Мнимые и реальные проблемы ветровой энергетики / НГ-Энергия / Независимая газета
Выполнение целей по сокращению выбросов парниковых газов возможно только при сочетании альтернативной генерации с АЭС
Тэги: электроэнергия, производство, виэ, ветровая энергетика, проблемы, выбросы, климатическая политика
Фото Reuters
В 2018 году в район селения Эвегоно на Амазонке стали прибывать рубщики быстрорастущей бальсы. Вырубка скоро приобрела тотальный характер и затронула территорию заповедника – в бедном регионе за эту древесину платят отличные деньги. Но причина этого ажиотажа находилась далеко от этого места: ведущим мировым производителям требовалось дерево бальсы для изготовления лопастей ветряных турбин.
Новая климатическая политика начинает сокращать использование ископаемых видов топлива и стимулирует развитие технологий, снижающих цены на турбины.
Общая мощность ветроэнергетики за последнее десятилетие увеличивалась почти на 10% в год. В 2020 году новая установленная мощность увеличилась на 24%, до рекордных 78 ГВт. Ветряные электростанции в Китае и США обеспечивают около 60% этого объема.
От противников альтернативной энергетики до сих пор можно услышать, что ветряная энергетика нерентабельна по финансовым показателям и энергетической окупаемости. То есть цена киловатта энергии, выработанного на ветряной энергоустановке, дороже других источников энергии, а за свой жизненный цикл ветряк производит меньше энергии, чем тратится на его производство. На самом деле оба утверждения давно неточны. За последние 10 лет существенно повысились надежность и эффективность производимых установок, а их цена упала почти в два раза.
Цена энергии, вырабатываемой ветряками, уже сейчас непринужденно конкурирует с ценой энергии АЭС. Интересно, что этого пока не могут добиться солнечные электростанции, в среднем цена киловатта энергии на них в полтора-два раза выше.
В мире ситуация движется еще быстрее. В соответствии с докладом Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), представленным в середине 2020 года, возобновляемые источники энергии становятся все дешевле по сравнению с любым новым энергопроизводством, работающим на ископаемых видах топлива. Более половины энергетических производств, работающих на возобновляемых источниках энергии и введенных в эксплуатацию в 2019 году, имеют себестоимость энергии ниже, чем самые новые и экономичные угольные электростанции.
За последние 10 лет затраты на производство электроэнергии из возобновляемых источников резко упали благодаря совершенствованию технологий, удешевлению энергоустановок из-за увеличения масштаба их производства, постоянно растущей конкурентоспособности цепочек поставки и приобретению нового опыта разработчиками.
С 2010 года промышленные наземные ветровые и морские ветровые электростанции продемонстрировали сильное сокращение эксплуатационных издержек – на 39 и 29% соответственно. Стоимость электроэнергии как в наземной, так и в морской мировой ветроэнергетике сократилась примерно на 9% по сравнению с предыдущим годом, достигнув уровня 0,053 долл. за 1 кВт-ч и 0,115 долл. за 1 кВт-ч соответственно.
По данным доклада Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC) за 2020 год, количество ветряных электростанций в мире будет значительно расти. Причем прогноз GWEC достаточно скромен в оценках. Вероятно, предполагаются возможный дефицит и рост цен на необходимые для ветряных генераторов материалы. В том случае, если темпы развития ветряной энергетики сохранятся на сегодняшнем уровне, а не будут замедляться, одних только ветряных вполне должно хватить для завершения энергетического перехода на зеленую энергию к запланированным 2035–2040 годам.
Прогноз роста мощностей
Прирост количества ветряных электростанций зависит от большого числа факторов, и описать его простой функцией практически невозможно: нужно учитывать динамику стоимости сырья, производства комплектующих, меняющиеся цены на логистику и уровень финансовых инвестиций.
| График выбросов двуокиси углерода. |
Повышение эффективности
Россия в наращивании объемов ветряной энергетики и уменьшении стоимости энергии не отстает. Например, компания «Фортум» – лидер в области зеленой энергетики в России – только в прошлом году ввела в эксплуатацию ветряные электростанции суммарной мощностью 478 МВт, а суммарный портфель «Фортума» и его совместных предприятий составляет примерно 3,4 ГВт мощностей ветряной и солнечной энергетики; между тем на 2025–2027 годы уже запланировано строительство ветряных электростанций еще на 1,3 ГВт.
