Перспективы ветроэнергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Перспективы ветроэнергетики

Введение

ветряной турбина энергетика

Ветроэнергетика - отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими. Таким образом, объектом исследования является ветряная энергетика.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так уже в конце 2010 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватт.

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. В настоящее время нефть дорожает, перспектива ее как источника энергии в будущем весьма неопределенна. Поэтому развитие ветряной энеретики как альтернативного источника получения энергии особенно актуально в наше время.

Итак, целью работы является изучение истории, принципов работы и показатели развития ветряной энергетики.

Задачи:

1. Изучить исторические аспекты развития ветряных установок;

2. Рассмотреть основные принципы работы ветроустановок;

3. Изучить схемы работы ветрогенератора;

4. Сравнить статистику развития ветряной энергетики в мире.

1. Исторические аспекты развития ветряных установок

Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами.

«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле» (К. Маркс. «Машины: применение природных сил и науки»).

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых.

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо - 1526 г., Глочестер - 1542 г., Лондон - 1582 г., Париж - 1608 г., и др. Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 метра и четырёхлопастные роторы диаметром 23 метра. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 метров. К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт. В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги. Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра [4].

Следует отметить, что одним из лидеров в этой области в 1930--1950-е годы был Советский Союз. В далёком 1931 году в Крыму, около Балаклавы, была введена в эксплуатацию ветроэлектростанция, которая работала до 1941 года. Во время боёв за Севастополь она была полностью разрушена. Опорную конструкцию ветродвигателя (мачту) построили по проекту Владимира Григорьевича Шухова. Ветроагрегат с колесом диаметром 30 м и генератором в 100 кВт был на тот период самым мощным в мире. Ветроагрегаты в Дании и Германии того времени имели диаметр колеса до 24 м, а их мощность не превышала 50--70 кВт.

В 1950--1955 годах в СССР производилось 9000 ветроустановок в год. Во время освоения целины в Казахстане была построена первая многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизельным двигателем, общей мощностью 400 кВт, ставшая прообразом современных европейских ветропарков и систем «ветро-дизель». Интересный факт приводится в автобиографической трилогии чукотского писателя Юрия Рытхэу «Время таяния снегов». В его родном стойбище Улак электрическое освещение появилось в конце 1930-х годов именно благодаря ветродвигателю, который обеспечивал электроэнергией и соседнюю полярную станцию.

Тем не менее активное развитие ветроэнергетики в мире началось лишь в 70-е годы прошлого столетия. Предпосылками к нему стали обострившиеся экологические проблемы (загрязнение атмосферы из-за работы ТЭС, кислотные дожди и т.д.) в сочетании с ростом цен на нефть и желанием ослабить зависимость западных стран от поставок углеводородов из СССР и стран третьего мира. Нефтяной кризис 1973--1974 годов дал дополнительный стимул ветроэнергетике и вывел вопрос о её развитии на государственно-политический уровень.

Тем не менее отношение к ветроэнергетике было (и остаётся) неоднозначным, -- наряду с энтузиазмом присутствовали скепсис и недовольство, в том числе, как ни странно, связанные с экологическими аспектами. Вот один из примеров того, что писала по этому поводу зарубежная пресса в 1994 году: «Возникают и неприятные парадоксальные ситуации, когда люди недовольны строительством ветровых станций и часто блокируют их именно из экологических соображений -- группы станций создают шумовое и визуальное загрязнение местности».

Подобные претензии к ветроустановкам звучали, например, в Нидерландах, где ветростанции, по мнению общественности, нарушали традиционный облик территории, да и размещать тысячи турбин в стране с высокой плотностью населения, по мнению критиков, негде [5].

С тех пор общая установленная мощность ветроэлектростанций в мире выросла в 60--75 раз. Появились огромные конструкции, поднятые на высоту в сотни метров. Мощности отдельных ветрогенераторов достигают нескольких мегаватт, гигаваттные ветропарки сопоставимы с крупнейшими объектами «традиционной» энергетики -- тепловой, атомной и гидроэнергетики.

