Використання енергії вітру. Потенціал вітрової енергії у світі та в Україні. (Лекція 3.8)

1.

РОЗДІЛ 3 – Вітроенергетика
1. Використання енергії вітру. Потенціал вітрової енергії у світі та в Україні
Вітроенергетика складається з 2-х основних частин:
1

2.

1.1. Переваги і недоліки вітроенергетики
Переваги:
Недоліки:
2

3.

1.2. Історичні етапи розвитку вітроенергетики
• Давні часи – використанні енергії вітру спочатку в судноплавстві, а потім для заміни своєї
мускульної сили. Перші прості вітродвигуни застосовували за глибокої давнини в Єгипті і Китаї.
•Починаючи з 13 ст., вітродвигуни отримали широке розповсюдження в Західній Європі,
особливо в Голландії, Данії і Англії, для підйому води, помолу зерна і приведення в рух різних
верстатів.
•У 30-х роках 18 ст. у Голландії працювало 1200 вітроустановок, які захищали 2/3 території
країни від заболочування ґрунтів. До кінця 19 ст. у Голландії нараховувалось більше 10 тис.
вітроустановок, а в маленькій Данії – 30 тис. для побутових потреб і 3 тис. вітродвигунів, що
використовувались у промисловості.
•Першу вітрову установку для виробництва електроенергії створив в 1888 році основоположник
вітроенергетики американський інженер Ч. Браш.
•Вітроенергетична установка Пола Лакура у Данії. Він створив аеродинамічну трубу й
застосував аеродинамічний профіль.
•На початку 20ст. рос. учений Н.Є. Жуковський розробив теорію швидкохідного вітродвигуна і
заклав наукові основи створення високопродуктивних вітродвигунів.
• В 1925 році був створений новий вид ротора - ротор Савоніуса.
•В 30-х роках минулого сторіччя була створена вертикальна вітротурбіна, запропонована Ф.
Дар’є.
3

4.

1.2. Історичні етапи розвитку вітроенергетики (продовження)
• Значним є внесок українських вчених у розвиток вітроенергетики. Одним із видатних українських вчених у галузі
аерогідродинаміки й теорії авіації був Г.Ф. Проскура, який у 1922 році була відкрита аеродинамічна лабораторія,
що поклала початок широкомасштабним науково-дослідним роботам у галузі аеродинаміки й авіації.
• Видатний вчений Ю.В. Кондратюк в 30-і роки 20-го століття розробив один з найцікавіших і перспективніших
проектів ВЕС, проектна потужність якої склала 12 МВт, що майже удвічі вище за потужність першої в країні
експериментальної атомної електростанції.
• В ряді країн науково-дослідні роботи в галузі вітроенергетики посилено розвивалися з кінця 1940-х до початку
1960-х років. Однак на той час ціни на викопне паливо помітно знизилися, і з огляду вартості електроенергії
вітроелектричні установки вже не могли конкурувати з тепловими електростанціями. У цей період комерційна
вітроенергетика практично не розвивалася.
• На початку 1970-х років почався новий період розвитку вітроенергетики, обумовлений насамперед енергетичною
кризою. У цей період уряди багатьох країн розгорнули широкомасштабні програми зі створення ВЕУ, згідно яких
розробка технологій, конструкторські роботи й експериментальні дослідження повинні були проводитися в постійній
взаємодії. Дослідження були розділені на два напрямки – ВЕУ з горизонтальною віссю та ВЕУ з вертикальною
віссю обертання.
4

5.

1.3. Напрями, стан та перспективи освоєння вітрової енергії
Основні напрями розвитку сучасної вітроенергетики:
автономна або “мала” вітроенергетика
централізована або “велика” вітроенергетика
5

6.

1.3. Напрями, стан та перспективи освоєння вітрової енергії (продовження)
Залежно від потужності вітротехніка для «малої» вітроенергетики може мати таких її споживачів:
20,0 кВт
6,3 7,5 кВт
2,0 2,4 кВт
0,63 0,75 кВт
0,20 0,24 кВт
0,063 0,075 кВт
0,020 0,024 кВт
Сьогодні лідерами у вітроенергетиці за обсягами встановленої потужності ВЕС є:
Німеччина - 18428 МВт;
Іспанія - 10027 МВт;
США - 9149 МВт;
Індія - 4430 МВт;
Данія - 3122 МВт.
6

7.

1.4. Потенціал вітрової енергії у світі та в Україні
Рівень питомої потужності вітрового потоку
N = 1/2 V3,
[Вт/м2]
При визначенні енергетичного потенціалу вітру обов’язково необхідно враховувати висоту дії вітрового потоку.
Відомо, що швидкість вітру зростає з висотою по ступеневому закону:
V
h
Vф (h )
ф
де V та Vф швидкість вітру на розрахунковій висоті h та на стандартній висоті флюгеру hф; показник ступеню
залежить від швидкості вітру, зменшуючись із збільшенням останньої.
V, м/с
0 3 3,5 4 4,5 5
0,20
0,180
0,160
5,5
0,150
6 11,5 12 12,5
0,140
0,135
13 14
14,5
0,130
0,125
7

8.

