Тік қалақшалы Дарье жел турбинасының жұмысы кезіндегі атқылау жылдамдығы мен бұрышын анықтау


Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .6
1. Жел энергетикасы туралы жалпы түсіні ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .10
1.1 Жел энергиясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .11
1.2Қазақстан Республикасындағы болашақтағы жел энергетикасының дамуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16
1.3 Жел энергетикасының қазіргі және болашақтағы жағдайы ... ... ... ... ... ..17 1.4 Жел электр энергиясын бағалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .26
2. Жел энергетикалық құрылғыларының негізгі типтері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...28
2.1 Жел электр қондырғысының желдің бағытына тәуелділігі ... ... ... ... ... ... ... 35
2.2 Жел энергиясын пайдалану коэффициенті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...36
2.3 Қазақстандағы жел энергетикасының ресурстары ... ... ... ... ... ... ... ...37 3. Дарье желтурбинасының аэродинамикасы
Турбинаның айналу моментін есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .45
3.1 Трубка тоғының теориясын пайдалана отырып Дарье жел турбинасының желге қарсы және ық жақтарындағы энергияны пайдалану коэффициентін табу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .51
3.2Турбинаның жел энергиясын пайдалану коэффициентін анықтау және қуатын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .57
3.3 Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...59
4. Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .60
Экология – дүние жүзіндегі аса өткір мәселе. Қоршаған ортаны қорғаудың ең басты жолы – зиянды газдардың концентрациясын төмендету, жаңа технологияларды өндіріске енгізу. 1992-жылы Рио-де-Жанейрода планетадағы климаттың өзгеруіне байланысты Біріккен Ұлттар Ұйымы қабылдаған Рамкалы Конвенцияға Қазақстанның да енуіне байланысты парниктік эффектіні азайту үшін энергияның сарқылмайтын көздерін (гелио, гидро, жел) соның ішінде елімізде қоры мол жел энергиясын (32200 млд.кВт.сағат/жылына) пайдалану актуальді мәселе болып табылады.
Біріккен Ұлттар Ұйымының (БҰҰ) эксперттерінің соңғы мәліметтері бойынша Қазақстандағы өнеркәсіп орындары атмосфераға жылына 500 млн.тонна улы, парниктік газдарды шығаруда. Зиянды заттардың көп бөлігін шығаратын өндірістердің: ішінде жылу электр станциялары құрайды [1]. Өндірістің қуатын арттырған сайын энергия көп жұмсалады, осыған орай атмосфераға шығаратын парникті газдардың көлемі де арта бермек. Сондықтанда экологиялық таза энергияны өндіруді қолға алар кез келді. 2030 жылға дейін еліміздің энергетикасын дамыту туралы үкімет бағдарламасында барлық энергияның 500 мегаватын(МВт) жел электр станциялары өндіреді делінген. Жел энергиясын өндіру мемлекетімізге арзанға түспек. Осыған байланысты жел электр агрегаттарын өндіріске енгізу қажет.
Қазіргі жел агрегаттары оп-оңай жасала салған құрылғылар емес, осы заманғы ғылым мен техниканың жемісі. Сондықтан, олардың мейлінше жетілдірілген түрлерін шығару терең ғылыми ізденісті қажет етеді. Жел агрегатының негізгі бөлігі – жел ағынының стихиялық энергиясын айналу білігінің механикалық энергиясына айналдыратын жел турбинасы болып табылады.
Жалпы турбиналарды конструкциясына байланысты мынадай үш түрге бөлуге болады: желкенді, пропеллерлі және Дарье жел турбинасы. Ал Дарье жел турбинасының өзі тік қалақшалы және тропоскино деп екіге бөлінеді(1,2 сурет).
Дарье жел турбинасының басқалардан мынадай артықшылықтары бар:
1.Турбинаның айналу өсі вертикаль орналасқандықтан, желдің бағытына тәуелсіз.
2. Сол себепті турбинаның электр генераторы мен басқа да құралдарын жер бетіне орналастыруға болады, ол жөндеу мен іске қосу жұмыстарын жеңілдетеді.
3. Турбинаның жел энергиясын пайдалану коэффициенті жоғары ( ) .
4. Технологиялық жағынан Дарье қалақшаларын жасау салыстырмалы түрде оңай, кез-келген зауыттарға тапсырыс беру арқылы жасалынады.
Бұл жел турбиналары профилі симметриялы қалақшаларының көтеру күшінің есебінен қозғалады .
1. Гадеев.Т.От винта. газета Известия-Казахстан.№98(643) 5 июня 2003.
2. Kazakhstan today.(Wіndstats Newsletter 15/2)
3. Бекметьев Р.М.,Заглиев И.Г. Ветроэнергетические ресурсы различных районов Казахстана.:Сб.науч.тр.,Гидропроекта,вып.129.Ветроэнергетические станции.М.,1988.-С.63-70.
4. Ершина А.К.,Ершин Ш.А.,Жапбасбаев У.К. Основы ветротурбины Дарье.-Алматы:КазГосИНТИ,2001.-104с.
5. Лойцянский Л.Г. Механика жидости газа. М: Наука, 1987-904с
6. Турян К.Дж., Стриклэнд Дж.Х., Бэрг Д.Э. Мощность ветроэлектрических агрегатов с вертикальной осью вращения.-Аэрокосмическая техника 1988. №8- с 105-121.
7. Ларин В. Ветроэнергетика Дании-прорыв в будущее уже произошел. Энергия: Экономика, техника,экология.-2001. №2.- №15-21
8. Шефтер Я.И. Ветроэнергетические агрегаты. М: Машиностроение. 1972-288с
9. Wind power. Recent developments Editor bu D.J.De Renzo Noves data corporation Park ridge. New-Jersy. 1979. – 272p.
10. Ершина А.К. Ершин Ш.А., Ершин Ч.Ш. Патент №19114 на изобретение «Ветродвигатель Бидарье» 26.11.2007 г.
11. Ершина А.К. Ершин Ш.А., Ершин Ч.Ш. Предпатент №12-2/4320 «Вертикально-осевая составная ветротурбина карусельного типа (варианты)» 07.09.2008 г.
12. Ершина А.К., Ершин Ш.А., Гуль В.И., Тулепбергенов А.К. Экспериментальное исследование поле течения стационарного воздушного потока при работе четырехлопастной турбины "Дарье ". // Известия МН-АН РК, серия физико-математическая – 2000. № 3 (211). - С. 72-78.
14.Ершина А.К., Манатбаев Р.К., Тулепбергенов А.К. Аэродинамические расчеты современных ветротурбин // сб. тезисов международной научной конференции «Проблемы современной математики и механики». Алматы, 20-22 сентября 2005г. С.194.
13.Wind power. Recent developments Editor bu D.J.De Renzo Noves data corporation Park ridge. New-Jersy. 1979. – 272p.
14.Ершина А.К., Ершин Ш.А., Жапбасбаев У.К. Основы теории ветротурбины Дарье. – Алматы, 2001. – 104 с.
15.Ершина А.К., Ершин Ш.А., Гуль В.И., Тулепбергенов А.К. Экспериментальное исследование поле течения стационарного воздушного потока при работе четырехлопастной турбины "Дарье ". // Известия МН-АН РК, серия физико-математическая – 2000. № 3 (211). - С. 72-78.
16.Турян К. Дж., Стриклэнд Дж., Х., Бэрг Д.Э. Мощность ветроэлектрических агрегатов с вертикальной осью вращения. //Аэрокосмическая техника 1988. № 8. -С. 105-121.
17.Ершина А.К. Ершин Ш.А., Ершин Ч.Ш. Патент №19114 на изобретение «Ветродвигатель Бидарье» 26.11.2007 г.
18.Ершина А.К. Ершин Ш.А., Ершин Ч.Ш. Предпатент №12-2/4320 «Вертикально-осевая составная ветротурбина карусельного типа (варианты)» 07.09.2008 г.

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Көлемі: 61 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 1300 теңге




ҚАЗАҚСТАН РЕСПУЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

ФИЗИКА-ТЕХНИКАЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТІ

Жылуфизика және техникалық физика кафедрасы

Тік қалақшалы Дарье жел турбинасының жұмысы кезіндегі атқылау жылдамдығы мен бұрышын анықтау

4 курс студенті ___________________________________ Меңдіқұлов Н.Т.
(қолы, мерзімі)
Ғылыми жетекші
т.ғ.к. _________________________________ Манатбаев Р.Қ.
(қолы, мерзімі)
Қорғауға жіберілді:
Кафедра меңгерушісі,
ф-м.ғ.д. профессор _______________________________ Бөлегенова С.Ә.
(қолы, мерзімі)

Алматы, 2012

РЕФЕРАТ

Бітіру жұмысының көлемі - 61 беттен, 12 суреттен, 18 әдебиеттен, 7 кесте тұрады.
Түйін сөзі жел энергиясы, Жел энергиясы трубинасы, Дарье жел трубинасы, трубинаның қуаты, қалақшаның бұрылу бұрышы, бұрыштық жылдамдық, трубинаның айналу моментты, трубинаның жел энергиясын пайдалану коэффициенті.
Зерттеу объектісі: Дарье жел трубинасының бір жұмысшы қалақшасының әртүрлі "θ" бұрылу бұрышына сәйкес, V - атқылау жылдамдығы мен "φ" атқылау бұрышын есептеп табу.
Жұмыс мақсаты: "θ" бұрылу бұрышы, V - атқылау жылдамдығы мен "φ" атқылау бұрышы. Жел жылдамдығы арасындағы байланысты пайдаланып трубинасының қуатын, айналу моментін жел энергиясын пайдалану коэффициентін есептеу.
Зерттеу әдісі: Дарье жел трубинасының айналу моменті, қуатын және турбинаның жел энергиясын пайдалану коэффициентін анықтау үшін Дарье жел турбинасының бір жұмысшысы қалақшасының қозғалысын зерттеуге тура келеді. Егер айналып тұрған турбинаға қандай да бір "U" жылдамдықпне жел ағыны әсеріне қозғалыста болса, онда сәйкестік заңдары бойынша қажетті шамаларды анықтай аламыз.

ГЛОССАРИЙ

Жел энергетикалық қондырғысы - стихиялы жел ағынының энергиясын біліктің концентрленген механикалық айналу энергиясына түрлендіретін жел турбинасы.
Моноптерос - бір қанатты қалақшалы жел турбанисы.
Серпер деп айналу валымен байланысқан, қалақшалардың хордасы r радиусты шеңбердің жанамасымен бағытталатындай етіп "Т" немесе "Г " әріптері секілді бекітілген жазық жайылу қанатшаларды айтады.
Тропоскино бойынша бекіту тәсілінде, жазық серпімді жұмыстық қанатшалар садақ тәрізді иіліп оның екі ұшы айналу валына бекітіледі.

БЕЛГІЛЕУЛЕР

r - валдың айналу осінен қалақшаларға дейінгі қашықтық;
u - желдің жылдамдығы;
θ - бұрылу бұрышы;
ω - ротордың айналуының бұрыштық жылдамдығы;
R - көтеру күшінің векторы;
V - атқылау жылдамдық векторы;
α - атқылау бұрышы;
Z - агрегат жүрдектілігі;
W - ротор қалақшаларының сызықты жылдамдығы;
N - валдағы жел дөңгелекшелерінің қуаты;
- көтеру күшінің моменті;
Rτ - көтеру күшінің тангенсиалды құраушысы;
Cy - көтеру күшінің коэффициенті;
ds - жұмыс қанатының шексіз жұқа элементі;
dR - ds бетке әсер ететін көтеру күшінің мөлшері;
Н - жұмыс қанатының ұзындығы;
dMh - ds элементтен алынатын момент;
h - қанаттың ені;
Δθ=θ2-θ1- қанаттың Һ енін алатын сектор;
NB - жел дөңгелекшесінің қалақшаларына берілетін қуат;
ξ - жел энергиясын пайдалану коэффициенті;
ρu22 - желдің кинетикалық энергиясы;
j - жел энергиясы ағысы;
PB - цилиндр беттен алынатын қуат;
Ғ - цилиндр бет ауданы;
Vinfinity - жел жылдамдығы;
U - айналмалы қалақшалардың сызықты жылдамдығы;
eθ, ee - бірлік векторлар;
V - профилдегі ағыстың индукциялық жылдамдығы;
CL(α) - көтеру күшінің коэффициенті;
eL - қанаттың көтеру күшіне бағытталған бірлік вектор;
CD(α) - атқылау бұрышының коэффициенті;
eW - кедергінің бірлік векторы;
dL, dD - аэродинамикалық күштің элементар құраушылары;
Т - айналуға кететін толық уақыт;

Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
1. Жел энергетикасы туралы жалпы түсіні ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... 10
1.1 Жел энергиясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .11
1.2Қазақстан Республикасындағы болашақтағы жел энергетикасының дамуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...16
1.3 Жел энергетикасының қазіргі және болашақтағы жағдайы ... ... ... ... ... ..17 1.4 Жел электр энергиясын бағалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..26
2. Жел энергетикалық құрылғыларының негізгі типтері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...28
2.1 Жел электр қондырғысының желдің бағытына тәуелділігі ... ... ... ... ... ... ... 35
2.2 Жел энергиясын пайдалану коэффициенті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
2.3 Қазақстандағы жел энергетикасының ресурстары ... ... ... ... ... ... . ... ..37 3. Дарье желтурбинасының аэродинамикасы
Турбинаның айналу моментін есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .45
3.1 Трубка тоғының теориясын пайдалана отырып Дарье жел турбинасының желге қарсы және ық жақтарындағы энергияны пайдалану коэффициентін табу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 51
3.2Турбинаның жел энергиясын пайдалану коэффициентін анықтау және қуатын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..57
3.3 Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..59
4. Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .60

Кіріспе

Экология - дүние жүзіндегі аса өткір мәселе. Қоршаған ортаны қорғаудың ең басты жолы - зиянды газдардың концентрациясын төмендету, жаңа технологияларды өндіріске енгізу. 1992-жылы Рио-де-Жанейрода планетадағы климаттың өзгеруіне байланысты Біріккен Ұлттар Ұйымы қабылдаған Рамкалы Конвенцияға Қазақстанның да енуіне байланысты парниктік эффектіні азайту үшін энергияның сарқылмайтын көздерін (гелио, гидро, жел) соның ішінде елімізде қоры мол жел энергиясын (32200 млд.кВт.сағатжылына) пайдалану актуальді мәселе болып табылады.
Біріккен Ұлттар Ұйымының (БҰҰ) эксперттерінің соңғы мәліметтері бойынша Қазақстандағы өнеркәсіп орындары атмосфераға жылына 500 млн.тонна улы, парниктік газдарды шығаруда. Зиянды заттардың көп бөлігін шығаратын өндірістердің: ішінде жылу электр станциялары құрайды [1]. Өндірістің қуатын арттырған сайын энергия көп жұмсалады, осыған орай атмосфераға шығаратын парникті газдардың көлемі де арта бермек. Сондықтанда экологиялық таза энергияны өндіруді қолға алар кез келді. 2030 жылға дейін еліміздің энергетикасын дамыту туралы үкімет бағдарламасында барлық энергияның 500 мегаватын(МВт) жел электр станциялары өндіреді делінген. Жел энергиясын өндіру мемлекетімізге арзанға түспек. Осыған байланысты жел электр агрегаттарын өндіріске енгізу қажет.
Қазіргі жел агрегаттары оп-оңай жасала салған құрылғылар емес, осы заманғы ғылым мен техниканың жемісі. Сондықтан, олардың мейлінше жетілдірілген түрлерін шығару терең ғылыми ізденісті қажет етеді. Жел агрегатының негізгі бөлігі - жел ағынының стихиялық энергиясын айналу білігінің механикалық энергиясына айналдыратын жел турбинасы болып табылады.
Жалпы турбиналарды конструкциясына байланысты мынадай үш түрге бөлуге болады: желкенді, пропеллерлі және Дарье жел турбинасы. Ал Дарье жел турбинасының өзі тік қалақшалы және тропоскино деп екіге бөлінеді(1,2 сурет).
Дарье жел турбинасының басқалардан мынадай артықшылықтары бар:
1.Турбинаның айналу өсі вертикаль орналасқандықтан, желдің бағытына тәуелсіз.
2. Сол себепті турбинаның электр генераторы мен басқа да құралдарын жер бетіне орналастыруға болады, ол жөндеу мен іске қосу жұмыстарын жеңілдетеді.
3. Турбинаның жел энергиясын пайдалану коэффициенті жоғары () .
4. Технологиялық жағынан Дарье қалақшаларын жасау салыстырмалы түрде оңай, кез-келген зауыттарға тапсырыс беру арқылы жасалынады.
Бұл жел турбиналары профилі симметриялы қалақшаларының көтеру күшінің есебінен қозғалады .

