Ветровые установки

Размещено на http://www.allbest.ru

Ветровые установки

ветродвигатель энергия крыльчатый колесо

1. Энергия ветра и возможности её использования

ветер ветродвигатель энергия

Уже очень давно, видя, какие разрушения могут приносить бури и ураганы, человек задумывался над тем, нельзя ли использовать энергию ветра.

Ветряные мельницы с крыльями-парусами из ткани первыми начали сооружать древние персы свыше 1,5 тыс. лет назад. В дальнейшем ветряные мельницы совершенствовались. В Европе они не только мололи муку, но и откачивали воду, сбивали масло, как, например в Голландии. Первый электрогенератор был сконструирован в Дании в 1890 г. Через 20 лет в стране работали уже сотни подобных установок.

Энергия ветра очень велика. Ее запасы по оценкам Всемирной метеорологической организации, составляют 170 трлн кВт·ч в год. Эту энергию можно получать, не загрязняя окружающую среду. Но у ветра есть два существенных недостатка: его энергия сильно рассеяна в пространстве и он непредсказуем - часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломают ветряки.

Строительство, содержание, ремонт ветроустановок, круглосуточно работающих в любую погоду под открытым небом, стоит недешево. Ветроэлектростанция такой же мощности, как ГЭС, ТЭЦ или АЭС, по сравнению с ними должна занимать большую площадь. К тому же ветроэлектростанции небезвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями, создавая помехи приему телепередач в близлежащих населенных пунктах.

Принцип работы ветроустановок очень прост: лопасти, которые вращаются за счет силы ветра, через вал передают механическую энергию к электрогенератору. Тот в свою очередь вырабатывает энергию электрическую. Получается, что ветроэлектростанции работают как игрушечные машины на батарейках, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую, энергия ветра превращается электрический ток.

Для получения энергии ветра применяют разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью (тогда у нее есть груз противовес); вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насажанную на ось бочку; некое подобие «вставшего дыбом» вертолетного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления. Остальным приходится разворачиваться по ветру.

Чтобы как-то компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные «ветреные фермы». Ветродвигатели там стоят рядами на обширном пространстве и работают на единую сеть. На одном краю «фермы» может дуть ветер, на другом в это время тихо. Ветряки нельзя ставить слишком близко, чтобы они не загораживали друг друга. Поэтому ферма занимает много места. Такие фермы есть в США, во Франции, в Англии, а в Дании «ветряную ферму» разместили на прибрежном мелководье Северного моря: там она никому не мешает и ветер устойчивее, чем на суше.

Чтобы снизить зависимость от непостоянного направления и силы ветра, в систему включают маховики, частично сглаживающие порывы ветра, и разного рода аккумуляторы. Чаще всего они электрические. Но применяют также воздушные (ветряк нагнетает воздух в баллоны; выходя оттуда, его ровная струя вращает турбину с электрогенератором) и гидравлические (силой ветра вода поднимается на определенную высоту, а, падая вниз, вращает турбину). Ставят также электролизные аккумуляторы. Ветряк дает электрический ток, разлагающий воду на кислород и водород. Их запасают в баллонах и по мере необходимости сжигают в топливном элементе (т.е. в химическом реакторе, где энергия горючего превращается в электричество) либо в газовой турбине, вновь получая ток, но уже без резких колебаний напряжения, связанного с капризами ветра.

Сейчас в мире работает более 30 тыс. ветроустановок различной мощности. Германия получает от ветра 10% своей электроэнергии, а всей Западной Европе ветер дает 2500 МВт электроэнергии. По мере того как ветряные электростанции окупаются, а их конструкции совершенствуются, цена воздушного электричества падает. Так, в 1993 г. во Франции себестоимость 1 кВт·ч электроэнергии, полученной на ветростанции, равнялась 40 сантимам, а к 2000 году она снизилась в 1,5 раза. Правда энергия АЭС обходится всего в 12 сантимов за 1 кВт·ч.

2. Состояние и перспективы использования ВИЭ в мире по основным видам

Динамика исследования по видам ВИЭ в мире характеризуется следующими данными.

