Как работают ветряные мельницы для электричества и как их можно использовать

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.

Комплектующие

• генератор 12V — 15 у.е.;
• ротор 1.5 м — 40 у.е.;
• аккумулятор 12V (кислотный или гелиевый) — 15 у.е. автомобильный, 40 у.е. альтернативный;
• металлическое большое ведро или бочка (нержавейка или алюминий) — 5 у.е.,
• реле, чтобы заряжать аккумулятор — 3 у.е.;
• реле лампы заряда (например, автомобильное) — 3 у.е.;
• полугерметичный выключатель (кнопка) на 12V — 2 у.е.;
• вольтметр (например, от любого измерительного устройства или автомобильный) — 3 у.е.;
• наружная большая доза (распределительная коробка для присоединения проводов, а также легкого доступа ко всем соединениям) — 5 у.е.;
• мачта с высотой от 1 до 10 метров — 35-70 у.е.;
• провода (4 квадрата с сечением) — 5 у.е.;
• четыре болта М6 — 3 у.е.;
• пара больших хомутов или моток нержавеющей проволоки (крепление к мачте) — 7 у.е.;

Необходимый инструмент: ключи, дрель со сверлами, отвертка, кусачки и т.п.

История использования

Начало использования ветра человеком уходит корнями в далекое прошлое. Прежде всего, это мореплавание. Изобретение паруса намного облегчило навигацию и позволило добираться до места назначения гораздо быстрее. В 200 гг до н.э. в Персии уже существовали ветряные мельницы для изготовления муки.

Первая ветроэлектростанция была выстроена в Дании в XIX веке. Место появления первой станции не случайно, так как в Дании издавна использовались ветряные мельницы, а обычных на то время возможностей для производства электричества при помощи гидростанций не было. Западная Европа является одним из лидеров в развитии ветроэнергетики, хотя с ней весьма сильно конкурируют Китай и Индия.

Требования к выбору места для монтажа мачты

Для работы ветрогенератора любой мощности необходим ветер. Для России в среднем считается, что ветер дует только лишь в течение 270-280 дней в году. Приморские и горные участки имеют другую статистику, более благоприятную. Именно там и идет основное освоение силы ветра, как даровой энергии.

Чем выше мачта, тем большую скорость развивает воздушный поток. Обычно ветряки монтируют на высоте не менее четырех метров от уровня дома (в среднем от четырнадцати до двадцати четырех метров). Площадка для установки выбирается на расстоянии от дома минимально кратной трем к высоте мачты. Устройство монтируется либо на бетонное основание (что достаточно дорого и трудоемко), либо с помощью растяжек.

Для монтажа ветрогенератора, изготовленного на производстве, привлекаются специализированные организации. Обычно это или сам завод-изготовитель, или дистрибьюторы иностранных фирм. Специалисты предлагают схему ветровой электростанции, выбирают место установки мачты, монтируют оборудование и производят запуск.

Устройство и виды ветровых электростанций

Ветроэлектростанции (ВЭС) используют энергию ветра для выработки электротока. Крупные станции состоят из множества ветрогенераторов, объединенных в единую сеть и питающих большие массивы — поселки, города, регионы. Более мелкие способны обеспечивать небольшие жилые массивы или отдельные дома. Станции классифицируются по различным признакам, например, по функциональности:

• мобильные,
• стационарные.

По расположению:

• прибрежные
• офшорные
• наземные
• плавающие.

По типу конструкции:

• роторные,
• крыльчатные.

Наибольшее распространение в мире получили крыльчатные станции. Они имеют большую эффективность и способны производить достаточно большое количество электроэнергии, чтобы обеспечивать ею потребителей в масштабах целой энергетической отрасли. При этом, распространение таких станций имеет специфическую конфигурацию и встречается не повсеместно.

Производители

Отечественной промышленностью налажен серийный выпуск широкой гаммы бытовых ветрогенераторов. Их параметры приведены в таблице:

Примечание: Г – горизонтальный, В — вертикальный

Экономическое обоснование строительства ветровых электростанций

Ветровая электростанция состоит из определённого количества генераторов, которые собраны вместе. Крупные ветровые электростанции включают в себя до 100 и более отдельно стоящих ветрогенераторов. В литературе также можно встретить название ─ ветровые фермы. Сразу стоит сказать, что подобные электростанции можно строить только в определённых регионах планеты. В этих местах средняя скорость ветра должна быть не менее 4,5 метра в секунду.

Среди примеров этого можно назвать атлас ветров и компьютерную модель WEST для Канады. Этим занимались министерство природных ресурсов и министерство развития этой страны. Благодаря этим сведениям предприниматели могут планировать строительство ветровых электростанций в любой точке Канады. В Организации Объединённых Наций ещё в 2005 году была создана карта ветров для 19 развивающихся стран.

Кроме того, при строительстве подобных электростанций должны учитываться требования к охране ОС и влияние на человека. Ведь от подобных установок исходит немалый шум. В европейских странах давно приняты законы, которые ограничивают максимальный уровень шума ветровых энергетических установок. Днём этот показатель не должен превышать 45 дБ, а ночью ─ 35 дБ. Подобные установки должны находиться на расстоянии не менее 300 метров от жилых домов. Кроме того, современные ветровые электростанции останавливаются на время перелёта птиц.

Ветровые электростанции, как правило, занимают большое пространство. Для их строительства используются такие регионы, которые мало заселены и не вовлечены в экономическую деятельность. Среди них можно назвать:

• Прибрежные районы;
• Шельф;
• Пустыни;
• Горы.

Ситуация в мире и России

На конец 2018 года, по данным Российской ассоциации ветроиндустрии, установленная ВЭС в России достигла 140 МВт. Большая часть мощностей сосредоточена в Крыму – 85 МВт, на втором месте Ульяновская область – 35 МВт, затем идут Калининградская область (5,1 МВт) и зоны децентрализованного энергоснабжения.

Будущее ветроэнергетики в России до 2024 года уже определено: Министерством энергетики был проведен конкурс и были разыграны почти все будущие ВЭС. Ставропольская область планирует выйти на мощности ветроустановок в 1,2 гигаватта.  «В стране развитие ветроэнергетики нацелено на три гигаватта — почти половину из них мы хотим разместить у себя», — заявил губернатор края Владимир Владимиров в апреле 2019 года.

К слову, на рынке ветряков уже образовалась конкурентная борьба между тремя консорциумами с участием иностранных партнеров. Все они пытаются снизить минимальную стоимость установленной мощности. Эксперты индустрии отмечают значительное снижение конечных цен – до 7 рублей за кВт.ч, на электроэнергию сразу после того, как все ВЭС окупятся. Однако это все равно больше, чем тарифы на электроэнергию в Москве и Московской области – с учетом сетевого компонента потребители за 1 кВт.ч платят 4-6 рублей. Маловероятно, что в России ветровая энергетика сможет стать рентабельной в масштабах страны, так как потенциал снижения кап. затрат на ветроэнергетику уже ограничен.

На данный момент, ветровая энергетика уже дешевле традиционной газовой генерации только в тех странах, где газ дорогой. Лидерами по ВЭС сегодня считаются Китай, США, ФРГ, Индия и др. В целом, по всему миру установленная мощность ветрогенераторов составляет 539 ГВт. В Европе за 2018 год мощности составили 189 ГВт, которые смогли произвести 14% от всей электроэнергии. Это на 2 процента больше, чем в 2017 году.

Если возвращаться к России, то запасы ресурсов ВЭС настолько велики, что их можно приравнять ко всей электроэнергии, производимой в год. Простая математика: энергию ветра рентабельно использовать там, где среднегодовая скорость ветра свыше 3 м/с. А это значит, что к зонам ветровой активности относятся острова Северного ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, районы нижней и средней Волги и Каспийского моря, побережье Охотского, Баренцева, Балтийского и Азовского морей. Это как раз те зоны, где сосредоточены нефтегазовые месторождения, а значит – инфраструктура уже развита на достаточном уровне.

Ветровая энергетика само по себе нестабильна и не так предсказуема, как другие виды

Энергия поступает нестабильно, что требует постоянное ее резервирование и аккумулирование. Для решения проблем такой нестабильности есть свои варианты. Сегодня с точностью 95% составляются прогнозы почасовой выдачи энергии в течении дня. Этот высокий показатель планирования позволяет улучшить качество работы и надежность станций. Чтобы оценить стабильность работы системы станций такого типа, группа ученых университетов Делавэр и Стони-Брук создала виртуальную систему объектов. Они располагались по всему восточному побережью США на отдалении от берега. Оказалось, что такая система может служить надежным источником энергии. Хотя ветровые установки и имеют высокий потенциал, меняющаяся погода все же может снижать их потенциал. Ученые предлагают объединять в единую сеть удаленные друг от друга группы ветрогенераторов, чтобы сглаживать колебания ветра на участках. Однако точные расчеты пока еще не сделаны. В ходе исследования были рассмотрены данные, полученные от 11 автоматических станций наблюдения за погодой за 5 лет. Они располагались на протяжении 2500 километров между Флоридой и Мэном. Оказалось, что за это время, при условии объединения станций в единую сеть, поступление электричества полностью никогда бы не прекращалось. Мощность всей системы колебалась бы не так сильно, как у отдельной установки. Если та могла за час измениться на 50%, то для всей сети скачок в принципе не мог превысить 10% в час. Участники исследования пришли к выводу, что этот «нестабильный» источник энергии на самом деле является довольно надежным при правильной работе с ним.

Экономическое обоснование строительства ВЭС

В экономическом плане постройка домашней ветровой электростанции будет иметь смысл только при отсутствии других источников получения электричества. Это связано с финансовыми расходами, так как стоимость самой установки довольно большая, кроме того, ремонт и обслуживание требует постоянных расходов, а эксплуатационный срок конструкции составляет всего 20 лет в европейских условиях, а в нашей стране эксплуатация будет на треть ниже. По этой причине, применение ветряных электрических станций, с точки зрения экономики, не выгодно.

Однако, при отсутствии других вариантов получения электроэнергии или при наличии тех условий, при которых ветряные электростанции будут производительно вырабатывать электричество, то применение ветряных установок будет неплохим способом получения электричества.

Классификация

Основными критериями, определяющими типы ветряных установок, являются следующие:

• Различие по количеству лопастей. Быстроходные и малолопастные имеют до 4 лопастей, а 4 и выше относятся к тихоходным многолопастным устройствам. Чем меньше количество лопастей, тем выше обороты двигателя.
• Величина номинальной мощности. Бытовые – до 15 кВт, полупромышленные – от 15 до 100 кВт, промышленные – от 100 кВт до 1 Мвт. Границы между показателями довольно условные, поэтому установки применяются там, где это действительно необходимо.
• Направление оси. В конструкциях используются два типа. В первом случае это горизонтальная ось, расположенная перпендикулярно относительно движения воздуха, напоминающая обычный флюгер. Такие генераторы отличаются более высоким КПД и приемлемой стоимостью. Второй вариант – это вертикальная ось, благодаря которой конструкция генератора становится более компактной. Она не зависит от направления ветра, а ее лопасти изготовлены в виде турбин. Нагрузка на ось значительно снижена, поэтому и мощность таких установок гораздо меньше. В некоторых электростанциях одновременно используется несколько генераторов с различными осями, объединенными в сеть, что позволяет получить высокую мощность на сравнительно небольшой площади.

Существует отдельная классификация ветровых электростанций по месту их расположения. Среди них можно выделить три основных типа:

• Наземные установки, получившие наиболее широкое распространение. Они монтируются на холмах и высотах, а также на специально подготовленных площадках. Строительство ведется с использованием дорогостоящей подъемной техники, поскольку все основные конструкции устанавливаются на большую высоту. Несколько устройств объединяются в общую систему с помощью электрических кабелей.
• Прибрежные ветровые электростанции. Строятся неподалеку от берегов морей и океанов. Работа системы зависит от морского бриза, который создает воздушные потоки с определенной периодичностью. Сам бриз возникает в результате неравномерного нагрева поверхностей водоемов и суши. Днем движение воздуха осуществляется в направлении с воды на сушу, а ночью, наоборот, с побережья к водоему. Таким образом, получение электроэнергии происходит круглосуточно, без каких-либо перерывов.
• Шельфовые ветряные электростанции. Устанавливаются в море далеко от берега, на расстоянии 10-12 км. В этом случае генераторы используют энергию, создаваемую регулярными морскими ветрами. Для установки используются участки морского дна, расположенные на незначительной глубине. Фундамент конструкции представляет собой сваи, забиваемые в грунт на глубину до 30 м. Передача электроэнергии на берег, осуществляется при помощи подводного кабеля.

Общественное мнение

Недавние опросы общественного мнения о ветроэнергетике как на уровне ЕС, так и на уровне страны показывают, что ветровая энергия, будучи чистым и возобновляемым источником энергии , традиционно связана с очень сильной и стабильной общественной поддержкой. Около 80 процентов граждан ЕС поддерживают ветроэнергетику. Несмотря на абстрактную поддержку подавляющего большинства населения, проекты ветряных электростанций иногда вызывают сопротивление местного населения, особенно в местах, расположенных ближе к населению или к диким животным в лесах. Например, ветряному проекту в Рипфьялете, Швеция, в 2020 году противостояла группа местных жителей, желающих сохранить исторический ландшафт. Им удалось организовать местный референдум, назначенный на 22 июня 2020 года, чтобы определить будущее проекта. В Германии правительственное агентство обнаружило, что по состоянию на январь 2020 года было возбуждено 325 активных судебных исков против ветровых проектов, часто на основании защиты экологии и дикой природы.

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.

Ветер — постоянно меняющиеся энергия.

Это во многом зависит от географического расположения, а также рельеф земной поверхности.

Скорость ветра увеличивается к вверх от земли. Извлеченные мощность пропорциональна кубу скорости ветра, таким образом, удвоение скорости, выходная мощность увеличивается в восемь раз. Таким образом, ветер, со средней скоростью 5 м / с в два раза сильне ветра, со средней скоростью 4 м / с.

Объектов для строительства ветрогенераторов могут служить места без большого скопления деревьев и зданий, так как эти барьеры снижения скорости ветра.

Современные ветровые турбины — устойчивые и долговечные машины. Они очень эффективно преобразует энергию ветра в электричество.

Желая воспользоваться ветровой энергией, возник вопрос, можно ли установить ветровую турбину,в месте проживания. А именно, независимо от скорости ветра достаточно, экономические и технические мощности использования. Есть ли выборместа или даже страны достаточных ресурсов ветра мощностью можно убедиться на ветрового атласа.

В Западная Европа сильные ветра наблюдаються в прибрежных и возвышенных регионах. Если на месте ветровых ресурсов недостаточно, она должна искать альтернативные, более подходящей формы возобновляемой энергии.

Ветровая энергия может быть использована для производства электричества, а требую обширного расположения на земле, если вы хотите произвести достаточно энергии. В настоящее времяв мире быстро совершенствуется в использовании ветровой энергии.

Из всех существующих в настоящее времявозобновляемые источниках энергии, энергии ветра крупнейший конкурент в тарифы с традиционными источниками энергии. Быстрое улучшение не только в промышленных энергии ветра, который использует сотни тысяч киловатт энергии, но и дома к дому или месту индивидуальных потребностей, которые часто используются ветрогенераторв нескольких киловатт . Такие высокие темпы связи с благоприятными экономическими условиями и о том, что это чистая энергия — энергия будущего.

Высокотехнологичные ветряки для производства около 20% электроэнергии, необходимой для США(то есть, примерно так же, как производство атомных электростанций)

Важно понимать, что 1% площади означает, что оборудование занимает всего 5% земли, только ветроэлектростанция будет находиться на некотором расстоянии друг от друга. Хотя ветрогенераторы чистый источник, производить достаточно электричества, но также имеет много недостатков:

· возможно использовать энергия ветране везде.

· высокая технологичность в ремонте и обслуживании.

· достаточно высокие затраты на текущий ремонт.

· нарушение ландшафта и скрывать солнце.

· страдают от климатических бедствий.

· шум.

Однако, для того, чтобы улучшить условия жизни в странах Западной Европы (Дания, Германия, Голландия и др.) широко используются ветровая энергия. Современные энергии- энергия ветра преобразуется в электрическую энергию, которая используется для бытовых целей, а излишки транспортируется в центральную сеть.

Годовой выработка мощностей за счет энергии ветра росла в мире 2000 — 2004 приходилось 28%, и эта технология является вторым наиболее быстро растущих технологий. Ветровая энергия в основном распространены в Испании и Германии (эти страны в 2004 году еще на 2000 МВт повысили мощности за счет энергии ветра) и в меньшей степени, Индии, СШАи Италии. Некоторые страны, например.

Энергия ветра в последнее десятилетие начали рассматривать как национальное достояние, в каждой стране, так же, как ископаемое топливо (нефть, газ) . Эти энергетические ресурсы, в отличие от ископаемого топлива, является возобновляемыми. Их использование обеспечивает значительную экологическую, социальную и политическую выгоду, но в ближайшем будущем и будет содержать четкие экономические преимущества.

Ветроэнергетические технологий в последнее десятилетие стало самым развивающиеся технологии во всем мире. В 2005 году энергии ветра в мире насчитывало 57 837 МВт. Большинство из них — 70,6% — то есть 40 455 МВт в Европе, 16,8% — Северная Америка и 12,6% — остальной мир.

По энергии ветра установленным ​​суммарным мощностям в ЕС явно доминируют Германияи Испания, однако, число энергии ветра на душу населения впереди Данияболее чем в два раза.

Устройство и виды ветровых электростанций

Работа ветрогенератора необходима для преобразования энергии ветра в электричество. Крупные электростанции имеют много таких устройств, которые объединены в единую систему для выработки электроэнергий городов, районов и т.д. Менее большие станции могут обеспечивать электричеством только маленькие живые массивы или частные дома.

Ветроэлектростанции разделяют по разным признакам, к примеру, по функциональности:

• переносные;
• стационарные.

По месторасположению:

• недалеко от берега;
• в море;
• наземные;
• горные;
• шельфовые.

По виду устройства ветрогенератора:

• лопастные;
• роторные.

Наибольшую популярность имеют лопастные электростанции, поскольку они обладают большим коэффициентом полезного действия и способны вырабатывать большой объем электрической энергии.

Это позволяет обеспечивать электричеством большое количество потребителей. При этом такие электростанции обладают специфической конструкцией.

Виды альтернативных источников энергии

1. Солнечная энергия

Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

Съедобная упаковка и солнечный парус: новинки космических эко-технологий

2. Энергия ветра

Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

3. Энергия воды

Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

4. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

5. Биоэнергетика

Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

Энергия из спирта и навоза: преимущества и недостатки биотоплива

6. Энергия приливов и отливов

Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

Как устроена самая мощная в мире приливная турбина

Ближайшие к станции дома будут находиться в зоне «мерцания тени»

Понятие «мерцание тени» означает процесс, который возникает при вращении лопастей турбинных лопастей между солнцем и наблюдателем. При этом возникает движущаяся тень. Однако мерцающая тень для домов, расположенных неподалеку от электростанции, проблемой никогда не является. Да и там, где это в принципе возможно, проблемы обычно легко решаются еще на стадии проектирования электростанции. Иногда мерцающая тень может раздражать тех, кто читает неподалеку или смотрит телевизор. Но такой эффект можно легко рассчитать, определив сколько именно часов в году это будет происходить. Это поможет легко определить проблему. Государство же предлагает ряд решений, чтобы сгладить последствия эффекта. Самое простое — планирование размещение станции и удаление ее от домов, другим способом может стать высадка деревьев.

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 :

https://youtube.com/watch?v=YWvLebcdP28

Конструктивные особенности и характеристики ВЭУ с вертикальной осью вращения

В настоящее время используются разновидности конструкций роторов ВЭУ с вертикальной осью вращения: Савониуса; Савониуса спиральной конструкции; Дарье; Гиромила; Геликоидый и др.

Ротор Савониуса создан одноименным финским инженером в 1922 г. (рис. 19, 30). Принцип его работы заключается в следующем. При воздействии воздушных масс на разомкнутые диафрагмы полукруглого или логарифмического профиля ветроротора

Савониуса, возникает разница сил сопротивления диафрагм ветровому потоку. При обтекании вогнутой диафрагмы коэффициент сопротивления ветровому потоку равен примерно 1,3. При обтекании этой же диафрагмы в противоположном направлении коэффициент сопротивления 0,35. Разница сил сопротивления приводит к созданию на приводном валу крутящего момента.

Рис. 19. Принцип работы и общий вид ротора Савониуса

В настоящее время выпускается несколько конструктивных вариантов ВЭУ на основе ротора Савониуса, которые отличаются компоновкой роторов, их количеством в установке, применяемыми материалами.

Рис. 30. Конструктивные варианты ВЭУ на основе ротора Савониуса

Высокая материалоемкость и трудности с балансировкой препятствуют промышленному изготовлению мощных ветророторов Савониуса. ВЭУ с такими ветродвигателями предназначены для автономных технологических объектов с невысокими потребляемой мощностью и качеством энергии.

В настоящее время диафрагмы роторов изготавливаются из пластика, что снижает их стоимость, упрощает балансировку.

Преимуществами ветроэнергетических установок этого типа являются низкий уровень шума, небольшая занимаемая площадь, отличная работа на малых ветрах (3–5 м/с). Поскольку это ротор с вертикальной осью вращения, то он не нуждается в устройствах ориентировании на ветер, что значительно упрощает конструкцию – ветроколесо отличается исключительной простотой. Однако эта турбина являются самой тихоходной, и, как следствие, имеет очень низкий коэффициент использования энергии ветра, всего 0,18–0,24 и коэффициент использования мощности – 17–18 %.

Ротор Дарье (французский авиаинженер, изобретение 1931 г.) представляет собой симметричную конструкцию, состоящую из двух и более аэродинамических крыльев, закрепленных на радиальных балках (рис. 31).

а                                                                                                                               б

Рис. 31. Общий вид и принцип работы ВЭУ на основе роторов Дарье

На каждое крыло, движущееся относительно потока, действует подъемная сила, величина которой зависит от угла между векторами скорости потока и мгновенной скорости крыла. Максимального значения подъемная сила достигает при ортогональности данных векторов. Ввиду того, что вектор мгновенной скорости крыла циклически изменяется в процессе вращения ротора, момент силы, развиваемый ротором, также является переменным.

Поскольку для возникновения подъемной силы необходимо движение крыльев, ротор Дарье характеризуется плохим самозапуском. Самозапуск улучшается в случае применения трех и более лопастей, но и в этом случае требуется предварительный разгон ротора.

Турбина Гиромила (разновидность турбины Дарье) (рис. 32). В отличие от турбины Дарье лопасти имеют прямую конструкцию и следующие преимущества:

• высокий стартовый момент;
• широкая кривая вращательного момента;
• относительно низкая скорость вращения лопастей, меньшие напряжения на лопастях;
• более высокая эффективность;
• лучшая работа при ветровых турбуленциях.

Рис. 32. Общий вид ВЭУ на основе турбины Гиромила

Нехватка энергоресурсов и коммунальные услуги

Ветряные электростанции – это далеко не новое слово в области электротехники. Эти громоздкие, но не очень сложные агрегаты активно используются для выработки электроэнергии во многих странах мира. В России они применяются только в частном порядке, хотя интерес к этим экологически чистым аппаратам постоянно растет. Основная причина – беспощадный рост тарифов на коммунальные услуги.

И действительно, цены на электроэнергию постоянно растут, а поставщики вводят какие-то безумные нормативы, целью которых является взимание как можно большей ежемесячной платы с потребителей. Неудивительно, что люди стремятся найти какой-то разумный выход из ситуации. Таких выходов несколько:

• Отказаться от потребления электроэнергии – интересный подход, но мы же с вами не пещерные люди. Поэтому данный вариант будет интересен крайне ограниченному кругу лиц;
• Начать обманывать счетчики – это незаконно, да еще и грозит крупным штрафом, которого бы хватило на несколько мегаватт электричества;
• Воспользоваться альтернативными источниками электричества – это солнечные и ветряные электростанции.

Солнечные электростанции требуют большого количества солнечных батарей и наличия большого количества солнечных дней в год для местности, в которой будет производиться их эксплуатация. Что касается ветряных электростанций, то они используют энергию ветра – они работают почти в любую погоду.

Ветровые электростанции для дома получают все большее распространение, несмотря на свою дороговизну. Их выбирают те, кто устал «кормить» государство ежемесячными платежами. Также они востребованы при электрификации загородного жилья – иногда проще купить ВЭС (ветряную электростанцию), чем оплатить гигантский счет за подключение к электрическим сетям.

Стоимость подключения загородных домов, удаленных от населенных пунктов, является зашкаливающей, что вынуждает людей использовать дизельные и бензиновые генераторы, а также солнечные и ветряные электростанции.

Производство и использование промышленной ветряной электростанции требует огромных затрат, однако, такие вложения легко окупаются в будущем, поскольку с их помощью поставщики энергии могут делать деньги по сути «из воздуха».

О ветряных электростанциях задумываются и поставщики электроэнергии. Атомные станции слишком опасны, гидроэлектростанции наносят вред руслам рек и окружающей биосфере, угольные станции извергают в воздух тонны углекислого газа и прочих продуктов сгорания. Кроме того, угля в земле все меньше и меньше – уголь и газ являются невозобновляемыми природными ресурсами.

Заключение

Резкий скачок в развитии ветроэнергетики сделал жизнь человека проще. Энергия ветра используется на крупных промышленных предприятиях и в маленьких сельскохозяйственных комплексах. Именно эта отрасль энергетики является самой востребованной и перспективной.

‘; blockSettingArray = 6; blockSettingArray = 2; blockSettingArray = [];blockSettingArray = 0;blockSettingArray = 0;blockSettingArray = ‘

‘; blockSettingArray = 6; blockSettingArray = 0; blockSettingArray = [];blockSettingArray = 1000; blockSettingArray = 0;blockSettingArray = ‘

Похожие записи:

Как получить бесплатную электронную подпись от фнс Рейс 821 аэрофлота — aeroflot flight 821 Каталог товаров в магазинах fix price Как заполнить форму 6-ндфл за 3 квартал 2021 года. полное руководство Сколько стоит реклама в инстаграм у топовых блогеров? самые популярные инстаграм аккаунты и реклама у блоггеров инстаграм Как найти работу программисту, даже новичку без опыта?