Главная Обратная связь

Дисциплины:






ПОТЕНЦІАЛ ВИКОРИСТАННЯ ВІТРОВОЇ ЕНЕРГІЇ В УКРАЇНІ



 

Україна має потужні ресурси вітрової енергії: річний технічний вітроенергетичний потенціал дорівнює 30 млрд. кВт´год.

В результаті обробки статистичних метеорологічних даних по швидкості та повторюваності швидкості вітру проведено районування території України по швидкостях вітру і визначено питомий енергетичний потенціал вітру на різній висоті відповідно до зон районування.

Приведені дані є базовими при впровадженні вітроенергетичного обладнання і призначені до використання проектувальниками об'єктів вітроенергетики для встановлення оптимальної потужності вітроагрегатів та тилу енергії (електрична або механічна) для ефективного її виробництва в конкретній місцевості.

В умовах України за допомогою вітроустановок можливим є використання 15¸19% річного об'єму енергії вітру, що проходить крізь перетин поверхні вітроколеса. Очікувані обсяги виробництва електроенергії з 1 м2 перетину площі вітроколеса в перспективних регіонах складають 800¸1000 кВт´год/м2 за рік.

Застосуванння вітроустановок для виробництва електроенергії в промислових масштабах найбільш ефективно в регіонах України, де середньорічна швидкість вітру > 5 м/с: на Азово-Чорноморському узбережжі, в Одеській, Херсонській, Запорізькій, Донецькій, Луганській, Миколаївській областях, АР Крим та в районі Карпат.

Експлуатація тихохідних багатолопатевих вітроустановок з підвищеним обертаючим моментом для виконання механічної роботи (помолу зерна, підняття та перекачки води і т.п.) є ефективною практично на всій території України.

Вітроенергетика України має достатній досвід виробництва, проектування, будівництва, експлуатації та обслуговування як вітроенергетичних установок, так і вітроенергетичних станцій; в країні є достатньо високий науково-технічний потенціал і розвинена виробнича база. В останній час розвитку вітроенергетичного сектора сприяє державна підтримка, що забезпечує реалізацію ініціатив по удосконаленню законодавства, структури керування, створенню вигідних умов для внутрішніх і зовнішніх інвесторів.

Реалізація державних національних програм в галузі вітроенергетики на 2010 рік передбачає загальне річне виробництво електроенергії на вітроелектростанціях та автономних вітроустановках близько 5,71 млн. МВт´год; що дозволить забезпечити біля 2,5 відсотків від загального річного електроспоживання в Україні.

Впродовж року на планету надходить енергії в 15 тис. разів більше від обсягів нинішнього споживання всіма країнами світу. На енергію вітру перетворюється близько 3% енергії сонячного випромінювання, а отже, ресурси енергії вітру на Землі приблизно у 50 разів більші за сумарні енергетичні потреби людства.



Найчастіше суспільству нав'язується думка, що вітроенергетика має вкрай малий потенціал, що вона неконкурентоспроможна, потребує великих площ, розлякує і нищить птахів, негативно діє на людей і тварин, генеруючи інфразвук тощо. Спробуємо заперечити кожну із цих тез. Із нетрадиційних джерел енергії кращі в порівнянні з вітроенергетикою економічні результати можуть забезпечити лише ГЕС середньої та великої потужності, та й то не завжди. У тих країнах, де в собівартості враховуються повні витрати, тобто на функціонування АЕС і ТЕС не надається відкритих і прихованих субсидій чи дотацій із державного бюджету, як це робиться в Україні, економічні результати свідчать на користь вітроенергетики. Так в США собівартість електрики, виробленої на АЕС, становить 10—11 центів/кВт год, ТЕС— 9—10 цен-тів/кВт год, ВЕС — 4—5 центів/кВт год.

ВЕУ потужністю 2—3 мегавата потребує ділянки 20х20 м. Оскільки такі ВЕУ не потребують об'єднання в систему, то ділянку можна підібрати будь-де. Розосередженість ВЕУ наближує джерело електроенергії до споживача.

Дослідження засвідчили, що сучасні ВЕУ мегаватного класу не нищать птахів, бо будь-який птах добре бачить вітроколесо, яке обертається зі швидкістю 2—30 об./хв. Навіть українська статистика експлуатації близько 700 ВЕУ потужністю 107,5 кВт, вітроколесо яких обертається зі швидкістю 72 об./хв, з 1993 року не зафіксувала випадків нищення птахів.

