Автор: Михайленко Е.Ю.
Источник:http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?I21DBN=LINK&P21DBN=UJRN&Z21ID=&S21REF=10&S21CNR=20&S21STN=1&S21FMT=ASP_meta&C21COM=S&2_S21P03=FILA=&2_S21STR=Ptdau_2013_13_2_32
Постановка проблемы. Новый критерий оценки экономического развития стран, появившийся в последние десятилетия, – это доля энергии, выработанной из нетрадиционных и возобновляемых источников.
Уже на протяжении нескольких тысячелетий человек использует энергию ветра для своих нужд. Ветер надувал паруса кораблей, заставлял работать ветряные мельницы. Кинетическая энергия ветра всегда была и остается доступной практически во всех уголках Земли. Энергия ветра привлекала и с точки зрения экологии: при ее использовании нет выбросов в атмосферу, нет опасных радиоактивных отходов. Ветер, как первичный источник энергии, ничего не стоит.
Анализ последних достижений. Для получения энергии ветра применяют самые разные конструкции. Многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью. Вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насаженную на ось бочку. Некое подобие «вставшего дыбом» вертолетного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой. Встречаются и совсем оригинальные решения – по кольцу из рельсов бегает тележка с парусом, и ее колеса приводят в действие электрогенератор. В общем, конструктивных решений ветродвигателей существует великое множество.
Формулировка цели статьи. В настоящее время существует большое количество типов ветроустановок (ВУ). Классифицировать ВУ по видам выполняемой работы, по расположению ветроколеса относительно направления ветра, по количеству вырабатываемой мощности. При проектировании необходимо учитывать их особенности.
Основная часть. В последние 20-25 лет бурно развивается использование ветроэнергетики для производства электрической энергии. Современные ветроэнергетические установки имеют мощность от единиц киловатт до нескольких мегаватт и позволяют экономически эффективно с высокой степенью надежности преобразовывать энергию ветра.
ВЭУ могут использоваться для различных целей, начиная от заряда аккумуляторных батарей (АБ) и энергоснабжения различных объектов до подачи электроэнергии в сети централизированного энергоснабжения. ВЭУ могут быть использованы в сфере сельского хозяйства, что будет способствовать повышению надежности энергообеспечения, экологической чистоте и повышению продуктивности сельскохозяйственного производства Украины.
По данным Института возобновляемой энергетики НАН Украины, из 19651 МВт электрогенерирующих мощностей Европы, установленных в 2008 году, по видам источников энергии первое место занимает ветер (8484 МВт).
Ветроэнергетические установки классифицируются по двум основным признакам – геометрии ветроколеса и его положению относительно направления ветра. Основное распространение получили крыльчатые установки с горизонтальной осью вращения. Скорость вращения этого ветродвигателя обратно пропорциональна количеству лопастей, поэтому широкое распространение получили агрегаты, имеющие две, либо три лопасти. Чем больше мощность, тем больше размер лопастей. Для эффективной работы этой ВЭУ необходимо поднять ее на высоту не меньше 10 метров и поставить устройство для поворота ротора вдоль линии силы ветра. Также недостатком являются вибрационные нагрузки ротора из-за переменной скорости по высоте ротора, они дороги и сложны в эксплуатации. Научными исследованиями установлено, что они являются источником инфразвука <20 Гц.
Другой разновидностью ветроколеса является ротор Савониуса. Вращающий момент возникает при обтекании ротора потоком воздуха за счет разного сопротивления выпуклой и вогнутой частей ротора. Колесо отличается простотой, но имеет очень низкий коэффициент использования энергии ветра - всего 0,1-0,15.
Ветродвигатель с ротором Дарье – этот ротор имеет вертикальную ось вращения и состоит из двух-четырех изогнутых лопастей. В роторе Дарье коэффициент использования энергии ветра достигает значений 0,30-0,35.
Ортогональные ветроагрегаты перспективны для большой энергетики. Сегодня перед пользователями ортогональных конструкций стоят определенные трудности. Среди них – проблема запуска. Сначала к ней нужно подвести энергию – раскрутить и довести до определенных аэродинамических параметров, а уже потом она сама перейдет из режима двигателя в режим генератора.
Вертикальные установки хороши тем, что улавливают ветер любого направления; остаьным приходится разворачиваться по ветру.
Эффективность оборудования зависит от скорости ветра, продолжительности периодов наличия ветра, мощности и КПД ветроэнергетических установок. Одним из элементов оценки эффективности ветроустановки является коэффициент использования мощности, характеризующий производство электроэнергии конкретного устройства с учетом простоев и наличия ветра. В современных ветроустановках этот коэффициент составляет 25-35%, тогда как в обычных электростанциях он равен 40%, а в теплоэлектростанциях доходит до 80%.
Типы ветроустановок. С учетом традиций и объективных факторов для условий Украины целесообразным является применение трех основных видов ветроустановок:
Использование ветроустановок для производства электроэнергии является наиболее эффективным способом утилизации энергии ветра. Эффективность преобразования механической энергии в электрическую в электрогенераторе составляет обычно 95%, а потери электрической энергии при передаче не превышают 10%. Предъявляемые при этом требования к частоте и напряжению вырабатываемой электроэнергии зависят от особенностей потребителей этой энергии. Эти требования жесткие при работе ветроустановок в рамках единой энергосистемы и достаточно мягкие при использовании энергии ВЭУ в осветительных и нагревательных установках. При проектировании ветроэлектрических установок надо учитывать следующие их осбенности: