Повышение энергетической эффективности предприятий агропромышленного комплекса за счет ветроэнергетических установок

Перспективы, проблемы и пути решения использования энергии ветра для предприятий агропромышленного комплекса Костанайской области. Определение энергетической эффективности ветроустановок. Анализ нахождения оптимальных высот установки ветроагрегатов.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 25.05.2018
Размер файла 224,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повышение энергетической эффективности предприятий АПК за счет ветроэнергетических установок

В период бурного развития промышленности в прошлом столетии в основном использовались источники на основе различных видов ископаемого топлива. Использование полезных ископаемых в качестве топлива в больших количествах поставило на повестку дня две проблемы - загрязнение окружающей среды до критических значений и угроза истощения запасов полезных ископаемых. Эти глобальные проблемы заставляют искать альтернативные источники энергии. В этом качестве могут рассматриваться атомная энергетика, но она встречает все больше возражений в связи с огромной опасностью и проблемой утилизации радиоактивных отходов, и так называемые чистые источники энергии, в число которых входят установки, использующие энергию ветра. Энергия ветра использовалась еще в глубокой древности, но низкая единичная плотность этой энергии, зависимость от погодных условий, несовершенство ей преобразования в более удобные виды энергии, ограничивало широкие использование этого природного источника. В настоящее время появилось многоразличных установок для преобразовании энергии ветра в другие виды энергии, в том числе и в наиболее удобный вид - электрическую энергию.

Материалы и методы

Энергию ветроэнергетической установки, содержащейся в потоке движущегося воздуха, можно определить по выражению [1, 2]:

,

где V-скорость ветра; D - диаметр ветрового колеса ВЭУ; о - номинальный коэффициент использования ветра; з - к.п.д. преобразования механической энергии в электрическую.

Многочисленными исследованиями доказано, что практическая эффективность системы винт-генератор достигает примерно 30-40%.

Для расчета средней удельной мощности ветрового потока Nc (ветроэнергетического потенциала на 1 м2), использовалась формула, учитывающая среднюю скорость ветра Vc и её коэффициент вариации Cv:

,

Эта формула определяет теоретическую (потенциальную) величину ветровой энергии и является верхним пределом запасов ветровых ресурсов, так как не учитывает потери преобразования.

Вырабатываемая ВЭУ мощность зависит от многих факторов [4]:

- скорости ветра,

- плотности и турбулентности воздуха;

- квадрата диаметра ротора (площади вращения воздушного колеса);

- эффективности винта и генератора;

- стартовой и номинальной скорости ветра (при которых аэрогенератор начинает работать и развивать номинальную мощность),

- номинальной мощности ВЭУ.

Первые два фактора зависят от выбора района установки ВЭУ, удельная выработка ветровой электроэнергии полностью зависит от силы ветра и продолжительности энергоактивных скоростей на данной территории. Остальные факторы являются функциями аэрогенераторов. Следует также иметь в виду, что получение энергии, достигается лишь при скорости ветра, находящейся в допустимом рабочем диапазоне для каждого ветроагрегата. Иногда бывает, что скорость ветра бывает слишком низкой и ветроагрегат не может работать, либо достигает такого большого значения, что необходимо принимать меры к его отключению с целью предотвращения разрушения.

При современном уровне развития ветроэнергических установок условия их экономически оправданной эксплуатации в зависимости от среднегодовой скорости (V) можно приближенно оценить следующим образом [5]: при скорости Vc < 3 м/с - бесперспективные для любых ВЭУ; при скорости3 ? V < 3,5 м/с - малоперспективные, при 3,5 ? Vс < 4 м/с - перспективные для ВЭУ малой мощности, при 4 <. Vс < 5,5 м/с - перспективные дня малой и большой мощности и при V ? 5,5 м/с - перспективные для всех ВЭУ.

В таблице 1 [6] представлен ряд нескольких ветроэнергетических установок (ВЭУ) малой мощности (до 30 кВт) н их основные технические характеристики. Они могут использоваться в индивидуальных жилых застройках, а также на предприятиях агропромышленного комплекса.

Для оценки ветроэнергетического потенциала, его возможного вклада в энергосбережение необходимо иметь характеристики распределения ветра по территории и во времени.

