Ветроэнергетика. Производство электроэнергии с помощью ветроэнергетических установок. Ветроэнергетический потенциал Республики Беларусь

Ветроэнергетика представляет собой область техники, использующую энергию ветра для производства энергии, а устройства, преобразующие энергию ветра в полезную механическую, электрическую или тепловую виды энергии, называются ветроэнергетическими установками (ВЭУ), или ветроустановками, и являются автономными. Энергия ветра в механических установках, например на мельницах и в водяных насосах, используется уже несколько столетий. После резкого скачка цен на нефть в 1973 г. интерес к таким установкам резко возрос. Ветроустановки мощностью от нескольких ки­ловатт до нескольких мегаватт производятся в Европе, США и других час­тях мира. Большая часть этих установок используется для производства электроэнергии. Одно из основных условий при проектировании ветроустановок – обеспечение их защиты от разрушений очень сильными случайными порывами ветра. В каждой местности в среднем раз в 50 лет бывают ветры со скоро­стью, в 5-10 раз превышающей среднюю, поэтому ветроустановки приходиться проектировать с большим запасом прочности. Максимальная проект­ная мощность ветроустановки определяется для некоторой стандартной ско­рости ветра, обычно принимаемой равной 12 м/с. Скорость ветра увеличивается с высотой над поверхностью Земли. Ветроколесо должно устанавливаться, чтобы набегающий на него ветровой по­ток был сильным, однородным с минимальными изменениями скорости и направления [11]. Наилучшим местом для размещения ветроустановки является гладкая, куполообразная, ничем не затененная возвышенность. Ветроэнергетическая установка состоит из ветроколеса, генератора элек­трического тока, сооружения для установки на определенной высоте от земли ветряного колеса, системы управления параметрами генерируемой электро­энергии в зависимости от изменения силы ветра и скорости вращения колеса. Ветроустановки классифицируются по двум основным признакам: геометрии ветроколеса и его положению относительно на­правления ветра. Если ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку, то установка называется горизонтально-осевой, если перпендику­лярно-вертикально-осевой.

Принцип действия ветроэнергетической установки состоит в следующем. Ветряное колесо, воспринимая на себя энергию ветра, вращается и посредством пары конических шестерен и с помощью длинного вертикального вала передает свою энергию на нижний горизонтальный трансмиссионный вал и далее посредством второй пары конических шестерен и ременной передачи – электрическому генератору или другому механизму. Поскольку периоды безветрия неизбежны, то для исключения перебоев в электроснабжении ВЭУ должны иметь аккумуляторы электрической энергии на случаи безветрия. Энергетическая программа Республики Беларусь до 2010 г. основ­ными направлениями использования ветроэнергетиче­ских ресурсов на ближайший период предусматривает их применение для привода насосных установок и в качестве источников энергии для электро­двигателей. Эти области применения характеризуются минимальными тре­бованиями к качеству электрической энергии, что позволяет резко упро­стить и удешевить ветроэнергетические установки [15]. Особенно перспектив­ным считается их использование в сочетании с малыми гидроэлектростан­циями для перекачки воды. Применение ветроэнергетических установок для водоподъема, электроподогрева воды и электроснабжения автономных по­требителей к 2010 г. предполагается довести до 15 МВт установленной мощности, что обеспечит экономию 9 тыс. т у т. в год. Территория Республики Беларусь находится в умеренной ветровой зоне. Стабильная скорость ветра составляет 4-5 м/с и соответствует ниж­нему пределу устойчивой работы отечественных ВЭУ. Это позволяет использовать лишь 1,5-2,5% ветровой энергии. К зонам, благоприят­ным для развития ветроэнергетики, со среднегодовой скоростью ветра выше 5-5,5 м/с, относится 20% территории страны. Поэтому ветроэнер­гетику можно рассматривать в качестве вспомогательного энергоресурса, решающего местные проблемы, например, отдельных фермерских хо­зяйств. По некоторым оценкам, возможная установленная мощность ВЭУ к 2010 г. в республике может составить 1500 кВт.