Вітрові електростанції - Фізика - Великі роботи - Каталог файлів - Інформаційно-розважальний портал школярів, студентів
Вт, 06-Груд-2016, 19:51
Учимсь учитись
Головна Реєстрація Вхід
Вітаю Вас, Гість · RSS
Форма входу
Категорії розділу
Пошук
Наше опитування
Оцініть мій сайт
Всього відповідей: 270
Друзі сайту
Статистика

Онлайн всього: 1
Гості: 1
Користувачі: 0
 Каталог файлів
Головна » Файли » Великі роботи » Фізика

Вітрові електростанції
[ Викачати з сервера (158.5Kb) ] 09-Трав-2008, 12:16
Детально про Вітрові електростанції, вітроустановки, вітрогенератори і все, що повязане з вітроенергетикою ви можете прочитати на сайті Вітрові електростанції

План
1. Поняття та класифікація поновлювальних джерел енергії – ст. 1.
2. Вітрові електростанції – ст. 2.
3. Конструкції вітроустановок - ст. 3.
4. Класифікація вітроустановок - ст. 4.
5. Українські ВЕС - ст. 5.
6. Вітрові електростанції «нового типу» - ст. 6.
7. ВЕС з погляду екології – ст. 6.
8. Використана література.
Вітрові електростанції
Сила вітру це одне з найстародавніших використовуваних людством джерел енергії, яке, безперечно, є одним з найбільш економічних. Мореплавці використовували силу вітру для морських подорожей під вітрилами ще за 3500 років до нової ери. Прості вітряки були широко поширені в Китаї 2200 років тому. На Середньому Сході, в Персії, близько 200 року до н.е. почали використовуватися вітряки з вертикальною віссю для перемелювання зерна. Перші персидські вітряки виготовлялися з в'язанок очерету, які прикріплялися до дерев'яної рами, що оберталася, коли дув вітер; стіна навколо вітряка спрямовувала потік вітру проти лопатей.
В XI столітті в Європі почали поширюватися вітряки, що завозилися мандрівними купцями та лицарями з хрестових походів. Ці перші млини постійно вдосконалювалися, спочатку голландцями, потім англійцями, і врешті набули конструкції з горизонтальною віссю. Жителі Голландії виявили, що вітром дуже зручно користуватися для відкачування води, щоб осушити землю, що для цієї країни, яка розташована в низинах і тому потерпає від повеней, є дуже актуальним. Найбільш активно в допромисловій Європі вітряки використовувались у XVІІІ столітті, коли лише в одній Голландії їх було понад сто тисяч. З їхньою допомогою мололи зерно, качали воду й пиляли дрова. Згодом більшість вітряків, нездатних конкурувати з дешевим і надійним викопним паливом, було замінено паровими двигунами. Однак і сьогодні вітряки використовуються досить широко.
В історії Сполучених Штатів вітряки відіграли дуже важливу роль в освоєнні Заходу Америки наприкінці XIX століття. Вони були життєво необхідні першим поселенцям Великих рівнин. Вітряки поставляли воду на залізницю та пасовища, в місця, віддалені від рік і джерел води. Пізніше вітряки стали використовувати у віддалених від населених пунктів господарствах для вироблення електричної енергії. За останні 100 років американці створили понад 8 мільйонів вітрових установок для водопідняття, призначених у більшості випадків для пасовищ і худоби.
У старих вітряків лопаті були дерев'яними і могли використовувати близько 7% енергії вітру. Завдяки новаторській праці Томас Перги, який наприкінці XIX століття провів близько 5000 експериментів з різними видами "колеса" (тобто ротора), дерев'яні лопаті поступилися місцем лопатям з вигнутого металу, що збільшило ефективність установок вдвічі - до 15%.
Використовували енергію вітру з давніх часів і в Україні. 1917 року тут було близько 30 тисяч вітряків, потужність яких становила близько 200 тис. кВт. З початком колективізації кількість вітряків значно зменшилася, а прагнення до гігантизму в радянські часи практично витіснило їх із використання. Лише починаючи з 90-х років ситуація з вітроенергетикою в Україні змінилася на користь її розвитку.
Енергія вітру вічно поновлювана й невичерпна, поки гріє Сонце. Вітер утворюється на землі в результаті нерівномірного нагрівання її поверхні Сонцем.
Повітря над водною поверхнею впродовж світлої частини доби залишається порівняно холодним, оскільки енергія сонячного випромінювання витрачається на випаровування води та поглинається нею. Над сушею повітря нагрівається завдяки тому, що вона поглинає сонячну енергію менше, ніж поверхня води. Нагріте повітря розширюється і піднімається вгору, а його заміняє холодне повітря від поверхні води. Вночі суша охолоджується швидше, ніж вода, і температура над водою буде вище, ніж над сушею. Тому вітри міняють свій напрямок, і холодне повітря суші витісняє нагріте повітря водної поверхні.
