Библиографическое описание:

Жиленко Д. М., Макаренко В. А., Грабовецкая К. А., Рогозина Д. А., Хворова Т. С., Артамонова Е. Ю. Перспективы применения ветроэнергетических установок малой мощности в Омской области // Молодой ученый. — 2016. — №22.3. — С. 32-34.



Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №16–08–00243 а

В статье приведено описание типовых конструкций ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения, рассмотрен ряд вопросов по повышению энергоэффективности. Рассмотрены преимущества и недостатки ветрогенераторов данного типа. Проанализирована целесообразность применения ветроэнергетических установок малой мощности в регионе характеризующемся малой скоростью ветра. Результаты анализа могут быть практически применены при разработке и проектировании основных параметров ветроэнергетической установки.

Ключевые слова: возобновляемая энергетика, ветроэнергетические установки, малая ветровая нагрузка, перспективы применения.

В настоящее время современное общество неразрывно связано с потреблением электроэнергетических ресурсов как в сфере промышленности и сельского хозяйства, так и в удовлетворении бытовых потребностей. С течением времени потребление энергии постоянно возрастает. Увеличивающееся потребление компенсируется путем оптимизации процессов выработки электроэнергии, так и за счет роста использования традиционных энергоносителей, таких как уголь, газ, нефтепродуктов, атомной энергетики и т. д. Активное использование «традиционных» ресурсов привело к их быстрому истощению и серьезному загрязнению окружающей среды. По современным оценкам мировых запасов топливных ресурсов хватит еще на следующие 60–70 лет, что в свою очередь ставит перед обществом вопрос об использовании альтернативных источников получения электроэнергии. К таким источникам относятся ветроэнергетика, гелио- и биоэнергетика, гео- и гидроэнергетика и т. д.

Одним из наиболее распространенных и доступных источников энергии является ветер. Ветроэнергетическая отрасль основывается на преобразовании кинетической энергии ветра как в электрическую. В качестве таких преобразователей используются ветроэнергетические установки (ВЭУ).

Ветроэнергетика в нашей стране только зарождается, причиной существенного отставания в развитии послужила твердая ориентированность на гидро- и теплоэнергетическую стратегию. Толчком к восстановлению отрасли послужило одобрение правительством нормативных актов, стимулирующих использование возобновляемых источников энергии и локализующих на территории страны производство оборудования для такой генерации; а также прочих проектов, благоприятно влияющих на отрасль в целом.

Так, наряду с другими проектами в этой отрасли, в Омской области планируется строительство ветроэлектростанции установленной мощностью 110 МВт и выше [1].

Погодные условия позволяют использовать ветроустановки как в бытовых, так и в промышленных масштабах. Среднегодовая скорость ветра в Омской области составляет 3,5 м/с [2]. По общим оценкам ВЭУ с горизонтальной осью вращения по выработке электроэнергии в 2–3 раза эффективнее вертикальной, но существенной проблемой является то, что работа лопастей начинается при 2 м/с, а для эффективной выработки электроэнергии в среднем скорость ветра должна составлять более 9 м/с [3].

По началу, складывается мнение, что в нашем регионе развитие ветроэнергетики неперспективное направление. И если ориентироваться только на эти данные, то лучше не стоит вообще устанавливать ветряные электростанции. Для более точной оценки условий применения ВЭУ в Омской области необходимо учитывать ландшафт местности, на которой планируется установка ВЭУ.

В связи с недостаточной скоростью ветра, необходимой для эффективной работы горизонтально осевых ветрогенераторов, можно сделать выбор в пользу маломощных (до 10 кВт) вертикально-осевых ветроэнергетических установок [4].

Вертикальный ветрогенератор — это ветряная установка, у которой ротор расположен вертикально, а лопасти позаимствованы с конструкции лопастей водяной турбины.

В связи с такой конструкцией вертикальный ветрогенератор имеет ряд достоинств, особенно важных для нашего климатического региона:

1)Нет необходимости в установке механизмов и системах для ориентации на ветер, т.к данный тип ветрогенераторов «ловит» любые направления движения воздуха.

2)Работа ветрогенератора начинается при скорости ветра 1–2 м/с.

3)Низкий уровень шумового загрязнения даже при самых сильных порывах ветра.

4)Возможность установки в непосредственной близости от дома/предприятия.

5)Упрощенные требования к монтажепригодности и условиям эксплуатации.

Так же есть и ряд недостатков:

1)Неэффективное использование ветровой энергии по сравнению с горизонтальными ветрогенераторами.

2)Низкое расположение ветрогенератора по отношению к земле, как следствие малая скорость ветра, по сравнению с горизонтальными ветрогенераторами установленными на башенных опорах.

3)Высокие вибрации и нагрузки.

Ниже приведены используемые в настоящее время типы вертикально-осевых ветроустановок:

Ротор Савониуса.