1-сурет. Тік қалақшал 2-сурет. Тропоскино жүйесіндегі
Дарье жел турбинасы Дарье жел турбинасы

Қазіргі таңда жел энергетикасы құрылғыларының (ЖЭҚ) әлемдік қолданыс саябағында көлденең-өстік немесе пропеллерлік құрылғылар 90%-ға жуығын құрайды, ал оларды сериялық өндірумен бірнеше мың кәсіпорындар шұғылданады. Тік-өстік ЖЭҚ меңгеруде артта қалудың бірнеше себептері бар. Тік-өстік ЖЭҚ көлденең-өстік пропеллерлік нұсқалардан кейін шығарылды (Савониус роторы - 1929 жылы, Дарье роторы - 1931 жылы, Масгроув роторы - 1975 жылы). Мұнан өзге осы кезге дейін тік-өстік ЖЭҚ басты кемшілігі олар үшін жұмысшы бөліктерінің (қалақшаларының) максимал сызықты жылдамдығының желдің жылдамдығына қатынасы бірден артық болуы мүмкін емес деген қате пікір болған еді (көлденең-өстік ЖЭҚ үшін бұл қатынас 5:1 құрайды). Бұл тұжырым Савониус роторы сияқты баяу қозғалатын роторларға тән. Аталмыш роторлар қалақшалардың желмен және оған қарсы бағытта қозғалыс барысында түрлі кедергілерге ұшырауы салдарынан қате теориялық қорытындыларға алып келді. Аталмыш тұжырым бойынша жел энергиясын қолданудың шекті коэффициенті көлденең-өстік пропеллерлікке қарағанда тік-өстік ЖЭҚ - да төмендеп қабылданады. Осының салдарынан ЖЭҚ аталмыштүрі 40 жылға жуық тіпті жасалмаған еді. Тек 60-70 жылдарда алдымен канадалық, кейіннен американдық және ағылшын мамандары тәжірибелік жолмен аталмыш тұжырымдардың қалақшалардың көтеру күшін қолданатын Дарье роторларына жарамсыз екендігін дәлелдеді. Атмосфералық қысымның айырмашылығы ауаның қозғалуына себепші болады. Ауаның ендік бағыттағы қозғалыстарын жел деп атайтынын білесіңдер. Жел жылдамдығы мс-пен белгіленеді, оны елшейтін құралды анемометр деп атайды. Жел жылдамдығын 12 балдық арнайы Бофорт шкаласымен де аныктайды. Мұндағы 0 балл желсіз тымықты білдірсе, 12 балмен жылдамдығы 30 мс-тан жоғары болатын апатты дауылдарды белгілейді.
Жел жылдамдығымен қатар, оның бағытын да білудің маңызы зор. Жел бағытын оның соғып тұрған жағының бағытымен анықтайды. Осыған сәйкес, көкжиектің 8 негізгі бағытын (румб) ажыратады: солтүстік (С), солтүстік-шығыс (СШ), шығыс (Ш), оңтүстік-шығыс (ОШ), оңтүстік (О), оңтүстік-батыс (ОБ), батыс (Б), солтүстік-батыс (СБ). Кез келген аудандағы белгілі бір мерзім ішінде жел бағыттары мен қайталануын жел өрнегі деп аталатын сызба күйінде көрсетуге болады. Жел бағытын анықтайтын құралды флюгер деп атайтынын білесіндер (оның құрылысын естеріңе түсіріддер).
Желдерді жергілікті желдер, атмосфераның жалпы циркуляциясына енетін желдер, жоғары және төмен қысымды орталықтардан соғатын желдер деп жалпы үш топқа бөледі. Жергілікті желдер қатарына бриздер, тау-аңғарлың желдер, фендер, боралар, сирокко, самум және т.б. жатады. Олардың кейбіреуімен сендер өткен 6 -- 7-сыныптардағы география сабақтарынан танысасыңдар.
Жел ағысы - мұхит пен теңіз суының жоғарғы қабатында (үйкеліс қабаттары деп аталатын 100 м, кейде 200 м тереңдік) жел мен судың арасындағы үйкелістен пайда болатын ағыс. Бір бағытта ұзақ соғатын желдің әсерінен пайда болған жел ағысын дрейфтік (ықпа) ағыс (мысалы, Солтүстік және Оңтүстік пассаттық ағыстар, Батыс желдердің ағысы, т.б.) деп атайды.
Жел энергетикасы - жел энергиясын механикалық, жылу немесе электр энергиясына түрлендірудің теориялық негіздерін, әдістері мен техникалық құралдарын жасаумен айналысатын энергетиканың саласы. Ол жел энергиясын халық шаруашылығына ұтымды пайдалану мүмкіндіктерін қарастырады. Қазақстанда жел күшімен алынатын электр энергия-сы қуатын кеңінен және мол өндіруге болады. Республикамыздың барлық өңірлерінде жел қуаты жеткілікті. Жел энергиясының басқа энергия көздерінен экологиялық және экономикалық артықшылықтары көп. Жел энергетикасы қондырғыларының технологиясын жетілдіру арқылы оның тиімділігін арттыруға болады. Жел энергиясын тұрақты пайдалану үшін жел энергетикасы қондырғыларын басқа энергия көздерімен кешенді түрде ұштастыру қажет. Республиканың шығыс, оңтүстік-шығыс, оңтүстік аймақтарында су электр стансалары мен жел электр стансаларын біріктіріп электр энергиясын өндіру өте тиімді. Қыс айларында жел күші көбейсе, жаз айларында азаяды, ал су керісінше, қыс айларында азайса, жаз айларында көбейеді. Сөйтіп, энергия өндіруді біршама тұрақтандыруға болады.
Алматы облысының Қытаймен шекаралас аймағындағы 40-ендікте, Еуразия мегабассейніндегі орасан зор ауа массасының көлемі ауысатын -- Орталық Азиядағы жел полюсі деп аталатын Жетісу қақпасындағы желдің қуаты мол. Ол екі таудың ең тар жеріндегі (ені 10 - 12 км, ұзындығы 80 км) табиғи аэродинамикалық құбыр болып табылады. Қақпа Қазақстанның Балқаш - Алакөл ойпатын Қытайдың Ебінұр ойпатымен жалғастырады. Осы жердегі жел ерекшеліктерін зерттеу нәтижесінде оның электр энергиясын өндіруге өте тиімді екені анықталды. Қыс кезінде желдің соғатын бағыты оңтүстік, оңтүстік-шығыстан болса, жаз айларында солтүстік, солтүстік-батыстан соғады. Желдің орташа жылдамдығы 6,8 - 7,8 мс, ал жел электр стансалары 4 - 5 мс-тен бастап энергия бере бастайды. Желдің қарама-қарсы бағытқа өзгеруі сирек болуына байланысты мұнда турбиналы ротор типті жел қондырғысын орнату тиімді. Желдің жалпы қуаты 5000 МВт-тан астам деп болжануда. Бұл өте зор энергия көзі, әрі көмір мен мұнайды, газды үнемдеуге, сонымен қатар қоршаған ортаны ластанудан сақтап қалуға мүмкіндік береді.
Жел энергетикасы екі негізгі бөлімнен тұрады: жел техникасынан - түрлі техникаларды (тіркесімдер мен құрылымдар) жобалау және олардың қолданысы бойынша теориялық негіздер мен тәжірибелік амалдар дайындау, желді қолданудан, жел энергетикасының тиімді қолданылуы теориялық және тәжірибелік мәселелерді шешу, құрылғылардың тиімді пайдаланылуы және олардың техникалық - экономикалық көрсеткіштері, халық шаруашылығында құрылғыларды қолдану тәжірибелерін жалпылау.
Жел электрлік станциясы (Жел ЭС) - жел ағынының басқарылмайтын кинетикалық энергиясын электрлік энергияға айналдырады. Жел ЭС екіге бөлінеді: тұрақты және айнымалы кернеу жел электрлік станциялары. Тұрақты кернеу жел электрлік станциясының шығысындағы кернеу, генератор өндіретін кернеу тегіне қарамастан, тұрақты болады. Керісінше жағдайда, айнымалы кернеу жел электрлік станциясы деп аталады. Жел ЭС-ның негізгі арналуы -- ұлттық энергетикалық тораптардан алыс орналасқан тұтынушыларды және ауыл шаруашылығы нысаналарын электрлік энергиясы мен сумен жабдықтау.
Басты артықшылығы -- қоршаған ортаны ластамайды, қуат көзі (жел) ешқашан сарқылмайды.
Ротордың аэродинамикасының жаңа сауалдарын теориялық зерттеулер-мен тік-өстік ЖЭҚ қолданумен жобалау тәжірибелері көлденең-өстік пропеллерлік ЖЭҚ қарағанда анағұрлым аз болатындығы да маңызды рөл атқарады. Тік-өстік ЖЭҚ 80-жылдардан бастап қарқынды игеріле бастады. Олардың қуатының аумағы үздіксіз түрде кеңейіп келеді. Бүгінг таңда барлық елдер Дарье роторлы тік-өстік ЖЭҚ қолданады. Канада, АҚШ, Нидерланды елдерінде қисық сызықты қалақашалы классикалық сызбаны қолданады. Ал Ұлыбритания мен Румынияда негізгі сызба ретінде айналу өстері параллель тік қалақшалы роторлар аса үлкен сұранысқа ие. VAWT (Ұлыбритания) фирмасы осы тұрғыдан үлкен жетістіктерге қол жеткізген. 1986 жылдан бастап Сардиния аралында роторының диаметрі 14 м және қуаты 40 кВТ тең аталмыш фирманың ЖЭҚ сынақтан өткізілді. Осы жылы өнеркәсіптік қолданысқа роторының диаметрі 25 м және қуаты 130 кВт тең VAWT-450 ЖЭҚ енгізілді. Қазіргі кезде фирма қуаты 500 кВт құрайтын VAWT-850 құрылғысын жасау үстінде. Фирма сонымен қатар роторының диаметрі 67 м, қуаты 1,7 МВт құрайтын анағұрлым ірі VAWT -2400 құрылғысын жасауға кірісіп те кетті.Жобалау үшін неліктен тік қалақшалы тік-өстік ЖЭҚ көбірек таңдап алынады? Әдебиетте кездесетін ЖЭҚ тік-өстік және көлденең-өстік пропеллерлік сызбаларын салыстыру әдетте тік-өстік ЖЭҚ басымдылығымен шектеліп қалады:аталмыш қондырғылардың негізгі ерекшелігі - желдің бағытына сезімтал еместігі және сәйкесінше, қондырғының құрылысын айтарлықтай қарапайымдандыру мүмкіндігі. Мұнан өзге заманауи технология-лары жоқ дамушы елдерде тік-өстік ЖЭҚ кеңінен қолдану болжанып отыр. Осындай болжамның негізінде айналатын құраушы бөліктер мен жүйелерді талап етпейтін тік-өстік құрылғылардың құрылымдық қарапайымдылығы жатыр.Алайда, желгенераторларын (желэлектрлік немесе желэнергетикасы құрылғылары) жобалаумен қолданудан жинаған тәжірибелер көрсеткендей, бұратын құраушы бөліктермен жүйелер - оларды көлденең-өстік пропеллерлік құрылғылар мен салыстыру үшін қажетті жалғыз бағалау параметрі емес. Тік-өстік және көлденең-өстік ЖЭҚ - мақсатты тұрғыдан түрлі шешімдер, олар-дың көптеген қасиеттері қайталанбайды. Сондықтан көптеген өзге қасиеттерге негіз болатын тік-өстік ЖЭҚ жұмысының желдің бағытына тәуелсіздігінен өзге бір қатар мақсаттық ерекшеліктермен құрылымдық шешімдер де жоқ емес, оларды дегенмен де айтарлықтай маңызды деп санамауға болады.
Төменде тік-өстік және көлденең-өстік пропеллерлік сызбалардың түрлі көзқарастар тұрғысынан жүргізілген салыстырмалы бағамдары келтірілген. Дәстүрлі орындаудан шыққан пропеллерлік құрылғымен тік - өстік тік қалақшалы Дарье қондырғылары салыстырылады.

