Ветряная электростанция своими руками: особенности устройства

Делаем ветроэлектростанцию своими руками у себя в частном доме. Ознакомимся с уже существующими промышленными аналогами на рынке и с работами народных умельцев.

Человечество на протяжении всего своего развития не перестает искать дешевые возобновляемые источники энергии, которые могли бы решить многие проблемы энергообеспечения. Одним из таких источников является энергия ветра, для преобразования которой в электрическую энергию, разработаны ветровые энергетические установки (ВЭУ), или, как их чаще называют, ветряные электростанции.

Любому человеку, особенно имеющему частный или загородный дом, хотелось бы иметь свой ветрогенератор, обеспечивающий жилье недорогой электрической энергией. Препятствием этому служит высокая стоимость промышленных образцов ВЭУ и, соответственно, слишком большой срок окупаемости для отдельно взятого владельца жилья, делающий его приобретение невыгодным. Одним из выходов может служить изготовление ветряной электростанции своими руками, позволяющее не только снизить общие затраты на ее приобретение, но и распределить эти затраты на некоторый срок, так как работа осуществляется в течение довольно длительного времени.

Для того чтобы сделать ветряную электростанцию, необходимо определить, позволяют ли погодные условия использовать ветровую энергию в качестве постоянного источника энергии. Ведь, если ветер для вашей местности редкость, вряд ли стоит начинать строительство самодельной ветряной электростанции. Если же с ветром все обстоит благополучно, желательно узнать общие климатические характеристики и, в частности, скорость ветра, с распределением ее по времени. Знание скорости ветра позволит правильно выбрать и сделать своими руками конструкцию ветряной электростанции.

к содержанию ↑

Виды

Ветроэлектростанция своими руками классифицируется по расположению оси вращения и бывают:

• с горизонтальным расположением;
• с вертикальным расположением.

Установки с горизонтальным расположением оси называются установками пропеллерного типа и имеют самое широкое распространение в связи с высоким коэффициентом полезного действия. Недостатком этих установок является их более сложная конструкция, затрудняющая самодельные варианты изготовления, необходимость применения механизма следования направлению ветра и большая зависимость работы от скорости ветра — как правило, при малых скоростях эти установки не работают.

Более просты, неприхотливы и мало зависимы от скорости и направления ветра установки с вертикальным расположением рабочего вала — ортогональные с ротором Дарье и карусельные с ротором Савониуса. Недостатком их является весьма малый КПД, составляющий порядка 15%.

Недостатком обеих типов самодельной ветряной электростанции является низкое качество вырабатываемой электроэнергии, требующее дорогостоящих вариантов компенсации этого качества — стабилизирующих устройств, аккумуляторов, электрических преобразователей. В чистом виде электроэнергия пригодна только для использования в активной бытовой нагрузке — лампах накаливания и простых нагревательных устройствах. Для питания бытовой техники электроэнергия такого качества не пригодна.

к содержанию ↑

Конструктивные элементы

Конструктивно, независимо от расположения оси, самодельная полноценная ветряная электростанция должна состоять из следующих элементов:

• ветряной двигатель;
• устройство для ориентирования ветряного двигателя по направлению ветра;
• редуктор или мультипликатор для передачи вращения от ветряного двигателя к генератору;
• генератор постоянного тока;
• зарядное устройство;
• аккумуляторная батарея для накопления электроэнергии;
• инвертор для преобразования постоянного тока в переменный.

к содержанию ↑

Особенности выбора источника тока

Одним из сложных элементов ветряной электростанции является генератор. Наиболее подходящим для изготовления своими руками является электродвигатель постоянного тока с рабочим напряжением 60-100 вольт. Этот вариант не требует переделки и способен работать с аппаратурой для зарядки автомобильной батареи.

Применение автомобильного источника напряжения затруднено тем, что его номинальная частота вращения составляет порядка 1800-2500 об/мин, а такую частоту вращения при прямом соединении не сможет обеспечить ни одна конструкция ветряного двигателя. В этом случае в составе установки необходимо предусмотреть редуктор или мультипликатор подходящей конструкции для увеличения частоты вращения в необходимых размерах. Скорее всего, этот параметр придется подбирать экспериментальным путем.

Возможным вариантом может стать реконструированный асинхронный двигатель с использованием неодимовых магнитов, но этот способ требует сложных расчетов и токарных работ, что зачастую не приемлет самодельная работа. Имеется вариант с межфазным подключением к обмоткам электродвигателя конденсаторов, емкость которых рассчитывается в зависимости от его мощности.

к содержанию ↑

Изготовление

Учитывая то, что эффективность электростанции с горизонтальной осью имеет лучшие показатели эффективности, а бесперебойность подачи электроэнергии предполагается обеспечивать с помощью накопления энергии в аккумуляторной батарее, предпочтительнее для изготовления своими руками является именно такой вид ВЭУ, который мы и рассмотрим в рамках данной статьи.

Для того что бы сделать такую электростанцию своими руками понадобится следующий инструмент:

• сварочный аппарат электродуговой сварки;
• набор гаечных ключей;
• набор сверл по металлу;
• электродрель;
• ножовка по металлу или УШМ с отрезным диском;
• болты диаметром 6 мм с гайками для крепления лопастей к шкиву и алюминиевого листа к квадратной трубе.

Для изготовления ветряной электростанции своими руками потребуются следующие материалы:

• пластиковая труба 150 мм длиной 600 мм;
• лист алюминия размером 300х300 мм и толщиной 2,0 — 2,5 мм;
• металлическая квадратная труба 80х40 мм и длиной 1,0 м;
• труба диаметром 25 мм и длиной 300 мм;
• труба диаметром 32 мм и длиной 4000-6000 мм;
• медный провод длиной, достаточной для соединения электродвигателя, находящегося на мачте длиной 6 м, и нагрузки, которую будет питать этот источник тока;
• электродвигатель постоянного тока 500 об/мин;
• шкив для двигателя диаметром 120-150 мм;
• аккумуляторная батарея 12 вольт;
• автомобильное зарядное реле аккумулятора;
• инвертор 12/220 вольт.

Процесс изготовления своими руками производится в следующем порядке:

• Пластиковая труба 150х600 мм, для изготовления лопастей пропеллера, разрезается вдоль на четыре части и каждая часть по диагонали разрезается так, что бы одна сторона осталась прежней ширины, а вторая получилась размером 20-25 мм. В качестве лопастей будут использоваться три части трубы;
• Полученные лопасти крепятся к шкиву с шагом 1200 с помощью болтов 6 мм подходящей длины, и шкив крепится на валу электродвигателя;
• К более широкой стороне квадратной трубы на расстоянии 1/3 от края перпендикулярно приваривается труба диаметром 25 мм;
• На короткое плечо квадратной трубы крепится электродвигатель, а на длинное устанавливается алюминиевый лист, служащий для поворота всей конструкции по направлению ветра по типу флюгера;
• Полученная конструкция вставляется трубой 25 мм в один конец трубы 32 мм. Это сочленение будет служить поворотным механизмом ветряной электростанции для следования ее по направлению ветра;
• К электродвигателю подключается кабель, труба диаметром 32 мм устанавливается в качестве мачты и прочно закрепляется в грунте и с помощью растяжек;
• Электрическая часть ВЭУ собирается в отдельном блоке таким образом, что бы энергия от генератора через реле зарядки подключалось к аккумуляторной батарее, а от батареи через инвертор запитывались необходимые потребители. Составные части электрооборудования можно сделать самостоятельно или приобрести.

Далее, в процессе работы установки, возможно, придется сделать другими размеры и конфигурацию лопастей, передаточное отношение между ветряным двигателем и генератором — каждый ветрогенератор, изготовленный своими руками, индивидуален в силу использования различных компонентов и условий ветрообразования. Первоначально ветряную электростанцию рекомендуют изготавливать небольшой мощности, на которой можно отработать полученную информацию не вкладывая большое количество средств.

Оцените статью:

Загрузка…

Поделитесь с друзьями:

mirenergii.ru

Ветряные электростанции — перспективные источники энергии

Не каждый человек сможет быстро ответить на вопрос – что же такое ветер? С точки зрения физики это довольно сложное природное явление. Но есть у этого понятия и экономическое толкование, и важность его в современном мире все возрастает от года к году. Энергия ветра, дешевая и возобновляемая, вот причина привлекательности этого явления природы. Точно такая же энергия получается при использовании течения воды, приливов и отливов, солнечных лучей. Но у ветряной энергии есть свои особенности, которые мы и рассмотрим в этой статье.

История использования энергии ветра

В древнем городе Вавилон в третьем тысячелетии до нашей эры уже пользовались энергией ветра. Расцвет экономики этого региона наступил в 6-ом веке до нашей эры, и именно на эту эпоху приходится самое большое число технических открытий. Тогда было создано первое устройство, которое позволяло осушать болотистые местности. В древнем Египте с помощью ветра были созданы первые ветряные мельницы для производства муки из зерна. В Китае пошли еще дальше, там в это же время велась откачка воды с рисовых полей механизированным способом. И вращали лопасти этих устройств именно ветряные потоки. Европа в этом отношении не была в первых рядах, ветряные технологии дошли сюда только в 12-ом веке нашей эры.

Но все эти три тысячи лет были только подготовкой к существенному рывку технического прогресса, который произошел в 20-ом веке. Человечество придумало, каким образом не просто заставлять ветер вращать какие-либо лопасти, а как вырабатывать электроэнергию, чтобы обеспечивать работу самых разных машин. Такое открытие стало по-настоящему прогрессивным, оно перевернуло всю историю использования ветра. На данный момент на Земле работают электростанции, которые являются представителями далеко не первого поколения. Современные, технологичные, экономичные станции украшают многочисленные районы нашей планеты, способствуя улучшению экологии и здоровья людей.

Преимущества ветряных электростанций

Установить ветряную электростанцию где угодно не получится. Для этой цели подходят только те районы, где наблюдаются постоянные сильные ветра. Но и здесь есть свои нормативы. Если в местности преимущественно дует ветер со скоростью от 4,5 м/с, то строительство ветряной станции будет эффективным. Причем, такую электростанцию можно строить как отдельно стоящую, так и несколько станций, объединенных в систему, то есть каскад станций. Такие сети станций называют ветряными фермами, в этом случае несколько ветряков работают на один энергоблок. Таким образом достигается максимальный энергетический эффект при существенной экономии на строительстве и оснащении.

На данный момент наибольшее количество ветряной энергии производят в Соединенных Штатах. Если же говорить о Европе, то лидерами в этой сфере являются Дания, Нидерланды, Германия и Великобритания. Причем, в Германии работает наиболее мощная электростанция, которая в электроэнергию преобразует силу ветра. Она вырабатывает ежегодно до 7 миллионов кВт/часов энергии. Ветряная ферма Aeolus II поставляет электроэнергию в 2 тысячи домов. Если учесть, что на планете на сегодняшний день работает более 20 тысяч ветряных ферм, то можно представить, сколько электричества производится с помощью обычного природного явления – ветра. Такое широкое развитие отрасль получила благодаря массе преимуществ. Есть и недостатки, но они легко устраняются, а вот плюсы работают долго и эффективно. Итак, ветряные электростанции ценятся человечеством по нескольким причинам.

Стоимость эксплуатации ветроэлектростанции очень низкая. Для ее успешной работы не нужен многочисленный персонал, не требуется его обучение. Покупка и регулярная замена дорогостоящих блоков также не требуется.

Однажды правильно выбранное место расположения для электростанции гарантирует несколько десятилетий бесперебойной и качественной работы, получение должного объема энергии. Точность выбора места требует огромного внимания: подробный и тщательный анализ обеспечит в дальнейшем и экологичность процесса и его финансовую выгоду для собственника.

Электростанция, работающая при помощи ветра, это практически совершенно чистый объект в плане экологии. Чистота окружающей среды выражается и в системе работы, и в процессе передачи энергии, и в ее использовании. Кроме того, ветряная станция не может навредить окружающей среде даже в случае ее разрушения, что нельзя сказать о гидроэлектростанции или о станции атомной. Ветряная электростанция не производит выбросов в окружающую среду, она не изменяет ландшафт, не нарушает природную экосистему. Никаких вредных воздействий ни на территорию, ни на озоновую оболочку Земли нет.

Топливо или источник энергии у ветряной станции – возобновляемое. Это ветер, который не нужно где-либо добывать и транспортировать на место расположения станции. Поэтому финансовый эффект от работы ветряков максимальный. Транспортировать электрическую энергию приходится только до источника потребления. Практика показывает, что потребитель практически всегда находится рядом, поэтому не приходится тратить большие деньги на строительство коммуникаций. Кроме того, не происходит потерь энергии во время транспортировки, а они иногда приносят очень серьезные убытки компании-собственнику.

Вблизи от ветряной электростанции не надо выстраивать «мертвую» зону, как около других станций. Все земли можно использовать в сельскохозяйственных целях, ведь ветряки никак не вредят окружающей среде.

Расходы на получение ветряной энергии хоть и минимальны, но все же существуют. Преимущество этих расходов – их стабильность. А вот стоимость энергии для продажи постоянно растет. Следовательно, размер чистой прибыли владельцев ветряных станций постоянно растет. Причем конкурентоспособность на рынке энергии ветряной ресурс имеет очень высокую. Стоимость энергии в разы дешевле, чем та, которая получена на ГЭС, АЭС.

Недостатки ветряных электростанций

Недостатков немного, но противники строительства ветряков их активно муссируют в прессе. Но все эти недостатки скорее всего представляют собой трудности при ведении этого бизнеса, которые можно минимизировать.

Высокий входной барьер в бизнес. Для того, чтобы начать получать ветровую энергию, надо построить ветряную ферму. Предстоят затраты на высокоточные расчеты для определения местности постройки, также надо будет вложить деньги в покупку оборудования и его монтаж на выбранной территории. Именно стоимость ветряной электростанции, стоимость оборудования являются основной строкой затрат, но здесь можно воспользоваться услугами инвесторов, банковским кредитованием и пр.

Весьма существенный недостаток ветряной станции – невозможность точного прогноза, сколько электроэнергии будет получено в определенный отрезок времени. Предугадать, насколько сильным будет ветер, и будет ли он дуть вообще, невозможно. Поэтому при ведении данного вида бизнеса существуют существенные риски. Но минимизировать их можно, если тщательно выверить координаты расположения станции на стадии ее планирования. Такой анализ основывается на многолетних показаниях скорости ветра.

Многие противники ветряных станций утверждают, что лопасти издают сильный шум, который негативно влияет на окружающую среду. Но современные технологии позволили измерить уровень шума и изучить его воздействие. Оказалось, громкий звук от работы лопастей действительно присутствует, но уже на расстоянии 30 метров от источника он слышен только на уровне фона. Для сведения: фон – это уровень шума естественной окружающей среды.

Защитники птиц выступают активно против строительства ветряных станций. В этом случае аргументы также легко разбиваются об анализ вреда, наносимого другими техногенными объектами птицам. Подсчет показал, что количество птиц, попадающих под лопасти ветряков, ничем не отличается от числа пернатых, которые погибают в других местах, к примеру, на высоковольтных линиях передач.

Еще одна весьма сомнительная гипотеза противников ветряной энергии – искажение телевизионного сигнала вблизи от фермы. В современном мире все большую популярность приобретает спутниковое ТВ, цифровое ТВ, эфирного телевидения остается все меньше и меньше, поэтому приему сигнала в квартирах и домах ничто помешать не может.

