Реферат: Вітроенергетика і перспективи її розвитку в Україні

Реферат: Вітроенергетика і перспективи її розвитку в Україні

План

Вступ

1. Історія виникнення та розвитку вітроенергетики

2. Вітровий потенціал України. Перспективи розвитку української вітроенергетики

3. Енергія вітру

4. Вітроенергетичні установки (ВЕУ)

5. Побутові вітрові електростанції

6. Вітрові електростанції нового типу

7. Недоліки вітроенергетики

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Усі енергетичні ресурси на Землі, що є продуктами безперервної діяльності Сонця, можуть бути поділені на дві основні групи:

1)  акумульовані природою й, у більшості випадків, непоновлювані (нафта, кам'яне та буре вугілля, сланці, торф і підземні гази, а також термоядерна і ядерна енергія);

2)  неакумульовані, але постійно поновлювані (сонячне випромінювання, вітер, потоки рік, морські хвилі та припливи, внутрішнє тепло Землі).

Таблиця 1. Потенціальні запаси джерел енергії на Землі

Поновлюваними джерелами енергії називаються ресурси енергії, що постійно циклічно поновлюють енергетичну цінність і можуть бути перетворені на корисну роботу. Іншими словами, поновлювані джерела енергії поновлюються постійно, без часових обмежень, тоді як використання традиційних палив обмежене наявними запасами. Переваги поновлюваних джерел енергії порівняно з традиційними є:

-  вони практично невичерпними;

-  не забруднюється навколишнє середовище;

-  відпадає необхідність у добуванні, переробці та доставці палива;

-  немає потреби використовувати воду для охолодження, вилучати залові відходи або продукти розпаду;

-  немає необхідності у дефіцитних високотемпературних матеріалах, за винятком сонячних концентраторів тепла;

-  можуть працювати без обслуговування;

-  немає потреби в транспортуванні енергії.

Основним недоліком більшості поновлюваних джерел енергії є непостійність їхнього енергетичного потенціалу.

Необхідність використання поновлюваних джерел енергії визначається такими факторами:

-  швидким зростанням потреби в електричній енергії, споживання якої через 50 років, за деякими оцінками, зросте в середньому в 3-4 рази, а в розвинутих країнах - в 5-6разів;

-  вичерпуванням у найближчому майбутньому розвіданих запасів органічного палива;

-  забрудненням навколишнього середовища оксидами азоту та сірки, вуглекислим газом, пилоподібними останками від згорання видобувного палива, радіоактивним забрудненням і тепловим перегрівом при використанні ядерного палива. Необхідність і можливість розвитку енергетики України на базі поновлюваних джерел зумовлені такими причинами:

-  дефіцитом традиційних для України паливно-енергетичних ресурсів;

-  дисбалансом у розвитку енергетичного комплексу України, орієнтованого на значне виробництво електроенергії на атомних електростанціях (до 25-30%) за фактичної відсутності виробництв 1 отримання ядерного палива, утилізації та переробки відходів, а також виробництв з модернізації обладнання діючих АЕС (ядерних реакторів, котельного обладнання тощо);

-  сприятливими клімато-метеорологічними умовами для використання основних видів поновлюваних джерел енергії;

-  наявністю промислової бази, придатної для виробництва практично всіх видів обладнання для поновлюваної енергетики.

Ресурси поновлюваних джерел енергії в Україні, їхній енергетичний потенціал, обсяги використання наведені в таблиці 2.

Таблиця 2. Ресурси поновлюваних джерел енергії України

напрям потенціал розвиток вітроенергетика

1. Історія виникнення та розвитку вітроенергетики

Сила вітру – це одне з найстародавніших використовуваних людством джерел енергії. Мореплавці використовували силу вітру для морських подорожей під вітрилами ще за 3500 років до нової ери. Прості вітряки були широко поширені в Китаї 2200 років тому. На Середньому Сході, в Персії, близько 200 року до н.е. почали використовуватися вітряки з вертикальною віссю для перемелювання зерна. Перші персидські вітряки виготовлялися з в'язанок очерету, які прикріплялися до дерев'яної рами, що оберталася, коли дув вітер; стіна навколо вітряка спрямовувала потік вітру проти лопатей.

