Vejo ir saules energijos
5 (100%) 1 vote

Vejo ir saules energijos

TURINYS:

VĖJO ENERGIJA 2

KAIP BUVO PRADĖTA NAUDOTI VĖJO ENERGIJA? 2

VĖJO ENERGETINĖS CHARAKTERISTIKOS 3

VĖJO JĖGAINIŲ STATYBOS VIETA 5

VĖJO JĖGAINIŲ ĮRENGINIAI 6

VĖJO JĖGAINIŲ PANAUDOJIMO SRITYS 10

KIEK KAINUOJA VĖJO ENERGIJA 10

VĖJO JĖGAINIŲ POVEIKIS APLINKAI 10

VĖJO ELEKTRINIŲ PANAUDOJIMO LIETUVOJE GALIMYBĖS 13

ĮDOMŪS FAKTAI APIE VĖJO ENERGIJĄ 14

SAULĖS ENERGIJA 15

LIETUVOS SAULĖS ENERGIJOS IŠTEKLIAI 17

KLIŪTYS SAULĖS ENERGETIKOS KELYJE 18

SAULĖS ENERGIJOS PANAUDOJIMAS 21

ĮDOMŪS FAKTAI APIE SAULĖS ENERGIJĄ 22

LITERATŪRA: 23

VĖJO ENERGIJA

Vėjo energija, tai viena iš Saulės energijos formų. Saulei nevienodai

įšildžius Žemės paviršių ir ją gaubiantį oro sluoksnį, atsiranda oro masių

judėjimas, kitaip tariant kyla vėjas. Vėjų kinetinė energija Žemėje

apytiksliai sudaro 0,25 % Saulės energijos, pasiekiančios žemės paviršių

(apie 0,7×1021 J). Tačiau praktiniam naudojimui prieinamas arba vadinamasis

vėjo energijos techninis potencialas sudaro tik 1,5 % teorinių vėjo

energijos resursų. Realiai ekonomiškai apsimokantis potencialas sudaro tik

nedidelę techninio vėjo energijos potencialo dalį. Bet tai priklauso nuo

vėjo energetikos išvystymo lygio, kitų energijos rūšių kainų.

Lietuva nepasižymi pastoviais ir stipriais vėjais, tačiau panašios

geografinės sąlygos yra daugelyje Vakarų Europos šalių, kuriose

pastaruosius 10-15 metų vėjo energetika sparčiai vystoma. Tuo tarpu

Lietuvoje vėjo energija kol kas beveik nenaudojama. Nors, kad vėjo jėgainės

gali veikti ir pas mus, rodo kelių šimtų metų vėjo malūnų naudojimo

patirtis.

Reikia pastebėti, kad vėjo resursų įsisavinimas sparčiausiai vyksta

dažniausiai ne tose šalyse, kur geriausios vėjo sąlygos, bet tose, kur

šalių vyriausybės sudaro tinkamas sąlygas vėjo jėgainių statybai, priimdama

tam palankius įstatymus. Tai ypač ryšku Vokietijoje, kuri šiuo metu yra

neabejotina vėjo energetikos lyderė pasaulyje. Šioje šalyje veikia

įstatymai, skatinantys elektros energijos gamybą vėjo jėgainėse ir

suteikiantys 20 metų garantiją, kad pagaminta elektros energija bus

superkama palankiomis gamintojui kainomis.

KAIP BUVO PRADĖTA NAUDOTI VĖJO ENERGIJA?

Pirmiausiai vėjo energija buvo naudojama kaip varomoji jėga buriniuose

laivuose ir tik vėliau buvo sukurti mechanizmai – vėjo malūnai, kurie vėjo

energiją paversdavo mechaniniu darbu ir buvo naudojami grūdams malti ar

įvairioms darbo mašinoms sukti. Europoje pirmą kartą vėjo malūnas paminėtas

IX a. Vėliau, X a. buvo aprašyti Persijos malūnai su vertikaliąja sparnų

ašimi. Seniausi Europos vėjo malūnų atvaizdai yra išlikę iš XII a. Vėjo

malūnai Lietuvą pasiekė XIV a. per Baltiją – judrų prekybos kelią. Pirmieji

iš baltų su malūnais susipažino prie Baltijos jūros gyvenę senieji prūsai.

Čia buvo pradėti statyti pirmieji vėjo malūnai, su sparnais, nuolat

atsuktais į vyraujantį vėją. Vėliau iš tokių malūnų atsirado ir malūnai,

gręžiami į vėją visu liemeniu (stiebiniai). Tik nuo XVIII a. pradeda plisti

tobulesni, kepuriniai malūnai, kurių sparnus į vėją galima pasukti

viršutine dalimi – kepure. Daugiausiai vėjo malūnų Lietuvoje pradžioje buvo

pajūryje, vėliau jie plinta Vidurio Lietuvoje Šiaulių, Panevėžio, Joniškio,

Šakių, Vilkaviškio apskrityse. XIX a. jie sudarė 54 % visų malūnų (kiti 43%

– vandens ir 3 % garo malūnai). 1914 – 1921 metų kartografinės medžiagos

duomenimis, Lietuvoje buvo apie 900 vėjo malūnų, dažnai, kai kuriose

gyvenvietėse net po kelis.

 

VĖJO ENERGETINĖS CHARAKTERISTIKOS

Vėjo greitis. Svarbiausia vėjo, kaip energijos šaltinio charakteristika yra

jo greitis. Matuojamas vėjo greitis specialiais prietaisais, parodančiais

momentinį vėjo greitį arba vidutinį vėjo greitį per tam tikrą laiko tarpą.

Paprasčiausias prietaisas parodantis momentinį vėjo greitį ir kryptį yra

Vildo fliugeris (vėjarodis). Anksčiau tai buvo pagrindinis vėjo stiprumo

matavimo prietaisas. Tai stačiakampė metalinė lenta, pakabinta ant ašies ir

savo plokštuma nuolat atsukta į vėją. Pagal lentos atsilenkimo kampą

apytiksliai nustatomas vėjo greitis. Nors fliugeris yra paprastas ir pigus

prietaisas, bet dėl nepakankamo tikslumo mažai tinkamas vėjo energetinių

charakteristikų nustatymui. Tiksliam vėjo greičio matavimui naudojami

įvairių konstrukcijų anemometrai, kuriais gali būti nustatomas tiek

momentinis, tiek vidutinis vėjo greitis per tam tikrą laiką.

Tam, kad būtų galima spręsti apie vėjo energijos panaudojimo galimybes

konkrečioje vietovėje, daugelyje šalių, kur vystoma vėjo energetika,

sudaryti vėjo atlasai. Pateikiami vėjo atlasuose duomenys leidžia vėjo

jėgainių kūrėjams ir būsimiems savininkams tinkamai parinkti vėjo jėgainės

tipą, gana tiksliai apskaičiuoti galimą gauti energijos kiekį, pagrindinius

ekonominius parametrus. Lietuvos vėjo atlaso, analogiško užsienio šalių

vėjo atlasams nėra. Remiantis vėjo greičio matavimų Lietuvos

meteorologinėse stotyse duomenimis, Lietuvos energetikos institute

sudarytas tik apytikslis vėjo greičių pasiskirstymo žemėlapis (2.1 pav).

Vėjo greičio matavimai meteorologijos stotyse atliekami standartiniame
10 m

aukštyje nuo žemės paviršiaus, lygiais laiko tarpais (dažniausiai kas trys

valandos), po to apskaičiuojamas vidutinis greitis per matavimo laikotarpį,

susumuojant visas greičio reikšmes ir padalinant iš matavimų skaičiaus.

Pradinis vėjo greitis, kuriam esant vėjo jėgainės pradeda veikti,

dažniausiai būna 3,5 – 4,5 m/s. Vėjo greičiui pasiekus 25 m/s, dauguma vėjo

jėgainių stabdomos. Vėjo jėgainių konstrukciniai elementai skaičiuojami

apkrovoms, kurios kyla esant 60 m/s vėjo greičiui. Vėjo greitis, kuria

esant vėjo jėgainės pasiekia skaičiuojamąją vardinę galią, paprastai būna

apytiksliai lygus tos vietovės, kurioje statoma vėjo jėgainė dvigubam

vidutiniam metiniam vėjo greičiui, vėjaračio ašies aukštyje. Nedidelėms

vėjo jėgainėms vardinis vėjo greitis dažniausiai būna apie 8 – 10 m/s, o

didelėms, su aukštai iškeltais vėjaračiais – 12 –15 m/s.

 

[pic]2.1 pav. Vidutinis vėjo greitis ir vėjo energijos potencialas 10 m

aukštyje 

 

Nemažą įtaką vėjo greičio dydžiui turi aukštis nuo žemės paviršiaus.