В 2012 году установленная мощность ветроэлектростанций в мире достигла 282 ГВт, что превышает суммарную мощность всех электростанций России и сопоставимо с мощностью всех АЭС на планете. Однако дают они только около 2,4% всей мировой электроэнергии, хотя в отдельных европейских странах, например в Дании или Испании, их доля приближается к 20%. То есть ветроэнергетика так и не стала преобладающей в общей системе выработки электроэнергии в мире. Да и на все остальные возобновляемые нетрадиционные источники энергии, включая энергию приливов и отливов, солнца, геотермальную энергию, пришлось всего 3,7%.

После нескольких десятилетий роста, мощной информационной и финансовой поддержки возобновляемой энергетики картина могла бы быть и более впечатляющей. Ведь в Европе и США производители «зелёной» энергии поддерживаются на государственном уровне. В частности, в портфеле энергосбытовых компаний должна быть обязательная доля энергии возобновляемых источников -- только в этом случае гарантируется сбыт. К тому же во многих странах для производителей возобновляемой энергии действуют налоговые льготы. Между тем после бурного роста числа ветровых генераторов энергии в последние полтора десятилетия отмечается его некоторое замедление: в 2011--2012 годах темпы ввода в эксплуатацию установленных мощностей ветроэнергостанций были самыми низкими за последние 16 лет [8].

Особенно это заметно в Европе. Возможно, подобное замедление связано с разразившимся экономическим кризисом, но вероятна и другая причина -- территориальные «ресурсы» Старого Света близки к исчерпанию, то есть ветроэнергоустановки в Европе уже просто негде строить. По данным агентства Bloomberg New Energy Finance, в 2012 году инвестиции в возобновляемую энергетику в мире в целом сократились на 11%, при этом они продолжали расти в азиатских странах. Следует добавить, что 15 лет назад более половины всех ветроэнергетических мощностей мира приходилось на США, затем резко вырвалась вперёд Европа, и в последние годы лидерство захватил Китай.

2. Принцип работы ветроустановок

Все ветроэлектростанции работают по одному принципу: преобразуют линейную скорость ветра в угловую скорость вращения оси ветрогенератора. Генератор ветроэлектростанции преобразует вращательное движение в электроэнергию.

Для промышленной ветроэлектростанции все аналогично, только присутствуют системы слежения за направлением и скоростью ветра, которая направляет лопасти в сторону ветра и прекращает их работу в случае превышения допустимых скоростей, системы слежения за состоянием ветрогенератора и системы защиты от молний.

Направленный поток воздуха вращает лопасти ротора. Эффективность ветроэлектростанций все время увеличивается с появлением новых материалов и систем трёхмерного проектирования. Затем ротор передает вращение на генератор, который подает выработанное электричество через контроллер на аккумуляторы. Ветроэнергетическая установка на выходе электронного регулятора имеет 24, 48 или 96 вольт постоянного тока. Такое напряжение можно использовать для обогрева зданий, питания водных насосов, освещения и т.д.

Тем не менее, в основном ВЭУ используется обычными потребителями, пользующимися напряжением 220 вольт переменного тока с частотой 50 Гц. Для этого к выходу электронного регулятора необходимо подключить соответствующее устройство преобразования - инвертор. Инвентор преобразует электричество в переменный, который потребляет большинство электроприборов. Простота метода и его экологичность позволяет делать ветроэлектростанции все более популярными.

ВЭУ может включать в себя следующие устройства:

Мачта - обычно, чем выше мачта, тем стабильнее и сильнее сила ветра. Отсюда следует - чем выше мачта, тем больше выработка генератора. Мачты бывают разных форм и высот.

Контроллер - управляет многими процессами ветроустановки, такими, как поворот лопастей, заряд аккумуляторов, защитные функции и др. Он преобразовывает переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей.

