Тема 13. Возобновляемая энергетика

Вопросы лекции:

1.Использование возобновляемых энергетических ресурсов.

2.Общие сведения о ветроэнергетике.

3.Виндроторные электросиловые установки.

Тезисы лекции:

Солнечная энергия. Электромагнитная энергия падающего перпендикулярно на верхний слой атмосферы солнечного излучения составляет примерно 1,35 кВт/м². Из-за отражения и поглощения излучения в атмосфере в средних широтах достигает Земли не более 10% этой энергии. Но даже при плотности населения 200 чел/км² энергия солнечного излучения составляет 700 кВт∙ч на одного человека.

Важнейшее достоинство солнечного излучения - безвредность для окружающей среды процесса превращения его энергии в полезные виды. Также солнечная энергия не нуждается в специальных средствах доставки. В связи с малой плотностью потока энергии излучения и его неравномерностью из-за смены дня и ночи, перемен погоды возникают две трудные задачи: концентрации солнечной энергии и ее накопления (аккумуляции).

Энергия движения воздуха в атмосфере. Запасы ветра в 100 раз превышают запасы гидроэнергии рек, однако в настоящее время двигатели, использующие энергию ветра, имеют установленную мощность всего 1300 МВт и дают в год около 107 Мвт∙ч энергии, что составляет примерно 0,002 мировой потребности.

При современных аэродинамически совершенных винтах и преобразующих устройствах 2,6∙10⁶ м² фронта ветра могут дать мощность 150 МВт при любой скорости ветра, превышающей 6-8 км/ч.

Неустойчивость ветра приводит к необходимости применения средств аккумуляции энергии. Это удорожает установку, и в целом стоимость получаемой энергии оказывается выше, чем на гидростанциях и на многих тепловых электростанциях.

Тепло недр Земли и толщи вод морей. На планете имеются значительные запасы энергии в виде тепла земных недр. Земля непрерывно отдает в мировое пространство тепло, которое постоянно восполняется за счет распада радиоактивных элементов. Термальные воды широко применяются для отопления и горячего водоснабжения в ряде стран.

Геотермальная энергетика сегодня - это экологически чистые технологии выработки электричества и тепла. Современные геотермальные электростанции исключают прямой контакт геотермального рабочего тепла с окружающей средой и выбросы вредных парниковых газов (прежде всего СО₂) в атмосферу. С учетом лимитов на выбросы углекислого газа ГеоЭС имеют заметное экологическое преимущество по сравнению с тепловыми электростанциями, работающими на органическим топливе.

Энергия ветра оценивается в 175-219 тыс. ТВт∙ч в год, при этом развиваемая им мощность достигает (20-25)∙10⁹ кВт. Это примерно в 2,7 раза больше суммарного расхода энергии на планете. Считается что полезно может быть использовано только 5% этой энергии. Ветроэнергетика - отрасль науки и техники, разрабатывающая теоретические основы, методы и средства использования энергии ветра для получения механической, электрической и тепловой энергии и определяющая области и масштабы целесообразного использования ветровой энергии в народном хозяйстве. Ветровой кадастр Казахстана.

ВЭУ состоит из ветроагрегата, устройства, аккумулирующего энергию или резервирующего мощность, в ряде случаев из дублирующего двигателя и систем автоматического управления и регулирования режимов работы установки. Ветросиловые установки. Принципиальные схемы и конструкции ветроэлектростанций. В настоящее время в мире наибольшее распространение получили трехлопастные ВЭУ с горизонтальной осью вращения, в состав которых входят следующие основные компоненты: рабочее колесо или ротор с лопастями, гондола с редуктором и генератором, башня и фундамент. Башня - чаще трубообразная, на ней в гондоле размещается основное энергетическое, механическое и вспомогательное оборудование ВЭУ, в том числе ротор с лопастями, преобразующие энергию ветра в энергию вращения вала, редуктор для повышения частоты вращения вала ротора и генератор. Лопасти ротора могут быть жестко закреплены на его втулке или изменять свое положение в зависимости от скорости ветра для повышения полезной мощности ВЭУ. В качестве генератора обычно используются синхронные и аиснхронные генераторы.

Вопросы самоподготовки:

1. Перечислите основные возобновляемые энергетические ресурсы.

2. Опишите назначение ВЭУ и принцип ее работы.

Рекомендуемая литература:

1. Быстрицкий Г.Ф. Основы энергетики. - М.: Инфра-М, 2005.

2. Степанова В.Э. Возобновляемые источники энергии на сельскохозяйственных предприятиях. - М.: Агропромиздат,1989.