Аналогічно відбуваються зміни напрямку вітрів у гірській місцевості, де протягом дня тепле повітря піднімається вздовж схилів, а вночі холодне повітря спускається в долини.
Повітря циркулює й внаслідок обертання Землі: рух відбувається в напрямку, протилежному напрямку руху годинникової стрілки в північній півкулі, та за напрямком руху годинникової стрілки - в південній.
Конструкції вітроустановок
Є дві принципово різні конструкції вітроустановок: з горизонтальною і вертикальною віссю обертання.
Більш поширені вітроустановки з горизонтальною віссю (малюнок зліва).
Основними елементами вітроенергетичних установок є вітроприймальний пристрій (лопаті), редуктор передачі крутильного моменту до електрогенератора, електрогенератор і башта. Вітроприймальний пристрій разом з редуктором передачі крутильного моменту утворює вітродвигун. Завдяки спеціальній конфігурації вітроприймального пристрою в повітряному потоці виникають несиметричні сили, що створюють крутильний момент. Залежно від потужності генератора вітроустановки поділяються на класи, їхні параметри та призначення наведено в таблиці.
Класифікація вітроустановок
Клас установки Потужність, кВт Діаметр колеса, м Кількість лопатей Призначення
Малої потужності 15-50 3-10 3-2 Зарядження акумуляторів, насоси, побутові потреби
Середньої потужності 100-600 25-44 3-2 Енергетика
Великої потужності 1000-4000 >45 2 Енергетика
Оскільки вітер може змінювати свою силу та напрямок, вітрові установки обладнуються спеціальними пристроями контролю та безпеки. Ці пристрої складаються з механізмів розвертання вісі обертання за вітром, нахилу лопатей відносно землі за критичної швидкості вітру, системи автоматичного контролю потужності й аварійного відключення для установок великої потужності.
Вітроенергетичні установки з вертикальною віссю обертання мають перевагу перед установками з горизонтальною віссю, яка полягає насамперед в тому, що зникає необхідність у пристроях для орієнтації на вітер, спрощується конструкція та знижуються гіроскопічні навантаження, які зумовлюють додаткову напругу в лопатях, системі передач та інших елементах установки.
Різновидом вітроустановок з вертикальною віссю є так звана вітрова гребля, де сконцентрований повітряний потік спрямовується на установку за допомогою напрямлювачів у вигляді лісосмуг, штучних перегородок у вигляді панелей, надувних конструкцій, солом'яних блоків тощо.
Українські ВЕС
Україна здатна ефективно використовувати енергію вітру в окремих зонах при середньорічній швидкості вітру понад 4-5 м/с. Такі швидкості, достатні для будівництва ВЕС мають: Хмельницька і Волинська області, Азово-Чорноморське узбережжя (Донецька і Херсонська), зони на Кіровоградщині та Дніпропетровщині, вітрові зони в Харківській області, Криму (Керченський і Тарханкутський півострови, окрайка Ай-Петринської яйли, повернута до Чорного моря), Карпатах.
До речі, реальний вітропотенціал України вдалося встановити завдяки дослідженням інститутів НАНУ. Складений навіть прогноз підвищення цього потенціалу на території країни, який цілком підтверджує доцільність розпочатої програми будівництва ВЕС.
У світі Україна займає 14 місце за встановленою потужністю вітроагрегатів. Тоді як Росія - лише 34-те. У переліку вітроагрегатів, що використовуються в Росії, залежно від їхніх споживчих якостей перше місце займають агрегат USW 56-100 (виготовляється на Південному машинобудівному заводі -ПМЗ) і АВЕ-250С (спільна українсько-російська розробка, виробництво - ПМЗ). Росія поки що не поспішає будувати ВЕС з агрегатами більшої потужності, і для цього існує ряд об'єктивних причин.
Україна також іде поетапним шляхом. Спочатку було налагоджено серійне виробництво USW 56-100 (максимальна потужність 107,5 Квт.). У США таких експлуатується кілька тисяч. При серійному виробництві на ПМЗ розроблена і впроваджена нормативна база щодо вітроенергетики, впроваджені нові для країни технології. Набуто практичного досвіду будівництва ВЕС. За час експлуатації USW 56-100 в Україні складена реальна карта її вітропотенціалу. Справді не буває поганих вітроагрегатів, бувають неправильно вибрані ділянки вітрополя.

