Альтернативные виды энергии
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
?ателей и стремятся перехватить ветер на большой высоте.
Типы ветродвигателей
Рис. 6 - Основные разновидности ветрогенераторов
Большинство типов ветродвигателей известны так давно, что история умалчивает имена их изобретателей. Основные разновидности ветроагрегатов изображены на рис. 5. Они делятся на две группы:
Ветродвигатели с вертикальной осью вращения (карусельные: лопастные(1) и ортогональные (6));
ветродвигатели с горизонтальной осью вращения (крыльчатые) (2-5);
Крыльчатые
Типы крыльчатых ветродвигателей отличаются только количеством лопастей.
Рис. 7 - Традиционный крыльчатый ветрогенератор
Традиционная компоновка ветряков - с горизонтальной осью вращения (рис.6) - неплохое решение для агрегатов малых размеров и мощностей. Когда же размахи лопастей выросли, такая компоновка оказалась неэффективной, так как на разной высоте ветер дует в разные стороны. В этом случае не только не удается оптимально ориентировать агрегат по ветру, но и возникает опасность разрушения лопастей.
Для крыльчатых ветродвигателей, наибольшая эффективность которых достигается при действии потока воздуха перпендикулярно к плоскости вращения лопастей крыльев, требуется устройство автоматического поворота оси вращения. С этой целью применяют крыло-стабилизатор.
Рис. 8 - Внешний вид малой ВЭС с крылом-стабилизатором
Карусельные ветродвигатели обладают тем преимуществом, что могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения.
Коэффициент использования энергии ветра у крыльчатых ветродвигателей намного выше, чем у карусельных. В то же время, у карусельных ветродвигателей намного больше момент вращения. Он максимален для карусельных лопастных агрегатов при нулевой относительной скорости ветра.
Распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется величиной скорости их вращения. Они могут непосредственно соединяться с генератором электрического тока без повышающего редуктора. Скорость вращения крыльчатых ветродвигателей обратно пропорциональна количеству крыльев, поэтому агрегаты с количеством лопастей больше трех практически не используются.
Карусельные
Различие в аэродинамике дает карусельным установкам преимущество в сравнении с традиционными ветряками. При увеличении скорости ветра они быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения стабилизируется. Карусельные ветродвигатели тихоходны и это позволяет использовать простые электрические схемы. Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее способность без дополнительных ухищрений следить за тем откуда дует ветер, что весьма существенно для приземных рыскающих потоков. Ветродвигатели подобного типа строятся в США, Японии, Англии, ФРГ, Канаде.
Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы. С увеличением нагрузки уменьшается скорость вращения и возрастает вращающий момент вплоть до полной остановки
Для того чтобы строительство ветроэлектростанции оказалось экономически оправданным, необходимо, чтобы среднегодовая скорость ветра в данном районе составляла не менее 6 метров в секунду. В нашей стране ветряки можно строить на побережьях Черного, Балтийского и Каспийского морей, в Нижнем Поволжье или на юге Западной Сибири, в Центральном Черноземном районе. Но самой большой ветропотенциал имеют побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов, в том числе Ямал, Таймыр, Камчатка, Чукотка и близлежащие острова. В нынешнюю эпоху высоких цен на топливо можно думать, что ветродвигатели окажутся конкурентоспособными по стоимости и смогут участвовать в удовлетворении энергетических нужд страны.
Таблица 1 - Суммарная установленная мощность ветростанций различных стран мира
Страна, регионУстановленная мощность (МВт)США Дания Германия Великобритания Нидерланды Испания Греция Швеция Италия Бельгия Португалия Ирландия Франция Остальные регионы Европы Индия Китай Остальные регионы Мира1700 520 320 145 132 55 35 12 10 7 2 7 1 35 100 25 75Всегооколо 3200
Но ветер дует почти всегда неравномерно. Значит, и, генератор будет работать неравномерно, отдавая то большую, то меньшую мощность, ток будет вырабатываться переменной частотой, а то и полностью прекратится, и притом, возможно, как раз тогда, когда потребность в нем будет наибольшей. В итоге любой ветроагрегат работает на максимальной мощности лишь малую часть времени, а в остальное время он либо работает на пониженной мощности, либо просто стоит.
Для выравнивания отдачи тока применяют аккумуляторы, что и дорого, и мало эффективно.
Интенсивности ветров сильно зависят и от географии. ВЭС выгодно использовать в таких местах, где среднегодовая скорость ветра выше 3,5-4 м/с для небольших станций и выше 6 м/с для станций большой мощности. В нашей стране зоны со скоростью ветра 6 м/с расположены, в основном на Крайнем Севере, вдоль берегов Ледовитого океана, где потребности в энергии минимальны (табл. 2).
Таблица 2 - Возможности использования энергии ветра
РайонСр.скорость ветра, м/сВозможные типы ВЭСПобережье Ледовитого океана, отдельные места у берегов Каспийского моря> 6Крупные ВЭС по 3 - 4 МВтЕвропейская часть СНГ, Западная Сибирь, Казахстан, Дальний Восток, Камчатка3,5 - 6ВЭС средней мощностиЮг Средн