Щодо інфразвуку слід зазначити, що він може виникнути в разі дебалансу вітрового колеса при швидкості обертання, більшій за 180 об/сек. Оскільки навіть ВЕУ потужністю 100 кВт мають меншу швидкість обертання, то джерелом інфразвуку бути не можуть. Лише ВЕУ потужністю менше 20 кВт принципово можуть генерувати інфразвук, але установка з незбалансованим вітроколесом практично недієздатна, бо швидко виходитиме з ладу через вібраційні навантаження.

Середньорічний приріст світової вітроенергетики становить в середньому 26—27% і є найвищим у порівнянні з іншими джерелами енергії. На кінець 2005 року загальна потужність світового вітроенергетичного парку досягла 59 322 МВт, за 30 років розвитку вона зросла майже у 30 тис. разів. Приріст потужності світового парку ВЕСза 2005 рік становив 11 769 МВт (25%). За подібних темпів приросту в 2006 році потужність світового парку ВЕС перевищить 70 тис. МВт, що дозволить забезпечити електрикою близько 300 млн. населення.

Прогнозується, що після 2010 року електроенергією, виробленою вітроенергетичними парками, буде користуватися 80% населення ЄС, а до 2025 року завдяки таким паркам в Німеччині буде виведено із експлуатації 80% потужностей АЕС. До 2050 року Німеччина планує генерувати 50% електроенергії шляхом використання енергії вітру. Данія таке завдання збирається вирішити до 2030 р. За попередніми даними, в 2005 році Іспанія збудувала ВЕС на 2500 МВт. Її парк нині перевищує 10 700 МВт. За п'ять наступних років Іспанія планує задіяти ще 12 тис. МВт. Вітроенергетика Великої Британії подолала межу в 1 тис. МВт. Загалом в Британії діють 1237 ВЕУ сумарною встановленою потужністю 1038 МВт. Британська вітроенергетичнаасоціація за кликалауряд прийняти зобов'язання щодо виробництва 20% електроенергії за рахунок відновлюваних джерел енергії до 2020 року. Згідно із прогнозом асоціації, сумарна потужність офшорних ВЕС, малих вітроустановок, електростанцій, що використовують енергію хвиль та припливів, на той час досягне 28 тис. МВт, що складе 21% від планованого обсягу енергії, необхідного Сполученому Королівству.

Для порівняння, в останні роки приріст потужностей світового парку АЕС становить 1—2 тис. МВт/рік (0,3—0,6%). Загальна потужність АЕС зараз становить 360 тис. МВт і через виведення з експлуатації та довготривалий цикл будівництва значного зростання нововведених потужностей АЕС не прогнозується.

До цього часу всі прогнози щодо розвитку вітроенергетики не тільки виконувалися, але й перевиконувалися. На початку 90-х років прогнозувалося, що до кінця 2000 року потужність європейського парку ВЕС досягне 4 тис. МВт. Фактично ж в Європі на кінець 2000 року було введено в експлуатацію ВЕС загальною потужністю 12 800 МВт, тобто в 3,2 рази більше, ніж прогнозувалося.

Варто зазначити, що реальні обсяги використання енергії вітру будуть ще більшими, оскільки в звітах не враховується некомерційне використання вітротехніки малої потужності (менше 50 кВт), а також тієї, яка не генерує електричну енергію, а виконує функцію механічного приводу, наприклад, насосів для сільськогосподарської техніки, підйому води та нафти, компресорів тощо.

Наприкінці XX століття стали відчутними зміни клімату: зміна температури, збільшення сили та частоти несприятливих явищ. Найпоширеніше пояснення тому — парниковий ефект внаслідок спалювання вугілля, нафти та газу. В 1997 р. прийнято Кіотський протокол як частину Рамкової конвенції ООН про зміни клімату. Всі країни, які ратифікували цей документ, беруть на себе зобов'язання знизити викиди парникових газів у 2008—2012 роках. Україна ратифікувала Кіотський протокол 4 лютого 2004 р., а з 2005 року він набув чинності. Згідно з протоколом, розвинуті держави разом з країнами з перехідною економікою можуть здійснювати спільні проекти зі зниження викидів. Це дозволить Україні реалізувати її гігантський потенціал енергозбереження та енергоефективності. Набагато більшої ефективності вітроенергетичних установок можна досягти за умов реалізації їх будівництва в межах проектів спільного впровадження — шляхом продажу сертифікатів на викиди парникових газів. Згідно з Кіотським протоколом, для здешевлення ВЕС ми можемо використати ще й квоти України на міжнародну торгівлю викидами парникових газів. Кошти, які можна отримати, не є позиками, а тому ВЕС, побудовані за ці гроші, будуть рентабельними з першого дня експлуатації.