Установленная мощность ветроустановок в мире увеличилась с 6172 МВт в 1996 г., до 12000 МВт в 1999 г. и до 23000 МВт в 2001 г. Прогноз на 2006 г. - около 3600 МВт. Страны-лидеры: Германия - 4444 МВт, США - 1819 МВт; Дания - 1752 МВт; Испания - 1539 МВт; Индия - 1100 МВт.

Оборот ветроэнергетической индустрии в мире в 1998 г. составил 1,7 млрд долларов и по сравнению с 1997 г. увеличился на 31 %.

В Германии, например, только за первую половину 2001 г. введены в эксплуатацию ветроэнергетические установки (ВЭС) мощностью 800 МВт, что на 50 % больше, чем за весь 2000 г., а всего в стране на 2001 г. установлено почти 10000 МВт ВУ. Их доля в выработке электроэнергии составила более 2,5 %.

3 Классификация ветроустановок

Ветроустановки классифицируется по следующим признакам:

положению ветроколеса относительно направления ветра;

геометрии ветроколеса;

по мощности ветроустановки.

В настоящее время технические средства включают два основных типа промышленных ветроустановок: горизонтальные - с горизонтально осевой турбиной (ветроколесом), когда ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку; вертикальные - с вертикально осевой турбиной (ротором), когда ось вращения перпендикулярна воздушному потоку.

Ветроколесо с горизонтальной осью делятся на однолопастные, двухлопастные, трехлопастные и многолопастные; с вертикальной осью различают следующие конструкции роторов: чашечный анемометр, ротор Савониуса, ротор Дарье, также имеются конструкции с концентратами (усилителями) ветрового потока, такие, как ротор Масгрува, ротор Эванса, усилители потока специальной конструкции.

Следует отметить, что ветроколесо с вертикальной осью вращения, в отличие от с горизонтальной, находятся в рабочем положении при любом направлении ветра, однако их принципиальным недостатком являются большая подверженность усталостным разрушениям из-за возникающих в них автоколебательных процессов и пульсация крутящего момента, приводящая к нежелательным пульсациям выходных параметров генератора. Из-за этого подавляющее большинство ветрогенераторв выполнено по горизонтально-осевой схеме, хотя продолжаются всесторонние проработки различных типов вертикально-осевых установок.

По мощности ветроустановки делятся на: малой мощности - до 100 кВт, средней - от 100 до 500 кВт, и большой (мегаваттного класса) - 0,5-4 МВт и более.

Существующие системы ветродвигателей по схеме устройства ветроколеса и его положению в потоке ветра разделяются на три класса.

Первый класс включает ветродвигатели, у которых ветровое колесо располагается в вертикальной плоскости; при этом плоскость вращения перпендикулярна направлению ветра, и, следовательно, ось ветроколеса параллельна потоку. Такие ветродвигатели называются крыльчатыми.

Быстроходностью называется отношение окружной скорости конца лопасти к скорости ветра:

Крыльчатые ветродвигатели, согласно ГОСТ 2656-44, в зависимости от типа ветроколеса и быстроходности, разделяются на три группы (рисунок 3).

? ветродвигатели многолопастные, тихоходные, с быстроходностью Zn ? 2.

? ветродвигатели малолопастные, тихоходные, в том числе ветряные мельницы, с быстроходностью Zn > 2 .

? ветродвигатели малолопастные, быстроходные, Zn ? 3.

Ко второму классу относятся системы ветродвигателей с вертикальной осью вращения ветрового колеса. По конструктивной схеме они разбиваются на группы:

? карусельные, у которых нерабочие лопасти либо прикрываются шир-мой, либо располагаются ребром против ветра;

? роторные ветродвигатели системы Савониуса.

К третьему классу относятся ветродвигатели, работающие по принципу водяного мельничного колеса и называемые барабанными. У этих ветродвигателей ось вращения горизонтальна и перпендикулярна направлению ветра.

1 - многолопастных; 2-4 - малолопастных

Рисунок 3. Схемы ветроколес крыльчатых ветродвигателей

4. Принцип действия ВЭУ

Принцип действия ветровых турбин такой же, как у других турбин (паровой, газовой, водяной турбины). На рисунке 3 приведены принципиальные схемы основных ветровых турбин.

Двухлопастное ветроколесо обеспечивает большую экономичность, чем трехлопастное, однако, первое в ряде случаев подвержено значительным вибрационным нагрузкам, отсутствующим во втором случае. Центростремительную силу, действующую на лопасть, можно свести к минимуму, уменьшив ее массу. Для изготовления лопастей пригодны дерево, пластик и, в особенности, армированное стекловолокно, обладающее хорошими прочностными характеристиками. Стекловолокно выдерживает штормы, рабочие нагрузки и, кроме того, исключительно технологично. Защита от разрушения лопастей при чрезмерной силе ветра осуществляется с помощью поворотного механизма, который при заданной предельной скорости ветра разворачивает лопасти во флюгерное положение. Ветродвигатели с горизонтальной осью вращения, параллельной потоку, разработаны лучше, чем второй тип двигателей с вертикальной осью.

У ветродвигателей с горизонтальной осью имеется один главный недостаток: для получения оптимальной мощности они должны быть установлены на башне. Это связано не только с обеспечением свободного пространства для лопастей, а главным образом с тем, что скорость ветра с ростом высоты, как правило, возрастает. Необходимость строительства башни становится при этом важнейшим фактором, влияющим на экономическую целесообразность установки ветродвигателя в том или ином месте. Ветродвигатель с вертикальной осью вращения в этом смысле имеет преимущество, однако, и у него есть ряд своих недостатков.

1 - однолопастной ротор; 2 - двухлопастной ротор; 3 - трехлопастной ротор; 4 - много-лопастной ротор; 5 - ротор типа "велосипедное колесо"; 6 - ротор Дарье; 7 - с горизонталь-ной осью вращения; 8 - с пневмопередачей мощности; 9 - парусного типа; 10 - с диффу-зором; 11 - с концентратором; 12 - многороторная; 13 - двухроторная; 14 - вихревые.

Рисунок 3. Принципиальные конструкции основных типов ветровых

турбин

Для повышения эффективности ВЭУ целесообразно объединение их в автономную малую энергосистему. При этом автономная ветроэнерге-тическая система будет иметь плавающую частоту напряжения из-за изменения скорости ветра. В данном случае целесообразно не жесткое, посредством линии электропередачи, а гибкое объединение автономных нетрадиционных источников энергии с централизованной системой энергоснабжения, т.е. создание гибких управляемых связей между энергосистемами.

5 Работа поверхности при действии на нее силы ветра

Скорость ветра является важнейшей характеристикой технических свойств ветра. Поток ветра с поперечным сечением F обладает кинетической энергией, определяемой выражением:

Масса воздуха, протекающая через поперечное сечение F со скоростью V, равна:

Мощность Т определяется произведением силы Р на скорость V:

Одну и ту же работу можно получить либо за счёт большой силы, при малой скорости перемещения рабочей поверхности, либо, наоборот, за счёт малой силы, а, следовательно, и малой поверхности, но при соответственно увеличенной скорости её перемещения.

Допустим, мы имеем поверхность F, поставленную перпендикулярно к направлению ветра. Воздушный поток вследствие торможения его поверхностью получит подпор, и будет обтекать ее и производить давление силой Рх. Вследствие действия этой силы поверхность будет перемещаться в направлении потока с некоторой скоростью U (рисунок 4); работа при этом будет равна произведению силы на скорость U, с которой перемещается поверхность F, т. е.:

где Рх - сила сопротивления, которая равна :

где Сх - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления;

F - поверхность миделевого сечения теля, т.е. проекции площади тела на плоскость, перпендикулярную направлению воздушного потока.

В этом случае ветер набегает на поверхность с относительной скоростью, равной :

Подставив значение Рх получим:

Определим отношение работы, развиваемой движущейся поверхностью к энергии ветрового потока, имеющего поперечное сечение, равное этой поверхности:

После преобразований получим:

Величину о называют коэффициентом использования энергии ветра.

Из уравнения мы видим, что о зависит от скорости перемещения поверхности в направлении ветра. При некотором значении скорости U коэффициент Ј получает максимальное значение. В самом деле, если скорость перемещения поверхности равна нулю U = 0, то работа ветра также равна нулю. Если U = V, т.е. поверхность перемещается со скоростью ветра, работа также будет равна нулю, так как нет силы сопротивления, за счёт которой совершается работа. Отсюда следует, что значение скорости U заключено в пределах между U = 0 и U = V.

Установлено, чтобы получить максимальное о, поверхность должна перемещаться со скоростью:

Максимальный коэффициент использования энергии ветра при работе поверхности силой сопротивления не может быть больше о = 0,192.

Наибольший коэффициент использования энергии ветра у роторных ветродвигателей системы Савониуса - 18 %.

Рисунок 4. Действие силы ветра на поверхность

6. Работа ветрового колеса крыльчатого ветродвигателя

Крыльчатые ветроколеса работают за счет косого удара при движении лопастей перпендикулярно к направлению скорости ветра в противоположность к прямому удару, рассмотренному в предыдущем случае. Устройство такого колеса показано на рисунке 5.

На горизонтальном валу закреплены крылья, число которых у современных ветродвигателей бывает от 2 и больше. Крыло ветроколеса состоит из маха а и лопасти б, закрепляемой на махе так, что она образует с плоскостью вращения некоторый угол ц. Этот угол называют углом заклинения лопасти (рисунок 6). При этом на ее элементы набегает воздушный поток с относительной скоростью W под углом Ь, который называют углом атаки, и действует с силой R. Углы ц и Ь в значительной мере определяют эффективность крыльев. Силу R раскладывают на силы Рх и Ру (рисунок 6, а). Силы Рх производят давление в направлении ветра, которое называется лобовым давлением. Силы Ру действуют в плоскости у-у вращения ветроколеса и создают крутящий момент.

Максимальные силы, приводящие колесо во вращение, получаются при некотором значении угла атаки Ь, т.е. угла наклона относительного потока к поверхности лопасти. Ввиду того что окружная скоростью длине крыла неодинакова, а возрастает по мере удаления его элементов от оси вращения ветроколеса, относительная скорость W набегания потока на лопасть также возрастает.

Рисунок 5. Конструктивная схема крыльчатого ветроколеса

Рисунок 6. Схема действия сил воздушного потока на элемент лопасти (а) и графическое изображение относительного потока, набегающего на элементы лопасти, расположенные на разных радиусах ветроколеса (б)

Вместе с этим убывает угол атаки Ь, и при некоторой окружной скорости wR, где w угловая скорость, этот угол станет отрицательным (рисунок 6, б). Следовательно, не все элементы крыла будут иметь максимальную подъемную силу.

Если мы будем уменьшать угол ц каждого элемента лопасти по мере удаления его от оси вращения так, чтобы наивыгоднейший угол атаки Ь примерно сохранялся постоянным, то мы получим условие, при котором приблизительно все элементы лопасти будут работать со своей максимальной подъемной силой. Лопасть с переменным углом заклинения со получает форму винтовой поверхности.

Правильные углы заклинения лопасти при хорошем аэродинамическом качестве профиля, а также ширине, соответствующей заданной быстроходности, обеспечивают высокий коэффициент использования энергии ветра. У хорошо выполненных моделей он достигает 46 %.

В большинстве современных ветровых турбин с помощью специальных устройств (центробежных, гидравлических и других) обеспечивается возможность поворота всей лопасти или отдельной ее части, изменения за счет этого угла атаки и регулирования мощности на валу по заданному закону. При скорости ветра меньше номинальной лопасть разворачивается таким образом, чтобы угол атаки был оптимальным и коэффициент использования ветра максимальным. При скорости ветра больше номинальной разворотом лопасти добиваются уменьшения коэффициента использования энергии ветра до значения, при котором мощность на валу соответствует номинальной. На рисунке 7 на примере ветровой турбины номинальной мощностью 2 МВт показана зависимость мощности и коэффициента мощности (коэффициента использования энергии ветра) от скорости ветра.

1 - идеальный ротор пропеллерного типа; 2 - двухлопастный скоростной ротор; 3 - ротор Дарье; 4 - ротор Савониуса; 5 - многолопастный ротор

Рисунок 7. Кривые зависимости коэффициента использования энергии ветра от коэффициента быстроходности

Угол атаки , определяющий коэффициент мощности p зависит от скорости ветра W и частoты вращения ротора . В силу этого, коэффициент мощности удобно выражать с помощью параметра, учитывающего W и . Таким параметром является коэффициент быстроходности

Ветровые турбины различных типов имеют существенно отличающиеся зависимости коэффициента использования энергии ветра от коэффициента быстроходности (рисунок 7).

Пример компоновки основных узлов ветроэнергетической установки с горизонтальной ост вращения показан на рисунке 8.

Недостатками ВЭУ являются непостоянство вырабатываемой электро-энергии, что создает определенные проблемы при их работе на сеть и необходимость использования аккумуляторов при работе в автономном режиме, а также более высока», чем на традиционных электростанциях, стоимость 1 кВт установленной удельной мощности и меньшее число часов ее использования.

1 - лопасть; 2 - система разворота лопасти; 3- втулка; 4- дисковый тормоз; 5- мульти-пликатор; 6- гидромуфта; 7 - генератор; 8 - механизм системы поворота; 9 - тормоз системы поворота; 10- датчик системы поворота

Рисунок 8. Основные узлы ветроэнергетической установки с горизонтальной осью вращения

Однако эти недостатки перекрываются такими качествами ВЭУ как отсутствие топливной составляющей, неисчерпаемость первичного источника энергии, низка» стоимость вырабатываемой электроэнергии, возможность полной автоматизации, исключающей необходимость в обслуживающем персонале, возможность энергообеспечения автономных объектов, удаленных от электросетей, модульное исполнение, позволяющее наращивать установленную мощность по мере необходимости.

7. Преимущества и недостатки различных систем ветродвигателей. Методика определения параметров ветроустановок

Ветродвигатели карусельные и барабанные (второго и третьего классов) отличаются весьма простой схемой работы ветроколеса. У карусельных ветродвигателей воздушный поток, набегая на ветроколесо, давит на лопасти с одной стороны оси вращения; с другой же стороны он встречает либо ширму, прикрывающую лопасти, идущие против ветра, либо ребра лопастей, если они поворотные, вследствие чего давление потока на них оказывается весьма малым. В результате получается сила в плоскости вращения, которая создает крутящий момент ветроколеса. Аналогичное явление имеет место и у барабанных ветродвигателей. Однако у карусельных положение ветроколеса в потоке ветра более выгодно: оно всегда находится в рабочем положении, с какой бы стороны ни дул ветер. У барабанных же ветродвигателей, равно как и у крыльчатых (первый класс), требуется специальное устройство для установки ветроколеса на ветер при каждом изменении направления последнего.

Основные недостатки карусельных и барабанных ветродвигателей определяются самим принципом расположения рабочих поверхностей ветроколеса в потоке ветра.

1. Так как рабочие лопасти колеса перемещаются в направлении воздушного потока, то ветровая нагрузка действует не одновременно на все лопасти, а поочередно.

Периодически лопасти затеняют друг друга почти на половине окружности, и каждая из лопастей только в одном положении воспринимает полный поток и может развивать максимальную мощность. Кроме того, когда лопасти прикрыты ширмой или направлены ребром к ветру, они развивают хотя и малый по величине, но все же отрицательный момент.

Вращающий момент ветроколеса получается равным разности моментов сил, действующих диаметрально противоположно лопасти. В результате коэффициент использования энергии ветра получается весьма низким и при самых благоприятных условиях не превышает величины 0,10, что установлено экспериментальными исследованиями.

Коэффициент использования энергии ветра карусельными ветродвигателями можно повысить путем усовершенствования поверхностей и комбинацией положения их в потоке ветра. Однако при конструктивном оформлении такой ветродвигатель получается сложнее крыльчатого.

2. Движение поверхностей ветроколеса в направлении ветра не позволяет развивать большую скорость вращения, так как поверхности не могут двигаться быстрее ветра.

3. Размеры используемой части воздушного потока (ометаемая поверхность) малы по сравнению с размерами самого колеса, что значительно увеличивает его вес, отнесенный к единице установленной мощности ветродвигателя.

У роторных ветродвигателей ветроколесо также вращается в горизонтальной плоскости, но протекание потока через ометаемую поверхность происходит совершенно иначе, чем у карусельного и барабанного ветродвигателей. В данном случае ветроколесо создает меньший подпор воздушного потока.

Поток ветра скользит по выпуклой поверхности и действует полной силой на изогнутую поверхность, огибает ее, создавая на поверхности дополнительную силу, вращающую ротор. Тех сопротивлений, которые имели место у карусельных ветродвигателей, в данном случае нет. Поэтому и коэффициент использования энергии ветра ветродвигателей системы Савониуса примерно в 2 раза выше, чем у карусельных. Продувками модели ротора Савониуса в аэродинамической трубе определен наибольший коэффициент использования энергии ветра = 0,18.

Крыльчатые ветродвигатели в значительной мере свободны от перечисленных выше недостатков карусельных и барабанных ветродвигателей, что подтверждается теоретическими расчетами и практическими данными.

Предлагаемая методика выбора технических характеристик ветроустановок предусматривает выполнение следующих пунктов:

а) статистическая обработка метеоданных о средних скоростях ветра с использованием в качестве исходной информации данных метеонаблюдений, статистических данных метеорологических ежемесячников или же экспериментальных данных;

б) расчет значений удельной мощности ветрового потока;

в) определение времени наблюдения по градациям скоростей ветра;

г) расчет годовых и месячных значений удельной энергии ветрового потока;

д) определение расчетного значения скорости ветроустановки;

е) определение возможной номинальной мощности, диаметра ветроколеса и высоты башни ВЭУ;

ж) выбор соответственно полученным результатам ветроустановки по каталогам;

и) расчет возможного годового производства электрической энергии ветроустановкой в соответствии с ее номинальными техническими параметрами и энергетическими характеристиками местного потока.

8. Перспективы развития ветроэнергетики в Казахстане

Основной причиной возникновения ветра является неравномерное нагревание солнцем земной поверхности.

Земная поверхность неоднородна: суша, океаны, горы, леса обусловливают различное нагревание поверхности под одной и той же широтой. Вращение Земли также вызывает отклонения воздушных течений. Все эти причины осложняют общую циркуляцию атмосферы. Возникает ряд отдельных циркуляции, в той или иной степени связанных друг с другом.

На экваторе у земной поверхности лежит зона затишья со слабыми переменными ветрами. На север и на юг от зоны затишья расположены зоны пассатов, которые вследствие вращения Земли с запада на восток имеют отклонение к западу. Таким образом, в северном полушарии постоянные ветры приходят с северо-востока, в южном с юго-востока, как показано на схеме (рисунок 1). Пассаты простираются примерно до 30° северной и южной широт и отличаются равномерностью воздушных течений по направлению и скорости. Средняя скорость юго-восточных пассатов северного полушария у поверхности земли достигает 6-8 м/сек. Эти ветры вблизи больших континентов нарушаются сильными годовыми колебаниями температуры и давления над материками. Высота слоя пассатов простирается от 1 до 4 км.

Выше над пассатами находится слой переменных ветров, а над этим слоем находится зона антипассатов, дующих в направлении, противоположном направлению пассатов. Высота слоя антипассатов меняется от 4 до 8 км в зависимости от времени года и от места.

В субтропических широтах в поясах высокого давления зоны пассатов сменяются штилевыми областями. К северу и югу от этих областей приблизительно до 70°на всех высотах дуют ветры между западным и юго-западным румбами в северном полушарии и между западным и северо-западным - в южном полушарии. В этих широтах, кроме того, в атмосфере непрерывно возникают и затухают вихревые движения, усложняющие простую схему общей циркуляции атмосферы, показанную на рисунке 1.

Местные ветры. Особые местные условия рельефа земной поверхности (моря, горы и т. п.) вызывают местные ветры.

Бризы. Вследствие изменения температур днём и ночью возникают береговые морские ветры, которые называются бризами.

Днём при солнечной погоде суша нагревается сильнее, чем поверхность моря, поэтому нагретый воздух становится менее плотным и поднимается вверх. Вместе с этим более холодный морской воздух устремляется на сушу, образуя морской береговой ветер. Поднимающийся над сушей воздух течёт в верхнем слое в сторону моря и на некотором расстоянии от берега опускается вниз.

