
- •1.Общие сведения о ветроэнергетике
- •1.1 Энергия, отнимаемая у ветра
- •1.2 Ветроагрегаты
- •1.3 Основные компоненты ветроэлектрических установок
- •2.Применение новых технологий в реальной жизни.
- •2.1 Положение ветроэнергетики в мире.
- •2.2 Проект по озеленению «Внутренней Монголии»
- •2.3 Перспективы развития ветроэнергетики в Казахстане
- •3.Практическая часть.
- •3.1 Определение ветрового потенциала г. Павлодара
- •3.2 Расчет мощности потока ветра
- •3.3 Мощность потока ветра, поступающего на
- •3.4 Выбор электрического оборудования.
- •3.5 Описание и принцип работы модели ветроустановки.
2.2 Проект по озеленению «Внутренней Монголии»
В последние годы во Внутренней Монголии заметно улучшилась экономическая ситуация. По данным Министерства охраны окружающей среды в 2008 г. выбросы двуокиси серы составили 1.4311 млн. т, что на 1.7% меньше по сравнению с показателем 2007 г., объем выбросов химического потребления кислорода составил 280.1 тыс. т, что на 2.65% ниже по сравнению с показателем 2007г.
В 2008 г., наряду с отсевом отсталых производственных мощностей и уменьшением количества источников загрязнения, во Внутренней Монголии поставила под строгий контроль возникновения новых источников загрязнения. Были без колебаний отклонены такие строительные проекты, которые не соответствуют экологической политике государства, не отвечают требованиям охраны окружающей среды, а также такие, которые не укомплектованы оборудованием по охране окружающей среды или намечены к реализации в районах, неспособных осуществить контроль над окружающей средой возникла необходимость улучшить не только качество воздуха, но и качество главных водных ресурсов. Заметно уменьшилось загрязнение водной системы реки Хуанхэ на участке Внутренней Монголии. Качество питьевой воды во всех 12 городах, предъявивших данные об источниках питьевой воды, достигает 100-процентного стандарта. [4]
2.3 Перспективы развития ветроэнергетики в Казахстане
Республика Казахстан находится на этапе устойчивого социально-экономического развития. Однако высокая энергоемкость экономики приводит к нерациональному использованию топливно-энергетических ресурсов, снижает конкурентоспособность экономики и приводит к существенному загрязнению окружающей среды. Динамика роста потребления электроэнергии приведена в таблице 1.
Таблица 1
Годы |
2003 |
2004 |
2005 |
2010 |
2015 |
Потребление электроэнергии млрд.кВт ч/год |
62,10 |
63,95 |
67,50 |
83,00 |
97,00 |
Общая установленная мощность электростанций составляет около 18,5 тысяч МВт. В структуре генерирующих мощностей тепловые электростанции составляют 15,42 МВт, или 87% от общей мощности, доля гидростанций – около 12%, другие – около 1%.
В соответствии с Программой развития единой электроэнергетической системы страны на период до 2010г с перспективой до 2015г необходима замена 3265 МВт старых генерирующих мощностей. Дополнительно потребуется осуществить ввод новых мощностей в размере 2300-2550 МВт, что в общей сложности составляет более 30% генерирующих мощностей.
В Северной зоне, куда входят Акмолинская, Восточно-Казахстанская, Карагандинская, Павлодарская области и где сосредоточены основные генерирующие мощности Казахстана, планируется ввод новых мощностей порядка 1035 МВт для замещения выбывающих мощностей и передачи энергии в энергодефицитные регионы Казахстана, а также для экспорта в Россию.
Содержание сельских электрических сетей большой протяженности (около 360 тыс. км), при низкой плотности населения и, соответственно, низком уровне потребления и значительных потерях (25-50%) существенно повышают себестоимость электроэнергии у потребителей. По оценкам экспертов реальная стоимость транспорта электроэнергии для маломощных отдаленных потребителей может достигать до 5 центов за кВт ч, что делает энергоснабжение таких потребителей экономически нерентабельным.
