Выбор ветрогенераторов с учётом особенностей районов Оренбургской области

Размещено на http://allbest.ru

2

Оренбургский государственный университет

Выбор ветрогенераторов с учётом особенностей районов Оренбургской области

Миронова Юлия Александровна, студент,

направление подготовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника

Научный руководитель: Хаустова Елена Владимировна,

кандидат технических наук,

старший преподаватель кафедры электро- и теплоэнергетики

Оренбург

Аннотация

Abstract

The choice of wind turbines taking into account the characteristics of the districts of Orenburg region

Mironova Yulia Aleksandrovna, student, training program 13.03.01 Heat power engineering and heat engineering, Orenburg State University, Orenburg

Research advisor: khaustova Elena Vladimirovna, PhD in Technical Sciences, Senior Lecturer of the Department of Electrical and Heat Power Engineering, Orenburg State University, Orenburg

Wind power is an actual development direction for the Orenburg region due to climatic and geographical features. This article provides an overview of existing wind turbines in order to identify the most suitable types for Orenburg region districts. The classification of wind generators is given and their main differences are highlighted. Based on the analysis of the average annual wind speed, a list of territories that are most favorable for the construction of wind farms is provided. In areas with a developed agricultural and industrial complex, it is proposed to use such wind turbines, the operation of which is compatible with farming. Such installations are flying wind generators. Their application will allow the most complete use of land resources.

В связи с развитием различных экологических проблем становится актуальным направление альтернативной энергетики. В некоторых странах особенно широкое распространение получил способ производства электричества из энергии ветра. Оренбургская область является степной зоной, где постоянно дуют ветра в различных направлениях. На основании дневника погоды средняя скорость ветра в городе Оренбурге днем составляет 3,9 м/с, а ночью 3 м/с. Средняя скорость ветра составляет 3,45 м/с, что достаточно для работы ветрогенератора. Отсюда можно сделать вывод, что устанавливать их в городе Оренбурге целесообразно [2]. 10 ноября 2019 года губернатором Оренбургской области Денисом Паслером было подписано соглашение о сотрудничестве с Фондом развития ветроэнергетики. Документ предусматривает строительство на территории региона в 2021-2023 гг. ветряных электростанций совокупной мощностью до 200 МВт Денис Паслер: «Природный потенциал Оренбуржья позволяет нам развивать ветроэнергетику» [Электронный ресурс] // Оренбуржье. Портал правительства Оренбургской области. - Режим доступа: http://www.orenburg-gov.ru/news/official-chronics/denis- pasler-prirodnyy-potentsial-orenburzhya-pozvolyaet-nam-razvivat-vetroenergetiku/ (дата обращения 23.04.2020).. Сейчас в области уже эксплуатируется несколько ветряных электростанций, например, в г. Орск и в г. Соль-Илецке. Таким образом, успешное применение, усовершенствование технологий ветроэнергетики и создание новых разработок является актуальной задачей для Оренбуржья. Существует несколько типов ветрогенераторов. Они обладают различными техническими характеристиками и нуждаются в разных условиях для корректной работы. Выясним, какой вид установки наиболее подходит для Оренбургской области. Данное исследование позволит наиболее полно использовать природный потенциал региона. Классифицировать ветроэнергетические установки (ВЭУ) можно по многим признакам (таблица 1) [8].

Таблица 1. Классификация ветроэлектрических установок

ВЭУ вертикального вида часто используются в быту из-за простоты своей конструкции. По-другому эти устройства можно отнести к карусельному типу. Сюда входят генераторы с ротором Савониуса (рисунок 1,1). Они состоят из цилиндра, разделённого на две половины, которые смещены друг относительно друга, чтобы часть потока воздуха, ударившись в одну из них, разворачивалась и попадала на другую. Это значительно усиливает эффект ветра. К другой разновидности относятся генераторы с ротором Дарье (рисунок 1, 2).

Они имеют две или три плоские лопасти, закреплённые у основания и на верхушке. Такая конструкция не ориентируется на силу и направление ветра. Лопасти не имеют специального аэродинамического профиля и часто представляют собой полоски какого-либо материала. Если мы видим ортогональный ветрогенератор, у которого лопасти закреплены на горизонтальных радиальных балках и закручены вдоль несущей оси, то перед нами ВЭУ с геликоидным ротором (рисунок 1, 3). Сложная форма обеспечивает равномерную нагрузку на аэродинамические крылья при взаимодействии с потоком воздуха.

