Вэс способ получения энергии

Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки ветряных электростанций

Обновлено: 30 марта 2021

Энергетическая отрасль справляется со своей задачей достаточно уверенно, но масштабы нашей страны таковы, что полное обеспечение электроэнергией всех отдаленных или труднодоступных районов пока невозможно. Это связано с множеством факторов, преодолеть которые в нынешних условиях слишком дорого или технически недостижимо.

Поэтому все более пристальное внимание приходится обращать на альтернативные источники, способные удовлетворять потребности отсталых регионов без участия магистральных сетей. Перспективным направлением является ветроэнергетика, использующая дармовой источник энергии — силу ветра.

Устройство и виды ветровых электростанций

Ветроэлектростанции (ВЭС) используют энергию ветра для выработки электротока. Крупные станции состоят из множества ветрогенераторов, объединенных в единую сеть и питающих большие массивы — поселки, города, регионы. Более мелкие способны обеспечивать небольшие жилые массивы или отдельные дома. Станции классифицируются по различным признакам, например, по функциональности:

По типу конструкции:

Наибольшее распространение в мире получили крыльчатные станции. Они имеют большую эффективность и способны производить достаточно большое количество электроэнергии, чтобы обеспечивать ею потребителей в масштабах целой энергетической отрасли. При этом, распространение таких станций имеет специфическую конфигурацию и встречается не повсеместно.

Принцип работы

Как уже говорилось, ВЭС имеют роторную или крыльчатую конструкцию. Роторные станции, как правило, имеют устройства с вертикальной осью вращения. Они во многом удобнее, чем крыльчатые, так как не издают при работе сильный шум и не требовательны к установке по направлению ветра. При этом, роторные конструкции менее эффективны и могут использоваться на небольших частных станциях.

Крыльчатые устройства способны выдавать максимальный эффект. Они используют получаемую энергию намного эффективнее, чем роторные образцы, но нуждаются в правильном ориентировании по отношению к потоку, что означает присутствие дополнительных приспособлений или оборудования.

Все виды действуют по одному принципу — поток ветра раскручивает подвижную часть, которая передает вращение на генератор, вследствие чего в системе образуется электроток. Он заряжает аккумуляторы, от которых питаются инверторы, преобразующие полученный ток в стандартное напряжение и частоту, подходящие для приборов потребления.

Для обеспечения большого числа потребителей отдельные ветрогенераторы соединяются в систему, образуя станции — ВЭС.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

К преимуществам ВЭС можно отнести:

• независимость от ископаемых ресурсов;
• используется абсолютно бесплатный источник энергии;
• экологическая чистота методики — никакого вреда окружающей природе не наносится.

При этом, есть и недостатки:

• неравномерность ветра создает определенные трудности в выработке энергии и вынуждает использовать большое число; аккумуляторных батарей;
• ветряки издают шум при работе;
• КПД ветряных электростанций низок, увеличить его очень сложно;
• стоимость оборудования и, соответственно, электроэнергии, намного выше, чем цена сетевого электричества;
• окупаемость оборудования с ростом его мощности значительно снижается. Наиболее производительные станции полностью не окупаются.

Использование небольших станций способно обеспечить энергией ограниченное количество потребителей, поэтому для крупных населенных пунктов или регионов требуются большие устройства. При этом, ветряки большой мощности нуждаются в соответствующих потоках ветра и равномерности его движения, что для условий нашей страны не характерно. В этом кроется основная причина низкого распространения ветряков по сравнению с европейскими странами.

Экономическое обоснование строительства ВЭС

С точки зрения экономики, строительство ВЭС имеет смысл только при отсутствии других способов энергообеспечения. Оборудование стоит очень дорого, обслуживание и ремонт требуют постоянных расходов, а срок службы ограничен 20 годами, и это в условиях Европы. Для России этот срок можно снизить не менее, чем на треть. Поэтому использование ВЭС экономически малоэффективно.