1. Жел энергетикасы туралы жалпы түсінік

Жел энергетикасы өзінің қазіргі заманға сай техникалық жабдықталуымен энергетиканың қалыптасып үлгерген саласы болып табылады.
Қуаты бірнеше киловаттан мегаватқа дейінгі жел энергетикалық құрылғылары Европада, АҚШ-та және әлемнің өзге елдерінде шығарылады. Мұндай құрылғылардың көп бөлігі электр энергиясын өндіру үшін бір бүтін энергия жүйесінде де, сонымен бірге автономды режимдерде де қолданылады.
Механикалық құрылғылардағы, мысалы, жел диірмендері мен су насостарындағы желдің энергиясы бірнеше жүзжылдықтар бойына қолданылып келеді. 1930 жылдан бастап 50-жылдардың ортасына дейін ЖЭС-ның түрлі құрылымдарының жобалары қарқынды түрде жасалынып келеді, алайда мұндай құрылғылар арзан мұнайға қолдың жетімділігінен кең қолданысқа ие бола алмады. Мұнайдың бағасы күрт жоғарылағаннан соң 1973 жылы осындай құрылғыларға деген қызуғышылық қайта жандана түсті. Бұл уақытқа дейін бірнеше ескі құрылғылар өзінің жұмысқа қабілетін жоғалтпаған болатын (мысалы, Даниядағы қуаты 100 кВт дөңгелегінің диаметрі 24 м болатын 1957 жылы салынған Gedser құрылғысы), бірақ олардың көп бөлігі 70-жылдардың соңына 80-жылдардың басына қарай дамыған техникалық деңгейде оларды бақылау және басқару мақсатында салынған болатын. Жел құрылғыларын жобалаудағы негізгі шарттардың бірі- желдің кездейсоқ күшті қарқыны әсерінен олардың қирап қалуынан сақтауды қамтамасыз ету. Жел жүктемелері жел жылдамдығының квадратына пропорционал, ал 50 жылда бір рет жылдамдығы орташа жылдамдықтан 5-10 есе асып түсетін желдер соғып тұрады, сондықтан құрылғылардың беріктілігінің жоғары етіп жасауға тура келеді. Мұнан басқа желдің жылдамдығы уақыт бойынша ауытқып отырады. Осының салдарынан бұзылулар орын алады.
Желдің пайда болу себебі - ауаның ұлғаюына және конвективті ағыстардың тууына алып келетін Жер атмосферасының Күннен келетін сәулені жұтуы. Ғаламдық масштабта бұл термиялық құбылыстарға Жердің айналу эффектісі қосылады, осының салдарынан желдің басым бағыттары пайда болады. Желдердің жылдамдығы биіктікке байланысты артады, ал олардың көлденең құраушылары бойлыққа қарағанда анағұрлым көп. Соңғы жағдай желдің оқыс қарқынының және кейбір өзге ұсақ масштабты эффектілердің пайда болуының негізгі себебі болып табылады.
1.1. ЖЕЛ ЭНЕРГИЯСЫ