Казахстан по своему географическому положению находится в ветровом поясе северного полушария, и на значительной части территорий страны наблюдаются достаточно сильные воздушные течения. В ряде регионов Казахстана среднегодовая скорость ветра составляет порядка 6 м/с и выше, что делает эти регионы привлекательными для развития ветроэнергетики. В этой связи Казахстан рассматривается как одна из наиболее подходящих стран мира для использования ветроэнергетики.

Для оценки ветрового режима и ветроэнергетического потенциала Костанайской области были использованы данные нескольких гидрометеорологических станций. Основными климатическими характеристиками скорости ветра служат средняя скорость, стандартное, (среднеквадратичное) отклонение (s), коэффициент вариации (Сv), повторяемость различных скоростей, максимальна скорость, распределение скоростей в течение суток и года.

Скорость ветра определяется в первую очередь структурой барического поля атмосферы (особенностями атмосферной циркуляции). Большое влияние на режим ветра оказывают также местные условия наличие водных объемов, особенности рельефа и подстилающей поверхности и т.п. Наименьшая скорость ветра наблюдается в малоградиентных барических полях.

Коэффициент вариации Сv, характеризующий временную изменчивость значений скорости относительно средней, не очень большой и меняется по территории сравнительно мало, от 0,13 до 0,36. Это свидетельствует об относительно стабильном во времени и по территории режиме ветра. агропромышленный энергетический установка ветер

На рисунке 1 показан ветровой атлас Костанайской области с обозначением категорий скорости ветра на высоте 80 метров.

Рисунок 1 - Ветровой атлас Костанайской области

Таблица 1 - Технические характеристики ВЭУ (мощностью 30 кВт) [5]

Марка агрегата

Диаметр ветроколеса, м

Высота до оси ветроколеса, м

Масса ветроколеса, кг

Мощность, кВт

Диапазон рабочих скоростей, м/с

Номинальная скорость, м/с

1

ВЭТУ-1,5

1,8 - 2,52

4,25; 7,25; 10,25

150

-

5-40

-

2

АВЭУ-0,3-2,4

2,4

6

165

0,65-0,75

23

-

3

АВЭ-2-4.5

4,5

8,3

600

2,25

4-40

9,6

4

ВД6

5,5

17,86

1500

3

23

9

5

ВЭУ-10-10

10

11,6

2800

18,5

21

8,5

6

АВЕС4.00.00 00.СБ

2

6

200

19

23

-

7

ЭСО-0020

-

-

-

20

25

-

Результаты исследований

Для целей ветроэнергетики особый интерес представляет распределение скоростей ветра по градациям скорости. В таблице 2 приведена повторяемость скоростей ветра и штилей по градациям для станций Костанайской области.

В зимнее время над бассейном вдоль параллели 50о с.ш. обычно образуется полоса повышенного атмосферного давления - отрог сибирского антициклона. К северу от нее преобладают ветры южного и юго-западного, а к югу - северного и северо-восточного направлений. В летний период господствующими являются ветры северных и северо-западных направлений [3].

Анализ статистических данных Костанайской области показывает, что средняя многолетняя скорость ветра на станциях Костанайской области меняется в пределах от 3 до 6 м/с. Среднее значение скорости ветра по области - 2,5 м/с.

Таблица 2 - Повторяемость направления ветра и штилей, %

Станция

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

Штиль

Костанай

15

7

6

9

27

16

11

9

15

Рисунок 2 - Роза ветров. Повторяемость направлений ветра (%) по метеостанциям Костаная

Среднемноголетняя повторяемость основных направлений ветра, по данным РГП «Казгидромет», приводится в таблице 2 и рисунке 2.

Ветровая деятельность характерна для всех времен года, но наивысшей активности они достигают весной и зимой. Весной и летом часты сильные суховеи, которые увеличивают и без того значительную испаряемость и способствуют развеванию почв [2].

Для более эффективного использования ветровой энергии, согласно исследованиям различных авторов, ветровое колесо ВЭУ необходимо располагать на больших высотах: 30- 100 м и выше, так как скорость ветра с высотой увеличивается по логарифмическому закону [8]. Авторами [1, 3] показано, что скорости ветра на высоте 30 м выше в 1,7 раза (в среднем), на высоте 100 м - в 2,4 раза. При этом среднегодовые скорости воздушных потоков на стометровой высоте превышают 7 м/сек. Если для установки ВЭУ выйти на высоту 100 м, используя подходящую естественную или искусственную возвышенность, практически на всей территории Костанайской области можно эффективно использовать ветроагрегаты. Для более точной оценки ветроэнергетического потенциала при условии расположения ВЭУ на высоте 100 м необходимо использовать аэрологические наблюдения.