Енергетичний потенціал вітру
Теоретичний потенціал зони (W T, кВт*год/рік)
WПT = Р*Т/20,
де Т = 8760годин на рік.
Теоретично можливий потенціал вітрової енергії певної зони WT визначається за формулою:
WT= WПT*S,
де S – площа зони, м2.
Техніко-досяжний потенціал вітрової енергії\
Технічно-досяжний потенціал WТД може бути визначений за формулою:
WТД = WТ *εв*ηг*ηр*SТ,
де εв – коефіцієнт використання енергії вітру, що залежить від швидкості вітру за складним законом, змінюючись
від максимального значення по Жуковському-Бейцу (0,593) до мінімального порядку (0,05). Досягнуте максимальне
значення становить 0,4-0,45.
ηг , ηр – відповідно ККД генератора і редуктора вітроустановки, значення яких можна прийняти рівним 0,9.
SТ – площа території розрахункової зони (регіону), на якій за обліком технічних і економічних обмежень можливе
розміщення вітроустановок.
8

9.

Вітроенергетика в світі
Загальна встановлена потужність ВЕС
Загальна встановлена потужність ВЕС
Німеччина
МВт
18 428
%
31
Іспанія
10 027
16,9
США
9 149
15,4
Індія
4 430
7,5
Данія
3 122
5,3
Італія
1 717
2,9
Об’єднане Королівство
1 353
2,3
Китай
1 260
2,1
Японія
1 231
2,1
Нідерланди
1 219
2,1
Всього
51 936
87,5
В інших країнах світу
7 368
12,5
Всього в світі
59 322
100
Нововведені потужності ВЕС
США
Нововведені потужності ВЕС
МВт
2 431
%
20,7
Німеччина
1 808
15,4
Іспанія
1 764
15
Індія
1 430
12,2
Португалія
500
4,2
Китай
498
4,2
Італія
452
3,8
Об’єднане Королівство
446
3,8
Франція
467
3,1
Австралія
328
2,8
Всього
10 024
85,2
В інших країнах світу
1 745
14,8
Всього в світі
11 769
100с
9

10.

Вітроенергетика в Україні
Середньосезонні і середньорічні швидкості вітру в Україні (висота вимірів 10 м)
№
Місто, область,
п/п
Середня швидкість вітру, м/сек
Зима
Весна
Літо
Осінь
Середня
за рік
1.
Любешів, Волинська
3,4
3,5
2,4
3,2
3,15
2.
Львів
3,9
3,6
3,0
3,5
3,5
3.
Ужгород
3,3
3,9
3,5
3,5
3,55
4.
Житомир
4,1
3,8
2,9
3,5
3,58
5.
Кам'янець-Подільський, Хмельницька
4,2
3,9
3,0
3,3
3,6
6.
Новоград-Волинський, Житомирська
4,3
3,8
3,0
3,4
3,62
7.
Чернігів
4,4
4,0
3,0
3,6
3,75
8.
Кіровоград
4,0
4,0
4,2
3,6
3,95
9.
Київ
4,3
4,1
3,6
3,9
3,98
10.
Ніжин, Чернігівська
4,9
4,4
3,1
3,7
4,03
11.
Ромни, Сумська
5,0
4,4
3,1
3,8
4,07
12.
Умань, Черкаська
4,8
4,3
3,3
3,9
4,07
13.
Миколаїв
4,6
4,4
3,8
4,1
4,22
14.
Красноград, Харківська
5,4
4,6
3,4
4,2
4,4
15.
Полтава
5,5
4,8
3,5
4,6
4,6
16.
Черкаси
5,7
4,3
3,7
4,9
4,62
17.
Асканія-Нова, Херсонська
5,4
4,9
3,8
4,5
4,65
18.
Запоріжжя
5,3
5,1
3,8
4,4
4,65
19.
Нікополь, Запорізька
5,9
5,5
3,8
4,4
4,92
20.
Євпаторія, АР Крим
6,0
4,9
4,6
4,8
5,07
21.
Амвросіївка, Донецька
6,6
5,3
3,9
4,9
5,17
22.
Скадовськ, Херсонська
5,8
5,3
4,6
5,0
5,17
23.
Керч, АР Крим
5,7
5,4
4,6
5,5
5,3
24.
Волноваха, Донецька
7,0
5,8
3,7
5,2
5,42
25.
Бердянськ
6,4
5,5
4,8
5,4
5,52
26.
Одеса
5,8
5,8
4,8
6,1
5,62
27.
Луганськ
6,8
6,2
4,4
5,3
5,67
28.
Феодосія, АР Крим
8,8
7,7
6,4
7,6
7,62
10

11.

Енергетичний потенціал вітру на території України
Середня швидкість вітру
(на висоті 10 м)
V < 4,5 м/с
V = 4,5 м/с
V = 5,0 м/с
V > 5,5 м/с
Рисунок 1 - Енергетичний потенціал вітру на території України.
11

12.

Питомий енергетичний потенціал вітрової енергії в Україні
№ району
Середньорічн
а швидкість
вітру, Vср, м/с
< 4,25
2
4,5
3
5,0
4
5,5
Питомі показники енергетичного потенціалу вітру для
різних кліматичних зон України на різних висотах
Природний потенціал, кВт.год/м 2рік
1
Висота, м
Природний
потенціал
вітру,
кВт.год/м2 рік
Технічнодосяжний
потенціал
вітру,
кВт.год/м2 рік
15
30
60
100
15
30
60
1000
15
30
60
100
15
30
60
100
1120
1510
2030
2530
2010
2710
3640
4540
2810
3790
5100
6350
3210
4320
5810
7230
200
280
375
460
390
520
700
850
520
690
860
975
620
830
1020
1150
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
10
15
Північ
30
Центр
45
Південь
60
80
100
Крим, Карпати
12