Аккумуляторные батареи - накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы. Также они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора. Благодаря им получаем стабильное напряжение без перебоев даже при порывистом ветре. Питание объекта идёт от аккумуляторных батарей.

Анемоскоп и датчик направления ветра - отвечают за сбор данных о скорости и направлении ветра в установках средней и большой мощности.

АВР - автоматический переключатель источника питания. Производит автоматическое переключение между несколькими источниками электропитания за промежуток в 0,5 секунды при исчезновении основного источника. Позволяет объединить ветроустановку, общественную электросеть, дизель-генератор и другие источники питания в единую автоматизированную систему. Внимание: АВР не позволяет работать сети одного объекта одновременно от двух разных источников питания!

Инвертор - преобразовывает ток из постоянного, который накапливается в аккумуляторных батареях, в переменный, который потребляет большинство электроприборов. Инверторы бывают четырёх типов:

Модифицированная синусоида - преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с модифицированной синусоидой (квадратная синусоида). Пригоден только для оборудования, которое не чувствительно к качеству напряжения: освещение, обогрев, заряд устройств и т.п.

Чистая синусоида - преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с чистой синусоидой. Пригоден для любого типа электроприборов: электродвигатели, медицинское оборудование и др.

Трехфазный - преобразовывает ток в трехфазный с напряжением 380В. Можно использовать для трехфазного оборудования.

Сетевой - в отличие от предыдущих типов позволяет системе работать без аккумуляторных батарей, но его можно использовать только для вывода электроэнергии в общественную электросеть. Их стоимость, обычно, в несколько раз превышает стоимость несетевых инверторов. Иногда они стоят дороже, чем все остальные компоненты ветроустановки вместе взятые. Принципиальная электрическая схема взаимодействия ВЭУ и различных устройств может совершенствоваться бесконечно.

3. Схемы работы ветрогенератора

Приведем несколько популярных схем работы ветрогенераторных систем с потребителем.

Базовая схема включает в себя ВЭУ, инвертор, батареи, дизель-генератор (рис.1).

Схема может использовать двойное преобразование от дизель-генератора и сети (переменный - постоянный - переменный ток) для подачи бесперебойного питания потребителю. В этом случае потребитель не чувствует даже малейших перепадов в питании при переключении с одного источника питания на другой (например, с ветроустановки на дизель-генератор и т.д.).



Рис. 1. Схема ВЭУс резервным дизель-генератором и аккумуляторами

САП - Система автоматического пуска бензогенератора.

БП - Блок питания или преобразователь напряжения.

Для обеспечения максимальной защиты от перебоев в питании ветрогенератор можно использовать совместно с дизельным, бензиновым или газовым генератором. В такой схеме ветрогенератор является основным источником питания, а дизельный генератор - вспомогательным.

В обычном режиме ветрогенератор заряжает аккумуляторы, от которых питается нагрузка. Если во время активного потребления электроэнергии наступает длительный штиль и аккумулированной энергии оказывается недостаточно, то включается резервный генератор.

Подчеркнем, что резервный генератор работает, как и ветровой, на заряд аккумуляторов, чтобы всегда находиться в режиме максимальной мощности, при котором обеспечивается лучший КПД. За счет этого достигается значительная экономия топлива.

После того, как аккумуляторы заряжены или появляется ветер, резервный генератор отключается. Таким образом, при сочетании ветрового и дизельного генераторов или сети потребитель получает максимальную надежность при минимальных затратах на топливо. Другая схема (Рис.2) может использовать прямое (by-pass) питание для подачи бесперебойного питания потребителю. В этом случае при переключении источников питания (например, с ветроустановки на дизель-генератор и т.д.) чувствуется незначительное падение напряжение. Аналогично работает бесперебойный блок питания для компьютера [5].

