродних сил і науки В»).
Маса козловий млини була обмеженою у зв'язку з тим, що їїдоводилося повертати вручну. Тому була обмеженою і їїпродуктивність. Вдосконалені млини отримали назву шатрових.
У XVI столітті в містах Європи починають будувати водонасосні станціїз використанням гідродвигуна і вітряного млина. Толедо - 1526 р.,Глочестер - 1542 р., Лондон - 1582 р., Париж - 1608 р., та ін Нідерландахчисленні вітряки відкачували воду з земель, огороджених дамбами.Відвойовані у моря землі використовувалися в сільському господарстві. У посушливихобластях Європи вітряні млини застосовувалися для зрошення полів.
Вітряки, що виробляють електрику, були винайдені в19-м столітті в Данії. Там у 1890-му році була побудована перша вітроелектростанція,а до 1908-му року нараховувалося вже 72 станції потужністю від 5 до 25 кВт.Найбільші з них мали висоту вежі 24 м і чотирьохлопастні ротори діаметром23 м. Попередниця сучасних вітроелектростанцій з горизонтальною віссюмала потужність 100 кВт і була побудована в 1931 році в Ялті. Вона мала вежувисотою 30 м. На 1941-му році одинична потужність вітроелектростанцій досягла1,25 МВт. У період з 1940-х по 1970-ті роки вітроенергетика переживає періодзанепаду в зв'язку з інтенсивним розвитком передавальних і розподільних мереж,що давали незалежне від погоди енергопостачання за помірні гроші. Відродженняінтересу до вітроенергетики почалося в 1980-х, коли в Каліфорнії почалинадаватися податкові пільги для екологічно чистої енергії.
Сучасні методи генерації електроенергії з енергії вітру
Сучасні вітрогенератори працюють при швидкостях вітру від 3-4м/с до 25 м/с. Потужність вітрогенератора залежить від площі, замітає лопатямигенератора. Наприклад, турбіни потужністю 3 МВт (V90) виробництва датської фірмиVestas мають загальну висоту 115 метрів, висоту вежі 70 метрів і діаметр лопатей90 метрів.
У серпні 2002 року компанія Enercon побудувала прототипвітрогенератора E-112 потужністю 4,5 МВт. До грудня 2004 року турбіназалишалася найбільшою в світі. У грудні 2004 року німецька компанія REpowerSystems побудувала свій вітрогенератор потужністю 5,0 МВт. Діаметр ротора цієїтурбіни 126 метрів, вага гондоли - 200 тонн, висота вежі - 120 м. В кінці 2005року Enercon збільшив потужність свого вітрогенератора до 6,0 МВт. Діаметрротора склав 114 метрів, висота вежі 124 метри. Компанія Clipper Windpowerрозробляє вітрогенератор потужністю 7,5 МВт для офшорного застосування.
Найбільшого поширення в світі набула конструкціявітрогенератора із трьома лопатями і горизонтальною віссю обертання, хоча подекудище зустрічаються і двухлопастні. Були спроби побудувати вітрогенератори такзваної ортогональної конструкції, тобто з вертикальним розташуванням осіобертання. Вважається, що вони мають перевагу у вигляді дуже малої швидкостівітру, необхідної для початку роботи вітрогенератора. Головна проблема такихгенераторів - механізм гальмування. У силу цієї та деяких інших технічнихпроблем ортогональні вітроагрегати не отримали практичного поширення ввітроенергетиці.
Найбільш перспективними місцями для виробництва енергії з вітрувважаються прибережні зони. У морі, на відстані 10-12 км від берега (а іноді ідалі), будуються офшорні вітряні електростанції. Вежі вітрогенераторіввстановлюють на фундаменти з паль, забитих на глибину до 30 метрів.
...