Усі без винятку українські вітрові електростанції (Донузлавська, Сакська, Новоазовська, Тарханкутська, Трускавецька) оснащуються ліцензійними вітроагрегатами, виготовленими Південним машинобудівним заводом, і перебувають на етапі будівництва. На цьому ліцензійному обладнанні досягнута вартість виробництва вітрової електроенергії на світовому рівні - чотири центи за кіловат. Жодна інша електростанція (ГЕС, ТЕС, АЕС) не виробляє електроенергії до повного завершення будівництва, позаяк рентабельність і прибутковість досягаються лише при експлуатації 100 відсотків їхньої проектної потужності. До того ж у вартість виробництва електроенергії на
ГЕС, ТЕС, АЕС не входять затрати, пов'язані з затопленням заплав річок, витрати на утилізацію золи, збереження і переробку ядерних відходів.
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 вірішив розробить новий тип вітрових електростанцій. Для одержання електроенергії вони повинні використовувать енергію повітряних потоків, що виникають при русі транспорту по автомагістралях.
Згідно проекту електростанції будуть використовувать 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.
ВЕС з погляду екології.
Зовсім ясно, що навіть до одного працюючого вітряка близько підходити не бажано, і притім з будь-якої сторони, тому що при змінах напрямку вітру напрямок осі ротора теж змінюється. Для розміщення ж сотень, тисяч і тим більше мільйонів вітряків потрібні були б великі площі в сотні тисяч гектарів. Справа в тім, що вітроагрегати близько друг до друга ставити не можна, тому що вони можуть створювати взаємні перешкоди в роботі, "віднімаючи вітер" один від іншого. Мінімальна відстань між вітряками повинна бути не менш їхньої потроєної висоти. От, і вважайте самі, яку площу прийдеться відвести для ВЕС потужністю 4 млн.квт.
При цьому необхідно мати на увазі, що вже нічого іншого на цій площі робити буде не можна. Працюючі вітродвигуни створюють значний шум, і що особливо погано — генерують нечутні вухом, але шкідливо діючі на людей інфразвукові коливання з частотами нижче 16 Гц. Крім цього, вітряки розполохують птахів і звірів, порушуючи їхній природний спосіб життя, а при великому їхньому скупченні на одній площадці — можуть істотно спотворити природний рух повітряних потоків з непередбаченими наслідками. Не дивно, що в багатьох країнах, у тому числі в Ірландії, Англії й інших, жителі неодноразово виражали протести проти розміщення ВЕС поблизу населених пунктів і сільськогосподарських угідь, а в умовах густо населеної Європи це означає — скрізь. Тому була висунута пропозиція про розміщення систем вітряків у відкритому морі. Так, у Швеції розроблений проект, відповідно до якого передбачається в Балтійському морі недалеко від берега установити 300 вітряків. На їхніх вежах висотою 90 м будуть обертатися двохлопастні пропелери з розмахом лопат 80 м. Вартість будівництва тільки першої сотні таких гігантів буде потрібно більш 1 млрд. дол., а вся система, на будівництво якої піде мінімум 20 років, забезпечить виробництво всього 2% електроенергії від рівня споживання у Швеції в даний час. Але це — поки тільки проект. А тим часом у тій же Швеції почате будівництво однієї ВЕС потужністю 200 квт на відстані 250 м від берега, що буде передавати енергію на землю по підвідному кабелі. Аналогічні проекти були й у нас: пропонували установлювати вітряки і на акваторії Фінської затоки, і на Арабатській стрільці в Криму. Крім складності і дорожнечі подібних проектів, їхня реалізація створила б серйозні перешкоди судноплавству, рибальству, а також зробило б усі ті ж шкідливі екологічні впливи, про які говорилося раніше. Тому і ці плани викликають руху протесту. Наприклад, шведські рибалки зажадали перегляду проекту споруджуваної в море ВЕС, тому що, на їхню думку, підводний кабель, та й сама станція будуть погано впливати на риб, зокрема — на вугрів, що мігрують у тих місцях уздовж берега.
З усього сказаних випливає один очевидний висновок. Вітрогенератори можуть бути корисними в районах Крайньої Півночі ,наприклад — на крижинах у зимівників чи в деяких інших районах, куди утруднена подача енергії в інших формах, і де потреби в енергії відносно невеликі. Але робити на них ставку при розвитку великої енергетики зовсім нереально ні зараз, ні в найближчому майбутньому.

Категорія: Фізика | Додав: Serega_adm
Переглядів: 3597 | Завантажень: 760 | Рейтинг: 4.0/4
Всього коментарів: 0
Додавати коментарі можуть лише зареєстровані користувачі.
[ Реєстрація | Вхід ]
Copyright MyCorp © 2016