МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ГОЛОВНЕ УПРАВЛІННЯ ОСВІТИ І НАУКИ

ВИКОНАВЧОГО ОРГАНУ КИЇВМІСЬКРАДИ

(КИЇВСЬКОЇ МІСЬКОЇ ДЕРЖАВНОЇ АДМІНІСТРАЦІЇ)

КИЇВСЬКЕ ТЕРИТОРІАЛЬНЕ ВІДДІЛЕННЯ МАЛОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ

(КИЇВСЬКА МАЛА АКАДЕМІЯ НАУК)

відділення: енергетика

секція: енергетика

базова дисципліна: фізика

СИСТЕМА ДОСЛІДЖЕННЯ

ПРИНЦИПІВ ПОБУДОВИ ТА ЕФЕКТИВНОСТІ ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК

РОБОТУ ВИКОНАВ:

Волощук Антон Сергійович,

27 травня 1999 р.

учень 9 класу

Києво-Печерського ліцею №171 «Лідер»

Печерського району

вул. Старонаводницька, буд. 6-Б, кв.16, м. Київ, 02100

(066)610-93-38

науковий керівник:

Володіна Інна Лазарівна

вчитель фізики та інформатики

вчитель-методист, Заслужений вчитель України

050-386-09-22

КИЇВ – 2014

Система дослідження принципів побудови та ефективності вітроенергетичних установок

Зміст

Вступ

Історичний екскурс виникнення передумов використання вітроенергетики

Актуальність вітроенергетики в наш час

Побудова та принцип дії вітрогенераторів

Використання вітроенергетичних установок

Дослідження підвищення ефективності використання вітроенергетичних установок

Висновки

Вступ

Метою роботи є визначення основних особливостей побудови вітроенергетичних систем та їх застосування в процесі життєдіяльності людства.

За час роботи ми визначимось із основними схемами побудови вітроенергетичних установок, дослідимо основні місця їх розташування та принципи визначення цих місць.

Одним з основних завдань роботи є аналіз можливостей підвищення ефективності використання вітроенергетичних комплексів на території України.

Отже, сьогодні однією із всесвітніх проблем – є проблема забезпечення людства енергією. Найбільш поширені види енергоносіїв (нафта, газ) у процесі життєдіяльності людини поступово вичерпуються, а отже ускладняється процес їх добування, що в недалекому майбутньому може призвести до їх нестачі та постає питання можливостей їх заміщення.

В результаті різноманітних наукових досліджень все більшого розвитку у світі набувають енергетичні комплекси, пов’язані, зокрема, із використанням сил природи, зокрема енергії землі (теплові насоси), сонця (сонячні батареї) та вітру (вітроенергетичні установки).

Одним із найперспективніших напрямків розвитку енергозабезпечуючих технологій – це використання енергії вітру. Але сучасні вітроенергетичні установки є ще недостатньо досконалими. Тому йде постійний процес вдосконалення енергетичних установок, заснованих на принципі перетворення енергії вітру в електричну енергію.

Більшість проблем пов’язано з перетворенням енергії вітру в механічну енергію вала вітродвигуна, деякі – пов’язані з перетворенням енергії валу в електричну енергію. Також існують проблеми іншого походження. Наприклад пов’язані з метеорологічні умовами, адже на деяких територіях швидкість вітру недостатня, або на них переважають турбулентні вітрові потоки.

Крім метеорологічних характеристик суттєву роль щодо вибору місця для використання вітроенергетичних установок відіграють також наступні фактори: економічні фактори (наприклад, ціна на землю);наявність транспортної мережі та можливість ввімкнення у діючу енергомережу; законодавчі положення (наприклад, закон про охорону природи, правила безпеки польотів, охорони здоров’я населення тощо);негативний вплив на навколишнє середовище (наприклад, шум, спотворення ландшафту та перешкоди у теле-радіо прийомі).

