Ландшафтно-экологическая оценка Или-Балхашского региона (стр. 14 из 17)
Мощность генератора, приводимого в действие барабаном диаметром всего около метра, будет такой же, как при использовании трехлопастного пропеллера диаметром 2,5 м. И если пропеллерную вертушку нужно устанавливать на высокой штанге или на крыше дома (этого требует техника безопасности), то вертушку-барабан можно ставить прямо на земле, под навесом. Есть у барабана и еще ряд достоинств: большой крутящий момент при малых оборотах (значит, можно обойтись либо совсем без редуктора, либо использовать простейший одноступенчатый), отсутствие щеточного токосъемного механизма. Для ветроэлектростанции достаточно использовать двухлопастный барабан. Но можно увеличить количество лопастей до четырех. Тяговые характеристики такой установки значительно улучшатся.
На рисунке 4.16 Изготовление ветровой установки, отдельные детали
1 - резистор; 2 - обмотка статора генератора; 3 - ротор генератора; 4 - регулятор напряжения; 5 - реле обратного тока; 6 - амперметр; 7 - аккумулятор; 8 - предохранитель; 9 – выключатель.
Очень важно, что ротор должен быть поднят достаточно высоко, чтобы он оказался в зоне свободного ветра и выше зоны завихрений от обтекаемых ветром строений не менее, чем на 3—4 м над землей. Высоко поднятая над землей ветроустановка попутно выполняет функцию молниеотвода, что немаловажно в сельской местности.
Роторные ветродвигатели работают значительно стабильнее в условиях резких колебаний ветра, чем винтовые. Роторы тихоходны, действуют при любом направлении ветра, но развивают всего 200—500 об/мин.
Роторные ветроколеса от сильного порыва ветра не ломаются. От повышения количества оборотов асинхронного генератора на выходе напряжение не растет. Поэтому в этом материале автоматическое изменение угла лопастей ротора в зависимости от скорости ветра не рассмотрено.
Рисунок 4.17 Схема роторной ветроэлектроустановки:
1 — лопасти, 2 — крестовина, 3 —вал, 4 —подшипники с корпусами, 5 — соединительная муфта, 6 — силовая стойка (швеллер № 20), 7 — коробка передач, 8 — генератор, 9 — растяжки (4 шт.), 10 — ступени лестницы.
Известны различные виды роторных ветроколес на вертикальном валу. Назовем некоторые из них.
1. Четырехлопастное роторное колесо — тихоходное с КПД до 15% .
2. Двухъярусное роторное ветрокопесо. Оно проще, обладает более высоким КПД (до 19%) и развивает большее число оборотов, чем четырехлопастное. При этом необходимо увеличивать диаметр вала для сохранения прочности и жесткости установки.
3. Ветроколесо Савониуса. Оно развивает меньшее число оборотов, чем двухлопастное колесо. Коэффициент использования ветровой энергии не превышает 12%. В основном применяется для привода поршневых насосов.
4. Карусельное ветроколесо - самая простая конструкция. Это ветроколесо развивает малые обороты, имеет низкую удельную мощность. КПД его — до 0,1.
Рисунок 4.18 Крепление лопастей ротора на крестовине:
1 — лопасти, 2 — крестовина, 3 — вал, 4 — болты крепления (М12—М14).
Рисунок 4.19 Двухъярусное роторное колесо:
1 — подшипник, 2 — корпус подшипника, 3 — дополнительное крепление вала четырьмя растяжками, 4 — вал.
В техническом отношении более высокий уровень решения достигается применением генератора переменного тока — трехфазного или однофазного, например, ГАБ-4-0/230 или ОМ-3. Может быть также использован асинхронный электродвигатель, требующий соответствующей переделки. Бесперебойное и круглосуточное электроснабжение от ВЭУ невозможно. Это зависит от наличия ветра и его скорости. Для обеспечения бесперебойности электропитания применяют аккумуляторные батареи или резервные бензиновые двигатели для привода генератора.
Рисунок 4.20 Внешний вид ветроэлектростанции
В качестве исторического факта напомню, что в СССР первая ветроэлектрическая установка (ВЭУ) была построена в 1931 г. около Балаклавы в Крыму. В ней использовался асинхронный генератор на 600 об/мин., мощностью 125 кВт. Генератор соединялся с повышающим трансформатором и затем ток подавался на воздушную линию напряжением 6 кВ. (В 1941 г. при оккупации Крыма фашистами ВЭУ была разрушена.)
В ВЭУ промышленного производства обычно используются винтовые пропеллерные двигатели. В сравнении с роторными они имеют более высокий КПД. Производство винтовых двигателей значительно сложнее. Поэтому для самодельного изготовления рекомендуются именно роторные двигатели.
Раздел 5. Экономическая часть
В настоящее время экологическая опасность есть неотъемлемое требование хозяйственной деятельности.
Стоимость и затратность способов охраны окружающей природной среды есть результат очень слабой, можно сказать, задаточной экономической разработанности да оценки таких проблем, как экология да здоровье населения; экология да качество жизни. Уже сегодня достоверно приведено, что способы относящиеся к обновлению здоровья населения, нарушено в результате неблагополучного состояния окружающей среды, обходятся во много раз дороже профилактических природоохранных способов.
Развивающийся глобальный экологический кризис в большей мере обязан природной умственной и нравственной неполноценности человека, тотальной экологической безграмотности населения и его неспособности вовремя и эффективно отстаивать свое будущее. Одним из выражений этого является ведомственное, отраслевое поведение человека в биосфере. Инстинкт личного благополучия и наживы ("комфортобесия", как говорят деятели церкви) движет и мировыми транснациональными корпорациями, и мельчайшими предпринимателями, и президентами "держав" и сельскими администраторами, одинаково далекими от понимания места человечества в иерархии подсистем биосферы и условий, необходимых для его самосохранения.[16]
Но наиболее неприятным и уже практически неисправимым является тот факт, что отрасль в каких-то своих, противоестественных интересах, попирая законы экологии, целенаправленно и без излишней огласки изменяет биофонд наших рек и водоемов. И в этом плане рыбное хозяйство республики Казахстан, одним из водоемов является озеро Балхаш. В сложившейся обстановке необходимо широкое всестороннее обсуждение и прошлой и будущей деятельности рыбного хозяйства в бассейне Балхаша.
Перспективные системы должны быть спроектированы с ветровыми электростанциями, возможно меньшей массы, которые используют для приведения их в действие не силу сопротивления, а подъемную силу, чтобы иметь большую быстроходность при больших значениях коэффициента использования энергии ветра.
В последнее время начали стремительно развиваться экотехнологии, которые дают безпосредственный доход, поскольку одновременно с защитой окружающей среды да экономией не обновляющихся природных ресурсов эти технологии обеспечивают получение высоколиквидной рыночной продукции. Речь идет про экотехнологии, что обеспечивают: утилизацию твердых бытовых да промышленных отходов с получением вторичного сырья и готовой продукции; замена нефтяного топлива метаном, этанолом и биодизелем, полученным с растительного сырья; получение и использование солнечной энергии; получение и использование ветровой энергии. [17]
Ветровые электростанции состоят из мачты, ротора, лопастей, самой сети ветровых электростанций. Его высота мачты 9 метров с растяжками, длина лопасти 3 метра. За счет скорости ветра и вращения лопастей можно получить энергию и экологически не наносить вреда водоемам.
Экономический расчет внедрения проекта для улучшения экологического состояния озера Балхаш.
Исходные данные:
Стоимость ветровой электростанции = 920 $/шт
Необходимое количество установок =1350 шт
ГЭС производит = 972кВт ч/год
Объем воды потребляемой ГЭС ≈ 2%
Работа установки = 360дней/год
Мощность одного устройства в год = 14400кВт ч./год
Период окупаемости. Формула расчета:
(5.1)Где Pi и Зi соответствующие результаты и инвестиционные затраты i-го периода;
P – норма дисконта (допустимо, что p = 15%);
m – норма расчетного года ; n – количество годов;
T – период жизненного цикла проекта;
В качестве расчета принимается год, что превышает в том, в котором результаты сравниваются с затратами или превышают их.
С двух альтернативных проектов менее рискованных будет проект с менее, периодической окупаемостью.
Необходимо снизить потребление ГЭС на ≈ 2% .
ΔǪГЭС= 972кВт.ч/год * 0,02 = 19,44 мил кВт ч/год
Δ V = 750км3/год*0,02 = 15,0км3/год.
Рассчитав необходимое количество стоимости установок;
Nуст. =
P уст = 1350 * 920 = 1,242мил ($);
Текущие затраты; С уст ≈ 50000 $ /год;
Ущерб причиненный ГЭС озеру Балхаш;
У = Δ Мi * Pi (5.2)
Ур =117. ƩУ = У1+У2 = 3,6*3,9 = 7,4мил $.
Таблица 5.12
Затраты в связи с установкой ветровой электростанцией, чистый дисконтированный доход
| Годы | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| Доход $ | 0 | 0 | 15 | 90 | 120 | 450 | 450 | 450 | 450 | 450 | 450 | 450 | 450 | 450 | 450 | 450 | 450 |
| Расход $ | 129 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 |
Срок окупаемости ветровой электростанции