Зміст (стр. 7 )

Перетворення кінетичної енергії повітряного потоку при застосуванні вітроенергетичного обладнання здійснюється шляхом його взаємодії з робочими органами вітроустановками, які можуть бути виконані у наступному вигляді:

– лопатей (плоских, увігнутих або з аеродинамічним профілем);

– циліндрів А. Флетнера;

– осцилюючих предметів, наприклад, тросів;

– системи з електродними сітками електрогідравлічного динамічного генератора.

Найбільш розповсюдженими робочими органами вітроустановок є лопаті з аеродинамічним профілем. Вітроустановки з робочими органами у вигляді осцилюючих предметів і електрогідравлічного динамічного генератора знаходяться в стадії експериментів. Результати досліджень [11,12] свідчать, що такого роду вітровим установкам властиві низький коефіцієнт використання енергії вітру і складності агрегатування з навантаженням.

4.2  Класифікація вітрових установок

Для використання енергії вітру застосовуються різні типи вітроенергетичного обладнання. Вітроенергетична система спочатку перетворює енергію вітру в механічну енергію, а потім, при необхідності. В електричну. Функціонально вітроустановки можуть бути розподілені таким чином:

– мережеві вітроелектричні установки;

– автономні вітроелектричні установки;

– вітроустановки для виконання механічної роботи.

За напрямками використання вітроустановок класифікують наступним чином:

– вітроустановки та вітростанції, що працюють у мережі (енергосистемі) загального користування (мережні ВЕУ і ВЕС);

– вітроустановки, що працюють у локальній (автономній) системі паралельно з іншими енергоустановками (дизель-генератор, мала ГЕС, сонячна батарея тощо);

– вітроустановки індивідуального або групового електропостачання;

– вітроустановки для виробництва теплової енергії;

– вітроустановки для виробництва механічної енергії.

Із позицій конструктивних і технологічних особливостей, а також тенденцій розвитку, умовно розділяють ВЕУ на дві групи [13]:

– ВЕУ малої потужності (до 100 кВт);

– ВЕУ середньої великої потужності (100 кВт і більше).

Особливості першої групи обумовлені специфікою ринку даної категорії ВЕУ, розрахованої на індивідуальних споживачів і неможливість (або обмежені можливості) професійного технічного обслуговування призвели до необхідності максимального спрощення і здешевлення конструкції агрегатів. При цьому показники надійності та автономності роботи повинні залишатися на найвищому рівні.

Вітроустановки другої групи характеризуються спільними технологічними рішеннями, які обумовлюються вимогами до роботи в електромережі та великими габаритами ВЕУ. При цьому висока одинична вартість агрегатів такого класу компенсується зниженням питомої вартості 1 кВт установленої потужності.

Конструктивно вітроустановки класифікують за двома основними ознаками:

– геометрією вітроколеса;

– положенням вітроколеса відповідно до напрямку вітру.

4.3  Стан і перспективи розвитку вітроенергетики

У більшості розвинених країн в умовах державного стимулювання виробництва електроенергії на основі відновлювальних джерел енергії за останні роки досягнуто значного прогресу у будівництві та використанні вітроелектричних установок (ВЕУ).

Завдяки впровадженню науково-технічних досягнень, збільшенню потужності вітроелектростанцій, що об’єднують ряд ВЕУ, вже на початку ХХІ ст. собівартість електроенергії, яка виробляється ВЕС, знизилась до 6–7 центів за кВт·год і практично зрівнялася із собівартістю електроенергії ТЕС, а з урахуванням додаткових витрат, пов’язаних з екологічними факторами, буде нижча. Питомі капіталовкладення, які приходяться на 1 кВт встановленої потужності, на потужних ВЕУ (порядку 1000 дол./кВт) менше, ніж на вугільних ТЕС.

Подальше зниження вартості й підвищення ефективності ВЕС досягаються збільшенням потужності ВЕУ і ВЕС, зростанням техніко-економічних показників ВЕУ при впровадженні нових науково-технічних рішень. Тому розвиток ВЕС прямує шляхом як збільшенням одиничної потужності ВЕУ, так і їх кількості в складі ВЕС і відповідно в цілому потужності ВЕС. Модульна компановка ВЕС при збільшенні одиничної потужності за останні роки до 5 МВт і більше створює сприятливі умови для їх роботи в об’єднаних енергосистемах, дозволяє підвищити їх надійність і ефективність. Найважливіший показник – коефіцієнт використання встановленої потужності (КВВП) – зріс до 25%, а за прогнозами до 2030 р. може досягнути 30%.

Широкий розвиток отримало будівництво ВЕС на шельфі у прибережних в основному мілководних акваторіях в Данії, Нідерландах, Швеції, Великобританії та інших країнах.

Завдяки своїй доступності енергія вітру знаходить широке використання в малій вітроенергетиці, в локальних системах енергопостачання споживачів.

В Україні є необхідність і існують умови для швидкого розвитку вітроенергетики. Однак Україна за рівнем використання енергії вітру знаходиться на 14-му місті серед країн Європи.

Загальна потужність всіх ВЕС України в 2007 р. склала 87 МВт. За 2008 р. тільки кримськими ВЕС виробництво електроенергії склало порядку 27 млн. кВт·год. Розроблені НАН України разом з Національним космічним агентством України (НКАУ) «Доповнення до Енергетичної стратегії України на період до 2030 р. в частині розвитку вітроенергетики» передбачають до 2030 р. побудувати в Україні ВЕС загальною потужністю 16000 МВт. Планується будівництво системи ВЕС на територіях п’яти регіонів: в Криму, в Миколаївський, Херсонській, Донецькій і Запорізькій областях.

4.4  Енергетичні ресурси вітру

З 50-х років минулого сторіччя у світі проводяться роботи щодо створення вітрового кадастру територій. Головною енергетичною характеристикою вітру є його швидкість. Оскільки швидкості вітру постійно змінюються, при виборі площадок під будівництво вітроустановок у першу чергу розглядаються графіки добового, місячного та сезонного їх розподілу в певній зоні. При проведенні вітроенергетичних розрахунків враховується також роза вітрів, тобто характерні напрями швидкостей вітру в даній зоні протягом року. Особливо важливим врахуванням рози вітрів є при будівництві потужних вітростанцій або при значній концентрації вітроенергетичного обладнання у даній місцевості.

Для оцінки перспективності впровадження вітроенергетичного обладнання в певній місцевості необхідним є проведення обчислень теоретично можливих, технічно-досяжних та економічно-доцільних енергетичних ресурсів вітрової енергії.

4.5 Потенціал вітрової енергії в Україні

Україна має потужні ресурси вітрової енергії: річний технічний вітроенергетичний потенціал дорівнює 30 млрд. кВт´год.

В результаті обробки статистичних метеорологічних даних по швидкості та повторюваності швидкості вітру проведено районування території України по швидкостях вітру і визначено питомий енергетичний потенціал вітру на різній висоті відповідно до зон районування.

Приведені дані є базовими при впровадженні вітроенергетичного обладнання і призначені до використання проектувальниками об'єктів вітроенергетики для встановлення оптимальної потужності вітроагрегатів та тилу енергії (електрична або механічна) для ефективного її виробництва в конкретній місцевості.

В умовах України за допомогою вітроустановок можливим є використання 15¸19% річного об'єму енергії вітру, що проходить крізь перетин поверхні вітроколеса. Очікувані обсяги виробництва електроенергії з 1 м2 перетину площі вітроколеса в перспективних регіонах складають 800¸1000 кВт´год/м2 за рік.

Застосуванння вітроустановок для виробництва електроенергії в промислових масштабах найбільш ефективно в регіонах України, де середньорічна швидкість вітру > 5 м/с: на Азово-Чорноморському узбережжі, в Одеській, Херсонській, Запорізькій, Донецькій, Луганській, Миколаївській областях, АР Крим та в районі Карпат.

Експлуатація тихохідних багатолопатевих вітроустановок з підвищеним обертаючим моментом для виконання механічної роботи (помолу зерна, підняття та перекачки води і т. п.) є ефективною практично на всій території України.

Вітроенергетика України має достатній досвід виробництва, проектування, будівництва, експлуатації та обслуговування як вітроенергетичних установок, так і вітроенергетичних станцій; в країні є достатньо високий науково-технічний потенціал і розвинена виробнича база. В останній час розвитку вітроенергетичного сектора сприяє державна підтримка, що забезпечує реалізацію ініціатив по удосконаленню законодавства, структури керування, створенню вигідних умов для внутрішніх і зовнішніх інвесторів.

Реалізація державних національних програм в галузі вітроенергетики на 2010 рік передбачає загальне річне виробництво електроенергії на вітроелектростанціях та автономних вітроустановках близько 5,71 млн. МВт´год; що дозволить забезпечити біля 2,5 відсотків від загального річного електроспоживання в Україні.

Таблиця 4.1 – Питомий енергетичний потенціал вітрової енергії в Україні

№ району	Середньорічна швидкість вітру, Vср, м/с	Висота, м	Природний потенціал вітру, кВт´год/м2 рік	Технічно-досяжний потенціал вітру, кВт´год/м2 рік
1	<4,25	15	1120	200
30	1510	280
60	2030	375
100	2530	460
2	4,5	15	2010	390
30	2710	520
60	3640	700
100	4540	850
3	5,0	15	2810	520
30	3790	690
60	5100	860
100	6350	975
4	5,5	15	3200	620
30	4320	830
60	5810	1020
100	7230	1150