Оценка эффективности использования ветровых энергоустановок в Курортном районе Санкт-Петербурга
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ИСТОРИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ 5
1.1. Понятие ветроэнергетики 5
1.2. Строение и виды энергоустановок 7
1.3. История развития ветроэнергетики в России и за рубежом 10
ГЛАВА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА И СОСТОЯНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ
КУРОРТНОГО РАЙОНА 17
2.1. Характеристика Курортного района 17
2.2. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБСТАНОВКА РАЙОНА 18
2.3. ЭНЕРГЕТИКА РАЙОНА 22
2.4. Характеристика и особенности ветрового режима района 24
ГЛАВА 3. РАСЧЁТ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ветровых ЭНЕРГОУСТАНОВОК 31
3.1. Необходимые значения выработки электрической энергии для
нужд Курортного района 31
3.2. Выбор ветровых энергоустановок, схема будущей ВЭС и её
расположение 32
3.3. Экономические расчёты ВЭС и сравнение с традиционной
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЕЙ 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 44
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 47
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ИСТОРИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ 5
1.1. Понятие ветроэнергетики 5
1.2. Строение и виды энергоустановок 7
1.3. История развития ветроэнергетики в России и за рубежом 10
ГЛАВА 2. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА И СОСТОЯНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ
КУРОРТНОГО РАЙОНА 17
2.1. Характеристика Курортного района 17
2.2. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБСТАНОВКА РАЙОНА 18
2.3. ЭНЕРГЕТИКА РАЙОНА 22
2.4. Характеристика и особенности ветрового режима района 24
ГЛАВА 3. РАСЧЁТ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ветровых ЭНЕРГОУСТАНОВОК 31
3.1. Необходимые значения выработки электрической энергии для
нужд Курортного района 31
3.2. Выбор ветровых энергоустановок, схема будущей ВЭС и её
расположение 32
3.3. Экономические расчёты ВЭС и сравнение с традиционной
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЕЙ 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 44
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 47
Развитие цивилизации всегда приводит к увеличению потребления энергоресурсов, большую часть истории выработка электроэнергии в основном осуществлялась за счёт традиционных источников, путём использования углеводородов таких как: древесина, уголь, нефть и другие. Но сегодня, в силу высокого уровня развития цивилизации и огромной численности населения планеты, мы всё больше слышим о проблеме исчерпаемости углеводородов, и возникшие от их использования, глобальные экологические проблемы.
И для устранения данных проблем существует решение, а именно, возобновляемые источники энергии. Возобновляемые источники энергии, базируются на постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Например, к таким источникам такого типа относятся: солнце, движущиеся водные массы, ветер, геотермальные воды и другие. В настоящий момент такие источники энергии становятся всё более и более актуальными, как для бытового применения, так и в производстве. Это связано с проблемами транспортировки ископаемого топлива, электрообеспечения районов с плохо развитой централизованной сетью и необходимостью решения существующих экологических проблем. Доля возобновляемых источников в мировом производстве электроэнергии на данный момент составляет - 28 %.
Данная работа акцентирует внимание на энергетику, производящую энергию при помощи энергии ветра - ветроэнергетику. Данная отрасль производства энергии сейчас получает всё большую популярность, связано это с дешевизной производства таких электростанций, но оказывающее значительное влияние географические условия и характер земной поверхности, не всегда способствует стройке таких электростанций, поэтому и приходится производить большое количество расчётов и проверок для оценки эффективности и целесообразности использования таких энергоустановок на различных территориях. Доля ветряных станций в производстве электроэнергии - 6%.
Актуальность исследования заключается в том, что экология Курортного района крайне важна, так как район является оздоровительным центром, на территории которого располагаются санатории, пансионаты, дома отдыха и другие оздоровительные учреждения, и поэтому, для сохранения благоприятной экологической обстановки в районе и производства электроэнергии, необходимо применение экологически чистых источников электроэнергии, к которым и относятся ветровые энергоустановки.
Объект исследования - ветроэнергетика
Предмет исследования - использование ветроэнергетики в Курортном районе.
Цель исследования - оценка эффективности использования ветровых энергоустановок в Курортном районе Санкт-Петербурга
Задачи исследования:
• Выяснить экологическую обстановку в Курортном районе;
• Изучить состояние энергетики Курортного района;
• Исследовать режимы ветров для использования их в качестве
источников альтернативной энергии;
• Произвести расчёты требуемых мощностей и количества
необходимых установок.
И для устранения данных проблем существует решение, а именно, возобновляемые источники энергии. Возобновляемые источники энергии, базируются на постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Например, к таким источникам такого типа относятся: солнце, движущиеся водные массы, ветер, геотермальные воды и другие. В настоящий момент такие источники энергии становятся всё более и более актуальными, как для бытового применения, так и в производстве. Это связано с проблемами транспортировки ископаемого топлива, электрообеспечения районов с плохо развитой централизованной сетью и необходимостью решения существующих экологических проблем. Доля возобновляемых источников в мировом производстве электроэнергии на данный момент составляет - 28 %.