Воздух за счет разности сопротивлений частей ротора Савониуса создает вращательный момент. К плюсам данного типа ротора можно отнести компактность, эффективность работы при малой скорости ветра (3–5 м/сек) и приемлемый уровень шума, однако тихоходность, низкие коэффициент использования ветра (0,18–0,24) и КПД (17–18 %) делают эту ветроэнергетическую установку нерентабельной.

Ротор Горлова.

Ротор Горлова отличается быстроходностью (коэффициент выше 3), высоким КПД (38 % и выше), а также повышенной надежностью в связи с плавностью хода механизма ВЭУ, однако лопасти аэродинамического профиля сложны в изготовлении и производят ощутимый уровень шума из-за срыва потока воздуха с наклонных лопастей. Этот вид ветроэнергетической установки экономически и технически нецелесообразно применять.

Ротор Дарье.

Представляет собой механизм, состоящий из оси и симметрично расположенных двух и более аэродинамических крыльев. На каждое крыло действует сила, максимальное значение которой достигается при перпендикулярности угла между скоростью потока и мгновенной скоростью крыла. Из этого следует, что момент вращения ротора Дарье является переменным, что ведет к плохому самозапуску. Самозапуск становится лучше в случае увеличения количества лопастей, но необходимость предварительного разгона ротора остается.

Ротор Дарье является ветроэнергетической установкой с низким начальным моментом, но высокой быстроходностью и удельной мощностью, соотнесенной к его массогабаритным параметрам и стоимости изготовления.

Турбина на основе данного типа ротора не нуждается в устройстве ориентации, так как на работу ротора Дарье не влияет направление ветра. При высоком коэффициенте использования энергии ветра и быстроходности даже при малых скоростях потока существуют и недостатки — сильный шум работающего механизма и его низкая механическая прочность.

Дальнейшим развитием этой конструкции является Н-образный ротор Дарье, отличающийся быстроходностью (коэффициент выше 3) и КПД (38 % и выше). В данной виде ротора удалось повысить надежность и избежать лишнего шума при работе.

Следовательно, ветроэнергетические установки с вертикальной осью вращения являются более простыми и удобными, обладая преимуществами перед ветроустановками с горизонтальной осью вращения. Несмотря на меньший коэффициент использования потока ветра и КПД, данный вид ВЭУ отличается отсутствием потерь энергии при изменении направления ветра. При буферном аккумулировании электрической энергии возможно уменьшить требования к качеству напряжения, использовать конструктивные варианты на основе упрощенных схем ветроэнергетических установок, обеспечив качество электрической энергии потребителя стандартными преобразователями по типу устройств UPS с батареей необходимой емкости.

Несмотря на недостатки установки ветроэнергетических установок в Омской области, их использование целесообразно в областях автономного потребления электроэнергии, где стоимость подключения к центральным сетям обойдется большими затратами. Также возможно применение ВЭУ в качестве экологически чистых источников электрической энергии наряду с традиционными электростанциями. Ввиду ориентации европейской энергетики на возобновляемые источники энергии перспективно развивать соответствующую отрасль в России.

Литература:

  1. Российская Федерация. Правительство. Распоряжения. Об схеме территориального планирования в области энергетики [Электронный ресурс]. Распоряжение от 11.11.2013 № 1634-р. — URL: http://government.ru/media/files/eFBHWjAwsi3waUcgX5Cg0F4RPlbmItHe.pdf(дата обращения: 05.10.2016).
  2. Атлас ветров России = RussianWindAtlas / А. Н. Старков [и др.] / М-во топлива и энергетики России, Нац. лаб. Рисо (Дания), Рос.-Дат. ин-т энергоэффективности. — М.: Можайск-Терра, 2000. — 551 c.
  3. Аналитический центр при Правительстве Российской Федерации Дирекция по экономике отраслей ТЭК Развитие технологий ветроэнергетики в мире Информационная справка октябрь 2013 [Электронный ресурс]. — URL: http://ac.gov.ru/files/publication/a/897.pdf (дата обращения: 05.10.2016).
  4. Соломин Е. В., Кирпичникова И. М. Ветроэнергетическая установка с вертикальной осью вращения // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». — 2008. — Вып. 10, № 26. — С. 32–34.
Основные термины (генерируются автоматически): ветроэнергетических установок, осью вращения, вертикальной осью вращения, Омской области, скорость ветра, горизонтальной осью вращения, ветроэнергетических установок малой, энергии ветра, скоростью ветра, применения ветроэнергетических установок, ротора Дарье, скорости ветра, Ротор Дарье, ветроэнергетические установки, установок малой мощности, малой скоростью ветра, вращения ротора Дарье, кинетической энергии ветра, электрической энергии, использования энергии ветра.

Ключевые слова

возобновляемая энергетика, ветроэнергетические установки, малая ветровая нагрузка, перспективы применения

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос