Использование энергии ветра

МИНИСТЕРСТВО  ОЮРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ                   УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

 

Кафедра важнейших  отраслей промышленности

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по дисциплине: Основы энергосбережения                                                             на тему: Использование энергии ветра

 

 

 

 

Студент                                                                                                                               УЭФ, 2-ой курс, ДЭГ-2                                                                              Е.Ф. Цалко

04.10.2013

Проверила                                                                                             М.В. Михадюк

05.10.2013

 

 

 

 

Минск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………...……3

1 История развития ветроэнергетики…………………………….………………...4

2 Использование энергии ветра в мире ……………………………………………6

3 Экономические аспекты ветроэнергетики……………….....................................7

4 Перспективы использования энергии  ветра в мире ……………….....................8

5 Ветроэнергетика Беларуси……………………………………………………….11

Список  использованных источников………...……………………………………14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Энергия ветра -- это преобразованная  энергия солнечного излучения, и  пока светит Солнце, будут дуть и  ветры. Таким образом, ветер -- это  тоже возобновляемый источник энергии.

Люди используют энергию ветра  с незапамятных времен -- достаточно вспомнить парусный флот, который  был уже у древних финикиян и живших одновременно с ними других народов, и ветряные мельницы. В принципе, преобразовать энергию ветра  в электрический ток, казалось бы, нетрудно -- для этого достаточно заменить мельничный жернов электрогенератором. Ветры дуют везде, они могут дуть и летом, и зимой, и днем, и ночью -- в этом их существенное преимущество перед самим солнечным излучением. Поэтому вполне понятны многочисленные попытки "запрячь ветер в упряжку" и заставить его вырабатывать электрический ток.

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) достигли сегодня уровня коммерческой зрелости и в местах с благоприятными скоростями ветра могут конкурировать  с традиционными источниками  электроснабжения. Из всевозможных устройств, преобразующих энергию ветра  в механическую работу, в подавляющем  большинстве случаев используются лопастные машины с горизонтальным валом, устанавливаемым по направлению  ветра. Намного реже применяются  устройства с вертикальным валом.

Расчетная скорость ветра для больших  ВЭУ обычно принимается на уровне 11-15 м/с. Вообще, как правило, чем больше мощность агрегата, тем на большую  скорость ветра он рассчитывается. Однако в связи с непостоянством скорости ветра большую часть  времени ВЭУ вырабатывает меньшую  мощность. Считается, что если среднегодовая  скорость ветра в данном месте  не менее 5-7 м/с, а эквивалентное число  часов в году, при котором вырабатывается номинальная мощность не менее 2000, то такое место благоприятно для  установки крупной ВЭУ и даже ветровой фермы.

Автономные установки киловаттного класса, предназначенные для энергоснабжения  сравнительно мелких потребителей, могут  применяться и в районах с  меньшими среднегодовыми скоростями ветра.

 

 

 

 

 

1 История развития ветроэнергетики

 

Первый ветродвигатель был простым  устройством с вертикальной осью вращения, таким, например, как устройство, которое применялось в Персии за 200 лет до нашей эры для размола  зерна. Использование такой мельницы с вертикальной осью вращения получило впоследствии повсеместное распространение  в странах Ближнего Востока. Немного  позднее была разработана мельница с горизонтальной осью вращения, которая  состояла из десяти деревянных стоек, оснащенных поперечными парусами. Подобный примитивный тип ветряной мельницы находит применение до сих пор  в многих странах бассейна Средиземного моря. В ІХ столетии ветреные мельницы широко использовались на Ближнем Востоке  и попали в Европу в Х столетии при возвращении крестоносцев. В  средние века в Европе многие поместные  законы, включая и право отказа в разрешении на строительство ветреных мельниц, заставляли арендаторов иметь  площади для посева зерна возле  мельниц феодальных имений. Посадки  деревьев близ ветреных мельниц запрещались  для обеспечения "свободного ветра". В XIV столетии голландцы стали ведущими в усовершенствовании конструкций  ветреных мельниц и широко использовали их с этих пор для осушения болот  и озер в дельте реки Рейн. Между 1608 и 1612 гг. польдер Беемстер, который  находился на три метра ниже уровня моря, был осушен с помощью 26 ветродвигателей  мощностью 37 квт каждый.

Позднее известный инженеров-гидравлик  Лигвотер, применив 14 ветродвигателей  производительностью 1000 м³/мин., которые перекачивали воду в аккумулирующий бассейн, осушил за четыре года польдер Шермер. Потом 37 ветродвигателей перекачивали воду из бассейна в кольцевой канал, откуда она попадала в Северное море.

В 1582 г. в Голландии была построена  первая маслобойня, которая использовала энергию ветра, через 4 года - первая бумажная фабрика, которая удовлетворяла  повышенные требования к бумаге, обусловленные  изобретением печатной машины.

В середине XIX столетия в Голландии  использовалось для разных целей  около 9 тыс. ветродвигателей. Голландцы  внесли много усовершенствований в  конструкцию ветреных мельниц и, в частности, ветроколеса.

Первой лопастной  машиной, которая использовала энергию  ветра, был парус. Парус и ветродвигатель кроме одного источника энергии  объединяет один и тот же используемый принцип. Исследование показали, что  парус можно представить в  виде ветродвигателя с бесконечным  диаметром колеса. Парус является наиболее совершенной лопастной машиной, с высочайшим КПД, который непосредственно использует энергию ветра для движения.