Рис. 2. Схема ВЭУ с прямым питанием

Или аналогичный вариант:

Рис. 3. Схема ВЭУ с прямым питанием

Комбинированная система (рис.4) наиболее эффективна. Электричество из аккумуляторной станции поступает в инвертор, где постоянный ток преобразуется в переменный (220В/50 Гц). Происходит взаимная «подстраховка» альтернативных источников электропитания: - ветер может дуть как днем, так и ночью, но вероятна штилевая погода - ночью нет солнечного света, но день настает неизбежно. Использование теплового генератора сводится к минимуму.

Генератор включается на короткое время (3 - 8 часов) для подзарядки аккумуляторной станции лишь в том случае, когда потребление электроэнергии превышает выработку (длительная штилевая погода, пасмурность).

Ветрогенератор, как и солнечные модули дают малые токи, которые продлевают "жизнь" аккумуляторам минимум до 10 лет (на практике 12-14 лет службы).

Даже при наличии сети общего пользования потребитель может сталкиваться со множеством проблем, начиная от перебоев или недостатка мощности и заканчивая высокой ценой за энергию. Поэтому вопрос об установлении ветрогенератора, работающего в параллель с сетью, может оказаться актуальным. Такая схема реализуется без использования аккумуляторов, а возможности инвертора должны быть дополнены функцией синхронизации. Если вырабатываемая ветровым генератором энергия покрывает потребление, то излишки отдаются в сеть. Если же наоборот мощности ветряка недостаточно, то требуемая порция электричества берется из сети.

Синхронный генератор, управляемый турбиной через коробку передач, используется исключительно для питания автономных сети. В таких сетях ветряной двигатель может быть единственным источником питания или чаще может поддерживаться системой хранения, например, батарея плюс преобразователь, или другой источник, такой как дизельный управляемый генератор.

Рис. 4 Комбинированная схема

В настоящее время существует относительно немного примеров этой схемы, они ограничены небольшими островами или отдаленными потребителями. Если ветряной генератор является основным источником энергии, он также должен отвечать за системную частоту и напряжение. Для сети фиксированной частоты, ветровая турбина должна быть управляемой, чтобы работать на фиксированной скорости, несмотря на изменения в скорости ветра и в требовании системном. Это может быть достигнуто путем регулирование частоты ветряных турбины переключением нагрузки или комбинация переменного управления ветряной турбины и управляемой нагрузки и/или система хранения, такая как батареи с двунаправленным преобразователем.

Фиксирование скорости ветровой турбины

Рис. 5 показывает классическую схему: турбина - коробка передач - асинхронный генератор - объединенная энергосистема, широко используемую в 80-ых годах.

Она проста, надежна и очень хорошо зарекомендовала себя на практике. Многие из ветряных турбин, установленных в течение 1980-ых и 1990-ых, имели эту схему и все еще работают. В этой схеме генератор имеет короткозамкнутый ротор и, в связи с неизбежным скольжением, скорость изменяется незначительно от силы ветра, таким образом, скорость не является строго постоянной.

Скольжения обеспечивает определенную степень сглаживания электроэнергии во время порывистого ветра, что имеет преимущество для снижения нагрузок в механической трансмиссии.

Генератор должен быть непосредственно подключен к сети (без контроля скорости), устройства плавного пуска, как правило, требуется в целях ограничения токов и крутящего момента во время пуска. Устройство плавного пуска не является преобразователем как таковым, а просто ограничивает скачок тока, необходимого асинхронному генератору в целях создания вращающегося магнитного поля при первом подключении к сети.



Рис. 5. Прямое подключение короткозамкнутого асинхронного генератора

Рис. 6 показывает питание - электронное устройство плавного пуска, состоящее из трех пар антипараллельных тиристоров. Сначала, тиристоры включаются в самом конце цикла для того, чтобы были небольшие токи. Постепенно, включение происходит чуть раньше, до тех пор, пока тиристоры не будет работать непрерывно, в это время коробка передач переключает генератор с низких на высокие обороты и он начинает работать на скорости щ1. Несколько датских производителей широко использовали эту схему в 1980-ых и 1990-ых.