Paprastai vėjo greitis meteorologinėse stotyse matuojamas 10 m aukštyje nuo

žemės paviršiaus, tačiau vėjo jėgainių vėjaračiai gali būti įvairiuose

aukščiuose, todėl vėjo greitį jėgainės ašies aukštyje galima apskaičiuoti

pagal tokią formulę:

 

[pic],                                                          

                            (2.1)

 

čia: v1 – vėjo greitis (m/s) išmatuotas aukštyje h1 (m);

      v2 – vėjo greitis (m/s) vėjaračio ašies aukštyje h2 (m);

      n – laipsnio rodiklis, įvertinantis vietovės šiurkštumo laipsnį, n =

0,1 – 0,4 (atvirose vietovėse su neaukštų pasėlių plotais n = 0,14;

miškingose vietose n = 0,3; užstatytose pastatais  n > 0,4).

Pavyzdžiui, kaip vėjo greitis kinta priklausomai nuo aukščio parodyta  2.1

lentelėje.

  

|Vėjo greitis|Vėjo greitis v2, m/s aukštyje h2, m |

|v1, m/s 10 m| |

|aukštyje | |

| |15 |20 |25 |50 |75 |100 |

|3,5 |3,7 |3,86 |3,98 |4,36 |4,64 |4,83 |

|4 |4,23 |4,41 |4,55 |5,01 |5,3 |5,52 |

|4,5 |4.76 |4,96 |5,12 |5,64 |5,97 |6,21 |

|5 |5,29 |5,51 |5,68 |6,26 |6,63 |6,9 |

|5,5 |5,82 |6,06 |6,25 |6,89 |7,29 |7,52 |

 

2.1 lentelė. Vėjo greičio priklausomybė nuo aukščioVėjo energetinis potencialas. Vėjo energijos  potencialas suprantamas kaip

galia, kurią turi judėdamas oro srautas. Oro srauto galia P vatais, (W)

 

[pic],                                                                      

                  (2.2)

 

čia :   r – oro tankis, kg/m3; paprastai vėjo energetiniuose skaičiavimuose

priimama r = 1,25 kg/m3 (esant 10 oC temperatūrai ir 760 mm Hg slėgiui);

          v – oro srauto greitis, m/s;.

          A – plotas, pro kurį praeina oro srautas, m2.

 

Žinant vidutinį vėjo greitį vvid (m/s), vėjo energijos potencialą Pvp,

(lyginamąją oro srauto galią) (W/m2), galima apskaičiuoti iš tokios

formules:

[pic].                                                                      

               (2.3)

VĖJO JĖGAINIŲ STATYBOS VIETA

Norint įvertinti konkrečios aikštelės tinkamumą vėjo jėgainių statybai, yra

būtina atlikti papildomus nors 6 – 12 mėn. trukmės vėjo greičio matavimus

pasirinktoje vėjo jėgainės statybai aikštelėje. Parenkant vėjo jėgainės

statybos vietą, būtina atsižvelgti į:

·      žemės paviršiaus reljefą:

·      kliūtis vėjui;

·      vietovės šiurkštumą;

·      kad vidutinis metinis vėjo greitis 10 m aukštyje būtų  ne mažesnis

negu 3,5 m/s.

Vėjo jėgainės statomos ten, kur yra pakankamai didelis vėjo greitis ir

mažas jo turbulentiškumas. Vėjo turbulentiškumą sukelia sūkuriai, kurie

atsiranda vėjui aptekant įvairias kliūtis Vėjo greitis žymiai padidėja ant

kalvų, kurių šlaitai lygūs ir neapaugę mišku. Didelę įtaką vėjo greičiui

turi ir netoli vėjo jėgainės esantys pastatai ar pavieniai medžiai (2.4

pav).

[pic]

2.4 pav. Vėjo greičio sumažėjimas aptekant kliūtįJei yra pavienių kliūčių vėjui, jėgainės statomos nuo kliūties atstumu ne

mažesniu kaip 18 – 20 šios kliūties aukščių arba vėjaratį pakeliant į tokį

aukštį, kad jo apačia nuo žemės paviršiaus būtų ne mažesniu atstumu, kaip

dvigubas kliūties aukštis. Nuo medžių eilės jėgainės statomos ne arčiau,

kaip 2,5 medžių aukščiai arba iškeliant vėjaratį virš 3 medžių aukščių.

Geriausia vieta vėjo jėgainei – ant atviros kalvos, kurios aukštėjimo

kampas iki 160, viršūnės. Be to, saugumo sumetimais (avarijų atveju), o

taip pat atsižvelgiant į keliamą triukšmą, jėgainės atstumas nuo statinių

turėtų būti ne mažesnis, negu 6 – 8 
vėjaračio skersmenys.

VĖJO JĖGAINIŲ ĮRENGINIAI

Vėjo energija paverčiama mechaniniu darbu ir kita energijos rūšimi vėjo

jėgainėse. Vėjo jėgainės gali būti klasifikuojamos pagal vėjaračio tipą ir

vėjaračio ašies padėtį. Pagrindinių vėjaračių tipų schemos pateiktos 2.3

pav. Pagal vėjaračio ašies padėtį, vėjo jėgainės būna vertikaliosios ir

horizontaliosios ašies. Dažniausiai naudojamose horizontaliosios ašies

jėgainėse su mentiniais vėjaračiais, mentės būna paprastos neprofilinės,

įtvirtintos stebulėje tam tikru kampu ir profilinės. Pirmu atveju vėjaračio

sukimui išnaudojama pasipriešinimo jėga ir mentės galo linijinis greitis

būna artimas vėjo greičiui. Vėjaračiuose su specialaus aerodinaminio

profilio mentėmis išnaudojama jų keliamoji jėga, o mentės galo linijinis

greitis būna žymiai didesnis už vėjo greitį.

Vėjaračio dydį charakterizuoja darbo plotas, statmenas vėjo krypčiai, kurį

jis besisukdamas užima erdvėje, kartais vadinamas vėjaračio “šluojamuoju”

plotu. Įprastiems vėjaračiams su horizontaliąja ašimi šis plotas A, (m2)

yra

 

[pic],                                                                      

                              (2.4)

 

čia D – vėjaračio skersmuo, m.

 

Stačiakampio formos vėjaračiams (H – pavidalo, karuseliniams)

 

[pic],                                

                                                                 (2.5)      

čia h – vėjaračio mentės aukštis (ilgis), m.

[pic]

 

2.3 pav. Vėjaračių tipai: 1,2,3 – karuseliniai ir būgniniai; 4 – kaušinis;

5 – daugiamentis;

6 – vienmentis (su kontrasvoriu);  7 – dvimentis;  8 – trijų menčių;  9 –

Savonijaus tipo;

10 – H  pavidalo ortogonalinis; 11 – Darje tipo

 

Vėjo jėgainės galia. Vėjaračio išvystoma galia mažai priklauso nuo  menčių

skaičiaus. Svarbiausią reikšmę turi menčių forma, jų profilis, padėtis vėjo

sraute ir vėjaračio darbo plotas. Tačiau daugiamenčiai vėjaračiai turi

didesnį pradinį sukimo momentą esant mažam vėjo greičiui ir maksimalią

galią jie pasiekia esant nedideliam  sukimosi greičiui.

Vėjaračio išvystoma galia yra mažesnė už vėjo srauto galią. Kokią vėjo

srauto galios dalį vėjaratis paverčia mechanine galia, parodo vėjo

energijos išnaudojimo arba dar vadinamas galios koeficientas cp.

Vėjo jėgainės galia P vatais (W), nustatoma iš formulės 

                                  

[pic],                                                                

     (2.6)

 

čia:  r – oro tankis, kg/m3, r » 1,25 kg/m3;

        vv – vardinis vėjo greitis, m/s, vv » 2vvid;

        A – vėjaračio darbo plotas, m2;

        cp – jėgainės galios koeficientas, cp » (0,3 – 0,45);

        hp – pavarų naudingumo koeficientas (hp » 0,8 – 0,9);

        hg – el. generatoriaus naudingumo koeficientas (hg » 0,75 – 0,8). 

 

Visos kinetinės vėjo energijos negalima panaudoti. Oro srautas, praėjęs pro

vėjaratį ir atidavęs jam dalį savo energijos, dar turi turėti tam tikrą

greitį, kad pasitrauktų nuo vėjaračio, netrukdydamas atitekančiam oro

srautui. Teoriškai yra apskaičiuota, kad idealaus vėjaračio maksimali cp

reikšmė yra 0,593. Tobuliausių šiuo metu gaminamų vėjaračių, dažniausiai

naudojamų horizontalios ašies jėgainėse, pasiekiama maksimali cp reikšmė

yra 0,45 – 0,48. Vėjaračiai, naudojantys pasipriešinimo jėgą (2.3 pav.

1,2,3,4), turi mažą galios koeficientą, paprastai neviršijantį  0,14 –

0,18. Šiek tiek didesnius cp turi Savonijaus tipo vėjaratis ir daugiamentis

vėjaratis su neprofilinėmis mentimis. Jų galios koeficientas siekia 0,24 –

0,28. Vandens siurblių pavarai mažiau, bet dar naudojamos vėjo jėgainės su

daugiamenčiais vėjaračiais (2.3 pav. 5). Šių jėgainių privalumas yra tas,

kad jos pradeda veikti esant mažam vėjo greičiui ir išvysto didelį sukimo

momentą, kas yra svarbu tūrinių vandens siurblių pavarai. Nemažas

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 2817 žodžiai iš 9382 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.