Ветряные электростанции делают жизнь немцев невыносимой :

Достижения ветряного направления в энергетике

Ветроэнергетика в мире получила в последние годы значительное развитие. Показательны результаты ветряной энергетики в Шотландии. Здесь ветряками вырабатывается электроэнергии на 25% больше, чем потребляют все жилые объекты страны, а это более трети всего энергопотребления. И самое интересное, что правительство Шотландии поставило задачу – к 2020 году все потребности в электричестве удовлетворять за счет работы ветряных электростанций. И шотландцы готовы на это потратить почти 46 миллиардов фунтов стерлингов. Взята стратегия на закрытие атомных станций и на развитие солнечных и ветряных электростанций.

Недавно в Канаде установили юбилейную ветряную станцию. Порядковый номер этого объекта – 1500! Полмиллиона жилых домов можно снабжать электроэнергией ветряных станций. Причем первая ветряная турбина в этой стране была установлена всего 10 лет назад. И если на данный момент доля ветряной энергетики занимает 3% в экономике Канады, то к 2025 году планируется увеличить этот объем до 20%.

Испанский остров Эль Хьерро давно заявил о своей энергетической независимости. Ветро-приливная электростанция вырабатывает более 20% всего электричества. Столько же дает атомная энергетика, чуть меньше – ТЭЦ и ГЭС. Солнечные батареи вырабатывают около 5% электричества, потребляемого на острове.

На Ямайке построена гибридная станция, которая одновременно работает и на энергии ветра и на солнечной энергии. Ее мощность – более 110 кВт/ч в год. Владелец электростанции – производитель оборудования для таких станций. Собственник утверждает, что окупается довольно дорогое оборудование за 4 года, а затем за 25 лет эксплуатации станция даст экономию 2 миллиона долларов.

Российская ветроэнергетика

Все перечисленные плюсы ветроэнергетики, которые присутствуют в других странах, в России работают слабо. Стоимость киловатта электроэнергии ветровой в 3-8 раз превышает цену обычного традиционного электричества. Причин тому много, но главная – слабое внимание к этому альтернативному источнику энергии. Следствием такого отношения является то, что за год в России производится ветряными фермами столько электричества, сколько в Китае, например, за 2 часа. Ветроэнергетика в России – очень обширная тема, и ее мы обсудим в следующей статье.

Почему в России не строят ветряные электростанции :

altenergiya.ru

Электрические ветряные мельницы (ветряки)

Электрическая ветряная мельница или просто ветряк — это вариант для тех, кто мечтает об автономном доме и тех, у кого нет возможности подключиться к существующей электромагистрали по причине ее значительной удаленности от дома. Назначение подобных установок в том, чтобы преобразовывать кинетическую энергию ветра в электрическую.

Конструкция ветряков не замысловатая и представляет собой мачту (на растяжках, монолитная, телескопическая), на вершине которой закрепляется редуктор с лопастями и генератор.

Если вы решили установить электрическую ветряную мельницу у себя на участке, то вам необходимо определиться с видом ветрогенератора и его мощностью.

Что касается вида ветрогенираторов, то их различают по количеству лопастей, по шагу винта, по материалу и по оси вращения. О последней классификации мы дальше и поговорим, так как определившись с тем, с какой осью вращения у вас будет ветрогениратор (с горизонтальной или вертикальной) подбирается все остальное.

Ветрогениратор с горизонтальной осью вращения.

Данный ветрогениратор представляет собой обычный пропеллер, у которого ось вращения ориентирована параллельно воздушному потоку.

Достоинства горизонтального ветрогениратора:

• после его установки вы получаете надежный, экологически чистый, безопасный, а главное автономный источник энергии;
• при равной мощности имеет меньшие габариты, чем вертикальный;
• более высокая эффективность работы, за счет меньшего разброса углов атаки на рабочих режимах;
• коэффициент полезного действия (КПД) выше, чем у вертикальных, 30% против 25%;
• срок окупаемости меньше в 2-3 раза, чем у ветрогенератора с вертикальной осью вращения, и составляет около 15 лет.

Недостатки горизонтального ветрогениратора:

• роутер необходимо ориентировать по направлению ветра, а для этого требуется внедрять дополнительные механизмы, например, флюгер;
  
• не подходит для мест, где часто случаются турбулентные ветра;
• для оптимальной работы установки скорость ветра должна быть 10-12 м/с (для вертикального ветрогенератора — 3-4 м/с).

Ветрогениратор с вертикальной осью вращения.

Тип конструкции у такого ветрогенератора совершенно отличается от конструкций горизонтального ветрогениратора. Здесь ось вращение ориентирована перпендикулярно воздушному потоку.

Достоинства вертикального ветрогениратора:

• так же, как и ветрогениратор с горизонтальной осью вращения, он является экологически чистым, надежным, безопасным и автономным источником энергии;
  
• всегда находиться по ветру, что не влияет на его производительность при смене ветрового потока в отличие от горизонтальных, у которых она падает при смене ветра;
• немного выше коэффициент использования энергии ветра, чем у горизонтальных;
• можно ставить в местах, где часто наблюдаются резкие и кратковременные порывы ветра;
• для старта и дальнейшей работы требуется ветер со скоростью 1 м/с;
• зимой снег не налипает на лопасти.

Недостатки вертикального ветрогениратора:

• стоят дороже, парой в 2-3 раза по сравнению с горизонтальными;
  
• для получения той же мощности, что и у ветрогениратора с горизонтальной осью, потребуется ветряк в 2 раза больше;
• может вызвать сильные резонансы;
• находится ниже к земле, чем ветрогенираторы с горизонтальной осью вращения.

Срок службы у обоих видов установок одинаков и составляет 15-25 лет, по истечении которого требуется замена основных деталей. Не отличается у обоих типов ветрогенираторов и уровень шума — при исправных и смазанных деталях в доме вы их слышать не будете.

Наибольшее же распространение в частном домостроение получили ветряки с горизонтальной осью вращения.

Необходимая мощность электрических ветряных мельниц

Какой мощности нужно покупать ветрогениратор, чтобы энергии хватило на все необходимое? Это второй вопрос, на который нужно ответить перед его приобретением.

Итак, для следующих запросов мощность ветряка должна быть:

300-500 Ватт — обеспечат зарядку мобильных устройств, просмотр телевизора или освещение нескольких помещений. От такого ветряка можно смело запитать баню при условии, что нагрев воды будет производиться дровами, газом или другими отличными от электричества способами;

1-5 КВатт — обеспечат работу стиральной машины, электроплиты, микровалновки, холодильника и другой бытовой техники;

5-10 КВатт — электроэнергией будет полностью обеспечен частный дом или коттедж, правда только в том случае, если не будут использоваться кондиционер и электрические отопительные приборы;

10-20 КВатт — такой мощности достаточно для обеспечения электроэнергией нескольких домов.

Правда, для того, чтобы вырабатывалась указанная энергия, необходим практически бесперебойный ветер, который должен дуть с оптимальной скоростью необходимой для каждой установки.

 

Поделиться статьей с друзьями:

svoydomtoday.ru

Чудеса инженерии — ветряные электростанции: alexeyosokin — LiveJournal

Путешествуя по Европе, в особенности по Германии, трудно не заметить целые леса ветряков. С каждым годом их становится все больше и больше. Люди стали серьезней относиться к экологии, кроме этого, по планам немецкого правительства, себестоимость электричества, получаемого от альтернативных (возобновляемых) источников энергии сравняется с традиционными «грязными» способами уже через 5 лет…

Лично мне очень нравятся ветряные электростанции. Уверен, что как в древние времена ветряные мельницы стали неотъемлемой частью европейских пейзажей, так и современные ветряки надолго вписались в природу нашего континента.