Данная работа акцентирует внимание на энергетику, производящую энергию при помощи энергии ветра - ветроэнергетику. Данная отрасль производства энергии сейчас получает всё большую популярность, связано это с дешевизной производства таких электростанций, но оказывающее значительное влияние географические условия и характер земной поверхности, не всегда способствует стройке таких электростанций, поэтому и приходится производить большое количество расчётов и проверок для оценки эффективности и целесообразности использования таких энергоустановок на различных территориях. Доля ветряных станций в производстве электроэнергии - 6%.
Актуальность исследования заключается в том, что экология Курортного района крайне важна, так как район является оздоровительным центром, на территории которого располагаются санатории, пансионаты, дома отдыха и другие оздоровительные учреждения, и поэтому, для сохранения благоприятной экологической обстановки в районе и производства электроэнергии, необходимо применение экологически чистых источников электроэнергии, к которым и относятся ветровые энергоустановки.
Объект исследования - ветроэнергетика
Предмет исследования - использование ветроэнергетики в Курортном районе.
Цель исследования - оценка эффективности использования ветровых энергоустановок в Курортном районе Санкт-Петербурга
Задачи исследования:
• Выяснить экологическую обстановку в Курортном районе;
• Изучить состояние энергетики Курортного района;
• Исследовать режимы ветров для использования их в качестве
источников альтернативной энергии;
• Произвести расчёты требуемых мощностей и количества
необходимых установок.
Долгое время человек использует энергию ветра себе во благо, строя ветровые станции, которые выполняют различные функции, например как мельницы или электростанции. Современная практика и опыт различных стран доказывает, что использовать энергию ветра - это достаточно выгодное дело, и на это есть несколько причин:
1. Стоимость самого ветра равна нулю, в отличие от ископаемого или иного горючего топлива;
2. Электроэнергия производится из энергии ветра, а не за счёт сжигания углеводородов, продукты горения которых, наносят вред человеку и окружающей среде.
На основе расчётов и анализов, приведённых в данной выпускной квалификационной работе, можно сделать следующие выводы:
На территории Курортного района - благоприятная экологическая обстановка. Которая достигается за счёт высоких нормативов по обеспеченности населения территориями зеленых насаждений (18 м2/чел), большим количеством санаториев, пансионатов, домов отдыха и оздоровительных лагерей (85 объектов), низким уровнем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (11 из 18 место среди районов СПб по выбросам), а также расположением 4 ООПТ регионального значения.
Снабжение Курортного района электрической энергии осуществляется Северо-Западной ТЭЦ, которая расположена в Приморском районе. Наличие на территории района филиала ПАО «Россети Ленэнерго, в лице «Северные электрические сети», которая оказывает услуги по передаче электроэнергии и мощности, и присоединение потребителей к электрическим сетям на территории Санкт-Петербурга.
Среднегодовая скорость ветра за изучаемый 8-ми летний период, колеблется от 3.0 м/с и до 3.6 м/с (на высоте 10 м). В среднегодовом ходе повторяемости ветра в Курортном районе преобладают ветра западных направлений - 50.4% (западные ветра - 28.3%, юго-западные ветра - 16.3% и северо-западные ветра - 5.8%). Наибольшей повторяемостью, обладают ветра со скоростью 1.8-3.6 м/c и ветра со скоростью 3.6-5.8 м/c, со значением повторяемости в 47.1 % и 26 % соответственно, или же в сумме - 73.1 %.
Преобладающими ветрами в течение всего года на исследуемой территории являются западные ветра - 28.3% и юго-западные ветра - 16.3%. Преобладающими ветрами на территории района, в зимний период, а именно за январь, являются юго-западные ветра - 21.1% и восточные ветра - 14%. Преобладающими ветрами на территории района, в летний период, а именно за июль, являются западные ветра - 37.9% и северо-восточные ветра - 18.4%.
Для удовлетворения собственных нужд района в электрической энергии необходимо - 91 млн. кВт*ч (без учёта потерь при транспортировке
электроэнергии по сетям, на собственные нужды электростанции, а также на многочисленные санатории, пансионаты, наружное освещение района и для производственных предприятий).
Для ВЭС будут использоваться следующие ветроустановки - ВЭУ L100 2.5 МВт от «НоваВинд». Количество ветровых энергоустановок - 23.
Мощность ВЭС - 57.5 МВт. Занимаемая площадь ветропарка = 44 км2 или 4400 га.
Два предполагаемых места для постройки ВЭС. С целью минимизации воздействия ВЭС на население и окружающую среду, в виде шумового, вибрационного и визуального загрязнения, приоритет переходит ко второму варианту размещения станции, хоть и для этого потребуется дополнительных финансовых вложений, договорённостей с производителем ВЭУ и большего времени на строительство ВЭС.