Освоєння вітроенергетики в Україні розпочате. Але в нашій країні налагоджене виробництво застарілої вітротехніки — USW 56-100, яка була сконструйована в 1970 р. в США для унікально високого вітропотенціалу Каліфорнії, де середньорічна швидкість вітру перевищує 8 м/с. В Україні площ з таким потенціалом вітру немає, а тому USW 56-100 не спроможна досягти рівня рентабельності виробництва електроенергії.

Щоб виправити негативну ситуацію щодо вітроенергетики, необхідно переробити Комплексну програму будівництва ВЕС в Україні до 2010 р. і припинити будівництво неперспективної вітротехніки. Водночас необхідно залучити інвестиції і налагодити серійне виробництво сучасних вітротурбін потужністю 2—3 МВт, обсяги виробництва електроенергії кожної з яких в умовах всіх регіонів України становитимуть 5—9 млн. кВт•год/рік, а це забезпечить рентабельність їх експлуатації.

Лідери світової вітроенергетики

Сумарна потужність світового вітроенергетичного парку впродовж 1995-2005 років

Прогноз річних приростів потужностей світового парку ВЕС впродовж 2004-2014 років

Налагодження виробництва вітротехніки в Україні призведе до створення нових робочих місць, зниження собівартості генерованої ВЕС електрики, підвищення їх рентабельності, зменшення сум кредитів. Суттєвого зниження капітальних вкладень на спорудження можна досягти також за рахунок спорудження ВЕС поблизу ГЕС, ГАЕС, ТЕС і навіть зупиненої ЧАЕС з метою спільного використання трансформаторних підстанцій, ЛЕП, доріг, ліній диспетчерського зв'язку тощо. За оцінками «Укргідропроекту», спираючись на інфраструктуру ЧАЕС і Київської ГЕС/ГАЕС, на акваторії, островах і в прибережній зоні Київського моря можна спорудити ВЕС загальною потужністю близько 5 тис. МВт.

Зазначимо, що, окрім розвитку комерційної вітроенергетики, в Україні є необхідність розвивати некомерційну, в першу чергу, «сільську», «фермерську», «для двору». Такі самостійні невеликі системи для живлення віддалених районів служать децентралізації енергопостачання, дозволяють диверсифікувати джерела енергії і можуть зробити більш енергонезалежною Україну та Крим зокрема.

Термін окупності вітроенергетичної установки, залежно від місцевості, забезпеченості комунікаціями, потужності установки тощо, становить від 3 до 8 років. Питомі капітальні витрати для станцій малої потужності становлять 800-1000 доларів за 1 кВт встановленої потужності і зменшуються зі збільшенням потужності установки. Тож капітальні витрати на вітроенергетичну станцію потужністю 250 кВт (Данія) становлять 40 тис. доларів США при терміну окупності 6,7 року.
Важливим аспектом використання вітроустановок є вартість електроенергії (грн/кВт•год), яка може бути підрахована за виразом

B=(K•F)/(0,25•P•F),

де К - капітальні витрати, грн. (дол.);

F - фактор поновлення витрат, за гарантованого терміну дії установки 25 років F= 0,125;

Р - потужність установки, кВт;

Т - кількість годин роботи установки на рік, Т = 8760 год.

Для розвитку вітроенергетики урядами різних держав прийнято відповідні законодавчі акти для зниження податку для тих, хто використовує вітроустановки. Наприклад, у Данії 75% вітроустановок є приватною або кооперативною власністю, власники установок звільняються від податку. В США власники вітроустановок отримують державний кредит від 0,5 до 1,5 цента за 1 кВт•год електроенергії, що продається. Цей кредит входить до податку, страхування або платні за землю. Для популяризації вітроустановок в Англії розроблено маршрути їх огляду для школярів під час літніх канікул.

