2.8. Ветроэлектростанции

Ветроэлектростанции небольшой мощности используются в качестве источников электроэнергии в сельских местностях, в труднодоступных районах, на метеорологических станциях и в других местах, где стабильно удерживается ветреная погода. В России имеются установки мощностью в 100 - 400 кВт, разрабатываются установки значительно большей мощности.

Подсчитано, что с земной поверхности площадью в 1 км² можно получить в среднем 250 - 750 кВт мощности и выработать 2,19 - 6,57 млн. кВт·ч электроэнергии в год.

Преобразование кинетической энергии ветра в электрическую происходит с помощью ветроэнергетических установок (ВЭУ), которые можно классифицировать:

- по мощности — малые (до 10 кВт), средние (от 10 до 100 кВт), крупные (от 100 до 1000 кВт), сверхкрупные (более 1000 кВт);

- по числу лопастей рабочего колеса — одно-, двух-, трех- и многолопастные;

- по отношению рабочего колеса к направлению воздушного по­ тока — с горизонтальной осью вращения, параллельной (рис. 6.2, а; 6.3) или перпендикулярной вектору скорости (ротор Дарье) (рис. 6.2, б). Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления.

В настоящее время в мире и России наибольшее распростра­нение получили трехлопастные ВЭУ с горизонтальной осью вра­щения, в состав которых входят следующие основные компонен­ты: рабочее колесо 1, гондола с редуктором 2 и генератором, 3 и фундамент 4.

Башня — чаще трубообразная, реже — решетчатая, на ней в гондоле размещается основное энергетическое, механическое и вспомогательное оборудование ВЭУ, в том числе рабочее колесо или 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 могут использоваться: синхронные и асинхронные (чаще всего), а также (реже) асинхронизируемые синхронные ге­нераторы. Считается целесообразным установка ВЭУ в местах, где среднегодовая скорость ветра составляет более 5 м/с.

Рис. 2.13. Виды ветроэнергетических

установок:

а — ВЭУ с горизонталь­ной осью вращения; б— ВЭУ с вертикальной осью вращения; 1 — ра­бочее колесо; 2— гондо­ла с двигателем и ре­дуктором; 3— башня; 4— фундамент установки

Рис. 2.14. Общий вид ВЭУ

2.9. Приливные электростанции (пэс)

ПЭС с так называемыми капсульными гидроагрегатами строятся там, где имеется значительный перепад уровней воды во время приливов и отливов. Для этого естественный залив отделяется от моря плотиной и зданием ПЭС. При приливе уровень моря будет выше уровня воды в отделенном от него заливе, а при отливе, наоборот, ниже уровня воды в заливе. Перепады этих уровней создают напор, который используется при работе гидротурбин ПЭС. Считается экономически целесообразным строительство приливных электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность приливной электростанции зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины. В некоторых морских заливах приливы достигают 10-12 м, а наибольшие приливы наблюдаются в заливе Фанди (Канада) и достигают 19,6 м. Сегодня действует промышленная ПЭС Ранс во Франции – 240 МВт, опытная ПЭС в Канаде – 20 МВт, экспериментальная Кислогубская ПЭС на Кольском полуострове в РФ – 450 кВт.

Технические ресурсы приливной энергии России оцениваются в 200-250 млрд. кВт∙ч в год и в основном сосредоточены у побережья Охотского, Берингова и Белого морей.

В последнее время сделан ряд предложений, касающихся соз­дания волновых электростанций. В Швеции получен патент на изо­бретение, позволяющее использовать электроэнергию волн морей и крупных озер. Идея, на которой основано изобретение, проста. Если на шест прикрепить пропеллер и ритмично двигать его в воде вниз и вверх, то он будет вращаться. Если прикрепить верхнюю часть шеста к поплавку и заменить движение руки движением колыхающейся волны, то результат бу­дет тот же. Роль поплавка вы­полняет огромный плавающий бак с электрогенератором внутри.

Рис. 2.15. Волновая электростанция

Генератор 1 приводит­ся в движение водой, нагнета­емой насосом, который работа­ет за счет вращения пропел­лера 2. Испытания опытного образца (рис. 1.79) показали, что новый агрегат может дей­ствовать не только у морского побережья, где практически постоянно происходит волне­ние воды, но даже на больших озерах. По мнению изобретателей, такие агрегаты целесооб­разно соединять последовательно в батареи, создавая таким обра­зом надежный и дешевый источник электроэнергии достаточно большой мощности. Разумеется, опыт эксплуатации должен в ка­кой-то мере подтвердить эти ожидания.