История ветроэнергетики

До начала 20 века белорусы использовали энергию Солнца, ветра и воды для решения повседневных нужд: помола зерна, распиловки леса, обмолота, производства сукна и т.д. Широко были распространены плавучие мельницы – «водяки» и сукновальни, передвижные «ветряки» (рис. 13).

Эти устройства не требуют сооружения плотин и не наносят вреда окружающей среде, в отличии от плотинных. Представление о распространении и использовании «ветряков» и «водяков» на территории Беларуси дает карта типологии устройств альтернативной энергетики

Поэтому широко бытующее ныне мнение «о бесперспективности» развития альтернативной энергетики в Беларуси и низком природном потенциале не соответствует исторической действительности.

Ветроэнергетика Беларуси.

Ветроэнергетика, как и любая отрасль хозяйствования, должна обладать тремя обязательными компонентами, обеспечивающими ее функционирование:

1) ветроэнергетическими ресурсами,

2) ветроэнергетическим оборудованием,

3) развитой ветротехнической инфраструктурой.

Работы по оценке технического ветроэнергетического ресурса Беларуси выполнены совместно НПГП «Ветромаш», РУП «Белэнергосетьпроект» и Госкомитетом по гидрометеорологии.

Разработан ветроэнергетический кадастр, который включает:

— информационный банк данных о ветроэнергетических характеристиках на территории Беларуси;

— информационную базу данных с программным обеспечением для расчетов ветроэнергоресурсов на территориях и оценки ветроэнергетического потенциала конкретной ВЭУ в конкретном месте ее внедрения;

— ветроэнергетический атлас, содержащий набор карт размещения ветротехники В12 и В14 континентального базирования на отдельных территориях Беларуси и паспорта точек (площадок) преимущественного внедрения ветротехники;

— временные руководящие документы по применению, созданию, сертификации, строительству и эксплуатации ветротехники;

— временное руководство по оценке ветровых режимов по требованиям ветроэнергетики на период 2005-2020 гг.

Наиболее эффективно обеспечивается использование современной зарубежной ветротехники на территориях зон со среднегодовыми фоновыми скоростями не ниже 4,5 м/с на холмистом рельефе. К таким регионам относятся: возвышенные районы большей части севера и северо-запада Беларуси, центральная зона Минской области включая прилегающие с запада районы, Витебская возвышенность

Перспективы развития в мире.

Темпы увеличения суммарной мощности ВЭУ и ВЭС в мире имеют тенденцию к быстрому росту. Так, суммарная мощность всех ВЭС планеты в 2001 г. составила 24,35 ГВт, а к концу 2006 г. — уже более 74 ГВт и продолжает иметь неуклонную тенденцию к увеличению. На Европу приходится около 70% мировых ветровых мощностей, наибольшая часть которых расположена в Германии, Испании и Дании.

Гелиоэнергетика

На основании двадцатилетнего периода наблюдения уста­новлено, что средняя продолжительность солнечного сияния в Беларуси составляет 1815 часов в год. Годовой приход суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность — 980—1180 кВт-ч/м². Солнечные лучи ежегодно приносят в Беларусь в 20 тыс. раз больше энергии, чем мы потребляем. Крыша одноэтажного дома на севере Беларуси получает в 10 раз больше энергии, чем требуется для отопления этого дома.

Проведенный сравнительный анализ продолжительности солнечно­го сияния и прихода суммарной солнечной радиации в странах Западной Европы с умеренным климатом, расположенных между 50 и 60°с.ш. показал, что Беларусь по продолжительности солнечного сияния имеет близкие значения с этими странами, а по приходу среднемесячной солнечной радиации даже превосходит северную часть Германии, Швецию, Данию, Великобританию. Эти государства наряду с "солнечными странами" считаются лидирующими в Европе по выпуску и применению гелиоэнергетического оборудования.

В Республике Беларусь целесообразны три варианта использования солнечной энергии:

• использование солнечной энергии для целей горячего водоснабжения и отопления с помощью солнечных коллекторов;

• использование солнечной энергии для производства электроэнергии с помощью фотоэлектрических установок.

• пассивное использование солнечной энергии методом строительства домов "солнечной архитектуры".

Горячее водоснабжение. В системах горячего водоснабжения и отопления используются плоские солнечные коллекторы.

Солнечный коллектор представляет собой теплообменный аппарат с каналами, через которые проходит теплоноситель. Часть солнечной радиации поглощается поверхностью теплообмена и передается теплоносителю (рис. 18.)

Рис. 18. Схемы плоских солнечных коллекторов систем воздушного (а) и водяного (б) теплоснабжения: 4 - тепловая изоляция; 5 - стекло; 6 - лучепоглощающая поверхность теплообмена; 7 - канал для воздуха; 8 - каналы для воды

Изолированный коллектор имеет многослойное остекление, пропускающее солнечные лучи, и позволяет нагреть воду до 90°С.

Плоский коллектор поглощает прямое и рассеянное солнечное излучение. В связи с тем, что потоки солнечных лучей носят нерегулярный характер, для надежного теплоснабжения следует использовать двухконтурные схемы с резервным источником теплоты в виде теплоэлектронагревателя. Оптимальный угол расположения коллектора к горизонту превышает широту местности на 10-15°.

Солнечное отопление.Солнечное отопление делится на активное и пассивное.

Активное солнечное отопление основано на применении инженерных систем, которые, как и система горячего водоснабжения, включает контур циркуляции жидкого теплоносителя или воздуха. На практике жидкостные системы солнечного отопления встречаются чаще, чем воздушные (рис. 3), однако они требуют наличия отопительных приборов и дополнительных мер для защиты от замерзания и коррозии.

Согласно схеме воздушного отопления в солнечный день с помощью вентилятора организуется циркуляция воздуха по замкнутому контуру через коллектор и галечный аккумулятор. Вечером или в прохладный день реализуется режим, при котором поток холодного воздуха проходит через аккумулятор, воспринимает накопленную теплоту и поступает в отапливаемое помещение. При необходимости воздух дополнительно нагревается с помощью резервного нагревателя.

Система солнечного теплоснабжения дома работает в четырех режимах (рис. 20. а-г):

– отопление и аккумулирование тепловой энергии (а);

– отопление от аккумулятора (б);

– аккумулирование тепловой энергии (в);

– отопление от коллектора (г).

В проекте энергопассивного экодома Белорусского отделения международной академии экологии (БО МАЭ) скатная крыша покрыта сплошным водовоздушным солнечным коллектором (рис. 21). Под домом находится твердотельный суточный и сезонный тепловой аккумулятор

Получение электроэнергии.Преобразование потока солнечной энергии в электричество осуществляется двумя способами: термомеханическим и фотоэлектрическим.

Термомеханический способ основан на передаче теплоты теплоносителю с генерацией пара и дальнейшим ее преобразованием по традиционной схеме в механическую и электрическую энергию.

Для создания больших плотностей потоков солнечной радиации и соответственно тепловой энергии используются солнечные концентраторы. Наиболее эффективные концентраторы солнечного излучения (рис. 22) имеют форму: цилиндрического параболоида (а), параболоида вращения (б); плоско-линейной линзы Френеля (в).

Создано опытное производство систем горячего водоснаб­жения, базирующихся на использовании солнечной энергии. Эти устройства включают в себя солнечные коллекторы (их число и площадь может варьироваться в зависимости от требо­ваний конкретного проекта) и теплонакопители. Оптималь­ный для местного климата вариант — система с четырьмя кол­лекторами — позволяет обеспечить потребности в горячем во­доснабжении семью из 4—5 человек. Благодаря большой пло­щади поверхности коллекторов система аккумулирует достаточное количество солнечной энергии даже в пасмурную погоду, а теплонакопитель большой вместимости (более 500 л) поз­воляет создать стратегический запас горячей воды. В период с марта по октябрь система полностью удовлетворяет потребности здания в горячей воде. Зимой установку можно интегриро­вать со стандартной системой отопления. Стоимость оборудо­вания варьирует в пределах 900—3500 дол. США.

Кроме того, в Республике Беларусь организовано производство гелиосистем для нагрева воды. Они представляют собой легкие, компактные конструкции, собираемые по модульному принципу. В зависимости от конкретных условий можно получить установку любой производительности. Основой гелиосистем является пленочно-трубочный адсорбирующий коллектор. Он обладает высокой адсорбирующей способностью, благодаря чему даже небольшие дозы солнечного излучения превращаются в полезную тепловую энергию.