Отличительной чертой ветрогенератора парусного типа является материал изготовления. Для этой цели может использоваться брезент, парусина, нетканые слоистые материалы. Встречаются лопастные парусные ветряки. В его исполнении применяют лопасти треугольной формы. Эта форма может изменяться в зависимости от силы ветра в данной местности. Как правило, скорость вращения таких крыльев не очень высока. Другой вариант подобной ветроустановки - генератор с круговым парусным колесом. Здесь какое-либо вращательное движение отсутствует. Под воздействием ветра тело генератора совершает колебательные движения высокой часоты. Они преобразуются в энергию давления несжимаемой жидкости посредством механической и гидравлической систем. Именно эта энергия далее используется для работы электрогенератора. КПД устройств парусного типа колеблется от 40 до 80%. Наиболее эффективным считается установка с парусным колесом [6]. Достаточно новым направлением ветроэнергетики являются летающие ветрогенераторы. Они изготавливаются в виде дирижабля кольцевой формы, оболочка которого наполнена гелием. Во внутреннем пространстве помещается турбина и электрический генератор (рисунок 2). ветрогенератор электростанция оренбуржье

Такая установка поднимается в те слои атмосферы, где скорость ветра больше, чем на поверхности и более стабильна. Однако такой ветряк не предназначен для подачи энергии в сеть. Его устанавливают для питания удалённых населённых пунктов или других изолированных потребителей. Эффективность агрегата составляет 50% и выше [4]. В зависимости от назначения изменяется мощность используемого оборудования. Так бытовые ветрогенераторы вырабатывают от одного до десяти киловатт, а промышленные - от ста киловатт до пяти тысяч. Мощность во многом зависит от скорости ветра, причём эта зависимость не всегда прямая. Производительность возрастает при увеличении скорости ветра примерно до 11 м/с. Дальнейшее ускорение потока напротив снижает эффективность работы ветрогенератора.

Согласно карте ветров Оренбургской области благоприятными территориями (среднегодовая скорость ветра не ниже 3 м/с) для использования энергии ветра являются (по убыванию):

1) Орский городской округ;

2) Кваркенский район;

3) Светлинский район;

4) Абдулинский район;

5) Оренбургский, Новоорский районы;

6) Соль-Илецкий, Асекеевский районы.

Здесь можно устанавливать ветряки для бытовых и промышленных нужд. Выясним, применение каких из описанных выше установок наиболее целесообразно. Вертикальные и парусные ветрогенераторы могут быть использованы для снабжения электричеством частных домов, поэтому они подходят для каждого из перечисленных районов. В качестве промышленных образцов рассмотрим горизонтальные и летающие установки. Первые уже получили широкое применение, вторые только начинают внедряться. Однако в Оренбургской области хорошо развито сельское хозяйство, поэтому необходимо использовать такие ВЭУ, которые не вредят аграрной промышленности. По данному критерию очевидно преимущество летающих ветрогенераторов. К тому же КПД такого оборудования выше, чем у горизонтальных образцов. Среди перечисленных самой большой долей сельскохозяйственных угодий от общей площади обладают Оренбургский и Новоорский районы. Так как средняя скорость ветра здесь примерно 3,1 м/с, строительство крупных ветряных станций может быть менее выгодно, чем использование этой земли для возделывания. Аналогично для Соль-Илецка и Асекеево, а также Абдулино. Рассмотрим первые три позиции из приведённого списка. Наибольшее производство сельскохозяйственной продукции на душу населения в Светлинском районе, далее - в Кваркенском, а затем - в Орском городском округе. Средняя скорость ветра 3,9 м/с, 4 м/с, 4,4 м/с соответственно. Здесь можно применять горизонтальные ветрогенераторы в промышленных масштабах. Для Светлинского и Кваркенского районов целесообразней использовать летающие ветроустановки. Здесь это будет особенно эффективно, так как при высокой средней скорости ветра у поверхности земли на высоте полёта установки она будет намного больше [1].

Литература

1. Абрамова И. А., Сорокин А. А. Ветроэнергетика в условиях Оренбургской области // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2014. - № 2 (46). - С. 66-69.

2. Захарова М. С., Хаустова Е. В. Анализ розы ветров г. Оренбурга для установки ветрогенератора // Наука и образование в XXI веке : сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч.-практ. конф. - 2013. - Часть V - С. 32-33.

3. Кирпичникова И. М., Соломин Е. В. Ветроэнергетическая установка с вертикальной осью вращения // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. - 2008. - № 26 (126). - 32-35.

4. Онищенко Р. А., Кузнецов Е. А. Перспективы использования летающих ветрогенераторов в регионах, испытывающих нехватку электрической энергии // Ростовский научный журнал. - 2017. - № 11. - С. 332-337.

5. Рысбеков Т. Ш., Лобода И. С. Ветроэнергетическая установка с горизонтальной осью вращения // Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. - 2018. - Т. 18. - № 4. - С. 29-31.

6. Сушков С. Л., Рудаков А. И. Анализ ветроэнергетической электроустановки парусного типа // Интеллектуальный и научный потенциал XXI века. Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции (Минск, Белоруссия, 16 марта 2017 г.). - Минск, 2017. - С. 85-88.

7. Фатеев Е. М. Ветродвигатели и ветроустановки: монография. - М.: ОГИЗ-СЕЛЬХОГИЗ, 1948. - 545 с.

8. Шепелев А. О., Артамонова Е. Ю. Классификация современных ветроэнергетических установок по мощности // Молодой ученый. - 2016. - №17 (121). - С. 92-96.

Размещено на Allbest.ru