Оценка возможностей применения лесонасаждений для повышения эффективности ветроэнергетических установок

• Автор: Турко, Светлана Юрьевна
• Шифр специальности: 06.03.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 283 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. История и современное состояние вопроса развития ветроэнергетики и возможности использования лесонасаждений для повышения эффективности работы ветроэнергетических установок (ВЭУ)
1.1 Влияние лесных полос и куртинных лесонасаждений на трансформацию воздушных потоков
1.2. Развитие ветроэнергетики в мировой практике и в России
1.3. Возможности использования лесонасаждений для повышения эффективности работы ветроэнергетических установок (ВЭУ)
Глава 2. Программа и методика исследований
2.1. Программа исследований
2.2. Методика исследований
2.2.1. Оценка ветровой деятельности на Северном Кавказе и в Нижнем Поволжье с точки зрения использования ветроэнергетики
2.2.2. Закономерности возрастного формирования древостоев и их долговечность на землях разной лесопригодности на предкавказских черноземах и почвах каштанового типа
2.2.3. Исследовать формирование режима скоростей ветра над кронами лесонасаждений и установить пределы повышения энергоотдачи ветроэнергетических установок (ВЭУ) совмещенных с лесонасаждениями
2.2.4. Разработка макетного образца маломощной ВЭУ для проведения полевых экспериментов при совмещении ВЭУ с лесонасаждениями
2.2.5. Исследовать в полевых условиях и установить натурный эффект совмещения ВЭУ с лесонасаждениями для идентификации материалов модельных экспериментов в полевых исследованиях
2.2.6. Разработка математической модели и ее компьютерная реализация, обеспечивающие выбор оптимальных параметров и наиболее рациональных режимов работы комплекса «лесонасаждение - ВЭУ»
2.2.7. Экономическая оценка работы ВЭУ совмещенной с лесонасаждением и размещенной на отрытом пространстве с использованием имитационного моделирования
2.2.7.1. Математическая модель экономической оценки эффективности работы ВЭУ совмещенной с лесонасаждением и размещенной на открытом пространстве
2.2.1.2. Оценочные экономические расчеты работы ВЭУ совмещенной с лесонасаждениями и размещенных на открытом пространстве в разных природно-климатических условиях
Глава 3. Ветровой режим на юге и юго-востоке европейской части
России
Выводы

Глава 4. Закономерности возрастного формирования древостоев и их долговечность на землях разной лесопригодности на предкав-казских черноземах и почвах каштанового типа
4.1. Теоретическая база для прогноза формирования древостоев в куртинных и линейных лесонасаждениях совмещенных с ВЭУ
Выводы
Глава 5. Исследование характера формирования режима скоростей ветра над кронами лесонасаждений и установление пределов повышения энергоотдачи ветроэнергетических установок (ВЭУ)
совмещенных с лесонасаждениями
Выводы
Глава 6. Математические модели и их компьютерная реализация, обеспечивающие выбор оптимальных режимов работы комплексов «лесонасаждение - ВЭУ»
6.1 Выбор параметров комплекса «лесонасаждение — ВЭУ» при одиночном размещении лесонасаждения в пространстве с учетом ее проектной высоты
6.2 Оптимизация совмещения ВЭУ с лесонасаждениями при групповом их размещении
6.3 Динамическая математическая модель и ее компьютерная реализация для оценки эффекта от совмещения ВЭУ с лесонасаждением с учетом возрастных изменений последнего
Выводы
Глава 7. Экономическая оценка работы ВЭУ совмещенной с лесонасаждением и размещенной на открытом пространстве с использованием имитационного моделирования
7.1. Математическая модель для экономической оценки эффективности работы ВЭУ совмещенной с лесонасаждением и размещенной на открытом пространстве
7.2. Оценочные экономические расчеты работы ВЭУ совмещенных с лесонасаждениями и размещенных на открытом пространстве в разных
природно-климатических условиях
Выводы
Заключение
Литература
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Добыча и использование традиционных энергоресурсов, само функционирование и развитие топливно-энергетического комплекса ТЭК оказывают чрезвычайно большое дестабилизирующее воздействие, как на воспроизводство природных ресурсов, так и на окружающую среду. На долю ТЭК приходится половина всех загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу от стационарных источников, более 15% сбросов загрязненных сточных вод [14, 83]. Разработка открытых, наиболее дешевых, месторождений энергоресурсов в ТЭК приводит к появлению нарушенных земель, поскольку зачастую природные ресурсы расходуются расточительно и неэффективно. Во многих регионах России экологическая ситуация обостряется.
На состоявшейся в июне 1992 г. конференции ООН по окружающей среде Россия была названа в группе самых загрязненных в экологическом отношении стран на планете. Если в недавнем прошлом Россия воспринималась развитыми капиталистическими странами как источник военной опасности, то в настоящее время она представляет экологическую опасность для мирового сообщества. Экологическая безопасность - проблема, от решения которой во многом зависит и будущее реформируемой России. Поэтому должно быть осуществлено решение наиболее актуальных прикладных и фундаментальнометодологических проблем эколого-безопасного развития страны. Реализация принимаемых программ должна приводить к разработке научных основ экологической политики России, созданию соответствующего комплекса практических мер и технических средств обеспечения экологической безопасности страны. С точки зрения хозяйствования важен поиск экономии расхода энергоресурсов, а с точки зрения природопользования важен поиск альтернативных ресурсосберегающих вариантов решения энергетических проблем.
Одним из путей снижения остроты указанных выше проблем, а также обеспечения в большей мере энергоресурсами хозяйственных комплексов стра-

представляют собой лесопосадки.
Принцип действия устройства следующий. Ветровой поток проходит по ветроводам, образованным лесопосадками, и концентрируется на лопастях вет-роколеса. При этом, согласно известному принципу Бернулли, ветровой поток ускоряется.
Предлагаемая «Ветровая плотина» предназначена для производства электроэнергии в промышленных масштабах. Вместе с тем, промышленное производство электроэнергии связано с рядом проблем. Очевидно, что максимально получаемая мощность на оси ветроколеса пропорциональна площади сечения воздушного потока, захватываемого ветроколесом при вращении, т.е. либо квадрату радиуса ветроколеса, либо произведению диаметра ветроколеса на его высоту. Таким образом, промышленное производство электроэнергии возможно для ВЭС с большим диаметром ветроколеса. Но существуют чисто физические ограничения на размер ветроколеса. К тому же ВЭС с большим ветроколесом и высокой башней — сооружение дорогостоящее в эксплуатации и в строительстве. При этом, чем больше размер ветроколеса, тем выше нижняя граница интервала рабочих скоростей ветра, т.е. при слабом ветре ветроколесо не вращается. Таким образом, простои ветродвигателя из-за слабых ветров для больших ветроколес значительно чаще.
Предлагаемое решение - замена большого ветроколеса на комплекс «средних размеров ветроколесо+ветровая плотина» в определенной мере устраняет указанные проблемы, чем значительно повышает эффективность ВЭС. Возможность промышленного производства энергии определяется стоимостью сооружения и эксплуатации ВЭС. В целях их удешевления предложена ветровая плотина, выполненная не в виде искусственных сооружений из бетона или стали, а в виде древесных насаждений.
Данное решение позволяет снизить расходы на создание и эксплуатацию ветроплотины к минимуму. Территория, занимаемая ветровой плотиной, остается открытой для использования в сельском хозяйстве. Если в качестве древесных насаждений использовать тополь (чей прирост для некоторых сортов 2-3 м в год), то