Вітроустановки виробляють електроенергію практично без забруднення довкілля, але вплив на нього мають: відведення під будівництво значних територій та зміни ландшафту, шумові ефекти, радіоперешкоди.

Проблема зменшення шумів розв'язується шляхом розташування вітроустановок на значних відстанях (допустимих за рівнем шуму - 40-50 децибелів) від житла. Отже, відстань від вітроагрегату до житла має становити 150 м, вітростанції - 250 м.

Теоретичні ресурси, тобто кінетична енергія вітру в межах території України, перевищують нинішнє виробництво електроенергії приблизно в 150 разів, а ресурси суші, які реально можна використовувати на сучасному рівні розвитку вітротехніки, перевищують ці обсяги вдвічі. Значно більші ресурси можливо залучити, використовуючи вітроелектричні станції "водного базування, насамперед на морі, де вітри сильніші та стабільніші. Приміром, лише вітровий потенціал Сиваша дозволяє виробляти електроенергії в 1,5-2 рази більше, ніж сучасні обсяги її виробництва в Україні.

Найбільшу перевагу для будівництва вітроенергетичних станцій (ВЕС) великої потужності віддають таким регіонам, як Крим, Карпати, узбережжя Чорного та Азовського морів, Донбас, проте це не означає, що в інших регіонах розвиток вітроенергетики не має великого значення.

Значною перевагою ВЕС над ТЕС і АЕС є те, що капітальні витрати практично не "омертвляються", оскільки вітроустановка починає виробляти електроенергію через 1-3 тижні після її завезення на місце встановлення.

Енергія вітру вічно поновлювана й невичерпна, поки гріє Сонце. Вітер утворюється на землі в результаті нерівномірного нагрівання її поверхні Сонцем.

Повітря над водною поверхнею впродовж світлої частини доби залишається порівняно холодним, оскільки енергія сонячного випромінювання витрачається на випаровування води та поглинається нею. Над сушею повітря нагрівається завдяки тому, що вона поглинає сонячну енергію менше, ніж поверхня води. Нагріте повітря розширюється і піднімається вгору, а його заміняє холодне повітря від поверхні води. Вночі суша охолоджується швидше, ніж вода, і температура над водою буде вище, ніж над сушею. Тому вітри міняють свій напрямок, і холодне повітря суші витісняє нагріте повітря водної поверхні.

Аналогічно відбуваються зміни напрямку вітрів у гірській місцевості, де протягом дня тепле повітря піднімається вздовж схилів, а вночі холодне повітря спускається в долини. Повітря циркулює й внаслідок обертання Землі: рух відбувається в напрямку, протилежному напрямку руху годинникової стрілки в північній півкулі, та за напрямком руху годинникової стрілки - в південній.

Що ж таке енергія вітру? Частина сонячної енергії, яка досягає зовнішніх шарів земної атмосфери, перетворюється на кінетичну енергію частинок повітря, які рухаються, тобто вітру. Кінетична енергія вітрового потоку дорівнює

A=(m•v2)/2,

де m - маса повітря, що рухається, кг;

v - швидкість вітру, м/с.

Енергія вітру має ряд специфічних особливостей: малу концентрацію, віднесену до одиниці об'єму повітряного потоку; випадковий характер зміни швидкості; з другого боку, повсюдне розповсюдження цього джерела енергії, надто досконалі технічні засоби вітроенергетики і їх економічна ефективність дозволяють розглядати його як доповнення до "великої" енергетики, насамперед для забезпечення енергією споживачів у важкодоступних районах, віддалених від джерела централізованого енергопостачання.

Потужність вітрового потоку визначається як

P=A/?= ?((F•v3)/2),

де ? - густина повітря, кг/м;

F - площа, яку перетинає вітровий потік, м2;

v - швидкість вітру, м/с.

Вітрове колесо, розміщене в потоці повітря, може у кращому випадку теоретично перетворювати на потужність на його валу 16/27 = 0,59 (критерій Бетца) потужності потоку повітря, що проходить через площу перерізу, охоплювану вітровим колесом Цей коефіцієнт можна назвати теоретичним ККД ідеального вітрового колеса. Насправді ККД нижчий і досягає для найкращих вітряних колес приблизно 0,45. Це означає, наприклад, що вітрове колесо з довжиною лопаті 10 м за швидкості вітру 10 м/с у найкращому випадку може мати потужність на валу 85 кВт.