Рис. 6. Soft starter (пускатель)

Короткозамкнутый ротор, используемый в ветряных турбинах фиксированной скорости, описанных выше, является очень экономичным, устойчивым и надежным. У них есть небольшое сопротивление, которое в значительной степени определяет вращающий момент - скоростную характеристику и, следовательно, величину скольжения. Чем больше беличье колесо у асинхронных машин, тем ниже сопротивление ротора и поэтому меньше скольжение. Это уменьшает соответствие между механическими и электрическими системами, которое не желательно в ветряных турбинах.

Номинальный крутящий момент может быть развит на различных скоростях за счет увеличивая сопротивление ротора от Rr до RR? а затем Rr''. Это может быть легко достигнуто путем введения внешних переменных резисторов через контактные кольца ротора асинхронного двигателя [5].

Управление скоростью, осуществляемое таким образом, даёт недопустимое сокращение эффективности. Этот режим управления мог быть исключён как бесполезный в ветряных двигателях, тем не менее, производитель использовал его разумно и успешно для повышения производительности. В ветряной турбине сопротивлением можно управлять динамически, чтобы учесть порывы ветра. Во время порыва сопротивление увеличивается, что даёт небольшое (отрицательное) скольжение; скорость вращения немного увеличивается и энергия поглощается инерцией. После порыва, сопротивление уменьшается, что переводит скорость назад в нерабочее состояние и энергия подаётся в сеть в течение более длительного периода времени. Если бы эта схема применялась между падениями и номинальной скоростью, энергия была бы необратимо рассеяна во внешних резисторах. Однако, если эта схема применяется в период, когда средняя скорость ветра выше номинальной т. е. когда энергия ветра может быть потеряна без экономических затрат, то в результате дает выгоду.

4. Развитие ветряной энергетики в различных странах

Потенциал энергии ветра в мире огромен. Теоретически эта энергия могла бы удовлетворить все потребности Европы. Последние инженерные успехи в строительстве ветровых генераторов, способных работать при низких скоростях, делают использование ветра экономически оправданным. Однако, ограничения на строительство ВЭС, особенно в густонаселенных районах, значительно снижают потенциал этого источника энергии.

Наибольшая доля (до 3%) в производстве электроэнергии ВЭС получена в 1993 г. в Дании, где ветровые турбины рассеяны по всей стране. Строительство современных ВЭС началось здесь в конце 70-х годов. А в начале 80-х в штате Калифорния (США) наблюдался особенно интенсивный рост ВЭС. Принятие здесь закона о налоговых льготах на инвестиции в возобновляемые источники энергии в дополнение к федеральным налоговым льготам создало благоприятную обстановку. В результате Калифорния превратилась в мирового лидера по производству электроэнергии из ветра. США могут потерять это лидерство, так как в ЕС поставили цель вырабатывать в 2005 г. 8 тыс. МВт ветровой электроэнергии, что составляет 1% потребностей ЕС в электроэнергии. Дания, Германия и Нидерланды должны довести к этому времени выработку электроэнергии из ветра по крайней мере до 5000 МВт.

Стоимость ветровой энергии снижается на 15% в год и даже сегодня может конкурировать на рынке, а главное - имеет перспективы дальнейшего снижения в отличие от стоимости энергии, получаемой на АЭС (последняя повышается на 5% в год); при этом темпы роста ветроэнергетики в настоящее время превышают 25% в год. Использование энергии ветра в различных государствах набирает силу.

Опыт освоения энергии ветра в развитых государствах показывает, что наиболее оптимальными являются ветроустановки мощностью более 100 кВт, особенно в диапазоне 200--500 кВт. При этом в Дании, например, стоимость 1 кВт·ч. электроэнергии, произведенной на ветроэлектростанции, дешевле, чем на теплоэлектростанции.