Остро стоит вопрос загрязнения окружающей среды объектами электроэнергетики. Концентрация вредных веществ в дымовых газах угольных электростанций в Казахстане в несколько раз превышает международные стандарты. Выбросы вредных веществ в атмосферу электростанциями превышают 1,2 млн. тонн в год, а общий объем загрязняющих веществ в окружающую среду превышает 13 млн. тонн. Теплоэлектростанции являются одним из основных источников выбросов парниковых газов (ПГ) в Казахстане. Доля этого сектора составляет порядка 43% в общих выбросах ПГ по стране. По приблизительным оценкам экспертов стоимость внешнего ущерба окружающей среде от угольной энергетики в Казахстане оценивается в 7,7 тенге за каждый кВт ч электроэнергии. Учитывая объем электроэнергии, вырабатываемой на угольных ТЭС, стоимость внешнего ущерба может быть оценена в 5,5 млрд. долларов США в год.
В этой связи, всемерное развитие местных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) может являться экономической и экологической альтернативой крупным угольным электростанциям.
По данным международного энергетического агентства (МЭА) за 2003 г. мировое производство электроэнергии составило 16 691 ТВтч. Доля электроэнергии, произведенной с использованием органического топлива, составила около 66,4%, доля крупных гидростанций - 15,9%, атомная энергетика - 15,8%, возобновляемые источники энергии - 1,9%. В начале 21 века на развитие энергетики оказывают влияние такие факторы, как рост потребления энергии, рост цен на топливо, экологические ограничения по выбросам ПГ. Данные факторы приводят страны к необходимости осуществлять программы повышения эффективности использования энергии и использования ВИЭ. Как показывает ряд исследований, доля ВИЭ в мировом энергетическом балансе на уровне 2050 г должна составлять порядка 18% или даже выше для стабилизации содержания парниковых газов в атмосфере.
Одним из наиболее динамично развивающихся коммерческих видов ВИЭ является ветроэнергетика. В 2003 году установленная мощность ветроэлектростанций (ВЭС) составляла 60 000 МВт. В настоящее время установленная мощность ВЭС составляет свыше 121 000 МВт. В структуре электроэнергетики ВЭС имеют около 60 стран мира. Страны, вошедшие в первую десятку по установленной мощности ВЭС за 2008 г, в последовательности убывания генерируемой мощности. США – 25,170 МВт, Китай – 23,903 МВт, Индия – 16,754 МВт, Германия – 12,210 МВт, Испания – 9.615 МВт, Италия – 3,736 МВт, Франция – 3,404 МВт, Англия – 3,241 МВт, Португалия – 3,160 МВт, Канада – 2,862 МВт, другие страны – 16,693.
Рисунок
4
По данным исследований Ветроэнергетики США, Китая ожидается дальнейшее снижение стоимости электроэнергии от ветроустановок на 30% за счет повышения их эффективности в преобразовании энергии ветра.
Предполагается, что уже к 2013 г установленная мощность ВЭС в мире превысит 150 000 МВт. Ветроэнергетика рассматривается не только как экологически «чистый» источник энергии. Ветроэнергетика поддерживает социально-экономическое развитие, энергетическую безопасность и снижает зависимость экономик от мировых энергетических рынков.
Казахстан исключительно богат ветровыми ресурсами. Порядка 50% территории Казахстана имеют среднегодовую скорость ветра 4-5 м/с, а ряд районов имеет скорость ветра 6 м/с и более, что предопределяет очень хорошие перспективы для использования ветроэнергетики. По некоторым данным теоретический ветропотенциал Казахстана составляет около 1820 млрд. кВт.ч в год. Учитывая плотность мощности ВЭС на уровне 10 МВт/км2 и наличие значительных свободных пространств можно предполагать возможность установки в Казахстане нескольких тысяч МВт мощности ВЭС.
В районе Джунгарских ворот среднегодовая скорость ветра составляет 9,7 м/с на высоте 50 метров, а плотность ветрового потока порядка 1050 Вт/м2. Это дает возможность вырабатывать в год примерно 4400 кВтч электроэнергии на кВт установленной мощности ВЭС, что делает это место уникальным для целей ветроэнергетики. Наличие свободного пространства дает возможность установить здесь несколько сот МВт мощности ВЭС с годовой выработкой порядка 1 млрд. кВт.ч электроэнергии в год. В настоящее время предусматривается строительство пилотной ВЭС мощностью 5 МВт в этом районе. Предполагается, что ВЭС будет вырабатывать порядка 18 млн. кВт.ч электроэнергии в год при стоимости электроэнергии порядка 4,5 центов США/кВт.ч. В случае успешного опыта эксплуатации мощность ВЭС может быть увеличена до 50 МВт.
