Классификация ветрогенераторов.Реферат на тему “Ветровая энергетика”
Группа ТЭМ-503 Студент ____________ Ахмедьянова Р.Р. (подпись) (Ф.И.О.) Принял ______________ Полещук И.З. (подпись) (Ф.И.О.)
Уфа 2012 Содержание:
Введение. 3 1. Энергия ветра. 4 2.Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра. 4 3. Классификация ветрогенераторов. 6 4. Статистика по использованию энергии ветра. 8 5. Ветроэнергетика в России. 12 6. Перспективы. 14 7. Экологические аспекты ветроэнергетики. 15 8.Вертикальные ветрогенераторы. 19 8.1. Ортогональные ветрогенераторы. 19 8.2. Ветрогенераторы с ротором Савониуса. 20 8.3. Ветрогенераторы с ротором Дарье. 21 8.4. Ветрогенераторы с геликоидным ротором. 23 8.5. Ветрогенераторы с многолопастным ротором с направляющим аппаратом. 23 9. Горизонтальные ветрогенераторы. 24 9.1. Однолопастные ветрогенераторы. 25 9.2. Двухлопастные ветрогенераторы. 26 9.3. Трехлопастные ветрогенераторы. 27 9.4. Многолопастные ветрогенераторы. 27 Заключение: 29 Список литературы: 30 Введение. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2010 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватт. [1] В том же году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии). 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 %[2], в Испании — 16 % и в Германии — 8 %. В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе. Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии. Энергия ветра. Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии. Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра. Мощность ветрогенератора зависит от площади, ометаемой лопастями генератора, и высоты над поверхностью. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.
2. Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления3. Башня 4. Лестница 5. Поворотный механизм 6. Гондола 7. Электрический генератор 8. Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр) 9. Тормозная система 10. Трансмиссия 11. Лопасти 12. Система изменения угла атаки лопасти 13. Колпак ротора.
Рисунок 1.Конструкция ветрогенератора. Воздушные потоки у поверхности земли/моря являются ламинарными — нижележащие слои тормозят расположенные выше. Этот эффект заметен до высоты 1 км, но резко снижается уже на высотах больше 100 метров[3]. Высота расположения генератора выше этого пограничного слоя одновременно позволяет увеличить диаметр лопастей и освобождает площади на земле для другой деятельности. Современные генераторы (2010 год) уже вышли на этот рубеж, и их количество резко растёт в мире[4]. Ветрогенератор начинает производить ток при ветре 3 м/с и отключается при ветре более 25 м/с. Максимальная мощность достигается при ветре 15 м/с. Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра: при увеличении ветра вдвое, от 5 м/с до 10 м/с, мощность увеличивается в восемь раз. [5]
В августе 2002 года компания Enercon построила прототип ветрогенератора E-112 мощностью 4,5 МВт. До декабря 2004 года турбина оставалась крупнейшей в мире. В декабре 2004 года германская компания REpower Systems построила свой ветрогенератор мощностью 5,0 МВт. Диаметр ротора этой турбины 126 метров, масса гондолы — 200 тонн, высота башни — 120 м. В конце 2005 года Enercon увеличил мощность своего ветрогенератора до 6,0 МВт. Диаметр ротора составил 114 метров, высота башни 124 метра. Компания Clipper Windpower разрабатывает ветрогенератор мощностью 10,0 МВт для офшорного применения. В 2009 году турбины класса 1,5 — 2,5 МВт занимали 82 % в мировой ветроэнегетике. [6] Классификация ветрогенераторов. Существуют классификации по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта. По количеству лопастей · Двухлопастные и трёхлопастные ветрогенераторы · Многолопастные ветрогенераторы Многолопастные ветряки действительно начинают вращаться на меньших скоростях, чем двух- и трёхлопастные, но для выработки электроэнергии требуется важен не сам факт вращения, а выход на нужные обороты. Каждая дополнительная лопасть увеличивает общее сопротивление ветроколеса, а это усложняет выход на рабочие обороты генератора, увеличивая необходимую рабочую скорость ветра. Таким образом, многолопастные действительно будут начинать вращаться при меньших скоростях, но они больше применимы, где важен сам факт вращения, то есть для перекачки воды или других подобных действий. При применении же для выработки электроэнергии многолопастных ветряков, они создают лишь видимость работы. Установление же редукторов не рекомендуется, так как, во-первых, усложняет конструкцию ветрогенератора, делает его менее надёжным, и, во-вторых, редуктор будет забирать мощность. По материалам лопастей · Жёсткие лопасти ветрогенератора · Парусные ветрогенераторы Парусные лопасти действительно стоят значительно меньше жёстких стеклопластиковых и металлических, проще в изготовлении. Но это дешевизна может обернуться большими расходами. При диаметре ветроколеса в 3 метра на рабочих оборотах генератора (400-600 оборотов в минуту) конец лопасти движется со скоростями в 500 км/ч. Даже в идеальных условиях это серьёзное испытание, а если учесть что в воздухе постоянно есть пыль и песок, то даже для жёстких лопастей требуются ежегодное обслуживание (замена антикоррозийной плёнки на концах лопастей). Без обслуживания жёсткая лопасть продолжит работать, чуть потеряв в своих характеристиках. Для парусной же лопасти может потребоваться полная замена не через год, а уже после первых сильных ветров. Поэтому для автономного электроснабжения, где требуется значительная надёжность компонентов системы, применение парусных лопастей не рекомендуется. По рабочей оси вращения · Горизонтальные ветрогенераторы · Вертикальные ветрогенераторы Вертикальные ветрогенераторы действительно учитывают порывы, не требует ориентирования по ветру, но любой вертикальный ветрогенератор обладает рабочей площадью поверхности в два раза меньшей, чем у классического горизонтального ветрогенератора с такой же площадью ветроколеса. Это значит, чтобы получить такую же мощность потребуется ветряк в два раза больший. Кроме того большое количество лопаток, а также часть ветроколеса в каждый момент времени движется против ветра. Это значительно увеличивает сопротивление ветроколеса, что увеличивает рабочую скорость ветра. С учетом, что для ориентирования горизонтального ветрогенератора достаточно флюгера, то вертикальный ветрогенератор для автономного электроснабжения теряет все преимущества. По шагу винта · Фиксированный шаг винта · Изменяемый шаг винта Изменяемый шаг винта, безусловно, позволяет увеличить диапазон эффективных скоростей работы. Но внедрение этого механизма неизбежно ведёт к усложнению конструкции лопасти, уменьшению общей надёжности ветрогенератора, утяжелению ветроколеса, а значит, будут требоваться дополнительные усиления конструкции. Всё это приводит к удорожанию всей системы, как при покупке, так и при эксплуатации. [7]
|
1. Фундамент