Ветроэнергетика, использующая ветроколеса и ветрокарусели (двигатели карусельного типа возрождается сейчас, прежде всего, в наземных установках. В США уже построены и эксплуатируются коммерческие установки. Проекты наполовину финансируются из государственного бюджета. Вторую половину инвестируют будущие потребители экологически чистой энергии.

В 2010 году суммарные мощности ветряной энергетики выросли во всём мире до 196,6 ГВт. Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов.

В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44% установленных ветряных электростанций, в Азии - 31%, в Северной Америке - 22%.

В 2007 году ветряные электростанции Германии произвели 6,2% от всей произведённой в Германии электроэнергии.

В 2007 году 18,3% электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра.

В 2009 году в Китае ветряные электростанции вырабатывали около 1,3% суммарной выработки электроэнергии в стране. В КНР с 2006 года действует закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагается, что к 2020 году мощности ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт.

Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20% электроэнергии 22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8% всей электроэнергии страны.

Таблица суммарных установленных мощностей в различных странах мира представлена в Приложении и рис. 7.



Рис. 7. Суммарные мощности ветроэлектростанций в некоторых странах

Исследуя общую статистику мощностей ветроэлектростанций в мире, можно сделать вывод, что с каждым годом активно развивается технология ветроэнергетических станций и, соответственно, их мощность, что подтверждает график на рис. 8.

Рис. 8. Динамика установленных мощностей ВЭС в мире

Проанализировав существующую статистику и прогнозы ученых на развитие данной сферы, можно сделать вывод, что доля ветроэнергетики в мире активно растет и будет расти (рис.9)

Рис. 9. Доля ветроэнергетики в мире стабильно увеличивается

5. Перспективы развития ветроэнергетики в России

В настоящее время суммарные установленные мощности ветроэнергоустановок в России не превышают нескольких десятков мегаватт, а доля ветроэнергетики в общем объёме производства электроэнергии ничтожна. В то же время реализуются несколько крупных проектов, прежде всего в степных районах юга страны и прибрежных зонах. Вероятно, в ближайшие годы ситуация с ветроэнергетикой может заметно измениться.

Большие пространства, сравнительно низкая плотность населения и хозяйственных объектов существенно снижают экологические риски работы ВЭС в России по сравнению с европейскими странами. Одновременно большие расстояния и слабо развитая транспортная инфраструктура затрудняют развитие ветроэнергетики и создают дополнительные трудности в обслуживании ветроагрегатов и ветростанций (рис.10).

Другая, достаточно очевидная причина слабого развития ветроэнергетики в России -- наличие больших запасов углеводородов, более дешёвого энергетического сырья. Как упоминалось выше, открытие и разработка крупных месторождений нефти и газа лишили СССР, который был когда-то одним из мировых лидеров в ветроэнергетике, стимулов развития в этой области. Тем не менее, расхожее мнение, что нам не нужна альтернативная энергетика (и ветроэнергетика, в частности), не имеет под собой оснований. Нефтегазовое изобилие нашей страны не стоит преувеличивать, а нынешний уровень энерговооружённости недостаточен для полноценного социально-экономического развития, что требует поиска новых источников энергии. Российские потребители сталкиваются с дороговизной подключения к энергосетям, и для них выгоднее использовать местные возобновляемые ресурсы, в том числе энергию ветра. Кроме того, более 70% территории нашей страны, на которой проживает около 20 млн человек, находится вне системы централизованного энергоснабжения [2].

Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Чёрного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале.

Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период -- период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле. Около 30% экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14% -- в Северном экономическом районе, около 16% -- в Западной и Восточной Сибири.

Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составляет 17-18 МВт.

Самая крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Зеленоградская ВЭУ состоит из 21 установки датской компании SEAS Energi Service A.S.

На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт). Годовая выработка в 2011 году не превысила 0,2 млн кВт?ч.

