Выгоды использования энергии океана Основные направления развития малой гидроэнергетики Проектирование активных систем солнечного горячего водоснабжения Закрытые системы геотермального теплоснабжения

Проектирование ветроэнергетических установок

Новое – это хорошо забытый...ветер. История использования человеком энергии ветра столь же продолжительна, как и история применения энергии воды. Издавна люди сооружали ветряные мельницы для размола зерна, подъема воды из глубоких колодцев. Более пяти тысяч лет тому назад подобные агрегаты строились в Древнем Египте. Конструкция ветряных мельниц без каких-то существенных изменений сохранялась сотни и тысячи лет. До сих пор в Англии действует ветряная мельница, построенная еще в 1665 г.

В исторически недавнем прошлом ветроэнергетические установки выполняли довольно большие хозяйственные работы. Ныне в энергетике они играют вспомогательную роль. Казалось бы, огромные ветроэнергетические ресурсы позволяют получать от природы большое количество даровой энергии. Например, только в нашей стране, по теоретическим расчетам, суммарная мощность ветроагрегатов может составить 11 млрд кВт с годовой выработкой энергии 1,8 ∙ 103 кВт∙ч. Однако использование этой энергии в больших масштабах с экономической и технической точек зрения оказывается нецелесообразным.

Существующие ныне ветроэлектрические установки (станции) комплектуются генераторами небольшой мощности. Поэтому для получения большого количества электрической энергии необходимы десятки и сотни таких установок, что, естественно, значительно дороже. Кроме того, непостоянство скорости и направления ветра дополнительно ухудшает технико-экономические показатели ветроагрегатов.

Ветроэнергетические установки целесообразно использовать там, где имеется много мелких расчлененных объектов, потребляющих небольшие мощности и расположенных в труднодоступных зонах, далеко от линий электропередач. В частности, широко применяются ветроагрегаты для механизации подъема воды из колодцев на отдаленных пастбищах и фермах, как силовые установки при орошении и электроэнергетические установки для зарядки аккумуляторов.

Ветроэлектрические агрегаты используются для защиты трубопроводов и морских сооружений от коррозии, для питания автоматических метеостанций, аппаратуры релейной связи, радиомаяков и бакенов.

Современная электроэнергетика все чаще обращается к строительству ветряных электростанций. В Китае их уже свыше 10 тыс. штук. В Шотландии меньше, но единичные мощности раз в сто больше. Они достигают мощности в 250 кВт, а на очереди еще в 10 раз более крупные агрегаты. Датчане предпочитают строить ветряные колеса диаметром 11-12 м, как раз таковы оптимальные габариты, когда стоимость ветряка в пересчете на произведенный киловатт мощности минимальна. В США уже работает колесо с размахом лопастей 92 метра, что соответствует второму оптимальному размеру, еще более привлекательному, т. к. удельная стоимость еще ниже.

Сейчас все ВЭС (ветряные электростанции), которые уже дают энергию все же маломощны. Их суммарная мощность достигает всего 1 тыс. кВт, что в тысячу раз меньше, чем у отечественных ветряных мельниц сто лет назад. В Ростове-на-Дону имеются удовлетворительные условия для использования энергии ветра. Среднегодовые скорости ветра на юго-востоке города составляют 5,8, на северо-западе – 4,5 м/с.

Преимущественные направления ветров – восточное и юго-восточное. Максимальные скорости ветра наблюдаются в осенне-зимний период, когда они могут достигать значений – 15-20 м/с. В среднем 200 – 260 дней в году ветры в Ростове обладают скоростью 4–15 м/с.

При использовании ветроагрегатов для теплоснабжения их можно подключать непосредственно к электрокотлам, установленным для подогрева воды в теплосети. Поскольку при этом не имеет большого значения частота генерируемого напряжения, ВЭУ могут быть изготовлены в упрощенных вариантах: без систем стабилизации скорости вращения ротора, без систем синхронизации с электросетью, без ряда соответствующих защит и пр. Это позволяет упростить и удешевить ВЭУ и повысить их надежность.

Структурная схема автономной ветростанции, совмещенной с тепловым узлом, показана на рис. 3.1. Станция содержит N ветроэлектрических установок ВЭУ-1, ВЭУ-2, ВЭУ-3…ВЭУ-N, каждая из которых нагружена на свой электрокотел (К1, К2, ..., КN). Каждый ветроагрегат оснащен локальной системой управления ЛСУ, а каждый котел — индивидуальной панелью управления ПУ. Общее управление всем оборудованием станции осуществляется с центрального пункта управления ЦПУ.

 

Рис. 3.1.Структурная схема автономной ветростанции теплоснабжения

На рисунке обозначено: ветро-электрическая установка, ВЭУ1…N; индивидуальная локальная система управления, ЛСУ; электрокотел К1, К1…Кn; индивидуальная панель управления на котле (ПУ); центральный пункт управления всей станции, ЦПУ; датчик температуры, ДТ; индивидуальный регулятор температуры, РП; насосы (ЦН); отсекающая арматура; бак-аккумулятор, БА.

Поскольку каждый ветроагрегат имеет свою нагрузку, станция не требует синхронизации работы этих агрегатов, обеспечивается максимальное использование энергии ветра для получения горячей воды в электрокотлах с температурой до 950 °С. Для выравнивания нагрузок котлов по температурным режимам каждый из них оснащается индивидуальным регулятором температуры РТ, получающим сигнал от датчика температуры ДТ на выходе котла.

Солнечная энергия Всего за три дня Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько её содержится во всех разведанных запасах ископаемого топлива, а за 1 с -170 млрд Дж. Большую часть этой энергии рассеивает или поглощает атмосфера, особенно облака, и только треть её достигает земной поверхности. Вся энергия, испускаемая Солнцем, больше той её части, которую получает Земля, в 5 млрд раз. Но даже такая «ничтожная» величина в 1 600 раз больше энергии, которую дают все остальные источники, вместе взятые. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

Гелиоэнергетика. «Собрать», сконцентрировать солнечную систему может каждый. В ясный солнечный день линза соберет лучи солнца в яркое пятнышко. Температура там такая, что лучи прожигают бумагу. Концентрацией солнечной радиации, преобразованием ее в другие виды энергии, удобные для практического применения, занимается гелиоэнергетика. От Солнца на Землю идет тепловой поток, энергия которого измеряется астрономической цифрой.

Концентраторы солнечного света. С детства многие помнят, что с помощью собирательной линзы от солнечного света можно зажечь бумагу. В промышленных установках линзы не используются: они тяжелы, дороги и трудны в изготовлении.

Использование солнечной энергии

Самый важный компонент системы – теплоноситель. Различают коллекторы с естественной и принудительной (с помощью насосов) его циркуляцией. Широкое применение находят солнечные установки не только с водой, но и с воздухом, а также с низкокипящими жидкостями типа аммония

К активным тепловым солнечным системам относятся плоские, а также параболические зеркальные концентраторы с одной и двумя степенями свободы и со специальными приводами, позволяющими системе «следить» за положением Солнца на небосводе

В башенных СЭС используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающих степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем довольно сложна, т. к. требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550 °С, воздух и другие газы – до 1000 °С, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) – до 100 °С, жидкометаллические теплоносители – до 800 °С.


Энергосберегающие технологии