Рисунок 1. Схема общей циркуляции земной атмосферы

Таким образом возникает циркуляция воздуха с направлением внизу - на берег моря, вверху - от суши к морю. Ночью над сушей воздух охлаждается сильнее, чем над морем, поэтому направление циркуляции изменяется: внизу воздух течёт на море, а вверху с моря на сушу. Зона распространения бриза около 40 км в сторону моря и 40 км в сторону суши. Высота распространения бризов в наших широтах достигает от 200 до 300 м. В тропических странах бризы наблюдаются почти в течение всего года, а в умеренном поясе только летом, при жаркой погоде. У нас бризы можно наблюдать летом у берегов Чёрного и Каспийского морей.

Муссоны. Годовые изменения температуры в береговых районах больших морей и океанов также вызывают циркуляцию, аналогичную бризам, но с годовым периодом. Эта циркуляция, более крупного размера, чем бризы, называется муссонами. Возникают муссоны по следующим причинам. Летом континент нагревается сильнее, чем окружающие его моря и океаны; благодаря этому над континентом образуется пониженное давление, в воздух внизу устремляется к континенту от океанов, а вверху наоборот, течёт от континентов к окружающим океанам. Эти ветры носят название морских муссонов. Зимой континенты значительно холоднее, чем поверхность моря; над ними образуется область повышенного давления; вследствие этого нижние слои воздуха направляются от континента к океанам, а в верхних слоях - наоборот, от океанов к континентам. Эти ветры называются материковыми муссонами.

Сильные муссоны можно наблюдать на южном побережье Азии - в Индийском океане и Аравийском море, где летом они имеют юго-западное направление, а зимой - северо-восточное. У восточных берегов Азии также наблюдаются муссоны. Зимою дуют суровые северозападные материковые ветры; летом юго-восточные и южные морские влажные ветры.

Республика Казахстан по своему географическому положению находится в ветровом поясе северного полушария и на значительной части территории Казахстана наблюдаются достаточно сильные воздушные течения, преимущественно Северо-восточного, Юго-западного направлений. В ряде районов Казахстана среднегодовая скорость ветра составляет более 6м/с, что делает эти районы привлекательными для развития ветроэнергетики. В этой связи Казахстан рассматривается как одна из наиболее подходящих стран мира для использования ветроэнергетики. По экспертным оценкам, ветроэнергетический потенциал Казахстана оценивается как 1820 млрд. кВтч электроэнергии в год. Хорошие ветровые районы имеются в центральной части Казахстана, в Прикаспии, а также в ряде мест на Юге, Юго-Востоке и Юго-Западе Казахстана (рисунок 1).

Исследования ветроэнергетического потенциала в ряде мест по территории Казахстана, проведенные в рамках проекта Программы развития ООН по ветроэнергетике, показывают наличие хорошего ветрового климата и условий для строительства ВЭС в Южной зоне (Алматинская, Джамбульская, Южно-Казахстанская области), в Западной зоне (Мангистауская и Атырауская области), в Северной зоне (Акмолинская область) и Центральной зоне (Карагандинская область) (таблица 1).

Рисунок 1. Ветровой атлас Казахстана

Таблица 1

Перечень исследованных площадок для строительства ВЭС (по данным метеоисследований ПРООН)

Наличие свободного пространства позволяют развивать мощности ВЭС до тысяч МВт. Исследования распределения ветроэнергетического потенциала по территории Казахстана должны быть продолжены с целью определения перспективных площадок для строительства ВЭС. Моделирование развития электроэнергетического сектора Казахстана с использованием компьютерных моделей (программа Маркал была представлена для исследований КазНИИЭК, МООС и УР) показало, что в условиях роста цен на энергоносители, привлечения инвестиций в модернизацию и обновление генерирующих мощностей, ветроэнергетика будет востребована на рынке электроэнергии в размере до 300 МВт к 2015 г. и порядка 2000 МВт к 2024 г. (рисунок 2).

Рисунок 2. Потенциал использования гидро и ветроэнергетики в Республике Казахстан

Список рекомендуемой литературы

1.Ахмедов Р.Б. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. - М.: О-во «Знание», 1988.

2.Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. - М.: ОГИЗ-Сельхозгиз,1948.-544 с.

Размещено на Allbest.ru