В Республике Башкортостан действует ВЭС Тюпкильды мощностью 2,2 МВт, располагающаяся около одноимённой деревни Туймазинского района. ВЭС состоит из четырёх ветроагрегатов немецкой фирмы Hanseatische AG типа ЕТ 550/41 мощностью по 550 кВт. Годовая выработка электроэнергии в 2008--2010 годах не превышала 0,4 млн кВт?ч.

В Калмыкии в 20 км от Элисты размещена площадка Калмыцкой ВЭС планировавшейся мощностью в 22 МВт и годовой выработкой 53 млн кВт?ч, на 2006 год на площадке установлена одна установка «Радуга» мощностью 1 МВт и выработкой от 3 до 5 млн кВт?ч.

В Республике Коми вблизи Воркуты недостроена Заполярная ВДЭС мощностью 3 МВт. На 2006 действуют 6 установок по 250 кВт общей мощностью 1,5 МВт.

На острове Беринга Командорских островов действует ВЭС мощностью 1,2 МВт.

Успешным примером реализации возможностей ветряных установок в сложных климатических условиях является ветродизельная электростанция на мысе Сеть-Наволок Кольского полуострова мощностью до 0,1 МВт. В 17 километрах от неё в 2009 году начато обследование параметров будущей ВЭС работающей в комплексе с Кислогубской ПЭС.



Рис. 10. Энергоресурсы России

Существуют проекты на разных стадиях проработки Ленинградской ВЭС 75 МВт Ленинградская область, Ейской ВЭС 72 МВт Краснодарский край, Калининградской морской ВЭС 50 МВт, Морской ВЭС 30 МВт Карелия, Приморской ВЭС 30 МВт Приморский край, Магаданской ВЭС 30 МВт Магаданская область, Чуйской ВЭС 24 МВт Республика Алтай, Усть-Камчатской ВДЭС 16 МВт Камчатская область, Новиковской ВДЭС 10 МВт Республика Коми, Дагестанской ВЭС 6 МВт Дагестан, Анапской ВЭС 5 МВт Краснодарский край, Новороссийской ВЭС 5 МВт Краснодарский край и Валаамской ВЭС 4 МВт Карелия.

Как пример реализации потенциала территорий Азовского моря можно указать Новоазовскую ВЭС, действующей на 2010 год мощностью в 21,8 МВт, установленную на украинском побережье Таганрогского залива.

В 2003--2005 годах в рамках РАО ЕЭС проведены эксперименты по созданию комплексов на базе ветрогенераторов и двигателей внутреннего сгорания, по программе в посёлке Тикси установлен один агрегат. Все проекты начатые в РАО, связанные с ветроэнергетикой переданы компании РусГидро. В конце 2008 года РусГидро начала поиск перспективных площадок для строительства ветряных электростанций.

Предпринимались попытки серийного выпуска ветроэнергетических установок для индивидуальных потребителей, например водоподъёмный агрегат «Ромашка».

В последние годы увеличение мощностей происходит в основном за счет маломощных индивидуальных энергосистем, объём реализации которых составляет 250 ветроэнергетических установок (мощностью от 1 кВт до 5 кВт).

Нельзя сбрасывать со счетов, что наша страна обладает самым большим в мире ветроэнергетическим потенциалом -- порядка 40 млрд кВт·ч электроэнергии в год. А это значит, что эксплуатация крупных и особенно малых ветроэнергоустановок на огромных российских пространствах могла бы быть эффективней. Районы Российского Севера, и в частности Обская губа, Кольский полуостров, бомльшая часть прибрежной полосы Дальнего Востока, по мировой классификации относятся к самым ветреным зонам. Среднегодовая скорость ветра на высотах 50--100 м, для которых производятся современные ветроагрегаты, составляет 11--12 м/с, что вдвое превышает так называемый экономический порог ветроэнергетики, связанный с окупаемостью ВЭС [8].

