Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Вітроенергетика




Вітер – це рух повітряних мас земної атмосфери, викликаний перепадом температур в атмосфері через нерівномірне нагрівання її сонцем. Використання енергії вітру - перетворення енергії сонця в механічну. Пристрої, що в свою чергу, перетворюють енергію вітру в будь – яку іншу (механічну, теплову, електричну), називають вітроенергетичними установками (ВЕУ).

Інтерес до ВЕУ різко зріс після енергетичної кризи 1973 року, коли різко підвищилась ціна на нафтопродукти. З того часу побудовано велику частину вітроустановок з широким використанням досягнень аеродинаміки, механіки, мікроелектроніки для контролю і керування. Вітроустановки потужністю від декількох кіловатів до мегаватів виробляються в Європі, США й інших частинах світу. Велика частина з них використовується для виробництва електроенергії як у складі енергосистеми, так і автономно.

Одна з основних умов при проектуванні вітроустановок - забезпечення захисту від руйнування сильними випадковими поривами вітру. В середньому раз у 50 років у кожній місцевості бувають вітри зі швидкістю, яка у 5-10 разів перевищує середню. Тому вітроустановки проектують з великим запасом міцності, але максимальна проектна потужність визначається для стандартної швидкості вітру, за яку звичайно приймають 12 м/с.

ВЕУ потрібно встановлювати досить високо над місцевими перешкодами, щоб вітровий потік був сильним та однорідним з мінімальними змінами напрямку і швидкості, яка збільшується з висотою над поверхнею Землі. Найкращим місцем для розміщення ВЕУ є гладка куполообразна нічим не затінена височина. Бажано, щоб в радіусі декількох сотень метрів вона була оточена полями чи водяною поверхнею. Як правило, голівки вітроустановок знаходяться на висоті від 5 до 50 м.

Для визначення швидкості Uz на цих висотах використовують апроксимаційну формулу, в яку входить значення стандартної швидкості вітру для даної місцевості U10 на висоті 10 м, а саме , де z, м – висота, а b =0,14 – параметр для відкритих місць . Чим менше значення швидкості, тим менше розрізняється навантаження, що зазнає лопать вітроколеса в нижнім та верхнім положенні. Значення параметра b різні в різну пору року і протягом однієї доби. Тому приведеною вище формулою треба користуватися дуже обачно, особливо для висот більш 50 м.

У районах зі сприятливими вітровими умовами середньорічне виробництво електроенергії вітроустановками складає 25-35 % його максимального проектного значення, термін служби вітроустановок – 15-20 років, а вартість – від 1000 до 1500 доларів США за 1 кВт проектної потужності. Офіційні оцінки можливої частки вітроенергетики в енергетиці, наприклад, у Великобританії і Західній Німеччині, що не передбачають яких-небудь серйозних змін у сформованій інфраструктурі енергоспоживання, складають не менш 20 %.

Автономні вітроустановки дуже перспективні для заміни дизельних електростанцій і опалювальних установок, що працюють на нафтопродуктах, особливо у віддалених районах, і можуть бути призначені для безпосереднього виконання механічної роботи (наприклад, приводу водяного насоса) або для виробництва електроенергії. В останньому випадку вони приводять в дію електрогенератор і разом з ними називаються вітрогенераторами.

Таблиця 12.3 - Сила вітру по шкалі Бофорта та її вплив на вітроустановки та умови роботи.

Бали Бофорта Швидкість вітру Характеристика сили вітру Спостережливі ефекти дії Вплив вітру на ВЕУ Умови для роботи ВЕУ
0,4-1,8 Тихий Дим з труби ледве відхиляється, на воді з’являються брижі - Відсутні
1,8 -3,6 Легкий Вітер відчувається лицем, шелестять листя, на воді виразне хвилювання - Відсутні
3,6-5,8 Слабкий Хитається листя на деревах, розгортаються легкі прапори. На окремих хвилях з’являються „баранці” Починають обертатися лопати тихохідних ВЕУ Погані для всіх установок
5,8-8,5 Помірний Хитаються тонкі гілки дерев, підіймається пил та клаптики паперів, на воді багато „баранців” Починають обертатися колеса всіх ВЕУ Гарні
8,5-11 Свіжий Починають розкачуватись листвяні дерева, всі хвилі в „баранцях” Потужність ВЕУ досягає 30% від проектної Дуже гарні
11-14 Сильний Розкачуються великі гілки дерев, гудять телефонні провода, піняться гребні хвиль Потужність у розрахунковому діапазоні близька до максимальної Сприятливі для міцних малогабаритних установок
14-17 Міцний Всі дерева розкачуються, з гребенев хвиль зривається піна Максимальна потужність Крайні допустимі
17-21 Дуже міцний Ламаються гілки дерев, трудно йти против вітру, з хвиль зриваються клаптики піни ВЕУ починають відключатися Недопустимі
При швидкості вітру 21—34 м/с — шторм, понад 34 м/с — ураган.  

