Реферат по дисциплине: Введение в инженерную деятельность Исполнитель

1. История использования ветровой энергии
Ветряные мельницы «козлового» типа использовались для размола зерна ещё в Персии более четырёх тысяч лет назад. Такой тип мельниц в средневековье был перенесён из исламского мира в ХIII веке н.э. в Европу крестоносцами [7].
Далее, развитие мельниц получило в Европе, после того как из переносных и небольших они превратились в шатровые тем самым решив их проблему переворачивания при сильном ветре.
В XVI веке в Европе появляются первые водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо, Лондон, Париж и другие купные центры развития цивилизации брали на вооружение тогда ещё новые технологии по перекачке воды. В Нидерландах ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами, ав засушливых районах – орошали земли способствую развитию земледелия. Отвоёванные у природы непригодные для земледелия площади начинали возделываться[7].
Эра использования ветра в создании электроэнергии началась в ХIХ веке в Дании. Там в 1890 году была построена первая в мире ветроэлектростанция , а в начале ХХ века насчитывалось уже 72 электростанции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие станции к тому времени имели высоту более 20 метров и роторы с четырьмя лопастями диаметр которых достигал 23 метра.
Прообраз современной ветроэлектростанции, какими мы их представляем сейчас, первым появился в Ялте в 1931 году и имел башню высотой 30 метров, установленную мощность 100 кВт. На момент начала Великой Отечественной Войны единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт в мире. В период 1940-х по 1970-е годы развитие ветроэнергетики почти приостановилось в связи с бурным развитием распределительных электросетей и освоением энергии горных рек, нефти и газа.
Новой эрой развития ветроэнергетики стали 80-е годы ХХ века, когда в штате Калифорния были введены налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра.
С тех пор и по настоящий момент с учётом изменений не в лучшую сторону экологии на планете, предпринимаемыми шагами в виде международных соглашений о сокращении объёмов выброса углекислого газа в атмосферу («Киотский» протокол и т.п.), ветроэнергетика уже имея определённую степень развития стала одним из самых перспективных направлений среди нетрадиционных способов выработки электроэнергии в мире.

2. Современные методы преобразования энергии ветра в электроэнергию

На данный момент подавляющее большинство мощных ветрогенераторов проектируются в виде трехлопастного «вентилятора» и горизонтальной осью вращения, так же, встречаются конструкции ранее производимых двухлопастных и даже однолопастных ветрогенераторов [1]:
Рис.2. Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения
Так, же встречаются конструкции генераторов с вертикальной осью вращения «карусельного» типа:

Рис.3. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

«Экзотикой» являются ветрогенераторы «парусного» типа и «капельные» ветрогенераторы:

Рис.4. Ветрогенераторы «парусного» и «капельного» типа.

«Капельные» ветрогенераторы находятся в стадии разработки технологии, а «парусные» не распространены широко в силу малой установленной мощности и сложности конструкции.
Мощность генератора зависит от площади, ометаемой лопастями генератора и высоты над поверхностью земли. Например, турбины фирмы Vestas (Дания) при электрической мощности в 3 МВт имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров при диаметре лопастей в 90 метров.
Необходимость максимально поднять над землёй лопасти ветрогенератора обусловлена тем, что воздушные потоки у поверхности Земли являются ламинарными т.е. нижерасположенные слои «тормозят» те, что расположены выше. Этот эффект активно проявляется на высотах до 100 метров от поверхности земли. Хоть и заметен он на высотах до 1 км, но выше 100 метров его эффективность сильно снижается. Пограничная высота в 100 метров, при расположении генераторных лопастей выше, позволяет увеличить диаметр генераторных лопастей и при этом использовать земли вблизи ветрогенератора под другие виды деятельности[1].
Современный ветрогенератор начинает производить электроэнергию при силе ветра от 3м/с и отключается в целях безопасности при силе ветра более 25 м/с. Оптимальной скоростью для работы ветрогенератора является ветер со скоростью около 15м/с. При этом мощность генератора максимальна.
Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра. Т.е. при увеличении скорости ветра в 2 раза (с 5 до 10 м/с), мощность увеличивается в 8 раз [4].
Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малым ветровым потоком признана конструкция роторного ветрогенератора с вертикальной или горизонтальной осями вращения, так как скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. При таком ветрорежиме самой эффективной является вертикальная ветроустановка.
При этом, такой вид ветрогенератора имеет ещё несколько важных преимуществ: практически бесшумны, не требуют обслуживания при сроках эксплуатации до 20 лет. Пи современных разработках систем торможения, ветрогенератор гарантирует стабильную работу даже при периодических порывах ветра до 60 м/с[5].
С точки зрения выгодности установки ветрогенераторов, самыми перспективными зонами выработки электроэнергии из энергии ветра являются прибрежные зоны. Но при этом, стоимость сооружения в связи со сложностью прибрежного рельефа увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению с установкой ра равнинной местности.
Редко но используются ветроэлектростанции в акватории морей и океанов на расстоянии около 10 км от береговой линии. При этом генераторы устанавливаются на свайный подводный фундамент, что накладывает определённые ограничения на строительство и прокладку подводных силовых кабелей. «Морской экзотикой» являются редкие случаи плавающих ветроэлектростанций построенных на плавучих платформах. В таких разработках одним из лидеров является фирма Siemens AG построив 2009 году одну из первых коммерческих плавучих ветроэлектростанций и оснастив её турбинами собственного производства мощностью 2,3 МВт.
В данный момент самыми мощными из серийно выпускаемых ветрогенераторов являются вертикальные ветроустановки с трехлопастным ротором и горизонтальной осью вращения. Например ,ветроустановка датской фирмы Vestas марки «MHI Vestas* V164-8.0MW» имеет диаметр ротора 164 метра, установленную электрическую мощность 8МВт, лопасти по 35 тонн каждая.
Как правило, генерирующие компании специализирующиеся на производстве использовании ветрогенераторов объединяют десятки мощных ветрогенераторов в так называемые ветропарки, получая в сумме выработку в сотни мегаватт, что при минимальных затратах на обслуживание уже может составить реальную конкуренцию электростанциям с классическими видами энергоносителей.