Технические особенности ветровых электростанций
Сегодня предложено множество вариантов механизмов для переработки ветра в электрическую энергию. Основным его элементом является ветроколесо. По принципу работы и схемойстроения ветроколеса ветровые электростанции подразделяются на 3 класса:
- крыльчатые (пропеллерные) — имеют ветроколесо с лопастями, расположенными перпендикулярно к валу,
- карусельные или роторные,
- барабанные.
В карусельных и барабанных вал ветроколеса устанавливается вертикально. Оно вращается под действием ветра на лопасти, расположенной с одной стороны оси колеса, в то время как другие лопасти прикрываются ширмой или возвращаются с помощью специального устройства ребром к ветру. Эти оба класса являются громоздкими и менее эффективными по сравнению с крыльчатыми.
Исходя из этого вся современная ветроэнергетика базируется в основном на крыльчатых типах ветродвигателей. Пропеллерные ветродвигатели совершенны, относительно мало материалоемкий, обеспечивают достаточно высокий коэффициент использования энергии ветра. Следует учитывать, что при расположении рядом нескольких ветряков они должны располагаться не ближе трех высоты друг от друга чтобы не перехватывать «чужой» ветер.
Общее описание крыльчатые ветровой электростанции
Ветроколесо установки закрепляется на горизонтальном валу, который вращается в двух подшипниках, смонтированных в головке ветродвигателя. Вращения ветроколеса передается электрогенераторов через две цилиндрические шестерни. Головка ветродвигателя монтируется на башне, высота которой определяется с расчетом выноса ветроколеса выше всех окружающих помех, которые могут влиять на потоки воздуха. Она может вращаться вокруг вертикальной оси.
Позади головки закрепляется хвост для установки ветроколеса на ветер.Мощность ветродвигателя без регулирующего устройства увеличивается или уменьшается пропорционально кубу скорости ветра, следствием чего является неравномерность работы электрогенератора.
Чтобы устранить этот недостаток в ветродвигателей применено автоматическое регулирование скорости вращения электрогенератора. Напряжение, которое снимается с электрогенератора, стабилизируется в стабилизаторе напряжения. Поэтому выходное напряжение остается постоянной, она колеблется от 210 В до 230 В и не зависит от скорости ветра.
Недостатки ветроэлектростанций,ветродвигателей
Ветер дует почти всегда неравномерно. Итак генератор будет работать неравномерно, отдавая тем большую то меньшую мощность, ток будет вырабатываться переменной мощности, а то и полностью прекратится, и возможно, именно тогда, когда потребность в нем будет наибольшей.
Любой ветроагрегат работает на максимальной отдаче только определенное время, а в остальные часы он или работает не на полную мощности, либо вообще простаивают. Значительную несоответствие между номинальной и средней мощностями ветроэлектростанций подтверждает следующий факт: в Нидерландах на долю ветровых электростанций в начале 90-х годов 20 в. приходилось 0,11 % всех установленных мощностей, но лишь 0,02%
производимой электроэнергии.
Для выравнивания отдачи тока применяют аккумуляторы, но это как уже отмечалось, и дорого, и мало эффективно.
Согласно ветровые электростанции не могут сами по себе быть надежной основой энергетики. Они либо дополняют основные мощности делая определенный вклад в производство необходимой электроэнергии, или же является источником электричества в отдаленных или изолированных местах где сложно или невозможно обеспечить поставки электроэнергии иным образом.
Также через невысокую мощность ветряков, ветроэлектростанции требуют значительных территорий для размещения ветровых электростанций.
Работа ветроэлектростанций влияет на работу телевизионной сети, возникают искажения сигнала. Другой неожиданной особенностью установок проявилась в том, что они якобы стали источниками достаточно интенсивного инфразвукового шума, который негативно влияет не только на человеческий, но и на организм животных. Т.е. территории вблизи ветровых электростанций являются непригодными для жизни людей, животных и птиц. Но это еще полностью не доказана и споры по этому поводу ведутся до сих пор.
История использования ветровой электростанции
Первая в Советском Союзе ветровая электростанция мощностью 8 кВт была сооружена в 1929-1930 г. под Курском по проекту инженеров А. Г. Уфимцева и В. П. Ветчинкина. Через год в Крыму была построена более крупная ВЭС мощностью 100 кВт, которая была в то время самой ВЭС в мире. Она успешно работала до 1942 г., но во время войны была разрушена.
Но быстрее ветроэнергетика развивалась в США. Еще в 1941 г. там была построена первая ВЭС мощностью 1250 кВт.
Существующие на сегодняшний день в Украине мощности ветровых электростанций превышают 51 МВт, а с момента, когда заработала первая отечественная ветровая электростанция,произведено более 80 млн. кВт • ч. электроэнергии.
По оценкам специалистов, общая потенциальная мощность украинской ветроэнергетики составляет5000 МВт. Побережье Черного и Азовского морей, гористые районы Крымского полуострова (особенно северо-восточное побережье) и Карпат, Одесская, Херсонская, Запорожская, Донецкая, Луганская и Николаевская области наиболее подходят для строительства ветровых электростанций. Только потенциал Крыма достаточный для производства более 40 млрд. кВт\ ч. электроэнергии ежегодно.
Подсчитано, что при нынешнем уровне развития ветроэнергетики сооружения в «ветряных» регионах Украины ветровых электростанций (ВЭС) позволило бы покрыть едва не треть потребности электроэнергии, которую мы потребляем. С технической точки зрения ветровая электроэнергетика сегодня уже вплотную приблизилась к традиционной: на современных ветровых турбинах коэффициент использования установленной мощности достигает 42 процентов. Это почти столько, как на турбинах бытующим тепловых электростанций.