Выводы

Рассмотрев основные характеристики ветра на высоте расположения ветроизмерительных приборов (10-14 м) по станциям Костанайской области, можно сделать следующие предварительные выводы:

- территория Костанайской области относится к перспективным районам для непрерывного использования ветровой энергии в течение года;

- ветровая энергия может служить источником энергии с целью энергосбережения предприятий агропромышленного комплекса;

- зона наибольшей плотности ветровой энергии практически совпадает с районами максимума средней скорости ветра (северные районы Костанайской области).

Литература

1. Тажиев И.Т. Энергия ветра - база электрификации сельского хозяйства. Л.: Гос. Энерг., изд., 1982, 192с.

2. Исаев А.А Прикладная климатология. М: Изд-во МГУ, 1989, 88с.

3. Дробышев А.Д., Пермяков Ю.А Ветровая энергия и её возможный вклад в ресурсосбережение и экологию Прикамья. Учебное пособие Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1997, 112 с.

4. Маркус Т.А, Моррис Э.Н. Здании, климат и энергия. Л. 1985, 544с.

5. Де Реизо Л. Ветроэнергетика. М.: Энергоатомиздат, 1982, 271с.

6. Кудря С., Коваленко В., Коханевич В., Шихайлов М. Универсальная ветроэнергетическая установка для сельского хозяйства // Материалы 2-й межд. Конф. по управл. Использованием энергии (Львов, 3-6 июня 1997 г.), С. 149-150

7. Калашников Н.П. Альтернативные источники энергии. М.: Знание 2008.

8. Кононов Ю.Д. Энергетика и экономика. Проблемы перехода к новым источникам энергии. -- М.: Наука, 2009.

9. Ревелль П., Ревелль Ч. «Энергетические проблемы человечества» Мир, 2005.

Аннотация

В статье отражены перспективы, проблемы и пути решения использования энергии ветра для предприятий агропромышленного комплекса Костанайской области. Представлены основные зависимости для определения энергетической эффективности ветроустановок. Определены статистические данные ветровой активности Костанайской области. Приведены данные повторяемости скорости ветра и штиля по градациям для станций Костанайской области. Определены оптимальные высоты установки ветроагрегатов. Представлены технические данные агрегатов, рекомендуемые для установки в данной области.

Ключевые слова: источник, электроэнергетика, мощность, генератор, ветер.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Роль судов в транспортном процессе. Технический уровень оборудования судовой энергетической установки, анализ мероприятий, направленных на повышение ее энергетической эффективности. Модернизация основной и вспомогательной энергетических установок.

    дипломная работа [3,7 M], добавлен 11.09.2011

  • Оценка валовых ветроэнергетических ресурсов Амурской области и возможности использования энергии ветра в различных точках рассматриваемого региона. Расчет и построение эмпирических кривых повторяемости скоростей ветра по базе данных "Погода России".

    курсовая работа [882,0 K], добавлен 27.10.2011

  • Расчет буксировочного сопротивления судна "Михаил Стрекаловский". Комплектация тепловой схемы главного пропульсивного комплекса. Выбор утилизационного парового котла. Оценка эксплуатационной эффективности судовых энергетических установок и их элементов.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 09.09.2014

  • Оценка влияния несимметрии, несинусоидальности и отклонения напряжения на работу электрооборудования на примере предприятия агропромышленного комплекса. Динамика показателей качества электрической энергии. Расчет потерь электроэнергии и высших гармоник.

    дипломная работа [2,0 M], добавлен 26.06.2011

  • Эффективность использования энергоресурсов. Современное состояние предприятий производства мясомолочной продукции в области энергетической эффективности. Энергосберегающие мероприятия на предприятиях. Организационные механизмы программ энергосбережения.

