Введение:
Не зря говорят:"Энергетика-хлеб промышленности".Энерговооруженность общества - основа его научно-технического прогресса, база развития производительных сил. Её соответствие общественным потребностям -важнейший фактор экономического роста. Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже специальное понятие - "опережающее развитие энергетики ".Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определён или создан заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи любого государства.
В природе запасы энергии огромны. При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за счёт использования органического топлива (уголь, нефть, газ), гидроэнергии и атомной энергии на основе тепловых нейтронов. Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо к 2020г. может удовлетворить запросы мировой энергетики только частично. Остальная часть энергопотребности может быть удовлетворена за счет других источников энергии - нетрадиционных и возобновляемых.
Возобновляемые источники - это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Возобновляемая энергии не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это является её отличительным признаком. К нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся: солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океана, энергия биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков.
Основу ? современной мировой энергетики составляют тепло- и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растёт, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. В процессе производства электроэнергии на ТЭС происходит выброс вредных веществ в атмосферу.
Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используются практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. Выбросов в воздух от ГЭС нет никаких, но зато вред водной среде наносит довольно большой. В первую очередь страдают рыбы, которые не могут преодолеть плотины ГЭС. В случае аварии на ГЭС, то в случае прорыва любой гидроэлектростанции образуется огромная волна, которая сметёт все находящиеся ниже плотины ГЭС. А ведь большинство таких плотин расположено вблизи крупных городов с населением в несколько сотен тысяч жителей.
Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец 1989 года в мире было построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считается источником дешёвой экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда (U235) - дорогостоящее и трудно добываемое сырьё. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Все чаще звучат призывы, требующие отказаться от использования ядерного топлива, закрыть все АЭС и вернуться к производству электроэнергии на ТЭС и ГЭС (кто, что говорит?), а также использовать нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ). К последним относятся установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, тепло, содержащееся в воде, воздухе, земле.
Глава 2:
Кроме перечисленных ВЭС в эксплуатации находятся до 1500 ветроустановок различной мощности (от 0,08 до 30 кВт).
Первый опыт применения энергии ветра в РФ:
Техника 20 века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой -получение электроэнергии. В начале века Н.Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания. В наши дни к созданию конструкций ветроколеса - сердца любой ветроэнергетической установки- привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.
Первой лопастной машиной, использовавшей энергию ветра, был парус. Парус и ветродвигатель кроме одного источника энергии объединяет один и тот же используемый принцип. Исследования Ю. С. Крючкова показали, что парус можно представить в виде ветродвигателя с бесконечным диаметром колеса. Парус является наиболее совершенной лопастной машиной, с наивысшим коэффициентом полезного действия, которая непосредственно использует энергию ветра для движения.
Ветроэнергетика, использующая ветроколеса и ветрокарусели (двигатели карусельного типа см. рис. 5.), возрождается сейчас, прежде всего, в наземных установках.В США уже построены и эксплуатируются коммерческие установки. Проекты наполовину финансируются из государственного бюджета. Вторую половину инвестируют будущие потребители экологически чистой энергии.
Еще в 1714 году француз Дю Квит предложил использовать ветродвигатель в качестве движителя для перемещения по воде. Пятилопастное ветроколесо, установленное на треноге, должно было приводить в движение гребные колеса. Идея так и осталась на бумаге, хотя понятно, что ветер произвольного направления может двигать судно в любом направлении.
Первые разработки теории ветродвигателя относятся к 1918 г. В. Залевский заинтересовался ветряками и авиацией одновременно. Он начал создавать полную теорию ветряной мельницы и вывел несколько теоретических положений, которым должна отвечать ветроустановка.
В начале ХХ века интерес к воздушным винтам и ветроколесам не был обособлен от общих тенденций времени - использовать ветер, где это только возможно. Первоначально наибольшее распространение ветроустановки получили в сельском хозяйстве. Воздушный винт использовали для привода судовых механизмов. На всемирно известном "Фраме" ("Фрам" [фр. frum вперед] - исследовательское судно Ф. Нансена, исследователя Арктики ) он вращал динамомашину. На парусниках ветряки приводили в движение насосы и якорные механизмы.
