Виды, устройство и принцип работы ветроэлектростанций.
Все ветроэлектростанции работают по одному принципу: преобразуют линейную скорость ветра в угловую скорость вращения оси ветрогенератора. Генератор ветроэлектростанции преобразует вращательное движение в электроэнергию.
Для промышленной ветроэлектростанции все аналогично, только присутствуют системы слежения за направлением и скоростью ветра, которая направляет лопасти в сторону ветра и прекращает их работу в случае превышения допустимых скоростей, системы слежения за состоянием ветрогенератора и системы защиты от молний.
Современные ветровые электрические станции имеют три лопасти. Их длина может достигать 56 метров. Скорость вращения в пределах 12-24 оборотов в минуту. Для увеличения скорости вращения используют редукторы. Мощность современных ветрогенераторов может достигать 750кВт.
По функциональности электростанции ветряные можно разделить на стационарные и передвижные, или мобильные. Мощные стационарные установки требуют проведения целого комплекса подготовительных работ, но они в аккумуляторных батареях способны накапливать достаточное для использования в безветренную погоду количество электроэнергии.
Передвижные электростанции проще по конструкции, неприхотливы, их легко устанавливать и просто эксплуатировать. Обычно они используются для питания электроприборов или в путешествиях.
По конструкции различают крыльчатые и роторные ветроэлектростанции.
|
|
|
По месту установки ВЭС бывают:
· наземные. Они устанавливаются на возвышенностях и наиболее распространены на сегодняшний день;
· прибрежные. Строятся в прибрежной зоне морей и океанов, где из-за неравномерного нагревания суши и воды постоянно дуют ветры;
· оффшорные. Строятся в море на расстоянии 10-15 км от берега, где постоянно дуют морские ветры;
· плавающие. Они тоже располагаются примерно на таком же расстоянии от берега, как и оффшорные, но на плавающей платформе.
По сферам применения электростанции ветряные бывают промышленные и бытовые
Направленный поток воздуха вращает лопасти ротора. Эффективность ветроэлектростанций все время увеличивается с появлением новых материалов и систем трёхмерного проектирования. Затем ротор передает вращение на генератор, который подает выработанное электричество через контроллер на аккумуляторы. Ветроэнергетическая установка на выходе электронного регулятора имеет 24, 48 или 96 вольт постоянного тока. Такое напряжение можно использовать для обогрева зданий, питания водных насосов, освещения и т.д. Тем не менее, в основном ВЭУ используется обычными потребителями, пользующимися напряжением 220 вольт переменного тока с частотой 50 Гц. Для этого к выходу электронного регулятора необходимо подключить соответствующее устройство преобразования - инвертор. Инвентор преобразует электричество в переменный, который потребляет большинство электроприборов. Простота метода и его экологичность позволяет делать ветроэлектростанции все более популярными.
|
|
|
Использование силы ветра — один из древнейших способов получения энергии. Преимущества ветроэнергетики бесспорны. Ветровая энергия обильна, чиста, безопасна и надежна как ресурс для производства электроэнергии.
Виды энергетических установок, преобразующих энергию океана (использование разности температур воды, волн, приливов, течений)
Электростанции, используемые энергию океанических волн, существуют пока только в стадии научно-исследовательских разработок и научных идей. Рассмотрим принципиальные идеи и перспективы использования некоторых из них.
Наиболее простым и достаточно эффективным является устройство профессора Эдинбургского университета С. Солтера (рисунок 9.2) /9/. Это устройство преобразовывает колебательное движение жидкости во вращательно-колебательное движение поплавка, называемого "уткой".
|
|
|
Рисунок 9.2. Поплавок Солтера
Волны слева от поплавка заставляют его колебаться вокруг заякоренной оси, а цилиндрическая противоположная поверхность препятствует перемещению волны вправо, то есть, прерывает движение волны, отбирая ее энергию. Полезная мощность снимается с оси вращательно-колебательной системы.