    контрольная работа [16,5 K], добавлен 16.03.2010

  • Ветер как источник энергии. Выработка энергии ветрогенератором. Скорость ветра как важный фактор, влияющий на количество вырабатываемой энергии. Ветроэнергетические установки. Зависимость использования энергии ветра от быстроходности ветроколеса.

    реферат [708,2 K], добавлен 26.12.2011

  • Структура и состав ядерной энергетической установки. Схемы коммутации и распределения в активных зонах. Требования надежности. Виды и критерии отказов ядерной энергетической установки и ее составных частей. Имитационная модель функционирования ЯЭУ-25.

    отчет по практике [1,0 M], добавлен 22.01.2013

  • Структура и задачи промышленного комплекса в условиях рыночной конкуренции. Анализ объемов производства и потребления электроэнергии в мире. Проблемы и перспективы развития энергетики в России. Реализация проектов в области солнечно-дизельной генерации.

    курсовая работа [52,8 K], добавлен 22.11.2019

  • Разработка проекта модернизации энергетической установки судового буксира для повышения его тягового усилия, замена двигателей на более экономичные. Выбор энергетической и котельной установки, комплектация электростанции: дизель–генераторы, компрессоры.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 29.11.2011

  • Топливно-энергетический комплекс Республики Беларусь: система добычи, транспорта, хранения, производства и распределения всех видов энергоносителей. Проблемы энергетической безопасности республики, дефицит финансовых средств в энергетической отрасли.

    реферат [21,0 K], добавлен 16.06.2009

  • Уравнения материальных и тепловых балансов для теплообменных аппаратов и точек смешения сред в рабочем контуре ядерной энергетической установки. Определение расхода пара на турбину, паропроизводительности парогенератора и мощности ядерного реактора.

    контрольная работа [177,6 K], добавлен 18.04.2015

  • История использования энергии ветра. Современные методы генерации электроэнергии, конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения. Мировые мощности ветряной энергетики, проблемы, экологические аспекты и перспективы развития.

    реферат [580,7 K], добавлен 21.11.2010

  • Изучение особенностей использования ветроэнергетических установок в сельском хозяйстве. Анализ состояния российской энергетики, проблем энергосбережения. Расчет плоского солнечного коллектора и экономии топлива, биогазовой и ветродвигательной установок.

    курсовая работа [261,7 K], добавлен 10.03.2013

  • Технология суперсверхкритического давления. Циклы Карно и Ренкина с промперегревом. Влияние повышения давления на влажность в последней ступени. Определение эффективности теплоэнергетических установок. Пути совершенствования термодинамического цикла.

    презентация [1,7 M], добавлен 27.10.2013

  • Характеристика ядерных энергетических установок, преимущества их использования на морских судах. Первое гражданское атомное судно, схема энергетической установки ледокола. Разработка новой реакторной установки в связи с модернизацией транспортного флота.

    контрольная работа [54,7 K], добавлен 04.03.2014

  • Анализ действия и оценка перспектив использования альтернативных методов получения электрической энергии в России. Вклад в обеспечение государства электроэнергией гидроэлектростанций, ветроэнергетических установок, солнечных и приливных электростанций.

    контрольная работа [55,9 K], добавлен 11.04.2010

  • Солнечные электростанции как один из источников преобразования электроэнергии, принципы и закономерности их функционирования, внутреннее устройство и элементы. Порядок преобразования солнечной энергии в электрическую. Оценка энергетической эффективности.

    презентация [540,5 K], добавлен 22.10.2014

  • Общее понятие энергии, ее виды, функции и роль в современном мире. Классификация первичных энергоресурсов. Основные преимущества солнечной энергетики. Основные перспективы использования в Беларуси гидроэлектростанций и ветроэнергетических установок.

    курсовая работа [517,5 K], добавлен 12.01.2015

  • Современное состояние мировой энергетики. Направления энергетической политики Республики Беларусь. Оценка эффективности ввода ядерных энергоисточников в Беларуси. Экономия электрической, тепловой энергии в быту. Характеристика люминесцентных ламп.

    контрольная работа [26,4 K], добавлен 18.10.2010

  • Способы повышения энергоэффективности производства и распределения электрической энергии путем внедрения установок компенсации реактивной мощности. Совершенствование электрификации животноводческого комплекса с. Большепесчанское Омской области.

    дипломная работа [1,1 M], добавлен 23.06.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.