Казалось бы, это не так много, но цифра уже больше, чем вырабатывает современный блок АЭС, например ВВЭР-1200, используемые в достраивающейся Белорусской АЭС. При этом стоимость строительства АЭС и ветряных генераторов на общую мощность сейчас примерно одинакова, но эксплуатационные затраты для ветряков гораздо ниже. Конечно, именно белорусскую АЭС заменить ветряками не получилось бы – в районе строительства АЭС слишком слабые ветры, их хватит для работы ветряных генераторов только на нижнем пределе мощности. Здесь нужно отметить, что сейчас является серьезной задачей составление карт ветров на высоте около 100 м, для этого нужны новые спутники и метеостанции, а в идеальном варианте – отдельные подразделения энергетических компаний, которые смогут просчитывать наиболее выгодные места расположений ветряных генераторов. И речь здесь не только о скорости ветра. На эффективность ветряков оказывают влияние еще и холмистость местности, и расстояние до ближайших объектов (включая соседние ветрогенераторы), искажающих потоки ветра.
При этом можно использовать ветряки разной мощности, чтобы на одной площади использовать разные воздушные горизонты. Таким образом получится увеличить снимаемую с единицы площади мощность.
Теоретически в России стал бы выгодным глобальный проект, предусматривающий установку ветрогенераторов вдоль всего северного побережья. Там сильные и довольно стабильные ветры, а также низкая плотность населения, что сильно упрощает размещение ветряков по сравнению с густонаселенной Европой, где актуальной является проблема ограничения минимального расстояния ветряных генераторов от жилых построек.Разумеется, для реализации такого проекта понадобится, как уже сказано выше, заняться картографией ветров и набрать статистику по этой теме хотя бы за несколько лет. Кроме того, низкая населенность северных прибрежных районов одновременно является и минусом – при реализации проекта неизбежно возникнут логистические сложности, которые, однако, могут быть нивелированы за счет морских путей.
Сейчас довольно большая доля ветряных генераторов возводится не просто в приморской зоне, но в воде, на расстоянии одной-двух сотен метров от берега – в этой зоне ветер наиболее стабилен и не имеет наземных преград, хотя стоимость постройки и получается выше за счет сложности строительства. Выбор в пользу морского строительства обусловлен отсутствием ограничений, связанных с размещением вблизи жилых зон, ценных сельскохозяйственных земель и заповедников. Учитывая такой вариант и активное осваивание Северного морского пути, возведение подобного рода ветряков можно упростить, ведь строительство морских ветрогенераторов происходит непосредственно с кораблей. В таком случае главной проблемой останется только непосредственно доставка электроэнергии от места выработки к потребителям, поэтому наземные коммуникации все равно придется строить.
| Варианты прироста мощностей ВЭС. |
При реализации такого масштабного проекта неминуемо возникнет много новых технических задач, связанных с работой в условиях Севера, однако выработанные решения дают толчок общему развитию технологий ветроэнергетики и стимулируют научно-технические организации.
Что касается энергетической окупаемости, то еще в 2014 году школа технического и промышленного машиностроения Орегонского университета провела масштабное исследование энергетической окупаемости на примере одних из самых распространенных сейчас 2 МВт промышленных ветрогенераторов производства Siemens. Исследование показало, что полная энергетическая окупаемость наступает всего за 5–7 месяцев, притом что срок службы ветряных электростанций сейчас составляет не менее 20 лет.
За расчетную мощность в исследовании взяты показатели в условиях северо-западного побережья США (6,12 ГВт-ч в год при загруженности 35%), что примерно составляет среднее значение по США. Расчеты проводились в соответствии с международной методикой энергетической окупаемости за полный жизненный цикл ReCiPe 2008, учитывающей не только затраты на производство, но и эксплуатационные расходы за весь 20-летний срок службы.
В окупаемости были учтены расходы энергии на добычу полезных ископаемых, производство деталей, доставку частей ветрогенератора с разных заводов, установку на месте, обслуживание в течение всего срока (одних только смазочных материалов за 20 лет расходуется от 273 до 546 т в зависимости от модели) и в конце концов его утилизацию с частичной переработкой по окончании срока службы. Электростанции на ископаемом топливе имеют гораздо больший срок энергетической окупаемости и требуют гораздо больших расходов на текущее обслуживание, а срок службы оборудования зачастую меньше, чем у ветряных электростанций.
