ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГИИ

Ветер — это перемещение воздуха, возникающее из-за неравномерного нагрева земной поверхности. При этом теплые слои воздуха поднимаются вверх, а их место занимают более холодные.

Крупномасштабная циркуляция воздуха происходит между высокими широтами и экватором. У экватора Солнце сильно нагревает поверхность Земли, в результате чего горячий воздух поднимается и движется к полюсам. Охладившись, воздух опускается вниз и далее движется у земной поверхности к экватору.

Возникают и другие воздушные потоки. В частности, на границе суши и моря весьма часто дуют ветры. Это связано с тем, что твердая поверхность и вода нагреваются и охлаждаются неодинаково. Аналогичные процессы происходят в гористых местах и в долинах.

Характер циркуляций усложняется вследствие сил инерции, возникающих при вращении Земли, а также из-за гористого рельефа местности. При этом появляются отклонения воздушных течений, образуется множество циркуляций второго порядка, взаимодействующих между собой.

Сила и направление ветра в какой-либо зоне в значительной степени зависят от места расположения этой зоны и ее высоты над поверхностью Земли. Так, на экваторе близко к земной поверхности наблюдаются небольшие скорости ветра, переменного по направлению.

Между 30° северной и южной широт на высоте от 1 до 4 км от поверхности Земли образуются достаточно равномерные воздушные течения, называемые пассатами. В северном полушарии ближе к земной поверхности их средняя скорость составляет 7 - 9 м/с. На относительно большой высоте над поверхностью Земли (8-12 км) в тропосфере возникают достаточно равномерные и мощные воздушные течения, получившие название струйных. Скорости воздушных масс в ядре струйного течения составляют 30 - 80 км/ч и могут достигать 200 км/ч.

Ветер считается одним из наиболее мощных энергетических источников возобновляемой энергии и в настоящее время может быть утилизирован в значительных масштабах. Энергетические ветровые агрегаты (ВЭУ) обычно используют ветер в приземном слое на высоте до 50-70 м, иногда - до 100 м от поверхности, поэтому наибольший интерес представляют характеристики движения воздушных потоков именно в этом слое.

Важнейшей характеристикой, определяющей энергетическую ценность ветра, является его скорость. В силу ряда метеорологических факторов, а также вследствие влияния рельефных условий, непрерывная длительность ветра в данной местности, его скорость и направление существенно изменяются во времени. Различают колебания:

- микрометеорологические, продолжающиеся от долей секунды до нескольких минут;

- мезометеорологические с продолжительностью от нескольких минут до нескольких часов;

- синоптические с периодом колебаний около 4 суток, вызываемые циклонами и антициклонами;

- глобальные - от недели до месяца;

- междугодичные, связанные с колебаниями радиационного баланса Земли и активностью Солнца.

Первые из этого перечня оказывают значительное влияние на качество электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ. Особенно сильно влияние этих колебаний сказывается при электроснабжении потребителя от автономно работающей ВЭУ.

Мезометеорологические, синоптические и глобальные колебания являются определяющими с точки зрения обеспечения потребителей необходимой мощностью электроэнергии, а также влияют на объем ее выработки за какой-либо период. При этом величину скорости и направление ветра можно считать изменяющимися по случайному закону. Поэтому мощность, которую способен выдавать ветроагрегат в какой-либо определенный момент времени, трудно предсказать с высокой вероятностью.

В то же время суммарная выработка агрегата, особенно за длительный промежуток времени (год или несколько лет), рассчитывается с высоким уровнем достоверности, так как средняя скорость ветра и частота распределения скоростей в течение года изменяются мало.

В качестве основных недостатков, активно препятствующих использованию ветровой энергии, можно назвать следующие:

- низкая удельная плотность воздушного энергопотока, особенно в сравнении с традиционными источниками энергии;

- существенная зависимость величины энергии ветрового потока от природных условий. Более того, имеют место периоды ветровых затиший различной продолжительности, которые обуславливают прерываемость производства электрической энергии;

- недостаточная разработанность методов обоснования экономической эффективности ветровых установок и выбора их основных параметров в новых рыночных условиях с учетом экологической и социальной ориентации.

В связи с изменчивостью параметров ветра, ветровые агрегаты рекомендуется использовать в производственных процессах, допускающих прерываемость электроснабжения. Если же требуется гарантированное обеспечение электроэнергией, то необходимо применять энергокомплексы, включающие, наряду с ВЭУ, аккумуляторы или дублирующие энергоустановки.

Оставить комментарий