Ученые, которые проводили исследования в направлении применения энергии ветра:
Ромэн Абдуллаевич ЗАХИДОВ, академик, профессор Института энергетики и автоматики Академии наук Узбекистана
Владимир ЙИРКА, кандидат технических наук, специалист Инновационного центра, Чехия
Лио Ок РЁН, президент Научно-исследовательского института Средней Азии, Корея
Гунно Бойе Олесена представителяь международной организации Inforse
Диапазон работы ветроэлектростанций
Большинство крупных ветряных турбин разработаны для диапазона ветров от 3-4 до 20-25 м/с. Эти значения соответствуют минимально допустимой скорости ветра в 7-9 миль в час (лёгкий, едва ощутимый бриз) и максимально допустимой скорости ветра в 45-56 миль в час (штормовой ветер в 7-10 баллов по шкале Бофорта). В пределах этого диапазона крупная ветряная турбина способна производить от нескольких сотен (кВт) до нескольких мегаватт (МВт) полезной электроэнергии в зависимости от длины лопастей, скорости ветра и размера генератора.
Показатель производительной ветряной турбины - период эксплуатации ресурса (ветра) для получения полезно- ого продукта (электроэнергии) - составляют от 25 до 40% в зависимости от географического положения и конструкции турбины. Наиболее подходящее для размещения ветряных электростанций места, как правило, находятся вдали от населённых центров, требуя строительства протяженных линий электропередачи.
Для преобразования энергии ветра в электричество разработаны множество моделей ветероэнергетических установок, или, как их еще называют – ветрогенераторов. В промышленных масштабах, как правило, несколько ветроэнергетических установок устанавливается рядом и объединяется в ветроэнергетическую станцию.
Заключение:
Неоспорима роль энергии в поддержании и дальнейшем развитии цивилизации. В современном обществе трудно найти хотя бы одну область человеческой деятельности, которая не требовала бы, прямо или косвенно, энергии. Потребление энергии – важный показатель жизненного уровня.
За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан.
Сейчас, в начале 21-го века, начинается новый значительный этап земной энергетики. Появилась энергетика «щадящая», построенная так, чтобы человек не рубил сук, на котором он сидит, заботился об охране уже сильно поврежденной биосферы.
На пути широкого внедрения альтернативных источников энергии стоят трудно разрешимые экономические и социальные проблемы. Прежде всего это высокая капиталоемкость, вызванная необходимостью создания новой техники и технологии. Во-вторых, высокая материалоемкость : создание мощных ПЭС требует, к примеру, огромных количеств металла, бетона и т.д, В-третьих, под некоторые станции требуется значительное отчуждение земли или морской акватории. Также при производстве электроэнергии за счет этих непостоянных источников в промышленных масштабах возникают трудности, связанные с невозможностью постоянного сопряжения производства электроэнергии с ее потреблением (с графиком нагрузки). Технические сложности могут возникнуть и при интегрировании энергетических установок на базе нетрадиционных ВИЭ в общую силовую сеть. Кроме того, развитие использования альтернативных источников энергии сдерживается также нехваткой специалистов. Решение этих проблем требует комплексного подхода на национальном и международном уровне, что позволит ускорить их реализацию.
Как следует из приведенных ниже данных, вплоть до 2030г. невозобновляемые виды энергии (ископаемое топливо и атомная энергия) останутся основой мировой энергетики (81,6%) и ВИЭ, а тем более нетрадиционные ВИЭ не станут для них конкурентами. Тем не менее значимость нетрадиционных ВИЭ будет возрастать, и к 2050 г. их доля в мировом энергобалансе может увеличиться до одной четверти. Их главным преимуществом останется неисчерпаемость, экологичность, широкое распространение и способность снабжать теплом и электроэнергией потребителей, не подсоединенных к централизованным системам.