Стоимость предполагаемой ВЭС не менее 8 млрд. рублей (без учёта дополнительных вложений, для постройки на акватории). Источником финансирования может быть Совместный фонд «Фортум» и «РОСНАНО». Предполагаемый срок окупаемости ВЭС = 18 лет, что при условии среднего срока службы ВЭС в 20-25 лет, это говорит о хорошей окупаемости.
За счёт использования ВЭС, экономится 98.7 тыс. тонн выбросов углекислого газа, если бы электрическая энергия необходимая для удовлетворения нужд населения Курортного района производилось на ТЭС, работающей на угле.
Таким образом, строительство ВЭС на территории Курортного района является обоснованным, с точки зрения: ветропотенциала; наличия удобного участка под строительство электростанции; отсутствия выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от такого типа электростанции, благодаря чему не будет ухудшаться экологическая обстановка района. Однако, для успешной реализации проекта по строительству данной ВЭС, потребуются значительные финансовые вложения, и особые договорённости с компанией «НоваВинд».
1. Стоимость самого ветра равна нулю, в отличие от ископаемого или иного горючего топлива;
2. Электроэнергия производится из энергии ветра, а не за счёт сжигания углеводородов, продукты горения которых, наносят вред человеку и окружающей среде.
На основе расчётов и анализов, приведённых в данной выпускной квалификационной работе, можно сделать следующие выводы:
На территории Курортного района - благоприятная экологическая обстановка. Которая достигается за счёт высоких нормативов по обеспеченности населения территориями зеленых насаждений (18 м2/чел), большим количеством санаториев, пансионатов, домов отдыха и оздоровительных лагерей (85 объектов), низким уровнем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (11 из 18 место среди районов СПб по выбросам), а также расположением 4 ООПТ регионального значения.
Снабжение Курортного района электрической энергии осуществляется Северо-Западной ТЭЦ, которая расположена в Приморском районе. Наличие на территории района филиала ПАО «Россети Ленэнерго, в лице «Северные электрические сети», которая оказывает услуги по передаче электроэнергии и мощности, и присоединение потребителей к электрическим сетям на территории Санкт-Петербурга.
Среднегодовая скорость ветра за изучаемый 8-ми летний период, колеблется от 3.0 м/с и до 3.6 м/с (на высоте 10 м). В среднегодовом ходе повторяемости ветра в Курортном районе преобладают ветра западных направлений - 50.4% (западные ветра - 28.3%, юго-западные ветра - 16.3% и северо-западные ветра - 5.8%). Наибольшей повторяемостью, обладают ветра со скоростью 1.8-3.6 м/c и ветра со скоростью 3.6-5.8 м/c, со значением повторяемости в 47.1 % и 26 % соответственно, или же в сумме - 73.1 %.
Преобладающими ветрами в течение всего года на исследуемой территории являются западные ветра - 28.3% и юго-западные ветра - 16.3%. Преобладающими ветрами на территории района, в зимний период, а именно за январь, являются юго-западные ветра - 21.1% и восточные ветра - 14%. Преобладающими ветрами на территории района, в летний период, а именно за июль, являются западные ветра - 37.9% и северо-восточные ветра - 18.4%.
Для удовлетворения собственных нужд района в электрической энергии необходимо - 91 млн. кВт*ч (без учёта потерь при транспортировке
электроэнергии по сетям, на собственные нужды электростанции, а также на многочисленные санатории, пансионаты, наружное освещение района и для производственных предприятий).
Для ВЭС будут использоваться следующие ветроустановки - ВЭУ L100 2.5 МВт от «НоваВинд». Количество ветровых энергоустановок - 23.
Мощность ВЭС - 57.5 МВт. Занимаемая площадь ветропарка = 44 км2 или 4400 га.
Два предполагаемых места для постройки ВЭС. С целью минимизации воздействия ВЭС на население и окружающую среду, в виде шумового, вибрационного и визуального загрязнения, приоритет переходит ко второму варианту размещения станции, хоть и для этого потребуется дополнительных финансовых вложений, договорённостей с производителем ВЭУ и большего времени на строительство ВЭС.
Стоимость предполагаемой ВЭС не менее 8 млрд. рублей (без учёта дополнительных вложений, для постройки на акватории). Источником финансирования может быть Совместный фонд «Фортум» и «РОСНАНО». Предполагаемый срок окупаемости ВЭС = 18 лет, что при условии среднего срока службы ВЭС в 20-25 лет, это говорит о хорошей окупаемости.
За счёт использования ВЭС, экономится 98.7 тыс. тонн выбросов углекислого газа, если бы электрическая энергия необходимая для удовлетворения нужд населения Курортного района производилось на ТЭС, работающей на угле.
Таким образом, строительство ВЭС на территории Курортного района является обоснованным, с точки зрения: ветропотенциала; наличия удобного участка под строительство электростанции; отсутствия выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от такого типа электростанции, благодаря чему не будет ухудшаться экологическая обстановка района. Однако, для успешной реализации проекта по строительству данной ВЭС, потребуются значительные финансовые вложения, и особые договорённости с компанией «НоваВинд».