Місцевості, придатні для розміщення вітроагрегатів, поділяються на декілька класів (згідно з типами нерівностей). Такий поділ (див. табл. 3.1,) демонструє можливості забезпечення енергією вітроустановок в умовних одиницях (10 балів відповідає відсутності нерівностей, тобто 0-й клас поверхні), згідно з методикою європейської практики будівництва вітростанцій.

 

Таблиця 3. 1 - Класифікація вітрового потенціалу місцевостей за характером нерівностей

Клас неріввності Топографія місцевості Енергопотенціал
Відкрита місцевість без високої рослинності та лісів 6,8
Окремі будинки з відстанню 1000м між ними 4,6
Забудований район, ліси, пересічена місцевість 2,4

 

Оцінка енергозабезпеченості за балами залежно від характеру місцевості не завжди однозначна. Відомо, що після забудови місцевості або після насадження дерев її аеродинаміка може різко змінитися, може збільшитися кількість вітрового часу й зрости сила вітру. Те саме стосується й гірської місцевості. Незважаючи на значні захаращення в окремих місцях, пересіченість місцевості може утворювати щось подібне до каналів, в яких швидкість вітру набагато вища, ніж на відкритій місцевості.

Для кожної місцевості зміна швидкості вітру за висотою (епюра швидкостей вітру) має характерний вигляд, наведений на рис.3.2.

Рисунок 3.2 – Епюра швидкостей вітру над певною місцевістю

На рисунку видно, що крім середньорічної швидкості для кожної місцевості є свій профіль швидкостей, який, впливає на величину швидкісного напору. Ось чому для ефективного уловлювання вітру є своя оптимальна висота розташування вітроагрегату над рівнем землі. Так само, як і для середньорічної швидкості, попередньо робляться дослідження ефективної висоти розташування вітроагрегату при різних вітрових навантаженнях і потужностях самого вітроагрегату.

Є дві принципово різні конструкції вітроустановок: з горизонтальною і вертикальною віссю обертання. Більш поширені вітроустановки з горизонтальною віссю (рис. 3.3).

 

Рисунок 3.3 – Принципова схема вітроустановки

 

Основними елементами вітроенергетичних установок є вітроприймальний пристрій (лопаті), редуктор передачі крутильного моменту до електрогенератора, електрогенератор і башта. Вітроприймальний пристрій разом з редуктором передачі крутильного моменту утворює вітродвигун. Завдяки спеціальній конфігурації вітроприймального пристрою в повітряному потоці виникають несиметричні сили, що створюють крутильний момент. Залежно від потужності генератора вітроустановки поділяються на класи, їхні параметри та призначення наведено в табл. 3.2.

 

Таблиця 3.2 - Класифікація вітроустановок

Клас установки Потужність, кВт Діаметр колеса, м Кількість лопатей Призначення
Малої потужності 15-50 3-10 3-2 Зарядження акумуляторів, насоси, побутові потреби
Середньої потужності 100-600 25-44 3-2 Енергетика
Великої потужності 1000-4000 >45 Енергетика

 

Оскільки вітер може змінювати свою силу та напрямок, вітрові установки обладнуються спеціальними пристроями контролю та безпеки. Ці пристрої складаються з механізмів розвертання вісі обертання за вітром, нахилу лопатей відносно землі за критичної швидкості вітру, системи автоматичного контролю потужності й аварійного відключення для установок великої потужності.

Вітроенергетичні установки з вертикальною віссю обертання мають перевагу перед установками з горизонтальною віссю, яка полягає насамперед в тому, що зникає необхідність у пристроях для орієнтації на вітер, спрощується конструкція та знижуються гіроскопічні навантаження, які зумовлюють додаткову напругу в лопатях, системі передач та інших елементах установки.

Різновидом вітроустановок з вертикальною віссю є так звана вітрова гребля, де сконцентрований повітряний потік спрямовується на установку за допомогою напрямлювачів у вигляді лісосмуг, штучних перегородок у вигляді панелей, надувних конструкцій, солом'яних блоків тощо. Схему вітрової греблі наведено на рис. 3.4.

Рисунок 3.4 – Вітрова гребля


РОЗДІЛ 4





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...