Детали машин : Ветроэнергетика
Ветроэнергетика
Введение.
Потребление энергии, а вместе с ним и ее
стоимость увеличиваются во всем мире, и наша страна здесь не исключение. Но
ресурсы планеты начинают истощаться, и всё большую тревогу вызывают экологические
проблемы. Вот почему постоянно растет
интерес к нетрадиционным, экологически чистым источникам энергии – ветру,
солнцу, волнам.
В данной работе рассматриваются ветроэнергетические
установки малой мощности. Анализируется опыт их эксплуатации, технические
характеристики, экономичность и удобство. На основе этого делается вывод о
преимуществах использования таких установок в некоторых отраслях и удаленных местностях.
Описываются перспективы и возможности
применения ветроэнергетических установок малой мощности в России, а так же
успешный опыт реализации подобных проектов другими странами.
Энергию приносит ветер
Острую нехватку энергии испытывают
фермеры, садоводы, вахтовики, геологи, животноводы. Да и в относительно
благополучных с точки зрения энергоснабжения районах все обстоит далеко не лучшим
образом. Отключения электричества из-за природных катаклизмов, кризиса
неплатежей и просто краж проводов становятся
- увы - привычным явлением. Если к тому же вспомнить о том, что, по данным МЧС,
80% высоковольтных линий электропередачи в стране предельно изношены, ситуация
представится совсем невеселой. А мы уже давно привыкли жить в освещенных домах,
смотреть телевизор, пользоваться холодильником, компьютером и прочими бытовыми
приборами, поэтому даже кратковременное отключение электроэнергии воспринимаем
как маленькую, но все же самую настоящую катастрофу.
Сколько нам нужно энергии?
На состоявшейся в мае 2003 года 3-й
Международной научно-технической конференции “Энергообеспечение и
энергосбережение в сельском хозяйстве” прозвучали весьма тревожные слова. “В
сельской электрификации России начиная с 1990 года происходят разрушительные
процессы. Сельские электросети пришли в негодность,.. обслуживание
ликвидировано,.. перерывы в электроснабже нии увеличились,.. тарифы непомерно
возросли,.. администрацией РАО ЕЭС не только отменен льготный тариф для
сельхозпроизводственных электропотребителей, но во многих регионах
устанавливаются тарифы на 20-30% выше, чем для промышленных потребителей и
городского населения, инвестиции отсутствуют,.. в то же время потребность в
быту и в личных хозяйствах возросла. Ищется альтернатива в электроснабжении”
(из выступления академика Российской сельскохозяйственной академии И. Ф.
Бородина).[1]
Около 30% фермерских хозяйств и 20%
садово-огородных участков в России вообще не подключены к электрическим сетям.
Строительство новых линий электропередач для снабжения отдаленных изолированных
потребителей ведется крайне медленно из-за хронической нехватки средств, а
дизельные генераторы часто функционируют неэффективно, да к тому же они требуют
регулярного и квалифицированного обслуживания, моторное топливо стоит все
дороже, его доставка недостаточно надежна и экономична…
Между тем подсчитана средняя
“энергетическая корзина” сельского жителя, к которым, по меньшей мере, в летний
период, вполне можно причислить и владельцев дачных коттеджей. Она составляет
115 киловатт-часов месяц. Цифра взята не с потолка, а складывается из
требований обеспечения так называемого “интеллектуального быта”. Это освещение,
радио, телевидение, бытовой холодильник, электробритва, кипятильник, мелкий
бытовой электроинструмент, компьютер, огородный насос. Не забудем и то, что за
последнее время появилось много бытовой техники, работающей от встроенных
аккумуляторов, которые необходимо периодически подзаряжать: фонарики, мобильные
телефоны, те же электробритвы, электроинструмент и др.
Конечно, зимой энергии потребуется больше
- дом нужно отапливать. Но поскольку традиция печного отопления в России не
только не устаревает, но и переживает своеобразное возрождение в виде появления
новых конструкций сверхэкономичных печей, а недостатка в дровах нет,
дополнительного расхода электричества тут не предвидится. Так где же взять этот
самый необходимый минимум? Одна из возможностей – ветроэнергетика малой и
сверхмалой мощности.
[1]
ВЭУММ: малые – не значит маленькие
Современные ветроэнергетические установки
делятся на два класса: мощные, в сотни тысяч киловатт, называются сетевыми
потому, что при безветрии обеспечение потребителя энергией идет из сети; и автономные,
работающие в паре с аккумулятором. Как правило, мощность автономных установок
не превышает 5-10 кВт. Они называются: ветроэлектрические установки малой
мощности (ВЭУММ).
На этот уникальный класс
ветроэлектрических установок обратил внимание немецкий ученый и практик Хайнц
Шульц. Он и ввел термин “Kleine Windkraftanlage” “малые ветроэнергетические
установки”.
Считается, что в областях со
среднегодовыми скоростями ветра менее 4 м/с использование энергии ветра
невыгодно. Однако это утверждение не распространяется на малые легко
разгоняемыые ветросиловые установки для зарядки батарей и многолепестковые
установки для водоподъема. Заселение американских и австралийских внутренних
территорий, где большинство областей имеют среднегодовые скорости ветра менее 2
м/с, было бы без них невозможно”.[2]
ВЭУММ просты и дешевы в монтаже,
эксплуатации и ремонте, экологичны, не требуют при работе практически никакого
обслуживания, периодической подстройки и др. Пара ветродвигатель-генератор
вполне обходится без редуктора, что еще более упрощает и удешевляет
конструкцию, повышает ее надежность.
