ЭНЕРГИЯ ВЕТРА
2.1. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВЕТРА И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ
Движение воздуха в атмосфере — ветер — возникает под действием различных сил. Прежде всего, это силы, связанные с изменением давления по высоте: у поверхности Земли эти силы больше, чем на границе атмосферы. Возникает также разность давлений в горизонтальной плоскости — барический градиент, который вынуждает воздух перемещаться в горизонтальном направлении, вращение Земли и связанное с ним действие силы Кориолиса также оказывает воздействие на поток воздуха. Неравномерный нагрев атмосферы, земной поверхности н мирового океана из-за солнечной радиации, проявление сил внутреннего трения воздуха входят в число факторов, влияющих на возникновение воздушных потоков.
Глобальная циркуляция воздуха в атмосфере выглядит следующим образом (рис. 2.1).
В области экватора воздух нагревается и поднимается вверх. Верхние слои движутся в направлении полюсов, там охлаждаются и опускаются к Земле. Охлажденные слои скользят у земной поверхности от полюсов к экватору.
Основные характеристики ветра — скорость и его направление крайне переменчивы и зависят от многих факторов. Так, на характеристики ветра влияют рельеф местности, равнинный или гористый, удаленность от берегов морей и океанов, климатические сезоны и т. д. Наряду с этим, существуют зоны стабильных ветров — пассатов в области, лежащей между 25 и 30° северной и южной широтами соответственно. Постоянный западный ветер дует
с запада на восток в полосе от 40 до 60° южной широты. Постоянно дующими ветрами являются муссоны в Индийском океане. Их направление меняется в зависимости от сезона: летом дуют юго-западные муссоны, а зимой — северо — восточные [42].
Скорость ветра может меняться в широких пределах: от легкого дуновения до урагана. Ее максимальное значение 115,5 м/с зарегистрировано на горе Вашингтон в США в 1934 г.
Колоссальная энергия ветра наносила и продолжает наносить громадный ущерб в виде разрушенных при ураганах зданий, линий электропередачи, связи, береговых защитных сооружений, затопленных или выброшенных на берег судов и т. д.
Человечество с давних времен научилось использовать энергию ветра с помощью парусов в морских судах, ветряных мельниц для помола зерна, перекачки воды. Первые ветряные мельницы, относящиеся к IV столетию до нашей эры, найдены в Египте. Позже они распространились на Ближнем Востоке и в Европе.
На современном этапе главное направление в использовании энергии ветра — выработка электроэнергии, хотя не отказались и от перекачки воды, и от использования парусов на судах (иногда достаточно крупных с управляемыми компьютером парусами).
Новый подход к реализации энергии ветра в форме электроэнергии заста — рцЛ многие страны в первую очередь оценить имеющийся ветроэнергетический потенциал на своих территориях и включить ветроэнергетику в нацио — лапьные энергетические программы.
Наиболее благоприятными районами с высокой энергией ветра являются побережье морей и океанов, прибрежные (шельфовые) воды, предгорья, тропическая зона с устойчивыми ветрами, Средиземноморье, степные районы и др.
Мировой потенциал энергии ветра оценивается величиной, соответствующей 1,45-Ю12 тонн условного топлива в год, а на территории РБ — 2,17’Ю6 тонн условного топлива в год [43]. Представление о распределении скоростей ветра на территории Беларуси дает карта (рис. 2.2), составленная по материалам, полученным Минским энергетическим центром в рамках выполнения программы TACIS. При оценке потенциала ветра выбирают его скорость на высоте 10 м над поверхностью земли, чтобы уменьшить влияние шероховатости, т. е. различных препятствий в виде невысоких строений, кустарников, де — >евьев и т. д. С увеличением высоты скорость ветра растет по закону
|
Рис. 2.2. Карта распределения скоростей ветра на территории РБ |
где V) — скорость ветра на высоте Н j=10 м, м/с; V — скорость ветра на расчетное высоте, м/с; п — показатель степени, зависящий от состояния поверхности (лля ровной поверхности площади п=1/7) [44].