С другой стороны, при полном отсутствии альтернативных вариантов или при наличии оптимальных условий, обеспечивающих качественную и равномерную работу ветряков, использование ВЭС становится вполне приемлемым способом энергообеспечения.

Важно! Речь идет именно о крупных станциях, снабжающих целые регионы. Ситуация с бытовыми или частными станциями выглядит более привлекательно.

Мощности промышленных станций

Промышленные ВЭС имеют весьма высокую мощность, способную обеспечивать крупные населенные пункты или регионы. Например, ВЭС «Ганьсу» в Китае имеет 7965 мВт, «Энеркон Е-126» выдает 7,58 мВт, и это еще не предел.

Следует сразу же оговориться, что речь идет о лидерах в ветроэнергетике, другие модели вырабатывают намного меньше энергии. Тем не менее, объединенные в крупные станции, ветряки способны на производство вполне достаточного количества электроэнергии. Объединенные комплексы вырабатывают суммарную мощность в 400-500 мВт, что вполне может сравниться с производительностью ГЭС.

Мелкие станции имеют более скромные показатели и могут рассматриваться только как точечные источники, питающие ограниченное число потребителей.

Ведущие мировые производители

В число наиболее известных производителей ветрогенераторов и оборудования для ветроэнергетической отрасли входят компании:

Российские производители пока не готовы конкурировать с этими фирмами, так как вопрос о создании качественных и производительных ветрогенераторов в России до сих пор не ставился достаточно плотно.

География применения

Наибольшее распространение ветроэнергетика получила на западном побережье Атлантики, в частности, в Германии. Там имеются наилучшие условия — ровные и сильные ветра, оптимальные климатические показатели. Но основной причиной широкого распространения ВЭС именно в этом регионе стало отсутствие возможностей для строительства гидроэлектростанций, вынудившее правительства стран этого региона использовать доступные методы получения электроэнергии. При этом, имеются установки и в балтийском регионе, в Дании, Голландии.

Россия пока отстает в этом вопросе, за прошедшее десятилетие в эксплуатацию сдан едва ли десяток ВЭС. Причина такого отставания кроется в большом развитии гидроэнергетики и отсутствии должных условий для эксплуатации промышленных ветроэнергетических станций. Тем не менее, отмечается рост производства небольших установок, способных обеспечивать энергией отдельные усадьбы.

Факты и заблуждения

Малое распространение ветроэнергетических установок и отсутствие опыта общения с ними породили массу заблуждений относительно свойств и воздействия ВЭС на организм человека. Так, широко распространено мнение о необычайно высоком уровне шума, производимого работающим ветрогенератором. Действительно, определенный шум имеется, но его уровень гораздо ниже, чем принято считать. Так, шум от промышленных моделей на расстоянии 200-300 м воспринимается на слух так же, как звук от работающего бытового холодильника.

Другая проблема, которую необоснованно раздувают несведущие люди — создание непреодолимых помех радио и телевизионным сигналам. Этот вопрос был решен раньше, чем о нем узнали пользователи — каждый мощный промышленный ветряк снабжен качественным фильтром радиопомех, способным полностью исключить влияние устройства на эфир.

Люди, живущие поблизости от турбин, будут постоянно находиться в зоне мерцания тени. Это термин, обозначающий некомфортное ощущение от мигающих световых проявлений. Вращающиеся лопасти создают такой эффект, но его значение сильно преувеличено. Даже самые чувствительные люди всегда могут попросту отвернуться от турбины, если случилось оказаться поблизости от нее.

Существуют и другие, надуманные и вполне реально существующие факты, касающиеся работы ВЭС, их воздействия на организм человека и окружающую природу. Част из них является обычными слухами, другая часть настолько преувеличена, что не заслуживает даже обсуждения. Ветроэнергетика — полноценная отрасль, способная решать вопросы энергообеспечения как в солидных масштабах, так и в пределах маленького дачного домика.