Оправданная гигантомания
Самые большие из серийно производимых сейчас ветряных генераторов, несмотря на цену примерно в 14 млн долл., окупаются еще быстрее. Их максимальная мощность при скорости ветра 13–15 м/с составляет 7–8МВт, и они идеально подходят для размещения в морских прибрежных зонах. Диаметр пропеллера этих гигантов составляет чуть более 150 м, и они способны работать уже при скорости ветра всего в 3–5 м/с.
При достижении скорости ветра 25 м/с генерация прекращается в целях безопасности. Казалось бы, на таких скоростях ветра лопасти должны вращаться быстро, но это не так. На самом деле они вращаются неторопливо и степенно, делая всего 5–11 оборотов в минуту в зависимости от скорости ветра, поэтому ветряная электростанция даже не создает сильного шума. При этом надежность ветряка достигается простотой конструкции: у турбины нет редуктора (коробки передач), используется прямой привод.
| Процесс использования ветрогенератора. |
Общая же доля возобновляемых источников энергии в Швеции составляет 60%, и это при том, что Швеция занимает лишь десятое место по объемам вырабатываемой ветряками энергии. Первое место, как ни странно, занимает Китай, он же является лидером по темпам строительства новых ветряков и АЭС.
Почему же даже такие гиганты оправданны в строительстве? Все дело в том, что зеленая энергетика является действительно дешевой не только в эксплуатации, но и в строительстве. По данным доклада Управления энергетической информации США за 2021 год, самыми недорогими (при правильном выборе региона размещения) станциями являются солнечные и ветряные энергоустановки.
Воздействие на окружающую среду
Периодически разгорается полемика о воздействии ветроэнергетики на окружающую среду – опасность для птиц, негативное влияние на природу и здоровье человека в связи с издаваемым слышимым шумом, инфразвуком и электромагнитным излучением.
Что касается птиц, если говорить об антропогенном факторе, то, как показывают доступные исследования, больше всего птиц – в порядке убывания – гибнет от домашних кошек (в Новой Зеландии вообще введен запрет на свободный выгул домашних кошек, так как они стали угрозой вымирания для целых видов), столкновений со стеклами зданий и контакта с линиями электропередачи.
Шум и электромагнитное излучение генераторов, разумеется, в некоторой степени присутствуют. В разных странах существует норма на расстояние в 500–1000 м от ветряных генераторов до жилья. Мощность электромагнитного излучения падает обратно квадрату расстояния, и поэтому находиться даже непосредственно под ветряком не представляет никакой опасности; в повседневной жизни мы сталкиваемся с гораздо более мощными источниками. Например, присутствующие повсюду точки доступа Wi-Fi и мобильные телефоны.
Шум же ветровой турбины непосредственно у генератора не выше, чем у работающей газонокосилки, и существенно меньше, чем у газогенераторных или паровых турбин.
Разумеется, жить под большим ветряком неприятно и нежелательно, так же как рядом с железнодорожными путями или оживленными шоссе. Для того чтобы шум не мешал, необходимо строить ветровые электростанции на расстоянии от жилых домов. Во всем мире рекомендуемый максимальный уровень шума в ночное время примерно равен 35–45. Это приблизительно соответствует громкости работающего внешнего блока кондиционера. Исследование, проведенное компанией Resonate Acoustics по заказу Министерства защиты окружающей среды Южной Австралии, показало, что уровень инфразвука вблизи ветровых ферм и в других районах в домах вблизи оцениваемых ветряных турбин не выше, чем в других городских и сельских районах, и вклад ветровых турбин в измеренные уровни инфразвука является незначительным по сравнению с фоновым уровнем инфразвука в окружающей среде. Такие же данные по слышимому шуму и инфразвуку показали исследования в Германии – на расстоянии более 480 м от ветряков никаких воздействий, отличающихся от общего шума, не найдено. Государственный департамент здоровья Канады провел большое исследование о влиянии инфразвука на здоровье человека, в числе прочего показав, что шум ветряных генераторов и инфразвук не влияют на насекомых и животных. До сих пор слабоисследованной проблемой является глобальное влияние ветрогенераторов на карты ветров. Размещение ветряков на малых площадях не оказывает какого-либо заметного влияния на климат, однако при полномасштабном переходе на зеленую энергетику ситуация может измениться. Так же как размещение солнечных электростанций меняет локальный уровень инсоляции, большие кластеры ветряков теоретически могут ощутимо влиять на ветровую обстановку – генераторы при своей работе отбирают часть энергии ветра, замедляя его поток. Замедление воздушных потоков, в свою очередь, может вызывать изменение температуры. Конечно, влияние ветроэнергетики на экологию в любом случае будет меньше, чем от сжигания угля. Однако убедиться, действительно ли ветрогенераторы способны негативно влиять на климат, получится только на практике, причем для этого нужно длительное наблюдение: погода – явление нестабильное, даже если рассматривать 10-летний период.
