Технологии использования ветровой энергии как альтернативного источника энергосбережения

Вопрос ресурсосбережения и энергоэффективного экономического развития становится одним из важнейших в настоящее время, т. к. проблема исчерпаемости традиционных видов энергетических ресурсов становится все острее. В целях обеспечения энергетической безопасности в мире, был определен курс на углубление внедрения возобновляемых источников энергии, экологически чистых и доступных.

Подбор альтернативного источника энергии для каждого вида зданий имеет свою специфику. Для малоэтажного жилого домосторения источник должен удовлетворять критерию экологичности, иметь высокие энергосберегающие показатели, автономно обеспечивать электроэнергией потребителей, удаленных от линии электропередач.

Реализовать данную задачу можно с использованием ветрогенераторов.

Целью данной работы является анализ вариантов наилучшего использования ветроустановок в условиях севера.

Данные о средних скоростях ветра за длительные периоды времени служат исходной характеристикой общего уровня интенсивности ветра. По величине его среднегодовой скорости можно судить о перспективности применения ветроэнергоустановок в том или ином регионе. По графику среднемесячной скорости ветра за 2012 г. г. Петрозаводск находим среднегодовую скорость ветра равную 4,88 м/с. Скорость ветра выше среднего можно наблюдать на протяжении шести месяцев, незначительно ниже среднего в течение четырех месяцев, а ниже среднего только в июле и августе 3 м/с и 3,5 м/с.

Производители ветроэнергетического оборудования приводят в документации на ветроагрегат такие важные показатели как минимальная, номинальная и максимальная скорость ветра. Для ветроустановки EuroWind 2 с номинальной мощностью 2 кВт минимальная скорость ветра составляет 2 м/с, номинальная скорость 9 м/с.

При скоростях ветра, более 9 м/с выходная электрическая мощность остается неизменной и составляет 2 кВт, при скорости ветра 3 м/с, выходная мощность ветрогенератора будет небольшой, около 100 Ватт. Однако на случай безветрия и недостаточной выработки энергии в ветроустановке предусмотрены накопители заряда - аккумуляторные батареи, а также дополнительное оборудование в виде дизельного генератора.

В настоящее время применяются две основные конструкции ветроколес - горизонтально-осевые и вертикально-осевые ветродвигатели.

Было принято решение сравнить два варианта ветроустановок, чтобы выяснить средний КПД и высчитать номинальную мощность генератора.

Для вертикального ветрогенератора максимальный КПД не превышает 19,2%, для горизонтального ветрогенератора может быть достигнут высокий КПД в 46%.

Оценим количество производимой энергии в месяц ветрогенераторами с номинальной мощностью 2 кВт. Произведем расчет для 40% и 15%.

Горизонтальный ветрогенератор сможет выработать 576 кВт энергии в месяц, а вертикальный 216 кВт. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения вследствие своей геометрии при любом направлении ветра находятся в рабочем положении. Недостатком является: большая подверженность усталостным разрушениям из-за более часто возникающих автоколебательных процессов, поэтому большинство ветрогенераторов выполнено по горизонтально-осевой схеме.

Принимая во внимание приведенный анализ, делаем вывод о перспективности применения ветроустановок в данном регионе. В рамках дальнейших исследований целесообразно изучить вопросы развития и внедрения ветряных мельниц в малоэтажном строительстве, а также возможности комбинирования их с другими альтернативными источниками энергии.

М. Ю. Елчанинова