Історичний екскурс виникнення передумов використання вітроенергетики

Людство використовує енергію вітру вже більше 5000 років. Одним з найперших винаходів, який застосовував використання енергії вітру, було вітрило. Ще у 3500 р. до н. е. мореплавці використовували силу вітру, щоб іти під вітрилами. Вітрильні човни ходили Нілом у Давньому Єгипті. Тобто вітрило було першою лопатевою машиною, що використовувала енергію вітру. Звичайні вітрові млини були вже в Китаї 2200 років тому. На Середньому Сході, у Персії, близько 200 р. до н. е. почали застосовувати вітряні млини з вертикальною віссю для перемелювання зерна, їх виготовляли з в'язанок очерету, прикріплених до дерев'яної рамки, що оберталася, коли дув вітер. Стіна, що оточувала вітряк, спрямовувала потік вітру проти лопатей. Найпростіші вітрові млини мали досить низький ККД, незважаючи на те, що крила виготовлялись з досить легкого дерева чи матерії. Причиною неефективності було те, що сила вітру, яка штовхала одну половину вітроколеса, одночасно гальмувала іншу частину.

У І ст. до н. е. давньогрецький учений Герон Олександрійський винайшов вітряк, що керував органом. Перші вітряні млини для переробки зерна були збудовані на межі сучасного Ірану й Афганістану; вони мали вертикальну вісь, від шести до дванадцяти крил з полотна або очерету та використовувались як млини і помпи для води. Феномен вітру у давнину також застосовували для природної вентиляції та охолодження повітря у сухих і жарких країнах Середньої Азії.

У Європі вітряки з'явилися пізніше, у VIII-IX ст. Найбільш широко вітрові установки використовувалися в Голландії, де люди, починаючи з X-XI ст., боролися з морем за кожен клаптик землі, придатної для сільського господарства. Голландці відкачували воду з відвойованих у моря територій саме завдяки роботі сотень вітряків. Спочатку будували земляні дамби, які відокремлювали мілководну ділянку моря, а потім споруджували млини з водовідливними колесами. Так, у 1608-1612 рр. було осушено місце, яке знаходилося на три метри нижче від рівня моря, за допомогою 26 вітродвигунів потужністю 37 кВт кожен. У 1582 р. у Голландії була побудована перша маслобійня, яка використовувала енергію вітру, а через 4 роки - перша паперова фабрика, яка забезпечувала підвищені вимоги до паперу, обумовлені винайденням друкарської машинки. Наприкінці XVI ст. з'явилися лісопильні заводи для виробництва лісоматеріалів, які імпортувалися з прибалтійських держав. У середині XIX ст. в Голландії для різних потреб використовувалося близько 9 тис. вітродвигунів. Голландці значно вдосконалили конструкцію вітряних млинів і, зокрема, вітроколеса.

Найактивніше у допромисловій Європі вітряні млини застосовували у XVIII ст. За їх допомогою мололи зерно, качали воду, пиляли дерево. Згодом більшість вітряних млинів, нездатних конкурувати з дешевим і надійним викопним паливом, замінили на парові двигуни. У дореволюційній Росії, наприклад, налічувалося близько 30 тис. вітряків. Ця установка була також атрибутом майже кожного другого села в Україні, проте парова машина, а потім двигун внутрішнього згоряння витіснили їх.

Реконструкція голландцями вітряків і вітроколес була спрямована насамперед на те, щоб збільшити їх ККД і термін дії, У результаті великі вітрові млини заводського виготовлення при великих швидкостях вітру могли розвивати потужність до 66 кВт. У період промислової революції внаслідок застосування парових двигунів використання енергії вітру в Голландії суттєво зменшилося, тому на початку XX ст. тут працювало тільки біля 2,5 тис. вітродвигунів, а до 1960 р. в робочому стані залишилося менше тисячі з них.

Перша вітрова електростанція промислового типу була побудована у США у м. Клівленд (штат Огайо) у 1888 р. Ч. Брашем. Це багатолопаcтева конструкція з діаметром лопаcтей 17 м, яка могла спрямовувати вітроколеса перпендикулярно до напрямку вітру і здатна була виробляти 12 кВт електроенергії. Ця станція успішно пропрацювала майже 20 років, довівши, з одного боку, перспективність цього напрямку енергетики, а з іншого - стала для конструкторів робочою моделлю при виробництві більш удосконалених установок.