Никогда не вдавался в подробности процесса получения электроэнергии из ветра. Из школьной программы понятен сам механизм преобразования кинетической энергии в электрическую, но что из себя представляет ветряк, какой он высоты, сколько тока способен выработать и т.п. не имел понятия.

Изучив вопрос, мне показалось, что многим будет любопытно об этом узнать…

И так, для начала разберемся с внутренней начинкой ветрогенератора:

По схеме видно, что все предельно просто, но есть нюансы.

— Конструкция промышленных ветрогенераторов очень много весит. Вес турбин исчисляется тоннами.
— Высота мачты может достигать 180 метров.
— Размах лопастей — до 60 метров.

И это не предел. Уже сейчас разрабатываются более крупные, а следовательно более мощные ветрогенераторы.

Что же могут дать нам такие монстры? Мощность среднестатистического промышленного ветряка составляет 5 МВт, а самые мощные современные генераторы способны выдавать до 20 МВт.

Ветряная электростанция — это несколько ветрогенераторов, объединенных в одну сеть. Большие электростанции, например построенные в открытом море в территориальных водах Голландии, насчитывают более 100 вышек. Электростанция на моих фотографиях состоит из 20-25 ветрогенераторов и питает завод по производству химических удобрений и город с населением 30,000 человек рядом с ним.

На установку одного ветряка уходит около 5 дней. Казалось бы, что на постройку целой электростанции не должно уходить более месяца, но это не так. Реальный срок — один год. Перед тем как решить, ставить или не ставить ветряки в конкретном месте, производится долгий процесс сбора данных о ветре. Для этого используют несколько датчиков, которые устанавливаются на высоту 35, 60 и 100 метров над поверхностью земли. И только через год инженеры принимают решение о том, строить ли здесь ветряную электростанцию или нет.

Для ускорения процесса строительства в будущем, европейцы вложили более миллиарда евро в изучение ветров по всей территории Евросоюза. В будущем, пользуясь специальной картой, можно будет быстро определить выгодное для строительства место и уже через месяц начать получать электричество.

Кроме массы плюсов, у ветрогенераторов есть и минусы. Главный из них — себестоимость производимой электроэнергии. На данный момент стоимость 1 МВт, произведенного ветряной электростанцией, составляет 1 миллион евро (по данным Bloomberg New Energy Finance). Также есть сложности при эксплуатации ветряков. Они регулярно страдают от попаданий молнии, хотя современные установки оснащены специальной защитой. Из-за трения вращающихся частей внутри гондолы нередки случаи возгорания. Отказы тормозных систем приводят к разрушению генератора и лопастей во время сильных ветров. В зимний период существенно падает производительность из-за обледенения лопастей.

Однако, несмотря на все минусы, индустрия ветряной электроэнергии растет огромными темпами. А значит выделяется много средств на научные разработки в этой сфере. И уже совсем скоро мы начнем питаться исключительно чистой энергией природы!

Ура, товарищи!

Добавить в друзья

Мои Facebook, Twitter и Instagram
Follow me!

И заглядывайте на мой сайт alexeyosokin.com, там тоже много интересного и даже полезного.

Трэвел партнер блога:

alexeyosokin.livejournal.com

планирование и типы ветряных электростанций :: BusinessMan.ru

Ветряные электростанции (ВЭС) – устройства специальной конструкции, в которых энергия ветра преобразуется в электрическую. С каждым днем они становятся популярнее. Использующие природные, а главное, возобновляемые источники энергии, удобные и простые ветроэлектростанции, так называемые ветряки, являются прекрасной альтернативой традиционным электростанциям, особенно в частных домах.

Использование энергии ветра

Ветряные мельницы, а точнее принцип их действия, были незаслуженно забыты в двадцатых годах прошлого века. Впрочем, силу ветра не использовали и тогда для получения электрической энергии. Она приводила в действие жернова мельниц, использовалась в качестве движителя для парусных судов, позднее запускала насосы для закачки воды в резервуары, то есть превращалась в механическую энергию.

Ветроэнергетика начала стремительно развиваться в конце шестидесятых годов прошлого, XX столетия. В это время стало катастрофически не хватать традиционных энергоносителей, кроме того, они резко поднялись в цене, все острее становились экологические проблемы, связанные с их использованием.

Способствовал использованию альтернативных источников электроэнергии, в том числе силы ветра, и технический прогресс. Появились новые высокопрочные и достаточно легкие материалы, позволяющие возводить башни до 120 м высотой и огромные лопасти.

Ветра, дующие во многих регионах планеты, в состоянии вращать турбины электростанции с достаточной скоростью, чтобы обеспечивать энергией частные дома, небольшие фермы или школы в сельской местности.

Но в любой бочке меда найдется хотя бы одна ложка дегтя. Ветер невозможно подчинить, он не дует всегда, тем более в одном направлении и с одинаковой скоростью. Технический прогресс не стоит на месте. Если сегодня ветряные электростанции для частного дома, вырабатывающие сотни киловатт электроэнергии, уже не являются большой редкостью, то завтра, может быть, повседневностью станут и станции мощностью в десятки мегаватт. Во всяком случае, уже есть ветроэлектростанции, мощность которых составляет 5 мВт и больше.

Преимущества и недостатки ветроэлектростанций

Ветряные электростанции обладают кроме использования бесплатной энергии ветра и независимости от внешних источников электроэнергии еще несколькими весомыми преимуществами. Не существует экологической проблемы хранения и утилизации отходов, да и сам способ получения энергии один из самых экологичных. Не говоря уже о том, как эстетично выглядит ветряк на фоне неба, достоинством его можно считать, что установка может быть как стационарной, так и передвижной.

Кроме того, сегодня уже можно подобрать ВЭС подходящей модели и мощности или использовать установку, сочетающую использование нескольких источников энергии, традиционных и альтернативных. Это может быть дизель- или солнечно-ветряная электростанция.

ВЭС имеют и недостатки. Во-первых, они шумные настолько, что крупные установки в ночное время приходится отключать. Во-вторых, создают зачастую помехи для воздушных сообщений или радиоволн. В-третьих, их нужно размещать на поистине огромных площадях. И есть еще один существенный недостаток лопастных конструкций – их нужно отключать во время массовых сезонных перелетов птиц.

Типы ветроэлектростанций

По функциональности электростанции ветряные можно разделить на стационарные и передвижные, или мобильные. Мощные стационарные установки требуют проведения целого комплекса подготовительных работ, но они в аккумуляторных батареях способны накапливать достаточное для использования в безветренную погоду количество электроэнергии.

Передвижные электростанции проще по конструкции, неприхотливы, их легко устанавливать и просто эксплуатировать. Обычно они используются для питания электроприборов или в путешествиях.

По конструкции различают крыльчатые и роторные ветроэлектростанции.

По месту установки ВЭС бывают:

• наземные. Они устанавливаются на возвышенностях и наиболее распространены на сегодняшний день;
• прибрежные. Строятся в прибрежной зоне морей и океанов, где из-за неравномерного нагревания суши и воды постоянно дуют ветры;
• оффшорные. Строятся в море на расстоянии 10-15 км от берега, где постоянно дуют морские ветры;
• плавающие. Они тоже располагаются примерно на таком же расстоянии от берега, как и оффшорные, но на плавающей платформе.

По сферам применения электростанции ветряные бывают промышленные и бытовые.

Крыльчатые ВЭС

Уже привычными стали крыльчатые ВЭС, которые лидируют на рынке ветроэнергетики. На высокой мечте устанавливается лопастной механизм с горизонтальной осью вращения, преимущественно трехлопастной, и его мощность зависит от размаха лопастей. Максимальной скорости вращения такой агрегат достигает, когда лопасти перпендикулярны ветровому потоку, поэтому в его конструкции предусмотрено устройство автоматического поворота оси вращения в виде крыла стабилизатора на малых и электронной системы управления рысканием на более мощных станциях.

