На пороге XXI века человек все чаще стал задумываться о том,
что станет основой его существования в новой эре. Энергия была и остается
главной составляющей жизни человека. Люди прошли путь от первого костра до
атомных электростанций. Существуют «традиционные» виды альтернативной энергии:
энергия Солнца и ветра, морских волн и горячих источников, приливов и отливов.
На основе этих природных ресурсов были созданы электростанции: ветряные,
приливные, геотермальные, солнечные. Ветряные электростанции. Принцип действия ветряных электростанций прост: ветер крутит
лопасти ветряка, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор в свою
очередь вырабатывает энергию электрическую. Получается, что ветроэлектростанции
работают, как игрушечные машины на батарейках, только принцип их действия
противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую,
энергия ветра превращается в электрический ток. Приливные электростанции. Для выработки электроэнергии электростанции такого типа
используют энергию прилива. Первая такая электростанция (Паужетская)мощностью 5 МВт была построена на Камчатке. Для устройства
простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн -- перекрытый плотиной
залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены
турбины, которые вращают генератор. Во время прилива вода поступает в бассейн.
Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных
отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и,
когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним
электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит. Геотермальные электростанции. Электростанции такого типа преобразуют внутреннее тепло
Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электричество. Первая
геотермальная электростанция была построена на Камчатке. Существует несколько
схем получения электроэнергии на геотермальной электростанции. Прямая схема:
природный пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами.
Непрямая схема: пар предварительно (до того как попадает в турбины) очищают от
газов, вызывающих разрушение труб. Смешанная схема: неочищенный пар поступает в
турбины, а затем из воды, образовавшийся в результате конденсации, удаляют не
растворившиеся в ней газы. Солнечные электростанции. В настоящее время строятся солнечные электростанции в
основном двух типов: солнечные электростанции
башенного типа и солнечные электростанции распределенного (модульного) типа. В башенных солнечных электростанциях используется центральный приемник с полем
гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Система
слежения за Солнцем значительно сложна, так как требуется вращение вокруг двух
осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего
тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до
550?С, воздух и другие газы -- до 1000?С, низкокипящие органические жидкости (в
том числе фреоны) -- до 100?С, жидкометаллические теплоносители -- до 800?С. Тепловые электростанции. Тепловые электростанции работают по такому принципу: топливо
сжигается в топке парового котла. Выделяющееся при горении тепло испаряет воду,
циркулирующую внутри расположенных в котле труб, и перегревает образовавшийся
пар. Пар, расширяясь, вращает турбину, а та, в свою очередь, -- вал
электрического генератора. Затем отработавший пар конденсируется; вода из
конденсатора через систему подогревателей возвращается в котел. Гидроэлектростанции. Гидрозлектростанции преобразуют энергию потока воды в
электроэнергию посредством гидравлических турбин, приводящих во вращение
электрические генераторы. Наибольший КПД гидроэлектростанция имеет тогда, когда
поток воды падает на турбину сверху. Для этих целей строится плотина,
поднимающая уровень воды в реке и сосредотачивающая напор воды в месте
расположения турбин. Атомные электростанции. Такие электростанции действуют по такому же принципу, что и
«ТЭС, но используют для парообразования энергию, получающуюся при радиоактивной
распаде. В качестве топлива используется обогащенная руда урана. Ядерный
реактор работает на основе цепной ядерной реакции, когда деление одного ядра
вызывает деление других ядер; таким образом, реакция сама себя поддерживает. Термоядерные электростанции. В настоящее время ученые работают над созданием Термоядерных
электростанций, преимуществом которых является обеспечение человечества
электроэнергией на неограниченное время. Термоядерная электростанция работает
на основе термоядерного синтеза -- реакции синтеза тяжелых изотопов водорода с
образованием гелия и выделением энергии. Реакция термоядерного синтеза не дает
газообразных и жидких радиоактивных отходов, не нарабатывает плутоний, который
используется для производства ядерного оружия. Если еще учесть, что горючим для
термоядерных станций будет тяжелый изотоп водорода дейтерий, который получают
из простой воды -- в полулитре воды заключена энергия синтеза, эквивалентная
той, что получится при сжигании бочки бензина, -- то преимущества