Таким комплексным набором важнейших
свойств не обладает ни один класс нетрадиционных энергетических установок.
Причем энергоснабжение они могут обеспечить в регионах со средней скоростью
ветра всего 3-5 м/с. Фактически обладатель ВЭУММ приобретает почти полную
независимость как от традиционных производителей энергии, так и от природных
явлений.
По сравнению с Европой и США
ветроустановок в нашей стране выпускается намного меньше. Возможно, здесь
сказывается недостаточная информированность потенциальных потребителей или
относительная дешевизна жидкого топлива, однако изготовители ветровых
генераторов в стране есть, и их продукция по качеству не уступает зарубежной.
По конструктивным признакам выпускаемые установки делятся на две группы. К первой
относятся установки мощностью до 1000 Вт. В качестве примера можно привести
семейство установок, выпускаемых Санкт-петербургским предприятием ФГУП ЦНИИ
“Электроприбор”. Это мобильные устройства с трехлопастным ветровым колесом
диаметром 1,5 или 2,2 метра, монтаж которых настолько прост, что справиться с
ним потребитель способен самостоятельно. В упакованном виде установка (без
аккумулятора) размещается в двух ящиках общей массой 50 кг.
Рис.1.Примеры и внешний вид ВЭУММ. [4]
Установка имеет оригинальную флюгерную
систему, которая постоянно ориентирует ветроколесо на ветер и одновременно
защищает устройство от слишком большого ветрового давления. Как всякий обычный ветряк,
в горизонтальной плоскости флюгер под действием ветра способен поворачиваться в
обе стороны на несколько оборотов. Когда ветер прекращается, специальная
пружина возвращает его в исходное положение, не позволяя закручиваться кабелю,
с помощью которого осуществляется съем энергии. Кроме того, генератор вместе с
ветровым колесом способен поворачиваться и в вертикальной плоскости. Если ветер
становится слишком силен и угрожает повредить установку, колесо с генератором
поворачивается вокруг горизонтальной оси, оптимизируя ветровой напор, вплоть до
угла 900, когда лопасти встают параллельно воздушному потоку.
Установки второй группы (УВЭ 1000 и УВЭ
1500) близки к стационарным. Пятилопастное ветроколесо диаметром 3,3 м
монтируется на сборной мачте из труб со стальными растяжками. Мачта требует
устройства фундамента и специальных приспособлений для монтажа и демонтажа. Для
защиты от сильных ветров используется иное решение. Генератор установлен на
поворотном подшипнике несимметрично. Когда ветровое давление усиливается,
корпус генератора начинает парусить, разворачивая ветровое колесо в
горизонтальной плоскости. Ветер стихает - и пружина флюгера возвращает колесо в
прежнее положение.[3]
Стоит отметить и то обстоятельство, что
если удельная стоимость зарубежных европейских аналогов ВЭУММ диапазона
номинальной мощности до 5 кВт составляет от 1,4 до 6,4 евро за ватт, то
аналогичный показатель для большинства российских ветроустановок втрое ниже.
Переход в энергетическую область ВЭУ
средней мощности достаточно просто осуществить путем создания энергетических
комплексов (ЭК), состоящих из нескольких установок (5-10 единиц). Суммирование
мощностей осуществляется на едином аккумуляторе. Хотя такой комплекс не
разместить на шести дачных сотках, площадь все же он займет небольшую.
Номинальная мощность ЭК может быть доведена до 10-15 кВт, пиковая мощность – до
20-25 кВт, выработка - до 1800 кВт.ч/мес., зато стоимость изготовления
снижается в 3-4 раза.
Подобный комплекс способен полностью
обеспечить энергией не то что крупное фермерское хозяйство или небольшой
поселок. Следует отметить, что в этом случае нужно обеспечить резерв мощности в
виде дизельной электростанции.
Благодаря своим поистине уникальным эксплуатационным
свойствам и техническим характеристикам ВЭУММ способны отнюдь не только на
обеспечение быта сельского и дачного дома. Они могут быть альтернативой в
решении задачи обеспечения энергией самых различных автономных станций:
навигационных, радиорелейных, метеорологических, обслуживающих нефтегазопроводы
и др.
Множество таких станций находится в
труднодоступных районах на значительном удалении человеческого жилья - на
побережье Северного Ледовитого океана, в тайге и тундре, куда и доставить-то
необходимое оборудование представляет немалую проблему.
Постепенно многие станции переводились на
автоматический режим, но проблема их энергообеспечения до сих пор стоит
достаточно остро. Требуется не только снизить затраты на их содержание и
обслуживание, но и гарантировать надежность работы. Для этих целей подходят
ВУЭММ. Они просты и надежны при изготовлении, эксплуатации, транспортировке,
монтаже, ремонте. Наконец, по сравнению с любым иным источником энергии
чрезвычайно дешевы.
Заключение.
В реферате представлена одна из
возможностей решения проблемы, связанной с энергообеспечением сельского
хозяйства или частных владений, за счет применения ветроэнергетических
установок. Такие установки могут стать альтернативой традиционным способам
энергоснабжения указанных объектов.
Литература
1. Солоницын
А. Второе пришествие ветроэнергетики // “Наука и жизнь”, 2004, № 3.
2.
Heinz
Schulz. “Kleine Windkraftanlage” Technik. Erfahrungen. Mebergebnisse. Okobuch
Verlag, Staufen, 1993.
3. Фатеев
Е. М. Ветродвигатели.- М.: ГИНТИ машиностроительной литературы, 1962.
4. www.elektropribor.spb.ru/rufrset.
|