Жел энергетиясы - жел энергиясын механикалық, жылу немесе электр энергиясына түрлендірудің теориялық негіздерін, әдістері мен техникалық құралдарын жасаумен айналысатын энергетиканың саласы. Ол желэнергиясын халық шаруашылығына ұтымды пайдалану мүмкіндіктерін қарастырады. Қазақстанда жел күшімен алынатын электр энергия-сы қуатын кеңінен және мол өндіруге болады. Республикамыздың барлық өңірлерінде жел қуаты жеткілікті. Жел энергиясының басқа энергия көздерінен экологиялық және экономикалық артықшылықтары көп. Жел энергетикасы қондырғыларының технологиясын жетілдіру арқылы оның тиімділігін арттыруға болады. Жел энергиясын тұрақты пайдалану үшін жел энергетикасы қондырғыларын басқа энергия көздерімен кешенді түрде ұштастыру қажет. Республиканың шығыс, оңтүстік-шығыс, оңтүстік аймақтарында су электр стансалары мен жел электр стансаларын біріктіріп электр энергиясын өндіру өте тиімді. Қыс айларында жел күші көбейсе, жаз айларында азаяды, ал су керісінше, қыс айларында азайса, жаз айларында көбейеді. Сөйтіп, энергия өндіруді біршама тұрақтандыруға болады. Алматы облысының Қытаймен шекаралас аймағындағы 40-ендікте, Еуразия мегабассейніндегі орасан зор ауа массасының көлемі ауысатын -- Орталық Азиядағы жел полюсі деп аталатын Жетісу қақпасындағы желдің қуаты мол. Ол екі таудың ең тар жеріндегі (ені 10 - 12 км, ұзындығы 80 км) табиғи аэродинамикалық құбыр болып табылады. Қақпа Қазақстанның Балқаш - Алакөл ойпатын Қытайдың Ебінұр ойпатымен жалғастырады.
Осы жердегі жел ерекшеліктерін зерттеу нәтижесінде оның электр энергиясын өндіруге өте тиімді екені анықталды. Қыс кезінде желдің соғатын бағыты оңтүстік, оңтүстік-шығыстан болса, жаз айларында солтүстік, солтүстік-батыстан соғады. Желдің орташа жылдамдығы 6,8 - 7,8 мс, ал жел электр стансалары 4 - 5 мс-тен бастап энергия бере бастайды. Желдің қарама-қарсы бағытқа өзгеруі сирек болуына байланысты мұнда турбиналы ротор типті жел қондырғысын орнату тиімді. Желдің жалпы қуаты 5000 МВт-тан астам деп болжануда. Бұл өте зор энергия көзі, әрі көмір мен мұнайды, газды үнемдеуге, сонымен қатар қоршаған ортаны ластанудан сақтап қалуға мүмкіндік береді.Жел атмосфера қабаттарында қысымның біркелкі таралмауынан пайда болады әрі жоғары қысымнан төменгі қысымға қарай бағытталады. Ауа қысымы уақыт пен кеңістікте тұрақты болмайтындықтан желдің жылдамдығы мен бағыты үнемі өзгеріп отырады. Желдің бағытын көкжиектің қай тұсынан соғуына байланысты анықтайды және оны градуспен немесе румбымен (16 румбылық жүйемен), ал жылдамдығын - мс, кмсағ, узелмен немесе балмен (Бофорт шкаласы бойынша) өрнектейді. Биіктікке көтерілген сайын үйкеліс күшінің азаюына байланысты жел қуаты өзгереді, сонымен қатар ол градиенттердің өзгеруіне де тәуелді болады. Жел үлкен аумақты қамти отырып, көлемді ауа ағындарын (муссондар, пассаттар, т.б.) туғызады, осыдан жергілікті және жалпы атмосфералық айналым пайда болады. Қазақстанның барлық өңірінде (әсіресе, жазық жерлерде) күшті желдер жиі болып тұрады, оның максимумы қыс айларына (40 - 45 мс) және көктем мен күзге (20 - 35 мс) келеді. Өте күшті желдер Каспий жағалауы және биік тау асулары мен аңғарларында байқалады. Дүниежүзілік желдер жіктеліміне Қазақстан аумағында тұрақты соғатын 23 жел тіркелген. Оларды Қазақстан бойынша мынадай аймақтарға бөледі: ашық далада (Жосалы, Сілеті, т.б.); шөл және шөлейт, үлкен ашық су қоймалары төңірегінде (Каспий теңізі, Балқаш, Алакөл көлдері, т.б.); тау аңғарларында және тау аралық өңірлерде (Жетісу қақпасы, Шілік аңғары, Жаңғызтөбе, Қордай, т.б.); орташа биіктіктегі таулар мен қырқаларда (Ерейментау, Ұлытау, Қарқаралы, Мұғалжар, т.б.) соғатын желдер. Жел арзан электр энергиясын өндіру, құдықтан су тарту, диірмен айналдыру, егін суару, т.б. үшін пайдаланылады.Атмосфералық қысымның біркелкі таралмауынан және жоғары кысымның төменгі қысымға карай ағылуынан туындайды. Қысымның уақыт және кеңістік бойынша үздіксіз өзгеруінің салдарынан желдің жылдамдығы мен бағыты үнемі өзгеріп отырады. Желдің бағыты оның соққан жағы бойынша анықталады да, градуспен не румбпен (16 румбтық жүйе бойынша) анықталады; ал жылдамдығы мс, кмс, түйін ігемесе (шамамен) Бофорт шкаласы бойынша балмен өлшенеді. Жел үлкен аумақтың үстінде өте кең ауа ағыстарын (муссондар мен пассаттарды) түзеді, олардан атмосфераның жалпы циркуляциясы мен жергілікті циркуляңиясы түзіледі. Жел жоғары карай үйкеліс күшінің азаюының салдарынан, сондай-ақ бар градиенттерінің өзгеруіне байланысты озгеріп отырады. Жергілікті желдер қатарына бриздер, тау-аңғарлың желдер, фендер, боралар, сирокко, самум және т.б. жатады.
Біздің еліміз жағрафиялық жағынан ға - лам - шардың солтүстік жел белдеуінде ор - на - - ласқан. Сондықтан өңіріміздің сол - түстік-шығыс, оңтүстік-батыс бағыттарында қатты ек - п - індегі ауа ағындары жүріп тұрады. Қазақ - станның кейбір аймақтарында жел - дің жылдық орташа жылдамдығы 6 мс құрайды, сондықтан осы өңірлерде энер - гия - ның балама көзін дамыту ыңғайлы деп саналады.