электростанций, основанных на термоядерной реакции, становятся очевидными. Ветроэнергетика История развития Развитие любой страны в значительной мере связано с
обеспеченностью ресурсами, в том числе энергетическими. Установлено, что темпы
прироста национального дохода примерно соотвецтвуют темпам роста потребление
энергии. Человек всегда стремился использовать силы природы, развитие
производственных процессов потребовало перехода от применения мускульной силы к
использованию новых источников энергии. Прежде всего человек обратился к силе
воды и ветра, которые использовались в промышленном производстве, но главным
образом в сельском хозяйстве. Впервые энергия ветра была использована, по- видимому, для
передвижения парусных судов, а позднее-также для подъема воды и размола зерна. Первые
ветряные двигатели, по предположению - с вертикальной осью вращения, были
построены более 2 тыс. лет назад. Вавилоняне еще до нашей эры использовали их
для осушения болот, в Египте, на Ближнем Востоке, в Персии строили ветряные
водоподъемники и мельницы. До настоящего времени в некоторых странах бассейна
Средиземного моря можно встретить ветряные мельницы с крыльями, имеющими
поперечные паруса. В Европе, вначале во Франции, ветряные мельницы появились в
ХХII в. Ф.Энгельс писал, что « ветряная мельница была изобретена около 1000 г.». В Англии работали
мельницы, однотипные по принципу действия с французскими. В Германии первая
мельница была построена в 1393
г. Из Германии они распространились в другие страны. В
ХIV столетии голландцы широко использовали ветряные мельницы для осушения болот
и озер. В начале ХVII в. большая часть территории осушалась с помощью
ветроустановок мощностью до 30 - 35 кВт. В этот же период появились
усовершенствованные конструкции мельниц и новые ветряные двигатели, которые использовали
для привода машин бумагоделательных фабрик, лесопилок и других устройств. В
30-х годах ХVIII в. в Голландии работали 1200 ветроустановок, которые
предохраняли 2/3 страны от обратного превращения в болота. Первое изложение
теории ветродвигателя относят к началу ХVIII в. В более систематизированном
виде она появилась в конце ХIХ в. в Америке и Европе. Конструкции первых ветряных мельниц в России были,
по-видимому, заимствованы в Германии, и их называли немецкими. К началу ХVIII
в. число мельниц стало значительным, и их применение приобрело государственное
значение. Многое для их распространения в России сделал Петр 1. В ХVIII - ХIХ
вв. мельницы сооружались практически повсеместно, и к началу первой мировой
войны в России эксплуатировалось более 200 тыс. мельниц, которые ежегодно
перемалывали 2/3 всего товарного зерна. К середине прошлого столетия в США эксплуатировалось почти 6
млн. маломощных ветродвигателей для подъема воды, выработки электроэнергии и
выполнения других простых работ. Более 150 тыс. установок насчитывается в США и
сегодня. В России наряду с кустарными мельницами в начале прошлого
столетия началось изготовление в заводских условиях ( в мастерских) тихоходных
многолопастных деревометаллических ветродвигателей системы инж. В.П. Давыдова,
которые применяли главным образом для механизации подъема воды. Некоторое число
ветродвигателей завезли из Германии, Франции и США, где их производство было
налажено несколько раньше. В основном выпускалось многолопастные двигатели, но
они уже были снабжены системами автоматического регулирования скорости вращения
и мощности, механизмами ориентации ветроколеса по направлению потока. Суммарный
годовой выпуск в основных промышленно развитых странах составлял сотни тысяч
двигателей. Позднее, в начале нашего столетия, ряд стран ( США, Франция,
Германия, Австралия, Великобритания и .др.) начал в значительных количествах
выпускать на заводах также и более совершенные по конструкции и экономичные
быстроходные ветроагрегаты, предназначенные в первую очередь для получения
электрической энергии. Их использовали для освещения небольших и удаленных
объектов и зарядки аккумулярных батарей. В нашей стране широкое развитие научно-исследовательских и
опытно-конструкторских работ в области ветроэнергетики началось буквально с
первых дней Советской власти. Уже в 1918 г. В.И.Ленин считал необходимым поручить
Академии наук включить в план реорганизации промышленности и экономического
полъема России наряду с другими проблемами водные силы и ветряные двигатели
вообще и в применении к земледелию. Через 3 года он снова возвращается к этому
вопросу и в письме к А.П. Серебровскому подчеркивает важность использования
ветродвигателей в Азербайджане. В.И. Ленин указывал на необходимость
использования непервоклассных сортов топлива для получения электрической
энергии с наименьшими затратами на добычу и перевозку горючего. Именно поэтому
он придавал большое значение таким энергетическим источникам , как ветер. Первый этап развития ветроэнергетики в нашей стране ( до
середины 30-х годов) характеризуется в основном теоретическими исследованиями.
Н.Е. Жуковским и его учениками Г.Х. Сабининым, В.П. Ветчинкиным и др. была
разработана теория идеального и реального ветродвигателей, которойпользуются во
всем мире. В тот же период созданы аэродинамические профили высокого качества
для лопастей ветроколес, спроектированы опытные установки и проведены продувки
моделей в трубах, изучены характеристики ветродвигателей. Проводились испытания
различных конструкций ветроагрегатов и установок, совершенствовались методы их
расчета и проектирования. Параллельно велись работы по созданию новых моделей и
типовветродвигателей. Уже в 1924 году под руководством Н.В. Красовского в
отделе ветродвигателей (ОВД) ЦАГИ был разработан быстроходный двигатель
мощностью до 50 л.с.
с новой системой регулирования частоты вращения колеса, предложенной Г.Х.
Сабининым. Она получила название стабилизаторной. С целью расширения работ по
созданию ветродвигателей и использованию энергии ветра в 1930 г на базе ОВД ЦАГИ был
организован Центральный ветроэнергетический институт (ЦВЭИ), единственный в
мире в то время научно исследовательская оргонизация такого профиля. В те годы удалось быстро разработать конструкции тихоходных
ветродвигателей ВД-5 и ВД-8 для серийного производства. После модернизации эти
двигатели, предназначенные для подъема воды, а также для работы с некоторыми
сельскохозяйственными машинами (мельницами, дробилками кормов, силосорезками и
др.), начали выпускать в больших количествах под марками ТВ-5 и ТВ-8. Была также
создана конструкция и освоено производство быстроходного ветродвигателя Д-12 со
стабилизаторной системой регулирования, который использовался в сельском
хозяйстве, в Арктике, на зимовках, на метеостанциях и для энергоснабжения
других объектов. В связи с началом электрофикации сельского хозяйства были
организованы работы по созданию ветроэлектрических станций (ВЭС). В 1930 году
была спроектирована, а в 1931 году сооружена в Крыму самая крупная в мире ВЭС
Д-30 мощностью 100 кВт. Станция работала до 1942 года и давала электроэнергию в
сеть Севастопольэнерго напряжением 6300 В. Среднегодовая выработка энергии ВЭС
превышала 270 МВт.ч. Во время Великой отечественной войны она была разрушена. К
этому же периоду относится создание в нашей стране проектов самых крупных в
мире ВЭС мощностью 1000 и 5000 кВт, которые не смогли быть реализованы из-за
войны. С 1936 г.
основные проектные и следовательские работы по использованию энергии ветра, в
первую очередь для нуждсела, были переданы Всесоюзному НИИ механизации сельского
хозяиства (ВИМ). В 1938 г.
в составе Всесоюзного научно- исследовательского института
сельскохозяйственного машиностроения (ВИСХОМ) было организовано конструкторское
бюро по серийным ветродвигателям. Ряду предприятий поручили выпуск установок.
За 4 предвоенных года только в колхозах и совхозах было построено более 8000
ветросиловых установок, с помощью которых механизировали трудоемкие процессы на
фермах, в первую очередь водоснабжение животных.
следующая