В XI столітті в Європі почали поширюватися вітряки, що завозилися мандрівними купцями та лицарями з хрестових походів. Ці перші млини постійно вдосконалювалися, спочатку голландцями, потім англійцями, і врешті набули конструкції з горизонтальною віссю. Жителі Голландії виявили, що вітром дуже зручно користуватися для відкачування води, щоб осушити землю, що для цієї країни, яка розташована в низинах і тому потерпає від повеней, є дуже актуальним. Найбільш активно в допромисловій Європі вітряки використовувались у XVІІІ столітті, коли лише в одній Голландії їх було понад сто тисяч. З їхньою допомогою мололи зерно, качали воду й пиляли дрова. Згодом більшість вітряків, нездатних конкурувати з дешевим і надійним викопним паливом, було замінено паровими двигунами. Однак і сьогодні вітряки використовуються досить широко.

В історії Сполучених Штатів вітряки відіграли дуже важливу роль в освоєнні Заходу Америки наприкінці XIX століття. Вони були життєво необхідні першим поселенцям Великих рівнин. Вітряки поставляли воду на залізницю та пасовища, в місця, віддалені від рік і джерел води. Пізніше вітряки стали використовувати у віддалених від населених пунктів господарствах для вироблення електричної енергії. За останні 100 років американці створили понад 8 мільйонів вітрових установок для водопідняття, призначених у більшості випадків для пасовищ і худоби.

У старих вітряків лопаті були дерев'яними і могли використовувати близько 7% енергії вітру. Завдяки новаторській праці Томас Перги, який наприкінці XIX століття провів близько 5000 експериментів з різними видами "колеса" (тобто ротора), дерев'яні лопаті поступилися місцем лопатям з вигнутого металу, що збільшило ефективність установок вдвічі – до 15%.

Використовували енергію вітру з давніх часів і в Україні. 1917 року тут було близько 30 тисяч вітряків, потужність яких становила близько 200 тис. кВт.

Перша в Радянському Союзі вітроелектростанція потужністю 8 кВт була побудована в 1929-1930 р. біля Курська, згідно проекту інженерів А. Г. Уфімцева і В. П. Ветчинкіна. Через рік в Криму була побудована велика ВЕС потужністю 100 кВт., яка була для тої епохи найбільшою вітроелектростанцією в світі. Вона успішно проробила 1942 р., втім в епоху війни була зруйнована. Разом з цим широко використовувалися невеликі вітрогенератори, потужністю до декількох кіловат. Річне виробництво вітродвигунів потужністю до 5 кВт на Херсонському заводі сільськогосподарських машин досягало 2 тисяч в рік. Взагалі ж в 30-х роках розвитку вітроенергетики в Радянському Союзі приділялася значна увага, досліджувалися і розроблялися нові типи вітродвигунів. Але в 40-х роках навчилися використовувати атомну енергію, в 1954 році під Москвою була побудована перша в світі атомна електростанція, і в цій ейфорії нових можливостей про використання енергії вітру забули на 40 років.

В кінці 80-х років, в умовах після Чорнобильської катастрофи і одночасно наростаючої енергетичної кризи, зростає статус вітроенергетики в світі як екологічно чистого джерела енергії. В Радянському Союзі оновилися роботи над створенням ефективних вітрогенераторів потужністю 30, 60, 100, 250, 1000 і навіть 1500 кВт. У 1986 році під Києвом була споруджена перша експериментальна ВЕС потужністю 160 кВт. У 90-х роках планувалося будівництво ряду вітроелектростанцій поблизу Ленінграда (25 мВт), в Казахстані (15 мВт), Криму (12,5 мВт), Дагестані (6 мВт), однак після розвалу СРСР ці плани не реалізувалися.

Значні успіхи в створенні ВЕС були досягнуті і за кордоном. У багатьох країнах Західної Європи побудовані досить великі установки в 100-200 кВт. У Франції, Данії і в деяких інших країнах були введені в експлуатацію ВЕС із номінальними потужностями понад 1 МВт.

Найширший розвиток вітроенергетика отримала в США. Ще в 1941 р. там була побудована перша ВЕС потужністю 1250 кВт. У 1978 р. в США була створена перша експериментальна ВЕУ мегаватного класу з розрахунковою потужністю 2 МВт. Услід за цим в 1979-1982 р. в США побудовані і випробувані 5 ВЕУ, потужністю 2,5 МВт. Найбільша для того часу ВЕУ «Гровіан» потужністю 3 МВт була побудована в Німеччині в 1984 р., але, на жаль, вона виконала лише декілька сотень годин. Побудовані трохи пізніше в Швеції ВЕУ Wts-3 і Wts-4 потужністю 5 і 4 МВт були встановлені в Швеції і США і проробили 20 і 10 тис. годин відповідно.

У Канаді ведуться роботи згідно створення великих вітрових установок із вертикальною віссю (ротор Дарині). Одна така вітроустановка потужністю 4 МВт проходить випробування з 1987 р. Протягом 1993-2001 р. в світі було побудовано близько 25 ВЕУ класу «мегават».

Сьогодні в деяких промислово розвинених країнах потужність вітроелектростанцій досягає помітних значень. Так, в США виробляється більше 1,5 млн. кВт. вітрові електростанції, в Данії виробляють близько 3% спожитої країною енергії; найбільша потужність ВЕУ в Швеції, Нідерландах, Великобританії і Німеччині.

У міру вдосконалення обладнання ВЕУ і наростання обсягу їх випуску вартість ВЕУ, а отже і вартість виробленої ними електроенергії знижуються. Якщо в 1981 р. вартість електроенергії виробленої ВЕУ, складала приблизно 30 американських центів за 1 кВт/год, то нині вона складає 6-8 центів. З урахуванням того, що лише в 2001 р. в США велися роботи на чотирьох великих вітрових фермах із спільною потужністю приблизно 200 МВт, стає ясно, яке плановане Департаментом Енергетики США зниження вартості вітрової електроенергії.

У багатьох розвинених країнах існують Державні програми розвитку поновлюваних джерел енергії, в тому числі і вітроенергетики. Завдяки цим програмам фінансуються науково-технічні, енергетичні, екологічні, соціальні і освітні програми. Генераторами проектів поновлюваних джерел енергії в Європі є дослідницькі центри (Riso, SERI (у даний час NREL), Sandia ecn, TNO, NLR, FFA, D(FV) LR, CIEMAT і ін.), університети і зацікавлені компанії.

У 1994 році в Мадриді для конференції «Генеральний привід розвитку поновлюваних джерел енергії в Європі» країнами Європейського Союзу була прийнята декларація. У ній були сформульовані цілі згідно досягненню 15% рівня використання поновлюваних джерел енергії в спільному вжитку енергії в країнах Європейського Союзу до 2010 р. У 1994 р. в країнах Європейського Союзу встановлені потужні сонячні батареї, міні гідроелектростанції і вітроенергетичні установки.

Поставлені цілі досягаються вирішенням задач в області політики, пільгового податкового законодавства, державної фінансової підтримки внаслідок науково-технічних програм, пільгового кредитування, створення інформаційної мережі, системи освіти, стажувань, просування високих технологій, створення робочих місць для виробництвах.

Прогноз складений на підставі аналізу темпів приросту встановленої потужності різних видів поновлюваних джерел енергії в країнах Європейського Союзу. Частка вітрової енергії досить бути згідно песимістичній оцінці 15%, згідно оптимістичній оцінці 16%.

Найбільш ефективними згідно нарощуванню сумарних потужностей вітростанцій є програми країн Європи, Китаї, Індії, США, Канади.

Щорічна потужність встановлених вітростанцій в країнах Європи складає 400 МВт. Більше 10 найбільших банків Європи інвестують вітроенергетичну індустрію. Більше 20 великих Європейських приватних інвесторів фінансують вітроенергетику.

2. Вітровий потенціал України.  Перспективи розвитку української вітроенергетики

Україна здатна ефективно використовувати енергію вітру в окремих зонах при середньорічній швидкості вітру понад 4-5 м/с. Такі швидкості, достатні для будівництва ВЕС мають: Хмельницька і Волинська області, Азово-Чорноморське узбережжя (Донецька і Херсонська), зони на Кіровоградщині та Дніпропетровщині, вітрові зони в Харківській області, Криму (Керченський і Тарханкутський півострови, окрайка Ай-Петринської яйли, повернута до Чорного моря), Карпатах.

До речі, реальний вітропотенціал України вдалося встановити завдяки дослідженням інститутів НАНУ. Складений навіть прогноз підвищення цього потенціалу на території країни, який цілком підтверджує доцільність розпочатої програми будівництва ВЕС.

У світі Україна займає 14 місце за встановленою потужністю вітроагрегатів. Тоді як Росія - лише 34-те. У переліку вітроагрегатів, що використовуються в Росії, залежно від їхніх споживчих якостей перше місце займають агрегат USW 56-100 (виготовляється на Південному машинобудівному заводі (ПМЗ)) і АВЕ-250С (спільна українсько-російська розробка, виробництво - ПМЗ). Росія поки що не поспішає будувати ВЕС з агрегатами більшої потужності, і для цього існує ряд об'єктивних причин.

Україна також іде поетапним шляхом. Спочатку було налагоджено серійне виробництво USW 56-100 (максимальна потужність 107,5 Квт.). У США таких експлуатується кілька тисяч. При серійному виробництві на ПМЗ розроблена і впроваджена нормативна база щодо вітроенергетики, впроваджені нові для країни технології. Набуто практичного досвіду будівництва ВЕС. За час експлуатації USW 56-100 в Україні складена реальна карта її вітропотенціалу. Справді не буває поганих вітроагрегатів, бувають неправильно вибрані ділянки вітрополя.

Усі без винятку українські ВЕС (Донузлавська, Сакська, Новоазовська, Тарханкутська, Трускавецька) оснащуються ліцензійними вітроагрегатами, виготовленими Південним машинобудівним заводом, і перебувають на етапі будівництва. На цьому ліцензійному обладнанні досягнута вартість виробництва вітрової електроенергії на світовому рівні - чотири центи за кіловат. Жодна інша електростанція (ГЕС, ТЕС, АЕС) не виробляє електроенергії до повного завершення будівництва, позаяк рентабельність і прибутковість досягаються лише при експлуатації 100 відсотків їхньої проектної потужності. До того ж у вартість виробництва електроенергії на ГЕС, ТЕС, АЕС не входять затрати, пов'язані з затопленням заплав річок, витрати на утилізацію золи, збереження і переробку ядерних відходів.

Середньорічна швидкість вітру в приземному шарі на території України досить низька – 4,3 м/с. Багато вітрогенераторів починають виробляти промисловий струм починаючи з швидкості вітру 5 м/с. Якщо враховувати, що вони можуть використовувати енергію вітру до висоти 50 м (на деякій висоті від поверхні швидкість вітру зростає), то енергетичний потенціал на території України складає гігантську величину - 330 млрд. кВт і перевищує встановлену потужність електростанцій України в 6 тисяч разів. Зрозуміло, ніхто не допускає думки про спроможність його цілковитого використання, та все одно ця величина вражає. Хоча, слід зазначити, що це орієнтовні розрахункові дані, оскільки прямі вимірювання швидкості вітру на висотах вище за щоглу флюгера поодинокі.

Вітрові умови району щодо використання вітру визначаються вітроенергетичним кадастром, який включає різні показники швидкості вітру, обумовлені результатами багатолітніх спостережень: середньорічні і середньомісячні швидкості вітру; повторюваність швидкості вітрових напрямів протягом року, місяця, доби.  За оцінками експертів, Україна має ще великий вітропотенціал (за оптимістичним прогнозом, до 1000 млн кВт). Комплексна програма розвитку вітроенергетики України, яка зараз реалізується, передбачає потужність вітроелектростанцій (ВЕС) – 16 млн кВт, зокрема в західному реґіоні – 3 млн кВт. Сьогодні потужність ВЕС в Україні складає менше ніж 50 МВт, тоді як загальна потужність усіх електростанцій – 54 млн кВт – у тисячу разів більша. Проте, за словами голови спостережної ради ВАТ «Львівобленерго» Ярослава Шпака, «в перспективі ми можемо мати значно більшу частку ВЕС в енергетичній системі України».

Держави світу, які сьогодні активно розвивають вітроенергетику, перейшли на потужності окремих генераторів від 1000 до 3 000 кВт, які мають коефіцієнт корисної дії близько 30% і більше. Натомість в Україні використовують генератори меншої потужності й менш ефективні. Розрахунки показують, що капіталовкладення на 1 кВт потужності за умови закупівлі імпортних машин – 1500 євро. Якщо налагодити їх виготовлення в Україні, то ця цифра зменшиться до 1100 євро. За таких умов середня собівартість виробленої електроенергії на вітроагрегатах буде коливатися від 1,7 до 2,0 цента, що є достатньою привабливою величиною. За терміну окупності 30 років електроенергію ВЕС можна продавати по 3 центи за кВт/годину. Проте, якщо термін окупності зменшити до 10 років, то ціну на електроенергію треба збільшити до 6 і більше центів, та й то у разі, коли кошти на будівництво вдасться залучити за нульовою річною ставкою. За 10% кредитів для окупності за 10 років тариф становитиме 7 центів за кВт/год і більше. До речі, в Німеччині новозбудовані вітроелектростанції продають електроенергію по 8,5 цента.

Страницы: 1, 2