3-сурет. Қазақстандағы Республикасындағы жел энергетикалық атлас картасы
Сарапшылардың бағалауынша, Қазақстандағы желден туындайтын энер - гия потенциалы жылына 929 млрд кВтсағ. құрайды.
Аймақтар бойынша БҰҰ-ның Дамыту бағ - дарламасының жел энергетикасы жө - нін - дегі жоба аясында жүргізілген зерттеу мына өңірлерде жел электр стансысын са - луға қолайлы деп қорытындыланған: Оң - түстік - Алматы, Жамбыл, Оңтүстік Қазақ - стан облыстары, Батыс - Маңғыстау және Атырау облыстары, Солтүстік - Ақмола об - лысы және Орталық - Қарағанды об - лы - сы.
Таяуда Алғашқы Жел Электр стансысы ЖШС қуаттылығы 45 МВт-ты құрайтын Ерей - ментау алаңқайында Жел электр стан - сысы құрылысы жобасының басталып кет - ке - нін хабарлады. Бұл стансының тех - ни - ка - лық-экономикалық негіздемесін Энергия институты Қазақ ғылыми-зерттеу және жо - балау-эксперименттік институты әзірлеген.
Біз ауалық мұхиттың түбінде-желдер әлемінде өмір сүреміз. Қозғалыстағы ауалық масалардың энергиясы орасан көп. Жел энергиясының қоры, ғаламшарымыздағы барлық өзендердің гидроэнергияларының қорынан жүз есе көп. Біз тұратын ауалық мұхитта тынышты емес. Біздің мемлекетіміздің төңірегінде соғатын желдер, елімізді электрэнергиясымен қамтамасыздандырады. Еліміздегі климаттық жағдайлар жел энергетикасының дамытуға қолайлы.
Әр түрлі авторлардың бағалауынша Жер бетіндегі жел энергиясының потенциялы 1200 ТВт дейін жетед, бірақ осы потенциалды қолдануға Жер бетінің әр төңірегінде біркелкі емес. Вертикаль қимадан өтетін жел қозғалысының қуаты, энергияны түрлендіруге жеткілікті болу үшін 20-30 м биіктікте желдің жылдық орташа жылдамдығы көп болуы қажет. Жел қозғалысының орташа жылдық меншікті қуаты 500Втм2-қа (желдің жылдамдығы 7 мс ) жететін жерде орнатылған жел энергетикалық құрылғы 500 Втм2-тың 175-ін ғана электр энергиясына түрлендіреді.
Жел қозғалысының энергиясы жел жылдамдығының үшінші дәрежесіне пропорционал. Бірақ, идеалды құрылғының көмегіменде бұл энергияны толы-ғымен электр энергиясына айналдыруға мүмкіндік жоқ. Жел қозғалысының энергиясын пайдалы қолдану коэффициенті(ПҚК), теориялық есептеулер бойынша 59,3% құрайды. Басылымға шыққан мәліміттер бойынша, практикада жел энергиясының ең үлкен ПҚК-і реалды жел агрегатында жуықтап алғанда 50% жақын болады, бірақ бұл тек қана проектіде қарастырылған желдің оптималды жылдамдықтарында ғана. Одан басқа, жел қозғалысының энергиясының бір бөлігі механикалық энергия электр энергиясына түрленген кезде жоғалады, оның ПӘК-і 75-95%. Осының барлығын ескере отырып, реалды агрегат проектіде қарастырылған тұрақты жылдамдықтар диапозонында жұмыс істесе ғана, желдік агрегаттың меншікті электрлік қуаты жел қозғалысының қуатының 30-40%-ын құрайды. Бірақ кей-бір кезде, желдің жылдамдығы есептелген жылдамдықтардың шектерінен шығып кетеді. Бір жағдайда желдің жылдамдығы тым төмен болады, бұл жағдай да жел агрегаты жұмыс істей алмайды. Екінші жағдайда желдің жылдамдығы тым көп болады, бұл жағдайда агрегат істен шығып қалмау үшін оны тоқтатуға тура келеді. Егер желдің жылдамдығы номиналды жылдамдықтың мәнінен асса, генератордың номиналды қуатынан аспау үшін, желдің механикалық энергиясының барлығы қолданылмайды. Осы фактілердің барлығын ескере отырып жыл бойындағы электр энергиясының меншікіті шығарылуы жел энергиясының 15-30% -ын құрайды.
Жел агрегатының жұмыс істеу схемасы төмендегідей жасалған. Жел донғалағы динамо-машинаны-электр тогының генераторын қозғалысқа келтіреді. Бұл біруақытта параллель жалғанған аккумуляторлар батареясын зарядтайды. Аккумуляторлық батареялардың клеммаларындағы кернеу генератодың клеммаларындағы кернеуден азайғанда батарея автоматты түрде генраторға жалғанады да, керісінше жағдайда ағытылады. Жел энергиясын механикалық, жылу немесе электр энергиясына түрлендірудің теориялық негіздерін, әдістері мен техникалық құралдарын жасаумен айналысатын энергетиканың саласы. Ол жел энергиясын халық шаруашылығына ұтымды пайдалану мүмкіндіктерін қарастырады. Елімізде арзан электр энергия көздерін іздеу мақсатында, "Қазақстанда 2030 жылға дейін электр энергиясын өндіруді дамыту туралы" мемлекеттік бағдарламаға сәйкес, жел күшімен өндіретін электр энергиясы қуатын халық шаруашылығына қолданудың тиімді жолдары қарастырылуда. Қазақстанда жел күшімен алынатын электр энергиясы қуатын кеңінен және мол өндіруге болады. Республикамыздың барлық өңірлерінде жел қуаты жеткілікті. Жел энергиясының басқа энергия көздерінен экологилық және экономикалық артықшылықтары көп. Жел энергетикасы қондырғыларының технологиясын жетілдіру арқылы оның тиімділігін арттыруға болады. Жел энергиясын тұрақты пайдалану үшін жел энергетикасы қондырғыларын басқа энергия көздерімен кешенді түрде ұштастыру қажет. Республиканың шығыс, оңтүстік-шығыс, оңтүстік аймақтарында су электр станциялары мен жел электр станцияларын біріктіріп электр энергиясын өндіру өте тиімді. Қыс айларында жел күші көбейсе, жаз айларында азаяды, ал су керісінше, қыс айларында азайса, жаз айларында көбейеді. Сөйтіп, энергия өндіруді біршама тұрақтандыруға болады. Алматы облысының Қытаймен шекаралас аймағындағы 40-ендікте Еуразия мегабассейніндегі орасан зор ауа массасының көлемі ауысатын Орталық Азиядағы "жел полюсі" деп аталатын Жетісу қақпасындағы желдің қуаты мол. Ол екі таудың ең тар жеріндегі (ені 10 -- 12 км, ұзындығы 80 км) табиғи "аэродинамикалық құбыр" болып табылады. Қақпа Қазақстанның Балқаш -- Алакөл ойпатын Қытайдың Ебінұр ойпатымен жалғастырады. Осы жердегі жел ерекшеліктерін зерттеу нәтижесінде оның электр энергиясын өндіруге өте тиімді екені анықталды. Қыс кезінде желдің соғатын бағыты оңтүстік, оңтүстік-шығыстан болса, жаз айларында солтүстік, солтүстік-батыстан соғады. Желдің орташа жылдамдығы 6,8 -- 7,8 мс, ал жел электр станциялары 4 -- 5 мс-тан бастап энергия бере бастайды. Желдің қарама-қарсы бағытқа өзгеруі сирек болуына байланысты мұнда турбиналы ротор типті жел қондырғысын орнату тиімді. Желдің жалпы қуаты 5000 МВт-тан астам деп болжануда. Бұл өте зор энергия көзі, әрі көмір мен мұнайды, газды үнемдеуге және, әсіресе, қоршаған ортаны ластанудан сақтап қалуға мүмкіндік береді. Қазіргі кезде жел электрагрегаттары электр тогымен мұнайшыларды қамтамасыздандырады; олар жетуге қиын жерлерде жұмыс істейді, алыс аралдарда, Арктикада және үлкен халық топтары тұратын жерлерден алыс орналасқан мыңдаған ауылшаруашылдық фермаларда да жұмыс істейді. Мэн штатында тұратын американдық Генри Клюз екі мачта құрып оған екі жел двигателімен генераторларды орналастырды. әр-біреуі 6В, 60В және 2В-тан тұратын 20 аккумулятор оған желсіз күні жұмыс істейді, ал бензин двигателі оған резерв ретінде тұрады. Бір айда Клюз жел агрегаттарынан 250кВт сағ энергия алады; бұл оған барлық шаруашылығын жарықтандыруға және электр аппаратураны(телевизор, тоңазытқыш т.б.) жұмыс істетуге жетеді.
Жел электрлік агрегаттарды кеңінен қолайлы жағдайларда қолдануға олардың қымбаттылығы кедергі жасайды
Қазіргі заманда жел электрлік генераторлардың әр-түрлі прототиптері шығарылған.
Құрылғыны проектілеуде ең үлкен қиыншылық ол кез келген желдің жылдамдығында пропеллердің айналу жиілігі біркелкі болуы тиіс.Өйткені генераторды желіге қосқанда ол жиілігі 60 немсе 50 Гц айнымалы ток тудыру керек. Сондықтан лопасттердің көлбеулік бұрышы реттеліп отырулы тиіс:жел күшті болғанда бұл бұрыш сүйірірек болуы тиіс, жел қозғалысы әлсіздеу болғанда бұл бұрыш арту керек. Қалақшаларды реттеумен қатар генератор мачтада желге қарсы автоматты түрде айнауы тиіс.