Данное устройство пропускает не более 5% энергии волны вправо, то есть, является достаточно эффективным. На рисунке 9.3 показана зависимость к.п.д. устройства Солтера от периода колебаний волны при диаметре 15 метров /9/.
Устройство Солтера работает независимо от направления волны, что позволяет использовать его в открытом океане на глубокой воде. Предлагается нить таких поплавков протяженностью несколько километров установить в районе западнее Гебридских островов (Атлантический океан). Предполагаемая мощность такой станции 100 МВт.
Другой тип преобразователя энергии волны в электроэнергию использует колебания давления газа, защемляемого столбом воды (рисунок 9.4).
Рисунок 9.3. Энергетическая эффективность
поплавка Солтера
 |
а б
|
|
|
Рисунок 9.4. Установка для преобразования энергия волны
а – подъем волны, б – спад волны
Установка работает следующим образом.
При подъеме волны нижняя полость заполняется водой, которая вытесняет газ через левый нижний клапан в верхнюю полость и через правый верхний клапан в атмосферу. Газ, проходя через турбину, вращает ее, которая в свою очередь вращает генератор.
При спаде волны уровень в нижней полости падает, создавая разрежение. Воздух из атмосферы засасывается через верхний левый клапан в верхнюю полость, проходит через турбину, вращая ее, и далее поступает через правый нижний клапан в нижнюю полость.
Таким образом турбина вращается в одну сторону и при подъеме и при спаде волны, а не совершаются вращательно-колебательные движения, как в поплавке Солтера.
Уже имеются коммерческие установки такого типа, работающие по принципу изменения давления газа, правда, небольшой мощности. Такие установки используются для электроосвещения аварийных буйков.
Схема действия приливной энергоустановки приведена на рисунке 9.5 /9/.
Рисунок 9.5. Схема приливной электростанции
Приливные электростанции устанавливаются на входе в бассейн высокого прилива на высоте, несколько меньшей нижнего уровня воды при отливе. Это дает возможность использовать оба направления движения воды (и при приливе, и при отливе). Естественно необходима система реверсирования, подобная представленной на рисунке 9.4, или реверсивная турбина. Принцип действия приливной электростанции /9/ понятен из рисунка 9.5 и не требует дополнительных пояснений.
Рисунок 9.6. Схема электростанции на тепловой энергии океана
1 – подача теплой воды, 2 – испаритель, 3 – насос подачи рабочей жидкости, 4 – турбина, 5 – генератор, 6 – конденсатор, 7 – подача холодной воды, 8 – поверхность океана, 9 – океанические глубины.
Приливные электростанции в отличие от волновых имеют практическое применение. Этому способствовали более низкие затраты на транспортировку электроэнергии, и высокая регулярность и предсказуемость энергии приливов.
Схема электростанции, использующая тепловую энергию океана, показана на рисунке 9.6.
Приведенная на рисунке 9.6 электростанция по сути является тепловой машиной, приводимой в действие разностью температур холодного и горячего тела, и вращающей генератор. Рабочее тело (легко испаряемая жидкость) циркулирует по замкнутой схеме: отбирает тепло горячей воды в теплообменнике испарителя, в паровой фазе приводит в действие турбину, соединенную с генератором, конденсируется в конденсаторе, охлаждаемом холодной водой. Затем цикл повторяется. Электростанции, работающие за счет разности температур слоев океана, находятся в стадии научно-исследовательских разработок, коммерческих проектов пока нет.
Термальная энергия
Идея использования тепловой энергии, накопленной тропическими и субтропическими водами океана, была предложена еще в конце Х1Х в. Первые попытки ее реализации были сделаны в 30-х гг. нашего века и показали перспективность этой идеи. В 70-е гг. ряд стран приступил к проектированию и строительству опытных океанских тепловых электростанций (ОТЭС), представляющих собой сложные крупногабаритные сооружения. ОТЭС могут размещаться на берегу или находиться в океане (на якорных системах или в свободном дрейфе). Работа ОТЭС основана на принципе, используемом в паровой машине. Котел, заполненный фреоном или аммиаком – жидкостями с низкими температурами кипения, омывается теплыми поверхностными водами. Образующийся пар вращает турбину, связанную с электрогенератором. Отработанный пар охлаждается водой из нижележащих холодных слоев и, конденсируясь в жидкость, насосами вновь подается в котел. Расчетная мощность проектируемых ОТЭС составляет 250 – 400 МВт.
Учеными Тихоокеанского океанологического института АН СССР было предложено и реализуется оригинальная идея получения электроэнергии на основе разности температур подледной воды и воздуха, которая составляет в арктических районах 26 °С и более
По сравнению с традиционными тепловыми и атомными электростанциями ОТЭС оцениваются специалистами как более экономически эффективные и практически не загрязняющие океанскую среду. Недавнее открытие гидротермальных источников на дне Тихого океана рождают привлекательную идею создания подводных ОТЭС, работающих на разности температур источников и окружающих вод. Наиболее привлекательными для размещения ОТЭС являются тропические и арктические широты.
Энергия приливов
Использование энергии приливов началось уже в Х1 в. для работы мельниц и лесопилок на берегах Белого и Северного морей. До сих пор подобные сооружения служат жителям ряда прибрежных стран. Сейчас исследования по созданию приливных электростанций (ПЭС) ведутся во многих странах мира .
Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опускается. Это гравитационные силы Луны и Солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.
Приливные электростанции работают по следующему принципу:
в устье реки или заливе строится плотина, в корпусе которой установлены гидроагрегаты. За плотиной создается приливный бассейн, который наполняется приливным течением, проходящим через турбины. При отливе поток воды устремляется из бассейна в море, вращая турбины в обратном направлении. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.
В некоторых проектах предусмотрены двух- и более бассейновые схемы ПЭС с целью выравнивания выработки электроэнергии.
С созданием особых, капсульных турбин, действующих в обоих направлениях, открылись новые возможности повышения эффективности ПЭС при условии их включения в единую энергетическую систему региона или страны.
При совпадении времени прилива или отлива с периодом наибольшего потребления энергии ПЭС работает в турбинном режиме, а при совпадении времени прилива или отлива с наименьшим потреблением энергии турбины ПЭС либо отключают, либо они работают в насосном режиме, наполняя бассейн выше уровня прилива или откачивая воду из бассейна.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.
Десятилетний опыт эксплуатации первой ПЭС позволил приступить к составлению проектов Мезенской ПЭС на Белом море, Пенжинской (см. рис.4) и Тугурской на Охотском море.
Использование великих сил приливов и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн – интересная проблема. К решению ее еще только приступают.
ПЭС РАНС
В 1966 г. во Франции на реке Ранс построена первая в мире приливная электростанция, 24 гидроагрегата которой вырабатывают в среднем за год 502 млн. кВт. час электроэнергии. Для этой станции разработан приливный капсульный агрегат, позволяющий осуществлять три прямых и три обратных режима работы: как генератор, как насос и как водопропускное отверстие, что обеспечивает эффективную эксплуатацию ПЭС. По оценкам специалистов, ПЭС Ранс экономически оправдана. Годовые издержки эксплуатации ниже, чем на гидроэлектростанциях, и составляют 4% капитальных вложений.
Энергия волн
Идея получения электроэнергии от морских волн была изложена еще в 1935 г. советским ученым К.Э.Циолковским.
В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде поплавков, маятников, лопастей, оболочек и т.п. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую.
В настоящее время волноэнергетические установки используются для энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов. Попутно крупные волновые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буровых платформ, открытых рейдов, марикультурных хозяйств. Началось промышленное использование волновой энергии. В мире уже около 400 маяков и навигационных буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт.
Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима волнения. Считается, что эффективно волновые станции могут работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Опыт эксплуатации существующих установок показал, что вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традиционной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 594; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!