Еще в 1714 году француз Дю Квит предложил  использовать ветродвигатель как двигатель  для перемещения по воде. Пятилопастное  ветроколесо, установленное на треноге, должно было приводить в движение гребное колесо. Идея так и осталась на бумаге, хотя понятно, что ветер  произвольного направления может  двигать судно в любом направлении.

Первые разработки теории ветродвигателя относятся к 1918 г. В. Залевський заинтересовался  ветряными мельницами и авиацией одновременно. Он начал создавать  полную теорию ветреной мельницы и  вывел несколько теоретических  положений, которым должна отвечать ветроустановка.

В начале ХХ столетия интерес к  воздушным винтам и ветроколёсам не был обособлен от общих тенденций  времени - использовать ветер, где это  только возможно. Сначала наибольшее распространение ветроустановки получили в сельском хозяйстве. Воздушный  винт использовали для привода судовых  механизмов. На всемирно известном "Фраме" он вращал динамомашину. На парусниках ветряные мельницы передавали движение насосам и якорным механизмам.

В Русской империи к началу минувшего  столетия работало около 2500 тысяч ветряных мельниц общей мощностью 1 млн. квт. После 1917 года мельницы остались без  хозяев и постепенно разрушились. Правда, делались попытки использовать энергию  ветра уже на научной и государственной  основе. В 1931 году близ Ялты была построена  наибольшая на том время ветроэнергетическая  установка мощностью 100 квт, а позднее  разработан проект агрегата на 5000 квт. Но реализовать его не удалось, так  как Институт ветроэнергетики, который  занимался этой проблемой, был закрыт.

Сформировавшаяся ситуация отнюдь не обуславливалась местным головотяпством. Такова была общемировая тенденция. В США до 1940 года построили ветроагрегат мощностью 1250 кВт. До конца войны  одна из его лопатей получила повреждения. Ее даже не стали ремонтировать - экономисты подсчитали, что более выгодно  использовать обычную дизельную  электростанцию. Дальнейшие исследования этой установки прекратились, а ее творец и собственник П.Путнем выложил  свой печальный опыт в прекрасной книге "Энергия ветра", которая  не утратила до сих пор своей актуальности.

Неудачные попытки использовать энергию  ветра в крупномасштабной энергетике сороковых лет не были случайными. Нефть оставалась сравнительно дешевой, резко снизились удельные капитальные  вложения на больших тепловых электростанциях, освоение гидроэнергии, как тогда  казалось, гарантировало и низкие цены, и удовлетворительную экологическую ситуацию.

Важным недостатком энергии  ветра является ее переменчивость во времени, но это можно компенсировать за счет расположения ветроагрегатов. Если в условиях полной автономии  объединить несколько десятков больших  ветроагрегатов, то средняя их мощность будет постоянной. При наличии  других источников энергии ветрогенератор может дополнять существующие.

 

 

2 Использование энергии ветра в мире

 

Ветроэнергетика является бурно развивающейся  отраслью, так на конец 2012 года суммарные установленные мощности всех ветрогенераторов мира составили 282,4 Гвт. В 2011 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии). 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  Северной Америке 22%, Азии 31%. Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2011 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 28 % всего электричества, в Португалии — 19 %, в Ирландии — 14 %,^[4], в Испании — 16 % и в Германии — 8 %.

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 .

Среднее увеличение суммы мощностей  всех ветрогенераторов в мире, начиная  с 2009 года, составляет 38-40 гигаватт за год  и обусловлено бурным развитием  ветроэнергетики в США, Индии, КНР  и ФРГ. Предполагаемая мощность ветряной энергетики к концу 2012 года по данным World Wind Energy Assosiation должна была приблизиться к значению в 273 ГВт, на деле же она даже превзошла этот показатель и достигла 282,4 Гвт.

3 Экономические аспекты ветроэнергетики

 

Основная часть стоимости ветроэнергии определяется первоначальными расходами  на строительство сооружений ВЭУ (cтоимость 1 кВт установленной мощности ВЭУ ~$1000).

• Экономия топлива

Ветряные генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого  топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.

• Себестоимость электроэнергии

Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра^[38].

При скорости ветра в 7 м/с один кВт*ч  стоит 4,8 цента, 8,08 м/с – 3,6 цента, 9,32 м/с – 2,6 цента за кВт*ч.

Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на угольных электростанциях США, 4,5 — 6 цента/кВт·ч. Средняя стоимость электричества в Китае 4 цента/кВт·ч.

При удвоении установленных мощностей  ветрогенерации себестоимость производимого  электричества падает на 15 %.В начале 80-х годов стоимость ветряного электричества в США составляла $0,38.

В марте 2006 года Earth Policy Institute (США) сообщил о том, что в двух районах США стоимость ветряной электроэнергии стала ниже стоимости традиционной энергии. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость ветряного электричества стала ниже стоимости электроэнергии, произведённой из традиционных источников. Компании Austin Energy из Техаса и Xcel Energy из Колорадо первыми начали продавать электроэнергию, производимую из ветра, дешевле, чем электроэнергию, производимую из традиционных источников.

• Другие экономические проблемы

Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции  зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезах. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать.