Конспект лекций ташкент- 2015

Особенности
Процессы с низким потенциалом окружающей энергии на фоне процессов с высоким потенциалом остаются до настоящего времени мало используемыми. 
В тоже время, низкопотенциальная окружающая среда имеет неисчерпаемые запасы энергии на уровне:
– макропроцессов: тепловой, потенциальный (давление воздушного столба атмосферы, давление столба воды в море), электромагнитный, гравитационный и др.; 
– микромира (энергия молекулярных и ядерных связей, энергия других связей микроструктуры вещества). 
Физика экстракции низкопотенциальной энергии в отличие от высокопотенциальной энергии остается малоизученной. Причиной этому являются:
– то, что в течение длительного времени мировое сообщество почти все внимание уделяло очевидным и более простым способам получения энергии от высокопотенциальных источников энергии;
– источников низкопотенциальной энергии и возможных способов экстракции энергии оказалось большое количество;
– физика экстракции низкопотенциальной энергии

Контрольные вопросы:

1. Что относится к геотермальной и гидротермальной энергетике?
2. Принцип работы петротермальной энергетики?
3. Низкопотенциальная тепловая энергетика?
4. Принцип работы и виды тепловых насосов?
5. Принцип работы теплового насоса на геотермальном тепле?
7-Лекция (3-часа)

ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА

План:

1. 
   Ветровая энергетика и их особенности применения
   
2. 
   Применение ветроустановок в Узбекистане
   
3. 
   Устройство ветрогенератора
   
4. 
   Принцип работы ветрогенератора.
   
5. 
   Электроснабжения на основе ветрогенератора
   

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры – от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Почему же столь обильный, доступный, да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.
Техника 20 века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой – получение электроэнергии. В начале века Н.Е.Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.
В наши дни к созданию конструкций ветроколеса – сердца любой ветроэнергетической установки привлекаются специалисты–самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.
Для систематизации характеристик ветровой обстановки в конкретном регионе с целью её эффективного энергетического использования, как правило, разрабатывается ветроэнергетический кадастр, представляющий собой совокупность аэрологических и энергетических характеристик ветра, позволяющих определить его энергетическую ценность, а также целесообразные параметры и режимы работы ветроэнергетических установок.
Основными характеристиками ветроэнергетического кадастра являются:

• 
  среднегодовая скорость ветра, годовой и суточный ход ветра;
  
• 
  повторяемость скоростей, типы и параметры функций распределения скоростей;
  
• 
  максимальная скорость ветра;
  
• 
  распределение ветровых периодов и периодов энергетических затиший по длительности;
  
• 
  удельная мощность и удельная энергия ветра;
  
• 
  ветроэнергетические ресурсы региона.
  

Карты ветровых ресурсов получают с помощью статистической обработки метеоданных о среднегодовых скоростях ветра, а также приведения их к стандартной высоте анемометров (10 м над уровнем земли), причем в расчет берутся метеостанции с наилучшими условиями открытости местности. Учет местных эффектов о распределении ветра по направлениям, как правило, не проводится.
Поэтому для определения ветрового потенциала в каждом конкретном месте, необходимо учитывать местные эффекты - орографию, шероховатость местности, ее открытость, высоту над уровнем моря и т.д., влияющих на силу и направление ветра.
Учитывая, что энергии ветра присуща неравномерность пространственного распределения и значительная временная неустойчивость, становится очевидной необходимость проведения специальных работ для оценки реального ветропотенциала и выборе перспективных площадок для монтажа ветроэлектростанций.
Анализ ветроэнертического потенциала республики показал, что там, где имеется большое количество малых потребителей, практически отсутствуют хорошие ветры Скорость ветра в этих местах не превышает 3 -4 м/с. Там, где есть ветровой потенциал, отсутствуют потребители. Места с ветровым потенциалом 10 – 12 м/с и более имеются в основном на перевалах гор, ущельях и труднодоступных местах. Практически на всей территории республики ветровой потенциал не высок и колеблется в средних пределах 2-5 м/с.
Использование энергии ветра в Узбекистане представляется перспективным при использовании небольших ветроэнергетических установок малой мощности (1 – 5 кВт).
Специфические особенности ветровой энергии – неравномерность ее проявления во времени, влияние на выработку энергии выбора места установки ветроагрегатов – приводят к тому, что наиболее просто и экономично использовать ветроустановки в тех случаях, когда требования к равномерности выработки и стабильности электрических параметров энергии не высок.
В связи с этим автономное использование энергии ветра перспективно, если в результате ветроагрегата может быть получен продукт, запасаемый впрок. Выгодно применять ветроагегаты для подъема воды, производства тепла и холода, опреснения минерализованных вод.
Перспективны ветроустановки для подъема воды, оснащенные резервуаром, позволяющим в безветренные периоды обеспечить нормальное водоснабжение в течение трех-пяти суток. При правильном выборе емкости резервуара за счет энергии ветра можно гарантировать 80-90 процентную обеспеченность водоснабжения. С помощью ветра можно откачивать воду из скважин мелиоративных систем, предназначенных для понижения уровня грунтовых вод и пр.
Энергию ветра можно использовать для опреснения засоленной воды. Промышленность выпускает ветроэнергетическую опреснительную установку УВЭ – 0,5. Она работает следующим образом. Один (водоподъемный) насос подает через фильтр засоленную воду в резервуар, а другой перекачивает ее через опреснительный аппарат. Установка рассчитана на работу в широком диапазоне изменения напряжения и частоты тока генераторов.
Примером механического использования энергии ветра для тепловых процессов может служить установка, построенная на одной из ферм штата Айова (США, 42 с. ш) для дополнительного обогрева животноводческого помещения. Она заставляет, вращается лопасти прибора, размещенного в большом резервуаре. Вода в резервуаре в результате вращения лопастей нагревается до 45С. Общая емкость системы водяного отопления составляет 2270 л. ВЭУ обеспечивает 32 % мощности нагревателей, остальное приходится на теплообменник типа «вода-воздух».
Энергию ветра можно использовать для поддержания требуемых параметров микроклимата в холодильных камерах, хранилищах сельскохозяйственной продукции, для охлаждения молочных танков, намыва почвы на горные каменистые террасы, подача на террасы удобрений и т.п.
С помощью ветроустановки (рис.7.1) из влажного воздуха получают питьевую воду. Производительность ее небольшая (15…21 л в сутки). Но в безводных низинных районах (например в зоне Приаралья) такие установки могли бы служить аварийным источником питьевой воды. Двигатель установки - ветровая турбина. Она засасывает атмосферный воздух в стояк с обеспыливающим фильтром. Затем воздух поступает в подземный теплообменник, где влага конденсируется. Теплообменник представляет собой систему алюминиевых воздуховодов диаметром 37 мм. Длина каждой трубы 6 м.