Различаются между собой крыльчатые ветроэлектростанции в основном количеством лопастей. Они могут быть многолопастными, двухлопастными, даже с одной лопастью и противовесом.

Роторные ВЭС

Роторные, или карусельные, электростанции ветряные имеют вертикальную ось вращения и не зависят от направления ветра. Это важное преимущество, если используются приземные рыскающие воздушные потоки. Минусом ВЭС такой конструкции является использование многополюсных генераторов, которые работают на малых оборотах и не имеют широкого распространения.

Эти установки тихоходны и, как следствие, не создают большого шума. Кроме того, их достоинством является простота электрических схем, которые не нарушаются при случайных резких порывах ветра.

Специалисты считают, что роторные ВЭС наиболее перспективны для большой ветроэнергетики. Правда, чтобы раскрутить такую установку, к ней нужно приложить внешнюю энергию. Только когда она достигнет определенных аэродинамических показателей, сама переходит в режим генератора из режима двигателя.

Комбинированная система «ветро-дизель»

Недостаток ветроагрегатов — неравномерная подача электроэнергии – в крупных сетях компенсируется большим количеством установок.

Также компенсировать этот недостаток можно, используя комбинированные системы, в которых есть специальные устройства, распределяющие нагрузки между ветроэнергетической установкой (ВЭУ) и дизелем. Поэтому автономные сети небольшой мощности от 0,5 до 4 МВт в паре с дизелем могут надежно и равномерно функционировать.

Современное оборудование, с помощью которого экономится около 65 % жидкого топлива в год, позволяет всего за несколько секунд при необходимости подключить дизель или отключить его.

Бытовые и промышленные ВЭС

Бытовые ветроэнергетические установки имеют мощность от 250 Вт до 15 кВт, могут работать в комплексе с солнечными батареями, с аккумулятором или без него.

Электроэнергия, вырабатываемая бытовыми ВЭС, достаточно дорогая, но часто бывает, что других ее источников просто нет.

Бытовые ветряные электростанции в России производятся с генератором постоянного тока, который заряжает аккумуляторные батареи емкостью до 800 А/ч. От таких батарей в доме могут работать все бытовые приборы: телевизор, электрочайник и др.

Процесс зарядки батарей после отключения нагрузки может быть достаточно долгим, в зависимости от силы ветра и мощности генератора.

Зарубежные бытовые ВЭС на российском рынке тоже есть, они достаточно дороги, но выдают, как правило, меньше половины номинальной мощности.

Промышленные ВЭС отличаются значительно большей мощностью и объединяются, как правило, в единые сети.

Частные ветряные электростанции в основном имеют мощность от 3 до 5, реже 10 кВт. Если среднегодовая скорость ветра в регионе достигает 3-4 м/с, то такая ВЭС может обеспечить электроэнергией средний загородный дом, СТО или небольшое кафе.

Основные характеристики ВЭС

Номинальная мощность является основным показателем, который характеризует все электростанции, ветряные не исключение. Она определяется мощностью, которую вырабатывает генератор при средней скорости ветра 12 м/с, и зависит от типа станции.

Следующим важным показателем является номинальное напряжение ВЭС, которое вырабатывает генератор. Это может быть как 220 В, так и 12 В, и 24 В.

От мощности турбины зависит электрическая мощность генератора. Поскольку мощность турбины тем выше, чем больше ее диаметр и, следовательно, прочней мачта, то этот показатель важен при выборе и расчете конструкции мачты.

Ветроустановка имеет еще несколько характеристик. Важна ее производительность – это количество электроэнергии, которое устройство вырабатывает в год. Необходимо при выборе ВЭУ знать максимальную скорость ветра, которую выдерживает турбина, и его минимальную (пусковую) скорость, при которой она начинает вращаться. Играют роль при выборе и частота вращения турбины, и количество лопастей.

Принцип работы и устройство ВЭС

На ветряной электростанции поток воздуха вращает колесо с лопастями, с которого крутящий момент передается на другие механизмы. Чем больше размеры колеса, тем больший поток воздуха оно захватывает и, следовательно, быстрее вращается.

Если говорить языком физики, линейная скорость ветра преобразовывается в угловую скорость вращения оси генератора, который, в свою очередь, преобразовывает вращательное движение в электрическую энергию, передавая ее через контроллер на аккумуляторы. На выходе из устройства электроэнергия уже пригодна к бытовому использованию.

То есть, малая электростанция ветровая состоит из турбины, лопастей, хвоста (поворотного механизма), мачты с тросами-растяжками, аккумуляторов, контроллера их заряда и инвертора, который преобразовывает напряжение 12 В в 220 В.

Кроме этих устройств промышленная ВЭС содержит еще системы слежения за направлением ветра и его скоростью, состоянием ветрогенератора и защиты от грозовых разрядов. Кроме того, с нагрузками большего масштаба мачта не справляется, и ее заменяют башней, в которой располагается все дополнительное оборудование.

Проектирование ВЭС

Главный показатель, который позволяет принять решение об использовании ветроэлектростанции, — это среднегодовая скорость ветра, которая должна быть не меньше 5 м/с. Правда, сегодня уже существуют легкоразгоняемые ВЭС, предназначенные для электроснабжения частных домовладений, которые начинают работу с минимальной скорости воздушного потока в 3,5 м/с.

Для определения этого показателя используются специальные карты ветров.

В различных климатических зонах России были проведены измерения скорости ветра, чтобы определить, насколько эффективны там ветровые электростанции. Ветряные установки и станции уже действуют в Калининградской области, на Командорских островах, в Мурманске, Республике Саха (Якутии), в Башкортостане.

Принимая решение об установке ветроэнергетической установки или частной ВЭС, стоит для начала обратиться к специалистам, чтобы провести исследования направления и силы ветра с помощью анемометров и построить карты доступности его энергии. По этим данным рассчитывается и разрабатывается проект ВЭУ или станции из нескольких установок, ее технические и геометрические параметры.

Промышленную ВЭС достаточно большой мощности без инвесторов не построить, а грамотно выполненные расчеты и составленный проект позволят определить срок окупаемости проекта и привлечь дополнительные финансы.

Частные ветряные электростанции

По существенно заниженным данным статистики, не учитывающим отдельно стоящие удаленные здания и сооружения, около 30 % частных хозяйств в сельской местности, куда прокладка электрических сетей невозможна по экономическим причинам, не имеют электроснабжения. Не везде даже стоят генераторы на жидком топливе. И это в XXI веке!

Исследования показали, что ветроэнергетические станции различной мощности можно устанавливать во многих районах севера и Крайнего Севера, на Сахалине и Камчатке, в Нижнем Поволжье, Сибири, Карелии и на Северном Кавказе.

На выбор установки влияют потребности заказчика. Если нужно обеспечить работу сельхозтехники, с такой задачей справится маломощный ветрогенератор. Если же нужно электрифицировать целое здание, наладить уличное освещение, обеспечить отопление дома, нужно выполнять проект ветряной электростанции.

Кроме среднемесячной скорости ветра и его направления нужно рассчитать среднемесячное потребление и пиковую нагрузку электроэнергии. Такие расчеты при желании несложно выполнить самостоятельно.

Существует еще один показатель, который влияет на стоимость оборудования и монтажа ВЭУ. Это высота мачты. Чем сооружение выше, тем больше скорость ветра и тем дороже оно обходится. Оптимальной, по утверждению специалистов, является высота мачты на 10 большая, чем самое высокое дерево или здание в радиусе 100 м.

Ветряная электростанция своими руками

Для работы электронасоса, телевизора, освещения или других маломощных электроприборов на дачном участке ветроэнергетическую установку можно сделать собственноручно, если есть некоторые познания в электротехнике.

Существуют справочные данные и рекомендации по выбору мощности ветрогенератора, размерам и количеству его лопастей и достаточно подробные инструкции, как сделать ветряную электростанцию своими руками, из каких материалов и узлов.

Сегодня в Европе растут капиталовложения в строительство больших ветроэлектростанций. Массовое строительство снижает себестоимость одного киловатта и приближает ее к цене электроэнергии, полученной из традиционных источников.

Конструкция ветроэлектростанций постоянно совершенствуется, улучшаются аэродинамические и электрические показатели, снижаются потери.

Ветряные электростанции для дома, по оценкам экономистов, становятся самыми эффективными в плане окупаемости проектами в области энергетики. В дальнейшем они обещают независимость от негативных тенденций на этом рынке.

businessman.ru

Альтернативная энергия — обузданный ветер / Аналитика

Ветряные мельницы до XIX века

Долгие столетия благодаря ветру человек передвигался по морям и океанам, используя для «ловли» воздушных потоков паруса. Примерно II-I веками до н.э. датируются первые известные ветряные мельницы, найденные в Египте возле города Александрия. Это были каменные мельницы барабанного типа. У них колесо с широкими лопастями монтировалось в специальном барабане таким образом, что половина колеса находилась снаружи, и ветер, давя на лопасти, вращал колесо, которое, в свою очередь, приводило в движение жернов. Более совершенные ветряные мельницы крыльчатой конструкции в VII веке н.э. стали использовать персы, проживавшие на территории современного Ирана. С VIII-IX веков ветряные мельницы распространились по Европе и Руси. Поначалу эти мельницы мололи зерно, но постепенно человек начал применять их также для откачки воды и приведения в действие различных механизмов. В частности, голландцы таким образом осушали польдеры — участки земли, обнесенные дамбами.

Персидская ветряная мельница.

До середины XVI столетия в Европе были распространены так называемые мельницы на козлах (иначе — немецкие мельницы). Их недостатками являлись ненадежность (опрокидывались бурей) и ограниченная производительность ввиду того, что козловые мельницы поворачивались вручную в сторону ветра с помощью козел (отсюда и название), а значит — строились не слишком большими. Но в середине XVI века в Голландии изобрели мельницу, в которой двигалась лишь крыша с крыльями. Усовершенствованные мельницы стали называть шатровыми (или голландскими). Такие мельницы строили очень высокими, что позволяло закреплять на них более длинные крылья, тем самым увеличивая мощность. Сегодня самыми высокими в мире ветряными мельницами считаются голландские ветряки под названием «Север» и «Свобода», чья высота превышает 33 метров.

Мельница в голландском местечке Киндердейк.

В свое время Голландия являлась «лидером» по количеству ветряных мельниц, которые использовались не только для помола зерен и откачки воды. Получили распространение красильные, масляные, лесопильные мельницы. Именно для лесопилки была построена в Петербурге ветряная мельница, конструкцию которой Петр I лично изучил у голландских мастеров. Даже бумагу изготавливали с помощью ветряных мельниц, и ныне в голландском местечке Заансе Сханс можно увидеть последнюю мельницу (под названием «Учитель») для производства бумаги. Не случайно очень долгое время бумага из Голландии считалась самой лучшей, и американская «Декларация Независимости» как раз и была напечатана на такой бумаге.

Новая жизнь ветряных мельниц

Появление более совершенных технологий, казалось, отправит ветряные мельницы в область туристических диковинок. Однако достаточно быстро люди разобрались, что таким «дедовским» способом, т.е. с помощью ветряков, можно получать энергию электричества. В июле 1887 года шотландский академик и профессор Джеймс Блит (James Blyth) предпринял попытку создания ветровой установки для получения электричества. В 1891-м он получил патент на свое изобретение. 10-метровый ветряк с крыльями, обтянутыми тканью, был установлен в шотландском городе Marykirk и производил электроэнергию для освещения. Правда, коммерческого успеха Блит не добился. Зимой 1887-1888-го, уже в Соединенных Штатах, Чарльз Ф. Браш (Charles F. Brush) создал ветряную турбину, которая питала электроэнергией его дом и лабораторию вплоть до 1900 года.

Ветряная турбина Чарльза Браша.

В 1890 году датский ученый и изобретатель Поль ля Кур (Poul la Cour) сконструировал ветряную электроустановку для производства водорода. Данная установка считается первым электроветряком современного типа. В первой половине прошлого века ветрогенераторы стали устанавливаться в тех местах, куда обычным путем электричество доставить было невозможно. С 20-х годов прошлого века ветрогенераторы начали появляться в США и Австралии. В России в 1918 году получением электричества с помощью ветра заинтересовался профессор В. Залевский. Он создал теорию ветряной мельницы и сформулировал ряд принципов, которым должен отвечать ветрогнератор. В 1925-м профессор Н. Жуковский организовал отдел ветряных двигателей в Центральном аэрогидродинамическом институте. В 30-х годах ХХ века руководство Советского Союза всерьез озаботилось использованием энергии ветра. Было налажено производство ветроустановок мощностью 3-4 кВт, причем выпускались они сериями. Самую первую ветроэлектрическую станцию в СССР установили в 1930 году в городе Курске. Мощность станции равнялась 8 кВт. В 1931 году в СССР заработала самая крупная в мире Ялтинская ВЭС мощностью 100 кВт. Строительство и установка ветрогенераторов шло высокими темпами вплоть до начала 60-х. Достаточно сказать, что с 1950 по 1955 годы Союз выпускал до 9 тысяч ветроустановок ежегодно. Когда осваивалась целина в Казахстане, советские люди соорудили первую многоагрегатную ВЭС, работавшую совместно с дизелем; общая мощность данной установки составляла 400 кВт. Эта ВЭС стала примером для современных систем «ветро-дизель». Однако к концу 60-х ветроэнергетика Советского Союза уступила место крупным ТЭС, ГЭС и АЭС, и серийное производство «ветряков» было свернуто. К ВЭС вернулись в 90-е годы ХХ века, не в пример США и Европе. Начало же современной ветроэнергетики принято отсчитывать от 1979 года.

Современное состояние ветроэнергетики

Любопытно, что примерно до середины 90-х годов прошлого века по суммарной мощности ветроэнергетических установок первенство держали США. Однако в 1996 году в Западной Европе оказалось 55% мировых мощностей ветроэлектростанций. Изменились и сами электроветряки. До середины 90-х ХХ века в мире больше всего производили ветрогенераторов мощностью от 100 до 500 кВт. Затем наметилась тенденция к выпуску установок мощностью до 2000 кВт. Это поистине исполинские ветряки, высота которых превышает 100 метров. Несмотря на постоянно увеличивающиеся темпы роста числа ветроэлектростанций, доля электроэнергии, получаемой силой ветра, составляет чуть более 1% от общей величины выработки электроэнергии в мире. Однако в отдельных странах эта доля существенно выше, например, в Дании она составляет более 20%, в Германии — 14,3% (по данным 2007 года), в Индии — около 3% (по данным 2005 года). Потенциал ветровой энергии Российской Федерации составляет более 50 000 миллиардов кВт·ч/год. В переводе на язык экономики — это приблизительно 260 миллиардов кВт·ч/год, что равняется примерно 30% от электроэнергии, производимой всеми отечественными электростанциями. На 2006 год установленная мощность ветровых электростанций в России равнялась примерно 15 МВт.

«Куликовская» ВЭС.

Одна из самых мощных российских ветроэлектростанций размещается в районе поселка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Ее мощность — 5,1 МВт (ветропарк состоит из 21 ветроэнергетической установки, занимает примерно 20 гектар и способен обеспечить электричеством 145 квартир), а среднегодовая выработка — около 6 млн кВт·ч/год. Также стоит назвать Анадырскую ВЭС мощностью 2,5 МВт на Чукотке. В ближайшие годы в самых разных странах мира планируется существенно увеличить количество получаемой электроэнергии от ветряков. Однако распространение ВЭС может быть затруднено по ряду причин, о которых речь пойдет ниже.

Минусы ветроэнергетики

Итак, какие же существуют главные минусы у ветроэнергетики? Во-первых, сила ветра непостоянна. Поэтому существует опасность нарушения работы общей энергосистемы (которая сама по себе «страдает» от пиков и спадов нагрузки) в том случае, если в ней будет присутствовать значительная доля электроэнергии, получаемой от ВЭС (согласно некоторым расчетам — эта доля в 20-25%). Кроме того, «нестабильность» ветра вынуждает человека думать о резервных источниках электроэнергии, которые бы могли в нужный момент компенсировать недостающую часть электроэнергии. В качестве примера такого резерва можно привести газотурбинные электростанции либо аккумуляторы. Все это приводит к повышению стоимости ветровой электроэнергии. Во-вторых, ветряные энергетические установки издают приличный шум, что вынудило в ряде европейских стран принять закон, ограничивающий уровень шума ветряков до 45 дБ днем и до 35 дБ в ночное время. К шуму добавляется низкочастотная вибрация, передающаяся через почву. Вот почему жилые дома размещаются обычно на расстоянии 300 метров и более от ветряных энергетических установок. В-третьих, металлические составляющие ветряков производят радиопомехи, из-за чего в некоторых местах приходится даже строить рядом дополнительные ретрансляторы. Безусловно, нестабильность ВЭС в плане подачи электроэнергии — самая главная их беда, а с остальными недостатками ветряков вполне можно мириться. Тем более, что хоть значительные территории вокруг ветряных установок вынужденно безлюдны, однако они не пустуют, а практически полностью сдаются в аренду фермерским (либо иным) хозяйствам.

Типичный современный ветропарк.

В связи с этим, логично выглядит идея перевода ВЭС на выдачу не электрической энергии промышленного качества (~ 220В, 50 Гц), а постоянного или переменного тока, который бы затем преобразовывался с помощью ТЭНов в тепло, например, для получения горячей воды, обогрева и прочих нужд. В этом случае проблема бесперебойности подачи тока уходит на второй план. Кроме того, в мире функционируют ветродвигатели, с помощью которых не добывают электричество, а подымают воду из колодцев. Подобные установки находятся в Казахстане, Узбекистане и ряде других стран. Как видим, и в современном мире ветряки применяются достаточно широко.

Ветрогенераторы как они есть

Основными узлами ветрогенератора являются: винт, вращаемый силой ветра, корпус, генератор и аккумулятор. Помимо стационарных существуют мобильные ветроэлектростанции, мощности которых хватает на питание электроприборов. Мощность ветрогенератора напрямую связана с площадью, заметаемой лопастями генератора. Самые большие в мире ветрогенераторы выпускает немецкая компания «Repower»: диаметр ротора у таких турбин составляет 126 метров, вес гондолы — 200 тонн, высота башни — 120 метров, а мощность может доходить до 6 МВт. Самая распространенная конструкция ветрогенератора — с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя можно и сегодня увидеть двухлопастные установки. На текущий момент в мире распространены ветродвигатели двух типов: карусельные и крыльчатые. Встречаются также барабанные и другие конструкции. У карусельных (роторных) ветрогенераторов на вертикальную ось «насажено» колесо с лопастями. В отличие от крыльчатых, такие ветряки способны функционировать при любом направлении ветра, не меняя своего положения. Это тихоходные установки, не создающие большого шума. В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах — это допускает применение простых электрических схем без опасности потерпеть аварию при порыве ветра. Крыльчатые ветряки — это лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения. Крыло-стабилизатор позволяет устанавливать систему в самое выгодное положение относительно потока ветра. Небольшие крыльчатые ВЭС постоянного тока соединяют с электрогенератором напрямую (без мультипликатора), более мощные снабжаются редуктором. На мировом рынке доля крыльчатых ВЭС превышает 90%, чему причина — высокий коэффициент использования энергии ветра. Среди альтернативных конструкций стоит упомянуть ветряные системы, в которых нет движущихся частей. Проносящийся ветер в них охлаждается и, благодаря термоэлектрическому эффекту Томсона, способствует вырабатыванию электрической энергии.

А есть ли перспективы?

Безусловно, перспективы имеются. Ветряные установки вот уже более ста лет помогают человеку получать электричество буквально из ничего, используя лишь кинетическую энергию воздушных масс атмосферы. Тем самым, экономятся традиционные виды топлива (дрова, уголь, нефть, природный газ), уменьшается загрязнение окружающей среды. Глобальный экономический кризис, за развитием и, надеемся, благополучным концом которого мы наблюдаем сегодня, дает много пищи для размышлений, и в частности, наводит на мысль о переходе на альтернативные источники энергии. Высокие цены на нефть, перебои с поставками природного газа (в Европу, в частности) дают ветроэнергетике отличный шанс для дальнейшего развития. Не случайно ведь за рубежом альтернативная энергетика начала серьезный рост после нефтяного кризиса середины 70-х годов прошлого века. Поначалу ветроэнергетику дотировало государство, но сегодня данный вид энергетики является прибыльным делом, хотя и регулируется госструктурами. В России, кстати, необходимой законодательной базы для развития ветроэнергетики нет, по этой причине (а также из-за отсутствия серьезных инвестиций; ветропарк Куликовской ВЭС — дар властей Дании!!!) в нашей стране действуют не более четырех десятков скромных ВЭС, дающих суммарно менее 0,1% вырабатываемой в РФ энергии. Ветроэнергетика наличествует в более чем 50 странах мира. Страны-лидеры по суммарно установленным мощностям: Германия (18428 МВт), Испания (10027 МВт), США (9149 МВт), Индия (4430 МВт), Дания (3122 МВт), Нидерланды (1290 МВт), Китай (1260 МВт) и Португалия (1000 МВт). Если до недавнего времени ветроэнергетика активно развивалась в странах ЕС и США, то сегодня ВЭС в больших количествах возводят в Канаде, Азии, Южной Америке, Австралии, Африке (на прародине А.С. Пушкина в этом деле преуспевает Египет). Тенденция такова, что энергией ветра скоро начнут питать не отдельные дома, а целые поселки и города, поначалу, конечно, совсем небольшие. Одной из таких «ласточек» стал в 2008-м городок Rock Port (штат Миссури) — первый город в США, получающий 100% энергии от ветропарка (проект Wind Capital Group). Так называемая «малая ветроэнергетика» тоже может быть причислена к перспективным направлениям энергетики (см. нашу статью «IT-байки: Малая ветроэнергетика — для дома, для семьи»). Ветроэнергетика сегодня — это стремительно развивающаяся отрасль. Об этом говорят и цифры — в 2008 году общая мощность ветряной энергетики во всем мире составила 120 ГВт. Надеемся, что и Россия не останется в стороне от тенденций развития альтернативной энергетики, использующей для получения электричества или тепла силу ветра (а также приливы-отливы, геотермальные источники и т.д.), благо территории и ветрового потенциала в России предостаточно.

Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

3dnews.ru

Ветряки для выработки электрической энергии. Использование ветряных мельниц

Сила ветра это один из древнейших используемых человечеством источников энергии, которое, бесспорно, является одним из самых экономичных. Мореплаватели использовали силу ветра для морских путешествий под парусами еще за 3500 лет до новой эры. Простые мельницы были широко распространены в Китае 2200 лет назад. На Среднем Востоке, в Персии около 200 года до н.э. стали использоваться ветряки с вертикальной осью для перемалывания зерна. Первые персидские ветряки изготавливались из вязанок камыша, которые прикреплялись к деревянной раме, которая вращалась, когда дул ветер; стена вокруг мельницы направляла поток ветра против лопастей.

В XI веке в Европе начали распространяться ветряки завозились странствующими купцами и рыцарями из крестовых походов. Эти первые мельницы постоянно совершенствовались, сначала голландцами, затем англичанами, и наконец получили конструкции с горизонтальной осью. Жители Голландии обнаружили, что ветром очень удобно пользоваться для откачки воды, чтобы осушить землю, что для этой страны, расположенной в низовьях и поэтому страдает от наводнений, является очень актуальным. Наиболее активно в промышленному Европе мельницы использовались в XVIII веке, когда только в одной Голландии их было более ста тысяч. С их помощью мололи зерно, качали воду и пилили дрова. Впоследствии большинство ветряков, способных конкурировать с дешевым и надежным ископаемым топливом, были заменены паровыми двигателями. Однако и сегодня ветряки используются достаточно широко.

В истории Соединенных Штатов мельницы сыграли очень важную роль в освоении Запада Америки в конце XIX века.

Они были жизненно необходимы первым поселенцам Великих равнин. Ветряки поставляли воду на дорогу и пастбища, в места, удаленные от рек и источников воды. Позже ветряки стали использовать в удаленных от населенных пунктов хозяйствах для выработки электрической энергии. За последние 100 лет американцы создали более 8 миллионов ветровых установок для водопидняття, назначенных в большинстве случаев для пастбищ и скота.

В старых мельниц лопасти были деревянными и могли использовать около 7% энергии ветра. Благодаря новаторской работы Томас Перги, который в конце XIX века провел около 5000 экспериментов с разными видами «колеса» (т.е. ротора), деревянные лопасти уступили место лопастям из изогнутого металла, что увеличило эффективность установок вдвое — до 15%.

Энергия ветра вечно возобновляемая и неисчерпаемая, пока греет солнце. Ветер образуется на земле в результате неравномерного нагрева ее поверхности Солнцем.

Воздух над водной поверхностью в течение светлой части суток остается сравнительно холодным, так как энергия солнечного излучения расходуется на испарение воды и поглощается ею. Над сушей воздух нагревается благодаря тому, что она поглощает солнечную энергию меньше, чем поверхность воды. Нагретый воздух расширяется и поднимается вверх, а его заменяет холодный воздух от поверхности воды. Ночью суша охлаждается быстрее, чем вода, и температура над водой будет выше, чем над сушей. Поэтому ветры меняют свое направление, и холодный воздух суше вытесняет нагретый воздух водной поверхности.
Аналогично происходят изменения направления ветров в горной местности, где в течение дня теплый воздух поднимается вдоль склонов, а ночью холодный воздух спускается в долины.
Воздух циркулирует и вследствие вращения Земли: движение происходит в направлении, противоположном направлению движения часовой стрелки в северном полушарии, и по направлению движения часовой стрелки — в южном.

Что такое энергия ветра?

Часть солнечной энергии, которая достигает внешних слоев земной атмосферы, превращается в кинетическую энергию частиц воздуха, движущихся есть ветра. Кинетическая энергия ветрового потока равна

A = (m • v2) / 2,

где m — масса воздуха, движущегося кг
v — скорость ветра, м / с.

Энергия ветра имеет ряд специфических особенностей: малую концентрацию, отнесенную к единице объема воздушного потока; случайный характер изменения скорости, с другой стороны, повсеместное распространение этого источника энергии, слишком совершенные технические средства ветроэнергетики и их экономическая эффективность позволяют рассматривать его как дополнение к » большой «энергетики, прежде всего для обеспечения энергией потребителей в труднодоступных районах, удаленных от источника централизованного энергоснабжения.

Мощность ветрового потока определяется как

P = A /? =? ((F • v3) / 2),

где? — Плотность воздуха, кг / м;
F — площадь, которую пересекает ветровой поток, м2;
v — скорость ветра, м / с.

Ветровое колесо, размещенное в потоке воздуха, может в лучшем случае теоретически преобразовать в мощность на его валу 16/27 = 0,59 (критерий Бетца) мощности потока воздуха, проходящего через площадь сечения, охватываемую ветровым колесом Этот коэффициент можно назвать теоретическим КПД идеального ветрового колеса. В действительности КПД ниже и достигает для лучших ветровых колес примерно 0,45. Это означает, например, что ветровое колесо с длиной лопасти 10 м при скорости ветра 10 м / с в лучшем случае может иметь мощность на валу 85 кВт.

Окрестности, пригодные для размещения ветроагрегатов делятся на несколько классов (по типам неровностей). Такое разделение (см. табл. 1,) демонстрирует возможности обеспечения энергией ветроустановок в условных единицах (10 баллов соответствует отсутствию неравенств, то есть 0-й класс поверхности), по методике европейской практики строительства ветростанций.

Таблица 1 — Классификация ветрового потенциала местности по характеру неравенств

Класс нериввности	Топография местности	Энергопотенциал
1	Открытая местность без высокой растительности и лесов	6,8
2	Отдельные здания с расстоянием 1000м между ними	4,6
3	Застроенный район, леса, пересеченная местность	2,4

Оценка энергообеспеченности по баллам в зависимости от характера не всегда однозначна. Известно, что после застройки местности или после посадки деревьев ее аэродинамика может резко измениться, может увеличиться количество ветрового времени и вырасти сила ветра. То же касается и горной местности. Несмотря на значительные завалы в отдельных местах, пересеченность местности может образовывать нечто вроде каналов, в которых скорость ветра гораздо выше, чем на открытой местности.

Кроме среднегодовой скорости для каждой местности есть свой профиль скоростей, который, влияет на величину скоростного напора. Вот почему для эффективного улавливания ветра есть своя оптимальная высота расположения ветроагрегата над уровнем земли. Так же, как и для среднегодовой скорости, предварительно делаются исследования эффективной высоты расположения ветроагрегата при различных ветровых нагрузках и мощностях самого ветроагрегата.

Есть две принципиально разные конструкции ветроустановок: с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Более распространены ветроустановки с горизонтальной осью.

Основными элементами ветроэнергетических установок являются витроприймальний устройство (лопасти), редуктор передачи крутящего момента к электрогенератора, электрогенератор и башня. Витроприймальний устройство вместе с редуктором передачи крутящего момента образует ветродвигатель. Благодаря специальной конфигурации витроприймального устройства в воздушном потоке возникают несимметричные силы, создающие крутящий момент. В зависимости от мощности генератора ветроустановки делятся на классы, их параметры и назначение приведены в табл. 2.

Таблица 2 — Классификация ветроустановок

Класс установки	Мощность, кВт	Диаметр колеса, м	Количество лопастей	Назначение
Малой мощности	15-50	3-10	3-2	Зарядка аккумуляторов, насосы, бытовые нужды
Средней мощности	100-600	25-44	3-2	Энергетика
Большой мощности	1000-4000	> 45	2	Энергетика

Поскольку ветер может менять свою силу и направление, ветровые установки оборудуются специальными устройствами контроля и безопасности. Эти устройства состоят из механизмов разворота оси вращения по ветру, наклона лопастей относительно земли при критической скорости ветра, системы автоматического контроля мощности и аварийного отключения для установок большой мощности.

Ветроэнергетические установки с вертикальной осью вращения имеют преимущество перед установками с горизонтальной осью, которая заключается прежде всего в том, что исчезает необходимость в устройствах для ориентации на ветер, упрощается конструкция и снижаются гироскопические нагрузки, которые предопределяют дополнительное напряжение в лопастях, системе передач и других элементах установки .

Разновидностью ветроустановок с вертикальной осью является так называемая ветровая плотина, где сконцентрирован воздушный поток направляется на установку с помощью направляющих в виде лесополос, искусственных перегородок в виде панелей, надувных конструкций, соломенных блоков и т.п.

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Похожее

vetrodvig.ru