Заключение

Ветроэнергетика зародилась благодаря широкому использованию ветряных генераторов. Ветроэнергетика представляет собой отрасль энергетики, которая использует энергию ветра. Эта новая отрасль энергетики получила большое развитие во многих странах.

Почему все станы так активно занялись ветроэнергетикой? Сегодня активно развивать ветроэнергетику удается за счет появления высокотехнологичных материалов, которые отличаются легкостью и прочностью, а также за счет появления множества компаний, которые занимаются производством ветрогенераторов и ветряных электростанций.

Если посмотреть на то, как в мире используют ветроэнергетику, то лидерство получит Китай. Второе место по применению ветроэнергетики занимают Соединенные Штаты Америки. Третье место по развитию ветроэнергетики принадлежит Германия. Изучив материал, можно сделать вывод, что наиболее активно ветроэнергетикой занимаются в европейских странах.

К сожалению, на данный момент, Россия по развитию ветроэнергетики располагается в четвертой десятке. Все дело в том, что значительно раньше Россия занималась получением энергии посредством развития атомных станций и гидроэлектростанций. Несмотря на то, что природные ресурсы России дают возможность получать энергию менее затратными способами, чем использование ветроэнергетики, ветроэнергетика будет развиваться, чем дальше, тем все активнее, так как цена на полученную с ее помощью энергию постоянно понижается.

Сегодня российской энергетике для полноценного развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ) необходимо также закончить формирование нормативно-правовой базы. Российские власти планируют в ближайшие десять лет построить 34 новых ядерных реактора как минимум в 13 регионах страны. Кроме того, российское правительство ввело с начала 2010 года нулевые пошлины на экспорт нефти с ряда месторождений Восточной Сибири. Возможно, в скором будущем мы сможем увидеть большое количество ветровых установок и в России. Но для этого необходимо не только вести разработки в этой области, а в этом мы сильно отстали, но и воплощать их в «жизнь». Можно сказать, что в России имеются энергетические технологии, использующие основные возобновляемые источники энергии. Правда, уровень их развития совершенно не отвечает ни потребностям государства, ни реальным возможностям полноценного применения ВИЭ. Несмотря на достаточно продолжительное их применение, все существующие системы продолжают оставаться на стадии научно-производственных исследований, конструкторских разработок, испытаний или ремонта после испытаний.

Список использованных источников

1. Алексеев Б.А. Международная конференция по ветроэнергетике / Электрические станции. 1996. №2.

2. Безруких П.П. Экономические проблемы нетрадиционной энергетики / Энергия: Экон., техн., экол. 1995. №8.

3. Богуславский Э.И., Виссарионов В.И., Елистратов В.В., Кузнецов М.В. Условия эффективности и комплексного использования геотермальной солнечной и ветровой энергии // Международный симпозиум “Топливно-энергетические ресурсы России и др. стран СНГ". Санкт-Петербург, 1995.

4. Дьяков А.Ф., Прокуроров Н.С., Перминов Э.М. Калмыцкая Опытная ветровая электростанция / Электрические станции 1995. № 2.

5. Логинов В.Б. Новак Ю.И. Высокоэффективные ветроэнергетические установки / Проблемы машиностроения и автоматизации. 1995. №1-8.

6. Селезнев И.С. Состояние и перспективы работ МКБ "Радуга" в области ветроэнергетики / Конверсия в машиностроении. 1995. №5.

7. Соболь Я.Г. "Ветроэнергетика" в условиях рынка (1992-1995 гг.) / Энергия: Экон., техн. экол. 1995. №11.

8. «Второе пришествие ветроэнергетики», А. Солоницын, «Наука и Жизнь» № 3, 2004 год (Проверено 15 сентября 2009)

9. «Башня из ветроэнергетических модулей», Л. Хаскин, «Наука и Жизнь» № 9, 2003 год

Размещено на Allbest.ru

...