1.2. Қазақстан Республикасындағы болашақтағы жел энергетикасының дамуы

Қазақстан Республикасы күн, гидроэнергия және жел энергияларының түбегейлi жаңартылған энергия көздері қорларына өте бай. Алайда, осы уақытқа дейiн, бұл қорлар кең түрде қолданыс таппады, су электро-станцияларындағы электр энергиясының өндiрiсi үшiн жартылай қолданылатын гидроэнергияны қоспағанда. Сондықтан, гидроэнергияны қолдану есебiнен елдiң энергетикалық балансындағы жаңартылған энергия көздері бiр-екi пайызды ғана құрайды.
Сонымен бiрге, жаңартылған энергияның қорлары әлемнің түкпір-түкпірінен кең қолданыс тауып келеді. Оған мынадай факторлар әсер етеді: энергетикалық қорлардағы қазып алынатын отын қорларының өсетiн сұранысын қысқарту факторлары, сонымен бiрге жану өнiмдерiнiң көмiртек екi тотығының түрiндегi атмосфераға өртенуі және құрамында көмiртек бар отынның лақтырулары ауа райының өзгерiсiнiң глобалдi мәселесiн туғызатын факторлар. Әлемнiң елдерiмен осыған байланысты атмосфераға көмiртектiң екi тотығының лақтыруларын шектеуге және қысқарту бойынша халықаралық келiсiмдер қабылданған, сәйкесiнше таза экологиялық технологияларды қолдану энергетикаға ықылас көрсетедi, соның iшiнде энергияның жаңартылған көздерiне. XXI ғасырдағы дүниежүзілiк энергетикалық баланстағы жаңартылған энергияның еншiсi зерттеушi ұйымдардың қатарының бағалары бойынша 35% жете алады.
Жаңартылған энергияның өте перспективалы түрлерiнiң бiрi желдiң энергиясы болып табылады. Бұл жел энергетикалық қорлардың ашықтығы, электр энергиясына желдiң энергиясының өрнектеуiнiң қазiргi коммерциялық технологияларының бар болуы, жел энергетикалық қоюлар және қазып алынатын отынның қолдануы бар дәстүрлi жылу электр станцияларына электр энергиясының өндiрiс құнының салыстырмалығымен ұғындырылады. Әлемнiң дәл қазiр 76 елi электр энергиясын өндiруi үшiн желдiң энергияларын қолданады. Электр энергиясы өндiрiсiнiң жылғы көлемi 2008 жылы 260ТВтсағ немесе электр энергиясының ортақ дүниежүзілiк өндiрiсiнiң 1,5 пайызын құ-рады. 2020 жылға қарай жел электр станцияларының жиынтық қуаты 1500 ГВт дейін, яғни әлемдегi электр энергиясының ортақ жылғы өндiрiсiнің 12% дейiн өндiрiп алуға мүмкiндiк беретiн қарастырылп отыр.
Қазақстан түбегейлi жел энергетикалық қорларына ие екені белгiлi. ООНның дамыту шеңберiнде бiрлескен программа жобасы және энергетиканың министрлiгi және ҚРдың минералды қорына өткiзiлген арнайы зерттеулері әр түрлi Қазақстан өлкесінде орналасқан аудандарда ВЭСтың құрылысы үшiн жақсы желдiң, ауа райының бар болуын көрсеттi. Метеохабарламаны қолдана отырып елдiң барлық аумағындағы желдiң үлестiрiлуi бар және желдің ұсынылған жылдамдықтары бар Қазақстан атласы жасалды. Жел атласының негiзі жел энергетикалық Қазақстан қорларының жуық шамамен бағасы 80 метрлік биiктiкте 50 000 км шаршы ауданда желдiң жылдық орта мөлшердегi жылдамдығы 7 мстан астам байқалатынын көрсетедi. Бұл потенциал Қазақстанның электр станцияларындағы қажеттi мөлшерінен асатын электр энергиясының 1000ТВтсағ жыл сайын iстеп шығаруға мүмкiндiк берер едi. Өткiзiлген зерттеулердiң негiзiнде жел электр станцияларының Қазақстанындағы инвестициялық құрылысы туралы ұсыныстар дайындалған. Зерттелген алаңдарға жел электр станцияларының қуат жиынтығы 1000 МВт, ал электр энергиясының бір жылғы өндiрiсi 3 миллиард кВтсағ шамасын құрай алады. Жобалар бойынша мәлiмет www.windenergy.kz-дiң сайтында орналастырған.
БҰҰ-ның даму бағдарламасының қолдау жанында энергетиканың министрлiгiн жел энергетикалық потенциалдың игерулерi және ҚРның минералды қорлары үшiн осы бағдарлама, Қазақстан Республикасындағы жел энергетиканың дамыту бағдарламасын 2015 жылға дейiн және 2030 жылға дейiн перспективамен жасалған. Осы бағдарлама бойынша электр станциялары 2015 жылға қуаттың 250-300 МВты және 2030 жылға 2000 МВтқа дейiн өзгереді деп белгіленген. Бұл ЖЭСтарда 2015 жылға дейін электр энергиясының 1 миллиард кВтсағ болса, 2030 жылға дейін 5 миллиард кВтсағқа дейін жетеді.
2009 жылы маусым айында энергия көздерін қолдануын қамтамасыз ету және инвестицияларының мақсаты үшiн Жаңартылған энергия көздерін қолдануын қолдау туралы ҚРының заңы қабылданған.
Электр энергиясы нарығында жаңартылатын энергия көздері заң бойынша қолданады, соның iшiнде объектті желiлерге және аймақтық көлiк серiктестiктерiнiң энергиясының сатуы бойынша желiге көз энергиясы, электр энергиясының көлiгi және Кегок жаңартылған қосуы қолданады.
Сонымен бiрге 2009 жылы Қазақстан Республикасында ақпанда жаңартылған энергия жобаларын қолдауы үшiн қаржы механизмдерін қолдануға мүмкiндiк беретiн Киото хаттамасы бекiтiлген.
Сондықтан, Қазақстандағы жел энергетикасының коммерциялық дамуы үшiн керектi шарттар жасалған. Қазақстанда жел энергетикасының дамуының жетiстiктері мемлекеттiк және жергiлiктi органдардың инвестициялық жобалары жағынан қолдауымен анықталады
1.3. Жел энергетикасының қазіргі және болашақтағы жағдайы