Таблица 12.4 - Параметри вітроенергетичних установок різної проектної потужності при швидкості вітру 12 м/с

 

Клас ВЕУ Розрахункова (проектна потужність), кВт Діаметр вітроколеса, м Період обертання, с
Малі 10 25 6,4 10 0,3 0,4
Середні 50 100 150 14 20 25 0,6 0,9 1,1
Великі 250 500 1000 32 49 64 1,4 2,1 3,1
Дуже великі 2000 3000 4000 90 110 130 3,9 4,8 5,7

Принцип дії і класифікація ВЕУ.Як уже було сказано, у вітроенергетичних установках енергія вітру перетворює в механічну енергію робочих органів. Первинним і основним з них є вітроколесо, що безпосередньо приймає на себе енергію вітру і, перетворює її в кінетичну енергію обертання.

Обертання вітроколеса під дією вітру обумовлено тим, що на будь-яке тіло, яке обтікається потоком газу, діє сила Р, яку можна розкласти на дві складові: - уздовж швидкості потоку (силу лобового опору Fo ), і у напрямку, перпендикулярному швидкості потоку, що набігає, піднімальною силою Fп . Величини цих сил залежать від форми тіла, орієнтації його в потоці газу і швидкості. Під дією цих сил вітроколесо приводиться в обертання.

Вітроустановки класифікуються по двох основних ознаках: геометрії вітроколеса і його положенні щодо напрямку вітру. Якщо вісь обертання вітроколеса паралельна повітряному потоку, то установка називається горизонтально-осьовою, якщо перпендикулярна - вертикально-осьовою. Установки, що використовують силу лобового опору , як правило, обертаються з лінійною швидкістю, меншою швидкості вітру, а установки, що використовують підйомну силу, мають лінійну швидкість кінців лопат, яка більше швидкості вітру.

Кожне вітроколесо характеризується:

- o метаємою площею S, тобто площею, що покривається його лопатями при обертанні і дорівнює , де D - діаметр вітроколеса;

- геометричним заповненням, рівним відношенню площі проекції лопат на площину, перпендикулярну потоку, до ометаємої площі (так, наприклад, при однакових лопатях четирилопатне колесо має вдвічі більше заповнення, чим дволопатне),

- коефіцієнтом потужності Ср, який характеризує ефективність використання енергії вітрового потоку та залежить від конструкції вітроколеса;

- коефіцієнтом швидкохідності Z, рівним відношенню швидкості кінця лопаті до швидкості вітру.

При швидкості вітру U та щільності повітря вітроколесо з ометаємою площиною S розвиває потужність , яка пропорційна кубу швидкості вітру. ВЕУ з великим геометричним заповненням вітроколеса розвивають значну потужність при відносно слабкому вітрі, максимум потужності досягається при невеликих обертаннях колеса. ВЕУ з малим заповненням досягають максимальної потужності при великих обертаннях, та потребують більш великого часу при виході на цей режим. Тому перші використовуються у водяних насосах і, навіть, при слабкому вітру зберігають працездатність, а другі – у якості електрогенераторів, де необхідна висока частота обертання.

Виробництво електроенергії ВЕУ. Використання вітроустановок для виробництва електроенергії є найбільш ефективним засобом утилізації енергії вітру. Вимоги до показників частоти та напруги електроенергії, яка виробляється ВЕУ, залежать від особливостей споживачів. Ці вимоги досить тверді при роботі ВЕУ у рамках єдиної енергетичної системи і доволі м’які - при використанні енергії вітроустановок в освітлювальних та нагрівних установках.

Основними елементами вітроелектрогенераторів є : власне вітроустановка, електрогенератор, система керування параметрами генерувальної електроенергії в залежності від змінювання сили вітру та швидкості обертання колеса Для виключення перебоїв в електропостачанні ВЕУ потрібні акумулятори електричної енергії або необхідно запаралелення з електроенергетичним обладнанням інших типів, тому що неминучі періоди безвітря.

Одним із засобів керування електроенергією вітру є випрямлення перемінного струму ВЕУ, а потім перетворення його в перемінний струм з заданими стабілізованими параметрами.

В таблиці 12.5 приведено характеристики вітру і показники ВЕУ, рекомендованих до впровадження.

Таблиця 12.5 -- Вітротехничні показники вітроагрегатів, рекомендованих до впровадження

Зональна середньорічна швидкість вітру, м/с Діапазон робочих швидкостей вітру ВЕУ, м/с Розрахункова швидкість вітру, що відповідає номінальній потужності, м/с Орієнтована частка використання ВЕУ, %
До 4,5 3-20
4,5-5,5 4-24
понад 5,5 4-24 10-12

 



Поделиться:

Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 92; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты