CC BY
127
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Таким образом, анализ снежного покрова в целом иллюстрирует характер загрязнений городских территорий. Однако в исследованиях необходимо учитывать, что на состав снежного покрова влияет содержание загрязнителей не только в атмосфере, но и в почве, а также на поверхностях деревьев, зданий, транс-
порта и проч. Очевидно, что экологические исследования снежного покрова перспективны, но требуют более детальной методологической проработки.
© Потемкин К. А., Радионова К. В., Кононова Е. В., 2012
УДК 621.311.24
А. Г. Пятков Научный руководитель - О. В. Тасейко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПОТЕНЦИАЛ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В КРАСНОЯРСКОМ КРАЕ
Производство энергии - необходимое средство для существования и развития человечества. Однако именно энергетика оказывает наиболее сильное воздействие на окружающую среду, экосистемы и биосферу в целом (изменение климата, кислотные осадки, всеобщее загрязнение среды и другие). Есть источники энергии, которые не загрязняют окружающую среду - альтернативные источники энергии (например, ветрогенерато-ры). Целью данной работы является анализ возможности использования ветрогенераторов для производства электроэнергии в Красноярском крае.
Ветрогенератор - устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую. Их делят на промышленные и домашние (для частного использования). Мощность современных промышленных ветрогенераторов достигает 6 МВт. Домашние отличаются меньшими мощностями, обычно до 1 КВт. Мощность ветроустановки зависит от диаметра пропеллера и скорости ветра. При среднегодовой скорости в 3,5 м/с, характерной для Красноярского края, можно принять, что среднеэнергетическая скорость составит около 5 м/с, а ветряк будет работать треть всего времени [1]. Важнейшая характеристика ветряка - коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ). У самых лучших образцов ветряков он достигает 60-80 %, в среднем порядка 40-45 %. Однако, для большинства ветрогенераторов КИЭВ = 35%. Мощность самого ветрогенератора можно рассчитать по формуле [2].
Р = Б2 У3/7000,
где Р - мощность [Вт]; Б - диаметр винта [м]; V -скорость ветра [м/с].
Энергия ветра имеет множество преимуществ: её выработка не загрязняет окружающую среду, затраты на ресурсы (ветер) отсутствуют, нужно только приобрести сам ветрогенератор и выбрать эффективно место его размещения. Однако есть сложности использования ветра. Во-первых, это непостоянство и локальный характер ветра. Во-вторых, энергия ветра
имеет кубическую зависимость от скорости, это значит, что если при средней скорости ветра 3 м/с ветряк выработает 400 кВтч, то при 4 м/с он уже будет вырабатывать уже 1500 кВтч. В итоге при незначительном увеличении скорости ветра значительно возрастает эффективность ветроустановки. Известно, что заметный рост скорости ветра наблюдается до 300350 метров над землей. Поэтому есть необходимость строить ветряки большей высоты, но это приводит увеличению затратам на строительство и безопасность такого сооружения. В-третьих, несовершенство техники (трение, нагрев проводов при передаче энергии, снижение емкости аккумуляторов и прочее) снижает эффективность ветрогенераторов.
Использование энергии ветра имеет значительный потенциал. Согласно публикации 10 всемирной ветроэнергетической конференции суммарно все турбины, установленные в мире на конец 2010 г., вырабатывают 430 ТВтч электроэнергии [3]. Это 2,5 % от общего числа вырабатываемой электроэнергии в мире. Этого объема вполне хватит, чтобы питать Великобританию с населением в 60 млн. человек. Дания 21 % электроэнергии получает при помощи ветроэнергетики (1 место) [3]. Россия же занимает только на 56 месте по общей выработке ветроэнергии [3].
Если проанализировать статистику скорости ветра в Красноярском крае [4], то можно выделить несколько областей с наибольшими значениями силы ветра (см. таблицу).
Скорость ветра некоторых районов Красноярского края
Область Средняя скорость ветра, м/с Повторяемость различных градаций скорости ветра за год, %
за отопительный период за три наиболее холодных месяца < 1 м/с 2-5 м/с 6-7 м/с >8 м/с
Ачинск 4,9 4,6 32 46 10 12
о. Диксон 7,5 8,2 11 28 15 46
Дудинка 5,6 5,3 15 41 32 27
Игарка 4,9 4,9 24 40 15 21
мыс Челюскин 6,7 7 10 32 18 40
Секция «Промышленная безопасность »
В этих районах перспективна промышленная установка ветрогенераторов. Так по формуле (1) мощность установки промышленного ветрогенератора с КИЭВ = 45 % и диаметром винта 25 м в районе мыса Челюскина:
Р = 0,45 • 252 • (0,1 • 13 + 0,32 • 3,53 + + 0,18 • 6,73 + 0,4 • 93) / 7000 = 14,45 кВт.
Установив сеть из таких ветрогенераторов, можно удовлетворить часть потребностей в электроэнергии ближайших городов. Если мы устанавливаем в районе г. Красноярска ветрогенератор на высоте 100 м, то скорость ветра по статистическим данным [4] в среднем будет 4,43 м/с. Тогда при КИЭВ = 35 % и диаметре винта 25 м получим мощность 2,7 кВт. Для поддержания полной автономности загородного дома этого не достаточно, однако если ветрогенератор дополнить дизель-генератором, то данной мощности вполне хватит для частного использования.
Одним из примеров уже работающей системы вет-рогенератором в такой ситуации является базовая станция сотовой связи. В связи с обширными территориями Красноярского края вести линию электропередачи до каждой станции затратно, но обеспечивать мобильной связью автодороги и ЖД-магистрали необходимо. В целях снижения затрат и нагрузки на экологию Сибирский филиал «МегаФона» использует удаленные базовые станции, электропитание которых производится именно с использованием силы ветра [5]. Мощность установок 6 кВт, они обеспечивают
85 % времени подачи питания. Оставшееся время станция питается от аккумуляторов и штатного дизельного генератора.
Таким образом, подходя комплексно к вопросу использования ветрогенераторов (учитывая отдалённость от линий электропитания, выбирая оптимально месторасположение, высоту, дополнительные источники энергии) и исходя из целей, для которых ветрогенератор устанавливается, в Красноярском крае можно эффективно использовать данный альтернативный источник энергии.
Библиографические ссылки
1. Патлах В. В. Энциклопедия Технологий и Методик [Электронный ресурс]. URL: http://patlah.ru (30.03.2012).
2. Германович В. Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы // Наука и техника, 2011.
3. World Wind Energy Association 2011 [Электронный ресурс]. URL: http://www.wwindea.org (30.03.2012).
4. Метеостатистика Красногорского края [Электронный ресурс]. URL: http://krasnoyarsk-meteo.ru (30.03.2012).
5. CNews, «МегаФон» начал использовать вет-рогенераторы [Электронный ресурс]. URL: http://www.cnews.ru (30.03.2012).
© Пятков А. Г., 2012
УДК 669.713.7
А. В. Снытко Научный руководитель - О. В. Тасейко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ КАК ИСТОЧНИК АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ
Рассмотрено применение тепловых насосов, как основы современной энергетики. Выделив основные преимущества тепловых насосов, а также, опираясь на пример зарубежных стран, автор рассматривает Красноярский край как возможный регион для применения данного вида установок.
В современном мире проблемы и недостатки «традиционных» технологий выработки энергии, ставят перед учеными всего мира проблему нахождения и разработки новых альтернативных технологий, которые можно было бы назвать безотходными, безопасными и неисчерпаемыми. К ним относят, прежде всего, установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле. Одним из таких источников являются тепловые насосы.
Тепловым насосом называется термодинамическая система (техническое устройство), позволяющая трансформировать теплоту с низкого температурного уровня (непригодную для прямого использования) на более высокий при определенных затратах механической (электрической) энергии [1]. К очевидным преимуществам теплового насоса можно отнести:
• экономичность. Низкое энергопотребление достигается за счет высокого КПД (от 300 до 800 %) и позволяет получить на 1 кВт фактически затраченной энергии 3-8 кВт тепловой энергии или до 2,5 кВт мощности по охлаждению на выходе;
• экологичность. Экологически чистый метод отопления и кондиционирования как для окружающей среды так и для людей, находящихся в помещении. Применение тепловых насосов - это сбережение не-возобновляемых энергоресурсов и защита окружающей среды, в том числе и путем сокращения выбросов СО2 в атмосферу.
• безопасность. Нет открытого пламени, нет выхлопа, нет сажи, нет запаха солярки, исключена утечка газа, разлив мазута. Нет пожароопасных хранилищ для угля, дров, мазута или солярки;