Частные ветряные электростанции

Для России наиболее актуальным вопросом является распространение именно небольших станций, обеспечивающих один дом или усадьбу. Строительство крупных ВЭС в климатических условиях нашей страны нецелесообразно и нерентабельно. Самая большая ценность ветрогенераторов кроется в создании возможности обеспечить энергией отсталые или отдаленные населенные пункты, где нет сетевого подключения.

Для таких районов применение небольших частных станций является оптимальным способом решения вопроса, так как работа ветряка не требует обеспечения топливом, устройство несложно и свободно поддается ремонту. Обеспечить такие регионы дополнительным оборудованием намного проще и дешевле, чем выделять большие средства на проведение линии электропередач, особенно, если речь идет о гористой местности. Небольшие ветряки способны вырабатывать достаточное количество энергии, не нуждаясь в расходах на содержание или топливо, что делает их весьма перспективными и привлекательными вариантами решения проблемы.

Обзор цен на популярные модели

Стоимость ветрогенераторов высока. Этот момент является самым труднопреодолимым для распространения ветроэнергетических технологий. Многие владельцы домов с удовольствием установили бы у себя на участке ветряки, но не имеют средств на их приобретение. Установка, способная обеспечить освещение участка, стоит около 100 тыс руб.

Более мощная конструкция, позволяющая снабдить электроэнергией коттедж, обойдется в 250 тыс.

ВЭС, способная обеспечить небольшое фермерское хозяйство, стоит около 500 тыс. руб. И это еще не предел. При таких ценах ожидать быстрого распространения ветрогенераторов не приходится, поэтому вся надежда на появление отечественных моделей, способных решить вопрос дороговизны оборудования. Как вариант, можно купить относительно недорогую китайскую модель. Такие устройства не поддаются ремонту, являясь, по сути, одноразовыми, но их цена намного ниже, чем стоимость аналогичных по мощности западных образцов.

Как сделать ветряную электростанцию?

Дороговизна промышленных моделей вынуждает людей, способных пользоваться инструментами и обладающих определенными познаниями, создавать самодельные ветряки. Расходы на такое устройство несравнимы с тратами на заводские модели, а эффект, полученный от самоделок, зачастую превосходит показатели прославленных зарубежных изделий.

Для изготовления станции понадобится:

• комплект оборудования — контроллер заряда, инвертор, аккумулятор;
• генератор, способный работать на низких скоростях. Чаще всего используется автомобильный или тракторный генераторы, прошедшие некоторую модернизацию;
• ветряк — вращающийся ротор, установленный на мачте или основании нужных размеров.

Оборудование для станции может быть собрано самостоятельно или приобретено в готовом виде. Изготовление генератора из готового устройства занимает один день (если иметь представление о том, что надо делать). Ветряк делается из подручных материалов — металлических бочек, листового металла и т.п.

Все элементы конструкции собираются воедино, система запускается, производится оценка ее характеристик и, если надо, вносятся необходимые изменения. Ветряк, собранный своими руками, ремонтируется совершенно без проблем, так как вся его конструкция известна мастеру, что называется, до последнего винтика.

Эксплуатация ВЭС не требует особых расходов, все вложения делаются единовременно. Срок службы системы рассчитывается на 20 лет, но при изготовлении своими руками он практически не ограничен, поскольку в любое время возможна модернизация или ремонт конструкции.

Источник

Ветроэнергетика

Пост опубликован: 20 июля, 2017

Ветроэнергетика – это направление альтернативной энергетики, основанной на использовании возобновляемого источника энергии, которым является ветер. Кроме этого, в соответствии с состоянием развития на текущий момент и количеством производимой энергии, ветроэнергетика является отдельной отраслью производства различных видов энергии, таких как: электрическая, механическая, тепловая и т. д. Во всех случаях первичным источником служит кинетическая энергия ветра, путем использования различных механизмов, преобразуемая в требуемый вид энергии.