Шелекский коридор, расположенный на расстоянии 150 км от г. Алматы, также имеет хороший ветровой потенциал со среднегодовой скоростью ветра 7,8 м/с на высоте 50 метров и плотностью ветрового потока порядка 510 Вт/м2, что дает возможность вырабатывать порядка 3200 кВтч электроэнергии на каждый кВт установленной мощности ВЭС. Это сопоставимо с хорошими ветровыми местами в Европе. В Шелекском коридоре также возможна установка сотен МВт мощности ВЭС с годовой выработкой электроэнергии порядка 1 млрд. кВтч.
Традиционно сложилось, что многие регионы Казахстана зависят от поставок электроэнергии из центральной части Казахстана, на транспортировку которой требуются значительные затраты. Использование местных источников энергии сокращает общие затраты на удовлетворение потребностей в энергии за счет сокращения капитальных вложений в развитие инфраструктуры электрических сетей, потерь электроэнергии при транспорте.
Почти на 50% территории Казахстана среднегодовая скорость ветра достигает 4-5 м/с, что, учитывая размеры страны (более 2,72 млн. кВ. км), предопределяет наличие огромного ветроэнергетического потенциала. В ряде районов Казахстана среднегодовая скорость ветра достигает 6 м/с и выше, что делает эти районы перспективными для использования ветроэнергетики.
Стоимость электроэнергии от ВЭС, расположенной в таких местах, может
составлять 5-7 центов за кВтч. Разработан ветровой атлас Казахстана и установлено, что хорошее ветровые районы со скоростями ветра 6 м/с и выше, расположены в центральной части Казахстана, в Прикаспии, а также в ряде мест на Юге, Юго-востоке и Юго-западе Казахстана.
Рисунок 5
Учитывая общую генерирующую мощность в Казахстане – 18,400 МВт, мощность ветроэлектростанций в пределе может составлять порядка 3 500 МВт при годовой выработке электроэнергии порядка 8-9 млрд. кВтч. Уже к 2024 г установленная мощность ВЭС в Казахстане может составить порядка 2000 МВт.
Казахстан имеет развитый машиностроительный комплекс, что дает возможность в перспективе создать производство ветроустановок на казахстанских предприятиях. Это позволит снизить стоимость строительства ветростанций и, соответственно, стоимость электроэнергии от ветростанций.
ВЭС не потребляют органического топлива и, таким образом, не выбрасывают в атмосферу продукты сгорания топлива и не имеют твердых отходов. Каждый кВтч электроэнергии от ВЭС, замещающий электроэнергию от угольной ТЭС, предотвращает вредные выбросы в атмосферу окислов серы, окислов азота, летучей золы и парниковых газов, а также складирование золошлаковых отходов. Установка мощностью 500 МВт мощности ВЭС с ежегодной выработкой 1,5 млрд. кВтч электроэнергии позволит сохранить более 500 тыс. тонн условного топлива в год и предотвратить годовые выбросы в атмосферу порядка:
- 1,5 млн. тонн диоксида углерода,
- 12000 тонн оксидов серы,
- 7800 тонн оксидов азота,
- 12600 тонн летучей золы,
а также складирование 200 000 тонн золошлаковых отходов.
С целью поддержки развития ветроэнергетики Правительством Казахстана принято Постановление №857 от 25 августа 2003 г о развитии ветроэнергетики. Программа развития ООН оказывает содействие Казахстану в развитии ветроэнергетики и осуществлении проекта «Казахстан – инициатива развития рынка ветроэнергетики». В настоящее время на стадии завершения построение ветрового атласа Казахстана, таким образом, будут получены необходимые данные для обоснования строительства ВЭС в перспективных местах. Совместно с Министерством энергетики и минеральных ресурсов РК разрабатывается Национальная Программа развития ветроэнергетики, в рамках которой будут определены индикативные цифры установки мощностей ВЭС на период 2010-2024 гг. [5]
Развитие ветроэнергетике в Казахстане
Таблица 2