1980 жылдары Америкада 1кВтсағ жел энергиясының құны 70%-ке төмендеген, қазір 6-8 центті құрайды, сондықтан көмірді жағып энергия алатын жаңа жылу электр станцияларымен жел электр станциялары бәсекеге түсе алады. Жақын арада жел турбиналары бұдан гөрі жетілдіріліп, тиімді болатынына мамандар күмәнданбайды. Сонымен АҚШ 2030 жылы электр энергиясының 10-12% жел энергиясынан алатын болады.
Жылдамдығы 5мс-тан асатын жел энергиясы электр энергиясын өндіруге пайдаланылады. Ресейде қуаттылығы 1-2МВт 10-15 қондырғылардан тұратын жел энергетикалық жүйесінің өндірісі игерілуде. Жел энергиясының жалпы қоры Ресейде өте көп, бірақ жел қондырғыларының пайдалы әсер коэффициенті төмен (0,25) және металл көп мөлшерде жұмсалатындықтан (500кгкВт дейін) олар дәстүрлі энергия көздерімен бәсекеге түсе алмай отыр. Жел энергиясын игерудің ұлттық бағдарламалары Канадада, Германияда, АҚШ-та, Францияда, Швецияда және басқа елдерде жүріп жатыр.
1980 жылы дүниежүзінде жел энергиясын электр энергиясына айналдыру 1660МВт болды, осы энергияның 85%-і АҚШ-тың Калифорния штатында өндірілген. "Pasіfіc Gas and Electrіc" фирмасына қарайтын және Калифорния аймағында орналасқан Алтамаунт-Пасс қаласындағы кешенді 7500 жел қондырғылары жұмыс істейді және олардың өндіретін электр энергиясының құны 7 центкВт-сағ (қазіргі замандағы жылу электр станцияларындағы электр энергиясының құны 5 центкВт-сағ.) құрайды. Электр энергиясының құнының қымбатырақ болуы Алтамаунт-Пасс қон-дырғыларында ескі конструкциялар мен бұрынғы технологияларды пайдаланғандықтан, атап айтқанда генераторлардың жұмысын бақылайтын микропроцессорларды және қалақшаларды жасау өндірісінде композициялық материалдарды қолдана алмағандықтан болып отыр. Бұлардың жоғары тиімділігі күтпеген жерден құрылыс үрдісімен пайдалануда туындаған және практикалық мақсаттан шыққан шешімдерді тез арада іске қосуға, ендіруге байланысты, ал осындай шешімдерді жылу электр станциясы мен атом электр станциясына тез арада енгізу мүмкін емес.
Егер жел энергетикасындағы алдыңғы қатарлы жетістіктерді айтатын болсақ, онда EPRІ институтына қарасты "WіndPower" фирмасы (Ливермор, Калифорния штаты) айналу жиілігі айнымалы, қуаты 300кВт жел турбинасының жаңа түрін жасады. Қалақшалардың конструкциясы мен электрондық басқару жүйесін ендіру роторлардың оптимальдық жиілікте және жел жылдамдығының үлкен диапазондарында айналуын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар қондырғы да аса қымбатқа түспейді және күштің әсерінен металды сынып кетуден сақтайтын әлсіз кернеулермен ерекшелінеді. Жел энергиясы қондырғыларының аэродинамикалық және электрондық компоненттерін бұдан әрі қарай жетілдіру нәтижесінде АҚШ энергетика министрлігінің пайымдауы бойынша жақын арадағы 20 жыл ішінде орташа жел ресурстарын пайдаланып, электр энергиясын өндіру құнын 3,5 центкВт-сағатқа дейін төмендетпек. Экономикалық тұрғыдан алғанда жел қондырғыларын энерго-жүйелер жүктемесінің ең жоғары кезінде қосқан жөн (Калифорния штатындағы Алтамаунт-Пасс және Соланоға энергияның ең жоғарғы жүктемесінің 50%-і келеді).
Жел энергиясы экологиялық таза энергия болып табылады. Жел турбинасы жұмыс істегендегі шулар мен олардың қалақшаларындағы электростатикалық зарядтар салдарынан болатын телевизиялық каналдардағы ауытқуларды оңай шешуге болады. Ең қиыны қалақшаларға соғылған құстардың өлімін жою және кейбір адамдардың жел қондырғылары, табиғат көрінісіне (пейзажына) жат элемент деген пиғылдан арылту.
Қаржы-экономикалық дағдарыс белең алған бүгінгі таңда ғаламшардың энергия-экологиялық қауіпсіздігі мәселесі де әлемдегі елдердің алаңдаушылығын туғызып отыр. Табиғатты ырқына бағындырмақ болған әрекеттен адам баласының өзіне қатер төнді. Тұс-тұстан топан су басып, жер сілкініп, дүние отқа оранып, ішетін су мен жұтатын ауа уланып, адамзат баласына қасірет шеккізіп жатыр. Қазақстан парниктік газдарды ауаға тарататын ірі өндіруші елдер қатарына жатады. Мемлекетіміз жаңартылған энергия көздерін пайдалану арқылы осы зиянды қалдықтарды азайтуға БҰҰ алдында міндеттеме қабылдап отыр
Осыдан он бес жыл бұрын Қазақстан Республикасы Біріккен Ұлттар Ұйымының климаттың өзгеруі туралы конвенциясын қабылдады. 2009 жылы конвенцияның Киото хаттамасына қол қойылды. Еліміз осыған сәйкес, жаһандық климаттың өзгеруінің алдын алу әлемдік қозғалысының қатарына қосылып, оны жүзеге асыру жауапкершілігін мойнына алды. Осы шараның аясында біздің Жоба өз қызметін бастады. Мақсатымыз Қазақстан Үкіметіне жел энергетикасын дамытудың ұлттық бағдарламасын дайындауға көмектесу.
- Жел энергетикасы жөніндегі жобаларды әзірлеуге және оларды қаржыландыруды ұйымдастыруға атсалысамыз. Соның нақты бір қадамы - алғашқы пилоттық өндірісті іске қосуға жәрдемдесудеміз. Оның қоршаған ортаны қорғау мақсатындағы әлеуметтік маңыздылығына қалың көпшіліктің назарын аудару, мониторинг жүргізу де біздің мойнымызда.
- Соңғы кезде жаңартылған энергия көздерін пайдалану туралы дүниежүзі елдері пәтуаға келуде. Қазақстанның бұл саладағы мүмкіндігі қандай?
- Жалпы жаңартылған энергия көздерi дегеніміз, табиғаттағы үдерістер есебiнен үздiксiз жаңартылатын қуат көзі. Яғни, күн сәулесi, жел қуаты, гидродинамикалық су энергиясы, геотермальдық энергия: топырақтың, жер асты суларының, өзендердiң, су айдындарының жылуы, сондай-ақ бастапқы энергия ресурстарының антропогендiк көздерi: биомасса мен биогаз, электр және ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Нүкте жылдамдығы мен үдеуін анықтау
Жел
Бу турбинасының жылулық есебі
Жел энергетикалық агрегаттардың қуаты қандай параметрлерге байланысты?
Жел энергиясы және қондырғылары
Жел энергетикасы
Бу қазанының жұмысы кезіндегі бу шығындары және ПӘК
Сарқылмайтын энергия көздері – жел, күн, биогаз энергияларын пайдалану
Автоматтың бөліктері мен механизмдерінің оқтау және ату кезіндегі жұмысы
Өзекше қоспасын дайындайтын қалақшалы құрылғысы механизмдерінің конструкциясын жобалау
Пәндер

Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор №1 болып табылады.

Байланыс

Qazaqstan
Phone: 777 614 50 20
WhatsApp: 777 614 50 20
Email: info@stud.kz
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь