Ветряные электростанции и электрогенераторы. Ветряные электростанции
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
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
Ветрянные электростанции – альтернатива топливу
Использовать силу ветра в своих интересах человечество научилось давно. Если на заре прогресса люди не имели представления о массовом перемещении воздуха по земной поверхности, то использовать силу ветра в качестве тягловой силы научились сразу же с появлением первых кораблей. Логичным продолжением дела использования ветра на благо человека стали ветряные мельницы.
Следующий виток заинтересованности в контроле над воздушными массами и приспособлении их к служению человеку произошел на стыке XIX и XX веков. Тогда появился инструмент, преобразующий силу ветра в энергию, то есть ветряная электростанция. Как и во все времена, поводом к ее созданию послужило стремление экономить. В данном случае традиционные топливные ресурсы, которые, оставаясь популярными, постоянно росли в цене.
С расцветом промышленности ветряные мельницы постоянно модифицировались и к XXI веку приобрели тот узнаваемый вид, который безошибочно отличит от прочих агрегатов даже ребенок.Принцип действия ветряной электростанции
Ветряная электростанция, или инвертор, имеет принцип действия, идентичный с другими ветровыми установками: сила ветра вращает
лопасти ветряного колеса, которое передает крутящий момент на вал генератора посредством системы передач. В зависимости от конструкции энергия ветра передается также на электрогенератор или водяной насос. Знакомый с основами физики человек без труда сообразит, что количество вырабатываемой энергии прямо пропорционально величине диаметра ветрового колеса и размеру его лопастей. Чем больше ветра одновременно будет воздействовать на лопасть, тем сильнее происходит отдача в виде электроэнергии.
Одними размерами решение вопроса получения максимальной отдачи не ограничивается. Воздушные потоки на разной высоте ведут себя неодинаково. Вблизи земли их сила снижается, и скорость замедляется из-за с ландшафта, тормозящего перемещение ветра. Чем выше находится ветряное колесо, тем мощнее поток воздуха, попадающий на него.
Конструкция ветровых электростанций
Ошибочно было бы полагать, что внешне инвертор выглядит исключительно как ветряная мельница на менее обширном основании. В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС:
- пропеллерные. Вращающийся вал в данном случае расположен горизонтально относительно направления ветра. Лопасть-стабилизатор с обратной стороны ветрового колеса позволяет всей конструкции перемещать его по направлению ветра. Самый экономичный из всех разновидностей ВЭС. Скорость вращения таких агрегатов обратно пропорциональна количеству лопастей, поэтому оптимальное их число – три штуки. Имеют самый высокий КПД (0,48) энергии ветра;
- барабанные;
- карусельные.
В обоих случаях вал, вращающий лопасти, расположен вертикально. Данный тип инверторов монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах).
У таких электростанций вращающий момент существенно выше пропеллерных. КПД колеблется в диапазоне от 0,10 до 0,15.Массовое применение инверторов в настоящее время является панацеей сразу от нескольких современных болезней цивилизации (о них чуть ниже). В то же время работа ветряных электростанций зависит от множества факторов, на которые человек повлиять не в состоянии.
Проблемы, связанные с работой ветровых электростанций
Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра. Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести инверторы из строя.
Вывод можно сделать только один: за достижение колоссального экономического эффекта от использования воздушных потоков человечество платит зависимостью от их капризов, труднопрогнозируемых и совершенно непредсказуемых по времени. Напрашивается вопрос о целесообразности их использования и монтажа вообще. Зачем людям такой недобросовестный и непунктуальный помощник, к тому же еще и дикий? Ответ заключен в истории цивилизации, которая уже давно просчитала все.
Выгоды и недостатки ветряных электростанций
Достоинства ВЭС
- Простота конструкции.Несложный по строению агрегат способен эксплуатироваться людьми без специального образования. Принцип действия понятен всем освоившим курс физики на уровне школы. Вопросов по работе не возникнет.
- Возобновляемость (неиссякаемость) источника энергии.Получение электроэнергии посредством использования био- или синтетического топлива зависит от наличия этого самого топлива. Малейшие перебои с поставками делают все ТЭЦ бесполезными. Ветер же повсеместно и постоянно напоминает о своем присутствии. Он исчезнет только вместе с воздухом.
- Экономичность.Получение электроэнергии подобным способом является наглядным пособием мечты каждого бизнесмена – получение максимальной прибыли с минимальными вложениями. Мощность одной ВЭС колеблется в диапазоне от 10 до 1000 Вт и эти параметры зависят только от делового чутья ее собственника.
- Безальтернативность в особенных случаях.Районов, не освоенных человеком, на планете практически не осталось, чего нельзя сказать о снабжении этих мест всем необходимым (в первую очередь – энергией). Труднопроходимые горные участки, тайга, Заполярье или пустыня – всюду доставка электроэнергии обычными способами растянется на месяцы, если не годы. Наличие ветряных электростанций решает эту проблему раз и навсегда.
- Экологичность.Любое производство, основанное на переработке топлива в энергию, выбрасывает в атмосферу огромные объемы вредных здоровью примесей. Бичом нашей планеты на протяжении многих лет является возникновение парниковых зон, уничтожающих все живое. Инверторы же не ухудшают экологию и способствуют поддержанию климата и здоровья человека.
- Доступность.Ветер дует везде. Он может иметь разные величины значения относительно уровня моря или иных параметров. Но одно остается неизменным — он есть.
- Компактность.Инверторы имеют небольшой вес. Их легко транспортировать и монтировать как вдали от цивилизации, так и буквально среди урбанистических центров крупнейших мегаполисов, где идет яростная борьба за каждый свободный квадратный метр площади.
- Независимость внешняя и внутренняя.Как бы смешно ни звучало на первый взгляд, наличие развитой сети ветряных электростанций служит снижению зависимости небольших государств от монополистов нефтегазового рынка. Если спроецировать ситуацию на меньший масштаб, то при эксплуатации ВЭС для собственных бытовых нужд хозяин такой ветроустановки менее подвержен риску изменения своего бюджета из-за роста цен на топливо.
Недостатки ВЭС
Недостатки ветровых электростанций носят больше субъективный, нежели объективный характер, тем не менее их нужно учитывать в
каждом конкретном случае монтажа установок.
- Зависимость от ветра.Ветер иногда может отсутствовать, или его сила будет недостаточна. Это приведет к полной остановке подачи электричества и к связанным с этим проблемам.
- Стартовая стоимость.Оборудование ВЭС стоит денег, и одномоментная перестройка хозяйства под получение электричества из воздуха затратна. Помимо самих станций, требуются накопители энергии – аккумуляторы, которые имеют ограниченный срок эксплуатации.
- Шум вблизи жилых объектов.Шум присутствует вблизи домов, но он создает дискомфорт только в случае одновременной работы большого количества ВЭС. В основном шумят мощные электростанции.
- Изменение природного ландшафта.С точки зрения эстетики, конечно, обилие мачт с вращающимися лопастями не добавляет красоты окружающей природе. Вопрос в том, что внешне уродует природу сильнее.
- Радио- и телепомехи.Случаи препятствий работе теле- и радиоприемников зафиксированы, их статистика постоянно изучается.
- Большие площади.Если установка компактных ВЭС выгодна в городе, полностью заменить биотопливо в сельской местности возможно лишь в случае массового использования инверторов. Для этого необходима их установка в больших количествах, что приводит к использованию больших площадей.
Как видно из предоставленной информации, существенных достоинств ветровые электростанции имеют гораздо больше, чем недостатков. Взвесив все, произведя все необходимые расчеты и убедившись в необходимости использования ВЭС, задаешься вопросом, где же взять эти самые ветроустановки.
Производители ветряных электростанций
Основные игроки на этом рынке из Европы. Это Германия (Repower, Siemens, Nordex, Enercon – эта компания занимает второе место в мире), Дания (Vestas – мировой лидер рынка), Испания (Ecotechnia, Gamesa).
В число мировых лидеров также входят США (GeneralElectric) Япония (Mitsubishi), Индия (Suzlon).
Все эти компании производят оборудование, имеющее мощность от 0,5 до 6 000 кВт.
В России одними из крупных частных производителей ВЭС являются ООО «Ветро Свет», ООО «Сапсан-Энергия», «ЛМВ Ветроэнергетика», ООО «СКБ Искра», ООО «ЭнерджиВинд» и др. Также их производство ведется и на промышленных мощностях предприятий ВПК.
География применения ветряных электростанций
Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок, их число
растет в скандинавских странах и Греции.
В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий.
Северная и Южная Америка повсеместно использует энергию ветра на протяжении десятилетий и в сфере фермерского хозяйства активно вытесняет традиционные виды получения электричества. В США сосредоточена пятая часть всей энергии мира, получаемой из ветра.
В последние годы Россия активно включилась в процесс сооружения ВЭС, и на сегодняшний момент можно говорить о запуске таких заслуживающих внимания объектов, как:
- Тюлкильды (Башкортостан).
- Калмыцкая ВЭС (Калмыкия).
- Зеленоградская ВЭУ (Калининградская область).
- Крым. На Крымском полуострове находятся 5 (3 из них – крупнейшие в стране) ВЭС.
- Достойны упоминания ВЭС, установленные в Мурманске и Республике Саха.
Выводы, полученные на основании обработки данных, позволяют прогнозировать активный рост использования ВЭС в нашей стране.
Тенденция последних лет по наращиванию мощностей ВЭС неопровержимо наводит на следующие выводы: энергия ветра будет востребована в еще большем объеме, и к этому нужно быть готовым заранее.Именно поэтому страны мира тратят все больше бюджетных средств. Вложение денег в эту отрасль – гарантия того, что в мире не остановится производство, когда иссякнут природные ресурсы. При использовании ВЕУ отсутствует загрязнение биосферы продуктами распада, что очень важно.
К этому надо быть готовым сейчас. Что и поняло человечество.
greenologia.ru
Ветряные электростанции - 105 фото лучших моделей, достоинства и недостатки их применения
С давних пор люди догадались о возможности преобразования энергии ветра в механическую энергию. Самим ярким примером может служить ветровая мельница. Ветер вращал лопасти и, посредством несложного механизма, энергия передавалась на ось с вращающимися жерновами. Этот нехитрый механизм позволял перемалывать зерно без особых усилий.
Но затем, появились паровые машины, дизельные и бензиновые двигатели, и о возможности использования энергии ветра, стали забывать.
Но после Второй Мировой войны, в период энергетического кризиса, цены на горючее и энергию подскочили, ученные стали бить тревогу об экологической безопасности планеты, и тогда, идея использования энергии ветра, обрела «второе дыхание». В этой подборке собраны фотографии разных типов ветряных электростанций.
Краткое содержимое статьи:
Выгодно ли использование альтернативных источников энергии?
На данный момент стоимость «чистой энергии», в разы превышает стоимость энергии, полученной традиционными методами. (Конечно, сама энергия получается нами бесплатно, но начальные вложения в покупку и установку электростанции очень большие!).
То есть если у вас есть выбор между подключением к поставщику электроэнергии и установкой ветряной электростанции, то рентабельнее будет первый вариант. С другой стороны, если ваш объект размещается вдалеке от линий электропередач и присоединение к ним потребует больших затрат, тогда разумнее будет построить свою ветряную электростанцию для дома.
Но обязательно добавьте еще один, независимый источник энергии (дизельный генератор, солнечные панели)! На случай безветренной погоды или поломки «ветряка», у вас всегда должен быть запасной вариант.
Виды ветряных электростанций, принцип работы
Ветровые электростанции – это группа механизмов, необходимых для улавливания потоков сильного ветра и преобразования механической энергии в электрическую. Различают сотни видов электростанций, использующих силу ветра. Их разделяют по мощности, местоположению, назначению…
Чаще всего используют маленькие установки мощностью в несколько киловатт, но бывают и огромные конструкции вырабатывающие мегаватты энергии. В некоторых европейских странах устраивают целые «фермы» ветровиков. Они производят около 8% всей потребляемой страной энергии.
Для успешного функционирования ветряной электростанции необходимо наличие постоянных и сильных воздушных потоков. Поэтому ветровики размещают на возвышенностях или у больших водоемов.
Возможна ли установка ветровой электростанции возле дома?
Да, теоретически это возможно, но прежде необходимо решить ряд вопросов:
Масса конструкции. Даже самые маленькие ветряные электростанции имеют вес несколько тонн. Для такой установки требуется большой и добротный фундамент. Иначе конструкция перекосится или начнет «проседать».
Цена вопроса. Стоимость самой маленькой установки на 2 kWt – не менее тысячи евро! Начальные вложения будут очень большие.
Трудности при монтаже. «Ветряки» имеют большую массу и размеры. Для их монтажа понадобится спец. техника (манипуляторы, грузовые краны).
Шумовое загрязнение. Вращающиеся лопасти издают характерный свист. Поэтому законодательно запрещена эксплуатация «ветряков» в ночное время вблизи населенных пунктов.
Отсутствие постоянного ветра. Надо понимать, что ветряная электростанция будет производить электроэнергию только при благоприятных погодных условиях. Поэтому нужно иметь резервный источник энергии (солнечные батареи, дизельный или бензиновый генератор).
Бюрократические преграды. Для получения разрешения на строительство ветряной электростанции и выработку собственной электроэнергии, может понадобится долгое время. В европейском законодательстве предусмотрены льготы для граждан, использующих альтернативную энергию.
В нашей стране не предусмотрены такие льготы. И из-за путаницы в законах, зачастую очень тяжело получить разрешение на установку и пользование ветряной электростанцией.
Конечно, такие сложности могут заставить отказаться от приобретения и использования ветряной установки, но не стоит забывать и о преимуществах «ветряков».
Экономичность. Потратив однажды деньги на покупку и установку электростанции, вы получите большое количество бесплатной энергии, которая оправдает вашу покупку уже через несколько лет. В связи с этим вспоминается выражение: «бросать деньги на ветер». Только в нашем случае все происходит наоборот. Ветер приносит нам денежную выгоду.
Независимость от поставщика электроэнергии. Вам не нужно будет проводить к дому ЛЭП, не нужно будет оплачивать возрастающие тарифы.
Экологичность данного вида энергии. В процессе производства энергии, ветровые установки не выделяют ничего в атмосферу.
Автономность установки. Ветряные электростанции почти не требуют технического обслуживания. Большинство процессов автоматизировано. Необходим лишь небольшой контроль, время от времени.
Мы надеемся, что наша статья была интересной и полезной для вас. Что она помогла вам разобраться с основными видами ветряных электростанций, понять принцип их функционирования, оценить все преимущества и недостатки данного вида энергии и возможно даже побудила вас перейти на использование экологически чистой и возобновляемой энергии!
Фото ветряных электростанций
electrikmaster.ru
Ветряные электростанции: факты и заблуждения
Ветряные электростанции: факты и заблуждения
Распространенные ложные суждения о ветровой энергии отпугивают людей от использования этого энергоресурса. Но ветровые турбины – весьма перспективный способ получать энергию из экологически чистых источников. Особенно в условиях удорожания нефти, газа и угля, а также учитывая исчерпываемость полезных ископаемых.
Сегодня использование ветра подразумевает, прежде всего, получение электроэнергии. Попытаемся разобраться, насколько это просто, дешево и удобно. Для тех, кто хочет сразу услышать итог, вывод: ветряная электроэнергия никогда не станет дешевле энергии, полученной из других источников: тепловых, атомных или гидроэлектростанций.
Поэтому заниматься ветряными электростанциями для дома имеет смысл только тем, у кого руки чешутся приспособить доставшийся «по случаю» готовый генератор, или энтузиастам экологически чистой энергии, фанатично желающим спасти планету от экологической катастрофы. Других причин использовать ветряную энергию при подведенном питании от внешних электрических сетей просто не придумаешь.
1. Ветровая энергия дорогая. Ветровая энергия конкурентоспособна в регионах со скоростью ветра от умеренной до высокой. Учитывая тот факт, что в процессе производства ветровой энергии нет топлива, она не растет в цене вместе с ним. Нет затрат на закупку и доставку сырья, на уменьшение загрязнения окружающей среды. Кроме того, стоимость ветровой энергии с каждым годом уменьшается благодаря новым технологиям, в отличие от энергии, которую вырабатывают электростанции, работающие на угле и уране.
2. Источники энергии ветра ненадежны и должны «перестраховываться» традиционными источниками. Количество энергии ветра, которую производят ветряные электростанции, меняется в зависимости от погодных условий. Однако это не значит, что ветровые станции ненадежны. В отличие от современных электростанций, ветряная ферма может работать бесперебойно даже в случае поломки на одной из ветряных турбин – ведь остальные турбины будут продолжать работу.
3. Ветровые турбины работают в течение непродолжительного времени. На полную мощность ветряная ферма может работать лишь 10% своего времени, хотя их и строят в районах, где погода обычно ветреная. Но ветровые турбины производят электрическую энергию большинство времени своей работы (65-80%), хотя количество получаемой энергии может варьироваться. Ни одна из электростанций не вырабатывает энергию на 100% заявленной мощности 100% своего времени. К тому же, электростанции часто закрывают на ремонт и техническое переоснащение.
4. Ветер дает мало энергии.
Одна стандартная двухмегаваттная турбина производит электрическую энергию для 600-800 домов. А с использованием новых технологий эта цифра может возрасти.
5. Ветровые турбины неэффективны. Ветровые турбины эффективны, и чтобы это доказать, можно подсчитать «энергетическую окупаемость» этой технологии – промежуток времени, за который производится определенное количество энергии. Ветряные станции, согласно исследованиям американских ученых из университета Уилсон-Мэдисон, производят в 17-40 раз больше энергии, чем потребляют за то же время. Обычные атомные электростанции – лишь в 16 раз.
6. Ветровые станции ужасно выглядят. О вкусах, конечно, не спорят, но многочисленные фотографии ветровых станций доказывают, что турбины могут гармонично вписываться в пейзаж. Благодаря усилиям промышленных дизайнеров современные турбины элегантны и эстетичны.
7. Ветровые турбины очень шумные. Если верить этому мифу, то человек не может долго находиться вблизи ветровых двигателей. На самом деле двигатели работают достаточно тихо. Шум от ветроэлектростанции на удалении в 250-300 метров не превышает громкость работающего домашнего холодильника. Работающие турбины создают звук, похожий на легкий свист, поэтому звук, производимый самим ветром, слышен сильнее. Только старые агрегаты, работающие уже более 20 лет, в настоящее время являются наиболее шумными. Современные турбины спроектированы таким образом, чтобы их механические компоненты создавали как можно меньше шума.
8. Ветровые электростанции существенно уменьшают стоимость соседствующей с ними недвижимости. На стоимость недвижимости влияют многие факторы, и наличие ветровой станции поблизости не является решающим в этом вопросе. К тому же в будущем, при дефиците традиционных источников энергии, такое соседство может только повысить цену имущества или земли.
9. Работа турбин генерирует помехи для работы телевизионных станций и других видов связи.
Создавать помехи для средств связи, работающие турбины могут лишь в редких случаях. Обычно это происходит на открытой местности, в случаях, когда ветровые установки расположены в пределах прямой видимости. Для решения этой проблемы необходимо усовершенствовать приемо-передающее устройство или же установить ретранслятор, передающий сигнал, минуя зону расположения ветроэлектростанции.
10. Ветровые турбины опасны для людей и животных. Энергия ветра не связана с выбросами вредных газов в атмосферу, загрязнением воды или земли отходами. За 25 лет существования не было зафиксировано ни одного несчастного случая, связанного с работой ветровых турбин.Также бытует мнение о возникновении вредного для человеческих ушей инфразвука при работе турбин. Однако ученые уверяют, что уровень инфразвука очень незначителен и не представляет никакой опасности.
11. Мелькание ветровых турбин негативно сказывается на здоровье человека. Проблему с тенью, которую отбрасывают турбины, и ее миганием можно легко решить, правильно рассчитав положение ветровой станции относительно населенных пунктов.
12. Ветряные электростанции наносят вред туризму.
На самом деле таких свидетельств зафиксировано не было. Нередко ветровые турбины даже способствуют привлечению в эту местность гостей. На подъезде к необычной станции или на близлежащих дорогах устанавливаются специальные указатели и информационные доски. Так, в Калифорнии в Палм Спрингз, работают тысячи турбин. Местные власти организовали сюда специальные автобусные туры для ознакомления с работой ветряной электростанции.
13. С лопастей ветровой турбины может сорваться лед, представляющий опасность для жизни человека.
В действительности иногда падение льда может случиться, но это не представляет никакой опасности. Это связано с удаленностью ветровых станций от мест проживания людей. К тому же образование большого количества льда на лопастях просто невозможно. Образование льда уменьшает скорость вращения лопастей. В этом случае система контроля сама автоматически отключит турбину.
14. Ветровые турбины небезопасны: случается, что с турбин срываются лопасти, а станция разрушается.
На сегодняшний день ветровые турбины не представляют никакой опасности. Они проходят сертификацию в соответствии с международными стандартами. Это позволяет их ставить даже около сельских и городских детских заведений, а также в густонаселенных местах. Тысячи ветровых турбин, установленных по всей Европе и Америке, отвечают самым высоким стандартам безопасности. А это гарантия их надежной работы.
Отзывы владельцев ветрогенераторов. У меня стоит солнечная панелька мощностью 65 Вт. Самодельный ветрячок с генератором 750 Вт от Мосвича. Два аккумулятора мощностью 62 А.ч. каждый. И бесперебойник от компа который мне отдали по случаю его не пригодности (аки перестали брать зарядку от времени). На протяжении 2 лет, я пользуюсь именно этой энергией. К Чубайсовской сети подключена у меня стиральная машинка и по надобности подключаю опять же к Чубайсу эл.сварку инверторную Ресанта 190 А. Все остальное потребление, у меня автономное. Хололдильник, телевизор, одновременно горит порою по 9 лампочек 95 Вт вечерами. Телек выключается когда лишь спим. Комп забываем всегда выключать. Так что делайте, дерзайте и не слушайте пропагандистов приобретать электроэнергию по завышенным надутым ценам у спекулянтов.
О КПД ветряков. Именно этот вопрос, точнее незнание этого вопроса и порождает кучу небылиц и реально препятствует использованию энергии ветра везде, где только можно. Коэффициент полезного действия ветряков пытаются считать так же, как и у автомобилей. У авто это в итоге – эффективность преобразования бензина в движение. И чем больше движения при сжигании единицы объёма бензина, тем лучше. И КПД выше. Это понятно: бензин дорог и постоянно дорожает. И зря жечь его никому не охота. С ветром – другая система: ветер абсолютно бесплатный! Весь, сколько его дует! И сколько бы Вы ни преобразовали его в тепло или в электроэнергию – он весь Ваш! В виде чистой прибыли. Можно высчитать только затраты на постройку и материалы и узнать момент, когда он окупится. А считают его чисто математически – как коэффициент преобразования ветра в электроэнергию. Самые дешёвые генераторы – со списанной техники. Высокооборотные. Значит, скорость вращения ветряка должна быть максимальной по всем расчётам. А самые скоростные ветряки – пропеллерного типа. И шумные, и ломаются и с прочими своими недостатками. Но большинство фирм делают только их. Потому, что считают ветер бензином, на котором работают их установки. На самом деле – это заблуждение. Просто беда! По их расчётам низкооборотные ветряки делать невыгодно, потому что нужно делать мультипликатор для ускорения вращения вала ветряка и достижения высоких оборотов, нужных генератору на выработку тока. Вот и делают гудящие и ломающиеся пропеллеры. Купил у меня один знакомый такой ветряк аж с одной лопастью! Всё для скорости вращения. Гудел он жутко! Но не долго. Через три дня работы его скоростная лопасть отлетела, а за ней и хвост! Не рассчитана оказалась машинка на сибирские порывистые ветры. А это ещё над лесом было! Зато пока работал – тока много было! Если же исходить из того, что ветер дармовой, и пусть не весь в ток пойдёт, то выгоднее тихоходный ветряк сделать. И шуметь не будет, и работать долго, и током снабжать по более плавной схеме. А скорость на выходе любую сделать можно. Ещё и многоскоростную передачу с гоночных велосипедов поставить. Полуавтомат: при большом ветре можно менять передаточные числа и регулировать скорость вращения и подачу тока. Все свежие идеи требуют и свежих мыслей. И нестандартного подхода.
russian-mifs.ru
Ветряные электростанции для дома: особенности строительства
Установка ветряной электростанции на даче или в частном доме помогает решить множество проблем, связанных с электроснабжением. Данный агрегат способен перерабатывать и накапливать энергию ветра, используя ее во благо человека. Процесс изготовления ветряной электростанции достаточно простой - он требует минимального количества материалов и прежде всего желания достичь заданной цели. О том как сделать ветряную электростанцию для дома рассмотрим далее.
Оглавление:
- Ветряные электростанции для частного дома: особенности и характеристика
- Преимущества и недостатки ветряных электростанций
- Сфера использования и виды ветряных электростанций для дома
- Солнечно ветряная электростанция - общие сведения
- Самодельная ветряная электростанция - особенности изготовления
- Ветряная электростанция своими руками: выбор генератора
Ветряные электростанции для частного дома: особенности и характеристика
Ветряные электростанции предназначены для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. В соотношении с внешним видом и конструктивными особенностями ветряные электростанции для дома бывают расположенными:
- горизонтально;
- вертикально.
Первый вариант менее зависим от ветра, но отличается меньшей популярностью, нежели второй. Так как он способен работать лишь при сильном ветре, а для его запуска требуется наличие внешнего источника. Вертикальные ветряные электростанции способны функционировать более качественно и отличаются высоким КПД. Для их работы достаточно силы ветра в 2-4 м/с.
Среди основных компонентов ветровых электростанций следует отметить:
- мачту, которая бывает простой, телескопической или монолитной;
- редуктор - часть электростанции, на которой располагаются лопасти;
- контейнер - подвижная часть ветроэлектростанции, которая двигается в соотношении с ветром;
- генератор - прибор, который преобразует энергию.
Выбор конструкции и мощности ветряка напрямую зависит от особенностей его эксплуатации.
Более простыми являются приборы, мощностью до 300 Вт. Такие агрегаты способны легко поместиться даже в автомобиль. Для их установки достаточно одного человека, а мощность, которую они вырабатывают, достаточно для зарядки телефона, обеспечения освещения или работы телевизора. Данный вариант отлично подходит для семейного отдыха на даче, в лесу или на море.
С помощью 2, 5, 10 кВт ветровых электростанций осуществляется обеспечение целого дома электроэнергией. Если существует излишняя энергия, то она помещается в аккумуляторах, которые ее расходуют при слабом ветре или при его отсутствии.
Более мощные варианты ветровых электростанций, мощность которых составляет более двадцати киловатт, способны снабдить электроэнергией несколько домов, коттеджей или даже частное предприятие.
Ветряные электростанции фото:
Главным преимуществом ветровой электростанции является экологичность, ведь ее работа никак не влияет на окружающую среду. При этом, энергию получить достаточно легко, главное условие - наличие стабильного ветра.
Среди недостатков ветровых электростанций отмечают их зависимость от ветра. Для работы ветряка ветер должен иметь скорость минимум два метра в секунду. Для достижения номинальной мощности потребуется сила ветра в 10 м/с.
Чтобы накапливать электричество и использовать его во время отсутствия ветра используют аккумуляторы. Срок их службы составляет около 10 лет. Кроме того, использование мощных ветровых электростанций отличается высокой шумопроизводительностью, что снижает комфорт проживания вблизи данного агрегата.
Ветровая электростанция способна препятствовать нормальной работе телевизора, радио и других подобных приборов.
Самыми главными составляющими любой ветроэлектростанции выступает генератор, устройство выпрямительного назначения, аккумулятор-батарея, инвертор, то есть преобразователь напряжения. Для осуществления общего контроля за работой устройства рекомендуется использование микропроцессорного контролера или простых логических схем.
Если планируется покупать ветровую электростанцию, то наиболее оптимальными вариантами станут устройства, имеющие низкий уровень начальной скорости ротора, скорости заряда батареи и выхода на рабочий процесс. Так как от широты восприятия рабочего диапазона ветра зависит количество энергии, которую воспроизводит установка.
Преимущества и недостатки ветряных электростанций
Среди преимущества использования ветровых электростанций отмечают:
1. Длительность применения ветровой энергии еще в древнеримские времена.
2. Экологичность и безвредность для окружающей среды.
3. Дешевизна получения качественной электроэнергии.
4. С помощью использования энергии ветра снижается расход электричества, вырабатываемого на ТЭС, поэтому выбросы парникового газа значительно снижаются.
5. Доступность, так как ветер присутствует в любом уголке всей планеты.
6. Размер ветряной турбины небольшой, поэтому для их установки не потребуется много места.
7. Особо востребованные ветровые установки в местах, которые отдалены от центрального электроснабжения, таких как леса, поля, моря или океаны.
8. Использование ветровой электростанции позволяет существенно снизить материальные расходы на оплату электроснабжения.
Несмотря на большое количество преимуществ, использование частных ветряных электростанций отличается такими недостатками:
1. Ветер отличается переменчивостью в разное время года в разных регионах поэтому кроме ветряной электростанции следует устанавливать накопительные устройства для электроэнергии, а их покупка - процесс весьма дорогостоящий. Кроме того, они требуют периодической замены.
2. Некоторым людям не нравится внешний вид ветряных электростанций и высокий уровень шума, который они производят.
3. Перед постройкой ветряной электростанции следует провести ряд исследований, направленных на определение силы и интенсивности ветра на определенной местности.
4. Цена на покупку ветровых электростанций довольно высокая, хотя и затраты со временем окупаются, первоначальный вклад довольно высокий.
5. Лопасти, которые находятся на ветряке приносят вред определенным насекомым и птицам, обитающих вблизи электростанции.
Сфера использования и виды ветряных электростанций для дома
Если мощность ветряной электростанции не превышает одного киловатта, то для изготовления ее корпуса требуется алюминиевый сплав. Поэтому, такие устройства характеризуются высокой тепловой отдачей и небольшим весом.
Чем ниже расчетная скорость ветра, тем выше уровень электроэнергии, которую преобразует ветряк. Тихоходный ветрогенератор позволяет не использовать редуктор, а, значит, шум, воспроизводимый ветряком уменьшается, а количество энергии - увеличивается.
Еще одним важным параметром ветряной электростанции выступает показатель энергоэффективности. Она зависит от размера, конструкции и уровня наклона лопастей. Если лопасти изготавливаются серийно, то их себестоимость снижается, а надежность находится на высоком уровне.
Минимальная мощность ветровой электростанции, применяемой в частном доме, составляет полкиловата. Если мощность ветряка будет меньше, этой энергии не хватит для полноценного функционирования здания.
Применение малых ветряков актуально в походе, на отдыхе или на яхте. Если рассматривать высокую шумопроизводительность ветряков и их вред для насекомых, то к установкам домашнего использования данные недостатки не относятся, так как данные только большие промышленные установки создают инфранизкочастотное колебание, вредное для вблизи обитающих животных.
Солнечно ветряная электростанция - общие сведения
Данный тип электростанций отличается более высокой выгодой, так как является комбинацией солнечных батарей с ветряком. Если на улице отсутствует солнце или ночью, работает ветряк. В другое время энергоснабжением занимаются солнечные батареи.
Таким образом, удается получить полную энергетическую независимость от центрального электроснабжения. Данные электростанции используют в регионах, с достаточно высокой интенсивностью солнечного и ветрового излучения.
В состав солнечно ветровой электростанции входит наличие:
- ветрового генератора;
- башни;
- солнечных панелей;
- солнечного контролера;
- инвертора;
- аккумуляторов гелиевого типа;
- температурного батарейного датчика;
- разного рода кабелей и соединителей.
Самодельная ветряная электростанция - особенности изготовления
Процесс сооружения ветряной электростанции следует начинать с крыльчатки, так как именно данный элемент отвечает за улавливание энергии ветра. Для изготовления лопастей следует приобрести фанеру или металлический лист. Кроме того, возможен вариант применения материалов, таких как дюралюминий или пластик.
Основные требования к лопастям:
- легкость;
- строгая симметричность;
- отсутствие толчков во время вращения.
Учтите, что от количества лопастей не зависит конечный результат работы. То, если некоторые ветроустановки с тремя лопастями способны переработать такое же количество энергии, как и устройства, имеющие пять лопастей.
Самым оптимальным вариантом является сооружение ветряка с четырьмя лопастями. Обеспечить жесткость конструкции поможет шестимиллиметровая проволока, которой обрабатывают торцевые участки каждой лопасти. Данная процедура актуальна для изделий, изготовленных из металла. Если де лопасти у ветряка деревянные, то ее торцы пропитываются с помощью горячей олифы.
Для сооружения четырех крестовин, на которых фиксируются лопасти, следует использовать металлические полоски, размером 5х6 см. Срок их службы будет значительно дольше, чем у деталей изготовленных из дерева.
Вертикальной опорой для электростанции послужит стальная труба, минимальный диаметр которой составляет 30 см, а длина - 200 см. На нижнюю часть трубы крепятся два разных по диаметру шкива, таким образом, с помощью ремня, вращение передается к генератору.
Кроме того, следует обязательно позаботиться об укрытии всех элементов в коробке, выполненной из дерева или металла.
С помощью варочного аппарата, металлическая крестовина ротора приваривается к оси. Не забудьте тщательно измерить интервал между лопастями и осью. Когда роторная часть ветряка собрана, ее следует покрыть с помощью масляной краски.
Станина - довольно важный элемент ветряной электростанции, так как именно на нее крепится установка. Поэтому станина должна быть мощной и обеспечивающей прочность крепления.
Для фиксации четырех точек соприкосновения с поверхностью следует провести их заливку с помощью бетонного раствора.
Если сила ветра не будет превышать 10 м/с, то мощность ветряка составит около 1 кВт. Учтите, что ветрогенератор должен быть снабжен с помощью аккумулятора, в котором будет храниться энергия, используемая в безветренную погоду.
Ветряная электростанция должна располагаться на открытой местности, вдали от деревьев, предпочтительно на возвышенности.
Ветряная электростанция своими руками: выбор генератора
От типа генератора, используемого для переработки энергии, зависит КПД ветровой установки. Довольно высокой популярностью отличаются устройства асинхронного типа. Принцип их работы состоит в несовпадении момента вращения ротора с вращением статорного магнитного поля. Ветер обеспечивает вращение ротора генераторной установки, когда вышеприведенные поля между собой не совпадают, происходит образование дополнительной электрической энергии. Поэтому, КПД ветряка увеличивается.
Затраты на покупку данного генератора вполне себя окупают его высокой производительностью. В сравнении с обычными генераторами, устройства асинхронного типа отличаются более низким весом, более высокой мощностью и доступной стоимостью.
Они не нуждаются в дополнительном источнике питания, так как у них нету электрических щеток, которые требуют периодической замены в процессе работы обычного генератора.
Принцип работы асинхронных двигателей состоит в следующем. В процессе движения ротора с помощью ветра, статор находится под воздействием магнитного поля. Каждая обмотка статора подключена к конденсатору, поэтому происходит появление небольшого количества тока. Он и заряжает конденсатор. Далее происходит образование магнитного поля, воздействующего на вторую обмотку, которая способствует еще более сильному заряду конденсатора. Ротор насыщается и самостоятельно производит энергию.
Асинхронный ветрогенератор, при скорости ветра в 4 метра за секунду способен произвести электричество, мощностью в 3 кВт.
Среди преимущества данного генератора следует отметить:
- простоту в эксплуатации;
- материальную и техническую доступность;
- наличие постоянного устойчивого тока;
- получение высокой мощности за небольшие деньги.
Среди преимущества синхронных генераторов следует отметить наличие устойчивого и стабильного напряжения. Но в то же время, данные генераторы отличаются необходимостью в периодической замене щеток и высокой стоимостью.
Асинхронные же генераторы довольно просты в работе, кроме того, они не подвержены возникновению короткого замыкания.
В процессе изготовления ветровой электростанции своими руками наилучшим вариантом станет использование автомобильного генератора, который станет отличным прибором, преобразовывающим энергию ветра в электричество.
Ветряные электростанции видео:
strport.ru
Ветряные электростанции — устройство, принцип работы и применение
Ветер у всех народов всегда воспринимался как проявление божественной силы. Эта сила очевидна, и в некоторых случаях – огромна. По мере развития человечество, кроме своего почитания божеств воздушной стихии научилось использовать ее для собственных нужд. Парус у всех народов стал основой движения на воде, появились мельницы-ветряки. На непродолжительный по историческим меркам срок, с началом использования тепла как основы для работы большинства механизмов, использование ветра сократилось.
Но в наше время с появлением экологических проблем интерес к использованию силы ветра возрождается быстро и мощно. Современные технические решения позволяют эффективно преобразовать энергию воздушных потоков в электричество. Хотя и более дорогое в сравнении с другими технологиями, которые используются на основных типах электростанций. Их три – тепловые, атомные и гидроэлектростанции. Сегодня ветряные электростанции нашли свою нишу на рынке электроэнергии. Более подробно расскажем об этом и не только далее в статье.
Из истории в современность
Археологические исследования информируют о том, что несколько тысячелетий тому назад вавилонские умельцы создавали ветряные машины для превращения болот в сельскохозяйственные угодья. Эти механизмы применялись для вычерпывания воды и осушения почвы. Аналогичные машины на своих рисовых полях применяли китайцы примерно в те же времена. А первые мельницы-ветряки появились еще у древнеегипетских предпринимателей. Со временем мельницы появились и в Европе, и восточнее примерно в XII веке.
Развитие электрических технологий не могло не натолкнуть инженеров на идею заменить жернова мельницы электрогенератором. Это и произошло в тридцатые годы прошлого века. Проблемы, существующие на топливных рынках, а также аварии на атомных электростанциях стимулировали развитие ветряных электростанций. Сегодня их число быстро увеличивается, о чем свидетельствует статистика, приведенная ниже:
Мощность мировых ветровых станцийОднако стихия непредсказуема. А для воздушной стихии существует такое определение, как полный штиль. Это значит, что даже в открытом море, где воздух находится в постоянном движении, бывает так, что ветер исчезает. Поэтому ветряная электростанция эффективна только в том месте, где штиль случается как можно реже. Такие места наиболее распространены вблизи морского побережья, на холмах, в горах, и в некоторых специфических местностях.
Как устроена и как работает
Основой ветряной электростанции является крыльчатка (турбина). Наиболее эффективная конструкция – крыльчатка с тремя лопастями пропеллерного типа, установленная высоко над поверхностью земли. Работу электростанции с такой крыльчаткой иллюстрирует изображение ниже:
Как работает ветротурбинаДля получения максимальной эффективности специальные механизмы управляют положением ротора и лопастей. Их автоматически подбирают в соответствии с направлением и силой ветра. Существуют и другие конструкции крыльчаток, так называемые барабанные. Например, такие, для которых направление ветра не имеет значения. В основном это результат творчества отдельных энтузиастов.
Нестандартные крыльчатки
Нестандартные крыльчатки 2
Нестандартные крыльчатки 3
Крыльчатки нестандартной конструкцииГлавный недостаток всех непропеллерных моделей – более низкий КПД. У электростанции с пропеллерной крыльчаткой КПД чуть меньше 50%. А главным недостатком всех без исключения ветряных электростанций является сам ветер. Его сила подвержена частым изменениям. В результате обороты крыльчатки изменяются, а вместе с этим меняется вырабатываемая электрическая мощность. Поэтому для сопряжения генератора ветряной электростанции с электросетью необходимо дополнительное электрооборудование.
Обычно это аккумуляторы с инверторами. Генератор сначала заряжает аккумуляторы, и для этого процесса равномерность силы тока неактуальна. Передача электричества в сеть выполняется инвертором, который преобразует заряд, накопленный в аккумуляторе. Дополнительным плюсом пропеллерной конструкции можно считать ее управляемость. Если сила ветра становится чрезмерной, угол атаки лопасти делается минимальным. В результате ветровая нагрузка на турбину падает.
Но не всегда удается уберечь ветряную электростанцию от поломки. На побережье случаются ураганы, которые ломают крыльчатку. Такие случаи продемонстрированы далее.
Крыльчатки, сломанные сильным ветром
Крыльчатки, сломанные сильным ветромСовременная ветряная электростанция – это огромное сооружение. Поэтому воздействие сильного ветра на него весьма заметно. Хорошее наглядное представление о масштабах такой электростанции дает изображение, показанное далее.
Монтаж крыльчаткиВысота, на которой размещается электрогенератор, в среднем равна пятидесяти метрам. Чем выше, тем сильнее и стабильнее дует ветер. Для получения наибольшей мощности устанавливаются десятки электрогенераторов. Из наземных ветряных электростанций наиболее мощная расположена в США. Ниже предоставлена краткая информация о ней.
Самая мощная из наземных ветряных электростанцийСамое большое число электростанций построено на побережье. Они называются прибрежными. Но поскольку земля прибрежных территорий дорогая, целесообразнее строить на мелководьях морского шельфа. Такие электростанции называются шельфовыми. Однако из-за дороговизны строительства мощность крупнейшей в мире шельфовой электростанции, построенной у берегов Англии, составила 630 мВт, что более чем в 2 раза меньше, чем у наземного аналога.
Дальнейшим развитием электростанций морского базирования стали плавающие ветряные электростанции. Но они самые большие и дорогие, и по этой причине, по сути, единичные. Скорее всего, они никогда не станут основными при получении электричества от силы морского ветра. Для получения более высоких экономических показателей используется ветер на высоте более ста метров. При этом используется специальная конструкция на основе аэростата, называемая парящей ветряной электростанцией.
Парящая электростанцияНо поскольку грузоподъемность аэростата ограничена, максимальная мощность электростанции соответствует по своей массе мощности в 30 кВт. Она сможет обеспечить несколько домов. Их количество будет зависеть от режима потребления электроэнергии. Недостатком парящей электростанции является ее рискованность. Она может быть унесена сильным ветром, и воспрепятствовать этому проблематично.
Экологические проблемы ветряных электростанций
У крыльчаток имеется один непреодолимый недостаток. Они излучают инфразвук. А он пагубно влияет на все живые организмы, в том числе и на человека. Если электростанция расположена вдали от жилья, как, например, шельфовая или горная, человеческий фактор снимается. Но воздействие на экосистему остается. Насколько инфразвук от ветряных электростанций проблематичен, свидетельствует одна из жительниц Германии:
Отзыв о работе станцииВ этой стране ветряки устанавливают повсеместно, где только позволяет территория. Отказавшись от атомных электростанций, Германия наиболее активно из всех стран строит ветряные электростанции. Появление таких новостроек принуждает людей, живущих по соседству, переезжать на новые места жительства. Но их дома никто не желает покупать. Поэтому появляются проблемы в обществе. Так что оптимальное место для ветряных электростанций – это морской шельф.
Похожие статьи:domelectrik.ru
Ветряная электростанция - это... Что такое Ветряная электростанция?
Ветряная электростанция — несколько ветрогенераторов, собранных в одном или нескольких местах. Крупные ветряные электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветряные электростанции называют ветряными фермами (от англ. Wind farm).
Планирование
Исследование скорости ветра
Ветряные электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше.
Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного—двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.
Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветряных электростанций: эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.
Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами, или с государственной помощью. Например, в Канаде Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005 году Программа Развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран.
Высота
Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветряные электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т. д.
Экологический эффект
При строительстве ветряных электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.
Современные ветряные электростанции прекращают работу во время сезонного перелёта птиц.
Типы ветряных электростанций
Наземная
Наземная ветряная электростанция в Испании. Построена по вершинам холмов. Наземная ветряная электростанция возле Айнажи, Латвия.Самый распространённый в настоящее время тип ветряных электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.
Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветряной фермы может занимать год и более.
Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.
Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.
Крупнейшей на данный момент ветряной электростанцией является электростанция в городе Роско (Roscoe), штат Техас, США. ВЭС Роско была запущена 1 октября 2009 года немецким энергоконцерном E.ON. Станция состоит из 627 ветряных турбин производства Mitsubishi, General Electric и Siemens. Полная мощность — около 780 МВт. Площадь электростанции не менее 400 км².[2]
Прибрежная
Строительство прибрежной электростанции в Германии.Прибрежные ветряные электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.
Шельфовая
Шельфовые ветряные электростанции строят в море: 10—60 километров от берега. Шельфовые ветряные электростанции обладают рядом преимуществ:
- их практически не видно с берега;
- они не занимают землю;
- они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.
Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям.
Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.
В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей. Крупнейшей шельфовой станцией является электростанция Миддельгрюнден (Дания) с установленной мощностью 40 МВт[3].
Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмные суда.
Плавающая
Строительство первой плавающей электростанции. Норвегия. Май 2009 года.Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.
Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года[4]. Турбина под названием Hywind весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.
Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.
Компания планирует в будущем довести мощность турбины до 5 МВт, а диаметр ротора — до 120 метров.
Панорамы ВЭС
ВЭС в России
На 2008 год общая мощность ВЭС в стране исчислялась 16,5 МВт[5]. Одна из крупнейших ветровых станций России — Зеленоградская ВЭУ, расположенная в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Её суммарная мощность составляет 5,1 МВт. Состоит из ВЭУ датской компании SЕАS Energi Service A.S. (1 новая мощностью 600 кВт и 20 отработавших 8 лет в Дании мощностью 225 кВт каждая).
Мощность Анадырской ВЭС составляет 2,5 МВт.
Мощность ВЭС Тюпкильды (Башкортостан) составляет 2,2 МВт.
Заполярная ВЭС, находящаяся около города Воркута в Коми, имеет мощность 1,5 МВт, построена в 1993 году. Состоит из шести установок АВЭ-250 российско-украинского производства мощностью 250 кВт каждая.
Около Мурманска строится опытная демонстрационная ВЭУ мощностью 250 кВт[6].
См. также
Примечания
Литература
Методы разработки ветроэнергетического кадастра.//АН СССР, ГЛАВНИИ при Госэкономсовете Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского. Изд-во АН СССР, 1963.
Ссылки
dic.academic.ru