Ветроэнергетика в России

С начала ХХ века, с постепенным внедрением электричества в повседневную жизнь человека, использование ветровых установок было одним из способов получения электрической энергии. В разные годы эта отрасль переживала взлеты и падения, вызванные состоянием экономики страны, успехами в развитии технических устройств и потребностью в источниках энергии.

Россия — это большая страна, и благодаря своей значительной площади, а также расположением в различных географических и климатических зонах, обладает огромным потенциалом использования ветровой энергии. По данным экспертов, потенциал оценивается в более, чем в 50000 млрд.кВт.час электрической энергии в год, что может составлять до 30% производимой электроэнергии энергосистемой страны.

Возможность использования энергии ветра, в различных регионах, можно оценить, посмотрев на карту ветровых зон:

Из приведенной карты видно, что потенциально, использование ветровых установок, возможно на значительной территории страны. Наиболее благоприятные районы, это: прибрежные территории северных, Черного, Каспийского и Азовского морей, полуостров Камчатка, остов Сахалин, внутренняя территория страны от Волги и Дона, до Карелии, Алтая и Тувы.

В настоящее время развитию ветроэнергетики уделяется повышенной внимание, поэтому в последние годы, наблюдается динамика роста по вводу в эксплуатации энергетических мощностей, что видно из приведенной ниже диаграммы:

Использование ветровых генераторов, в разных регионах страны, получило неравномерное распространение, что обусловлено наличием определенных погодных условий, различных технических и финансовых возможностей регионов, а также потребностью в электрической энергии.

Так присутствие ветроэнергетических компаний в различных регионах выглядит следующим образом:

Суммарная установленная мощность ветровых электростанций составляет более 75,0 МВт, наиболее крупные это:

Расположенные в Крыму:

• Донузлавская ВЭС, мощность установленных генераторов составляет 18,7 МВт;
• Останинская ВЭС, мощность установленных генераторов составляет 26,0 МВт;
• Тарханкутская ВЭС, мощность установленных генераторов составляет 15,9 МВт;
• Восточно-Крымская ВЭС, мощность установленных генераторов составляет 2,8 МВт.
• В Калининградской области, Зеленоградская ВЭУ, мощность установленных генераторов составляет 5,1 МВт;
• На Чукотке, Анадырская ВЭС, мощность установленных генераторов составляет 2,5 МВт;
• В Республике Башкортостан, ВЭС «Тюпкильды», мощность установленных генераторов составляет 2,2 МВт;
• В республике Калмыкия, ВЭС компании ООО «АЛТЭН», мощность установленных генераторов составляет 2,4 МВт;
• В Мурманской области, ветродизельная электростанция, на мысе Сеть-Наволок, мощность установленных генераторов составляет 0,1 МВт;
• На острове Беринга Командорских островов, ВЭС, мощностью установленных генераторов 1,2 МВт.

В различной стадии строительства, подготовки исходных данных и разработки технической документации, находятся следующие станции:

• Заполярная ВДЭС (3,0 МВт) и Новиковская ВЭС (10,0 МВт) в Республике Коми;
• Ленинградская ВЭС (75,0 МВт), в Ленинградской области;
• Ейская ВЭС (72,0 МВт), Анапская ВЭС (5,0 МВт) и Новороссийская ВЭС (5,0 МВт), в Краснодарском крае;
• Морская ВЭС (50,0 МВт), в Калининградской области;
• Морская ВЭС (30,0 МВт) и Валаамская ВЭС (4,0 МВт) в Республике Карелия;
• Приморская ВЭС (30,0 МВт), в Приморском крае;
• Магаданская ВЭС (30,0 МВт), в Магаданской области;
• Чуйская ВЭС (24,0 МВт), в Республике Алтай;
• Усть-Камчатская ВДЭС (16,0 МВт), в Камчатской области;
• Дагестанская ВЭС (6,0 МВт), в Дагестане;
• Приютненская ВЭС (51,0 МВт), в Республике Калмыкия.

Государство уделяет внимание на развитие альтернативных источников энергии, принимаются программы по поддержке и стимулирования этой отрасли энергетики на федеральном и региональных уровнях.
В стране появляются новые организации, которые занимаются ветроэнергетикой, создаются отечественные образцы ветровых установок различной мощности и конструкций.

Ветроэнергетика в Мире

Технически развитые страны также не обходят своим вниманием альтернативные источники энергии. За последние годы, доля ветроэнергетики, в общем количестве вырабатываемой электрической энергии, в разных странах, на разных континентах, постоянно увеличивается, что видно на приведенной ниже диаграмме:

В странах Европы, Китае и США, правительства уделяют большое внимание этой отрасли энергетики. Предприятия, работающие в данной сфере, получают различные льготы, им оказывается финансовая помощь.

Лидером, среди европейских стран, по использованию ветровых установок, является Германия, за ней идет Испания и Дания. Распределение мощностей, в процентном соотношении, среди стран, приведено на ниже следующей диаграмме.

В настоящее время, наиболее крупные ветровые установки, работают в странах Европы, это:

1. В Германии:
   Ветряные электростанции Германии производят более 8,0 % от всей произведённой электроэнергии. Установленная мощность ветровых генераторов превышает 45000,0 МВт.
2. В Испании:
   Ветроэнергетика в Испании широко распространена как в частном секторе, так и при промышленном производстве электрической энергии. Доля производимого электричества ветровыми генераторами составляет более 20% от общего количества производимой электрической энергии.
3. В Дании:
   Дания является первопроходцем, в деле использования энергии ветра для получения электрической энергии в промышленных масштабах. История ветроэнергетики этой страны начиналась в 70-х годах ХХ века, и по настоящее время, Дания является лидером по производству ветровых генераторов и их комплектующих.
   Ветроэнергетика Дании производит более 40% электрической энергии в общей доле производимого электричества в стране.

Если посмотреть на карту ветряных электростанций Европы, составленная агентством SETIS при Еврокомиссии, приведенную ниже, то отчетливо видно, что Германия является несомненным лидером из европейских стран, по количеству ветровых генераторов (места установки помечены синими кружками).
Из смонтированных в Европе, наиболее крупной является ветряная ферма Уитли (Whitelee). Она смонтирована в Шотландии и состоит из 140 турбин.

В прочих государствах нашей планеты использование ветровых установок выглядит следующим образом:

• В США:
  В этой стране, ветроэнергетика как отрасль, развивается довольно быстро. Установленная мощность ветровых генераторов составляет более 75,0 ГВт. В общей доле вырабатываемой электрической энергии, доля ветроэнергетики составляет более 5,0 %.

Ветровые электростанции построены в 34 штатах, из наиболее энергоемкие, это в таких штатах как:

1. Техас – установленная мощность ветровых генераторов более 14000,00 МВт;
2. Калифорния и Айова — установленная мощность ветровых генераторов более 5000,00 МВт;
3. Оклахома, Иллинойс, Орегон, Вашингтон, Миннесота — установленная мощность ветровых генераторов более 3000,00 МВт;
4. Канзас и Колорадо — установленная мощность ветровых генераторов более 2000,00 МВт.
5. Наиболее крупная станция Сан Горгонио Пасс, расположена в Калифорнии, способна вырабатывать более 600,0 МВ электрической энергии, в ее состав входит 3218 турбин.
   Построено более 50 заводов по производству ветровых установок и их комплектующих.

• В Китае:
  Промышленный рост не обошел стороной и ветроэнергетическую отрасль Китая. В настоящее время, установленная мощность ветровых генераторов составляет более 150,0 ГВт. В доле производимой электрической энергии в стране, доля ветроэнергетики составляет более 3,0 %. Энергетики Китая продолжают строительство новых ветровых электростанций, в период до 2020 года, планируется запустить в работу еще 100 ГВт электрических мощностей.
  Наибольшим потенциалом обладают провинции Внутренняя Монголия и Синьцзян-Уйгурский автономный район.
• В Канаде:
  Благодаря своему географическому расположению Канада имеет огромный потенциал в сфере развития ветроэнергетики. Ветровые генераторы успешно работают во всех провинциях страны. Доля производимой электрической энергии ветровыми установками, в общем количестве электричества, составляет более 1,0 %.
  Установленная мощность ветровых генераторов составляет более 2000,0 МВт.
• В Индии:
  Индия также является одним из лидеров в использовании ветра для производства электрической энергии. Установленная мощность ветровых генераторов превышает 27000,0 МВт. Доля электроэнергии, вырабатываемая ветровыми генераторами, превысила 6,0 % от общего количества производимой электрической энергии в стране.

Перспективы развития

Принимая во внимание, что традиционные источники энергии имеют свойство заканчиваться, а их использование приводит к загрязнению атмосферы планеты, то все большее количество стран, принимают внутренние и межгосударственные соглашения о защите экологии и контролю за потреблением энергоресурсов. В развитие этой тенденции, использование возобновляемых источников энергии, к тому же являющихся экологическими чистыми, является очень актуальным.

Для стимулирования развития отрасли, в ряде стран разработаны направления деятельности, в этой области энергетики, это:

1. Развитие морских ветропарков;
2. Мотивация населения и промышленности в установке ветровых генераторов;
3. Наращивание процента ветровой энергетики в общем энергопотреблении.

В связи с этим, развитие ветроэнергетики, как источника альтернативной энергии, постоянно продолжается и будет иметь тенденцию к ускорению этого процесса. Ярким примером таких разработок являются плавающие и парящие ветровые генераторы.

Плавающие ветровые генераторы – монтируются вдали от берега, на глубине 100 и более метров. Первые подобные устройства, были смонтированы в 2007 году, в Норвегии. В связи с тем, сто на поверхности моря всегда, за редким исключением бывает полный штиль, присутствует движение воздушных масс, то КПД установок смонтированных подобных образом, выше, чем у монтируемых на поверхности земли.

Парящие ветровые генераторы – представляют из себя надувную сферу, наполненную гелием, и турбины, расположенной по центру устройства.
К тому же конструкторы и разработчики не останавливаются на достигнутом, работы продолжаются в постоянном режиме.

Плюсы и минусы

К достоинствам, использования ветровых установок можно отнести следующие:

• Это неисчерпаемый, возобновляемый самой природой, источник энергии, потому как пока светит солнце, будет и движение воздушных потоков, которые и являются первичной силой, благодаря которой, производится электрическая энергия.
• Производство энергии при помощи воздушных масс, это экологически чистый процесс, не наносящий вреда окружающей среде.
• Строительство объектов ветроэнергетики – это непродолжительное по времени мероприятие, поэтому быстрый монтаж ветровых установок, определяет относительно невысокую стоимость монтажных работ, в сравнении со строительством прочих объектов энергетики.

К недостаткам ветроэнергетики относятся:

• КПД установок, в своей работе использующих энергию ветра, зависит от географического месторасположения, погодных условий, сезона и времени суток. Этот недостаток определяет возможность использования ветровых генераторов в том либо ином регионе планеты.
• При устройстве генерирующих установок большой мощности, требуются значительные земельный участки, которые приходится выводить из общего оборота земель.
• Потребность в начальных значительных затратах, наличие которых подразумевает инвестирование данной отрасли, на начальном этапе развития.
• Потенциальная опасность для птиц и прочих летающих организмов.

Наличие отрицательных качеств, которыми обладает ветроэнергетика, не может перевесить количество положительных. С уверенностью можно констатировать, что такая область энергетики, как ветроэнергетика, будет развиваться и в дальнейшем.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:Ветряная турбина

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.

Источник