Но даже если ощутимое влияние будет выявлено, его можно использовать во благо – подобно тому, как деревья высаживают вдоль полей для избежания эрозии почв, ветряные генераторы можно ставить в районах, где эрозия почвы особенно сильна (а это как раз районы с сильными ветрами), одновременно вырабатывая энергию и решая экологическую проблему. Кроме того, даже теоретически, наименьшее влияние на ветровую обстановку оказывают активно возводимые сейчас морские ветряные генераторы, единственным ощутимым минусом которых является их более высокая стоимость из-за особенностей возведения и прокладки электрических кабелей по дну до суши.
|
График затрат на построенные электростанции. Инфорграфика авторов |
Разумеется, инженерам хочется избежать минусов, свойственных используемым сейчас ветряным генераторам. Самым интересным и выглядящим наиболее жизнеспособным из проектов, имеющих кардинально новый подход к энергии ветра, пожалуй, является создание безлопастных ветрогенераторов.
Испанская компания Vortex Bladeless еще шесть лет назад сделала первый рабочий прототип такой установки. Со стороны устройство выглядит как слегка покачивающийся под ветром вертикальный цилиндр, установленный на неподвижном основании, чем напоминает автомобильную игрушку в виде собаки с качающейся головой.
Генерирование электроэнергии происходит за счет аэродинамического эффекта вихреобразования. То есть устройство не просто покачивается от ветра и вырабатывает энергию за счет сил упругости. Если углубляться в гидромеханику, то, когда ветер проходит через мачту столба, поток видоизменяется в круговые вихри. Как только частота кругового вихря совпадает с собственной резонансной частотой цилиндра ветрогенератора, и возникает аэроупругий флаттер (динамические крутильные колебания). Как правило, в инженерном и архитектурном проектировании специалисты всячески избегают этого феномена, так как он приводит к разрушению конструкций. Самый известный печальный пример, заставивший инженеров работать над этим эффектом, – разрушение Такомского моста в 1940 году при скорости ветра в 18 м/с, событие произошло всего через четыре месяца после открытия.
Видео обрушения можно свободно найти в интернете. Именно этот обычно негативный эффект обеспечивает работу безлопастного генератора. Цилиндр и его крепление сделаны из полимеров, хорошо выдерживающих нагрузки от ветра и подлежащих вторичной переработке, а движение магнитов, прикрепленных к цилиндру относительно магнитов в основании, создает индукционный ток в катушках, что позволяет вырабатывать энергию. Такая конструкция намного проще и надежнее, чем обычные ветряные генераторы, а возможность изменения резонансной частоты цилиндра за счет изменения его длины (что предусмотрено конструкцией) позволяет работать в широком диапазоне скорости ветра. Причем если при ураганном ветре обычные генераторы вынуждены разворачивать весь ротор или хотя бы лопасти по ветру, чтобы их не разрушило, то безлопастные генераторы останутся целы, так как на высоких скоростях ветра явления резонанса не будет, а аэродинамически это просто столб, который ветер будет легко обтекать, не ломая.
Первый коммерческий вариант такого генератора имеет размер в высоту 12,5 м, весит около 100 кг и выдает мощность около 4 КВт энергии.
В будущем компания планирует также создать промышленный вариант ветрогенераторов высотой до 140 м с энергетической мощностью до 1 МВт. В целом эффективность этих генераторов при той же скорости ветра на единицу площади сечения воздушного потока, с которой генератор забирает энергию, меньше примерно на 30%, чем у классических ветряков. Однако в итоге энергия должна быть дешевле на 30–40%, так как эти безлопастные ветряки дешевы в производстве и имеют гораздо меньшие эксплуатационные издержки за счет отсутствия движущихся частей, гораздо меньшую «мертвую зону», то есть их можно располагать гораздо ближе друг к другу. Кроме того, такие генераторы обладают еще несколькими плюсами, среди которых возможность эффективной работы при слабых ветрах скоростью 3–4 м/с (в то время как для большинства ветряков оптимальными являются 10 м/c) и почти полное отсутствие шума. Такой набор качеств делает оптимальным вариант использования уже существующих вариантов этих генераторов внутри городов, не мешая жителям, оставив свободные просторы для обычных ветряков.
Таким образом, безлопастные генераторы скорее всего не вытеснят, а дополнят классические ветряные генераторы.
Полет энергии
Еще одним пока не получившим широкого применения вариантом является запуск турбин в воздух. Дело в том, что на высоте около полукилометра дуют стабильные воздушные потоки, что делает очень привлекательной идею вырабатывать ветряную энергию именно там: ведь тогда мы будем слабо зависеть от погоды и региона размещения. Как же инженеры предлагают решить данную задачу? Вариантов по большому счету два. Первый: жесткий планер с размещенными на нем турбинами. Второй: аэростат или дирижабль. Разумеется, в обоих случаях необходим трос-проводник для передачи энергии на землю, что сильно осложняет дело. Но рабочие образцы, правда, пока не нашедшие промышленного применения, уже есть.
Компания Altaeros предпочла вариант аэростата. Причем генераторная турбина расположена внутри него. По виду эта конструкция похожа на турбину самолета с надувным кожухом, наполненным гелием.
За счет гелия этот аэростат поднимается на высоту около 600 м и закрепляется тросами-кабелями на земле.
Идея, в общем, достаточно проста и не очень нова. Задумка в большинстве случаев заканчивается на расчете стоимости обслуживания. С одной стороны, такие генераторы легко перевозить с места на место и устанавливать, они помещаются в грузовик. С другой стороны, гелий дорог и достаточно текуч, поэтому генераторы придется периодически опускать на землю и дозаправлять новой порцией гелия. Кроме того, их, вероятно, придется опускать во время ураганов, иначе велика опасность обрыва тросов. Здесь мог бы помочь водород – он дешевле гелия, но из-за его взрывоопасности это слишком рискованно.
Разработчики из Altaeros выбрали интересный путь для снижения эксплуатационных расходов: дополнительно зарабатывать на аэростатах, помещая на борт не только ветровую турбину, но еще и метеорологическое и телекоммуникационное оборудование. При этом они утверждают, что использовать генераторы можно в разных климатических зонах, аэростаты достаточно надежны, чтобы выдержать перепады температур и влажности.
Наверное, если этот проект и найдет применение, то это будет все-таки что-то вроде экстренного развертывания мобильных электростанций в условиях катастроф – здесь и телекоммуникационное оборудование может использоваться. Такие аэростаты могут очень пригодиться при ликвидации последствий наводнений и ураганов, которых становится все больше из-за глобального изменения климата.
Компания Makani, некогда входящая в холдинг Alphabet, а ныне закрытая, с 2007 по 2020 год занималась разработкой второго варианта летающих ветряных генераторов – планеров с генераторными турбинами на борту. Промышленных образцов компанией создано не было, но они сделали хорошую научную базу для новых компаний, и разработки в этой области продолжаются. С планером дела обстоят немного сложнее: его тяжелее поднимать и опускать в небо, ему сложнее работать при нестабильных ветрах. При этом планер рассчитан так, что после подъема начинает петлять в воздухе восьмерками, подобно воздушному змею во время сильного ветра, это позволяет вырабатывать больше энергии.
С подъемом и посадкой задачу удалось решить достаточно изящно: во время фаз взлета и приземления генераторные турбины работают не на выработку, а на потребление энергии, превращаясь в моторы. Таким образом, во время взлета и посадки мы имеем уже не планер, а маленький самолет.
Со стабильностью же выработки энергии во время переменных ветров пришлось бороться при помощи программного обеспечения и расчетов конструкции планера. По информации компании, нагрузки на планер при полете составили от 7 до 15G. Кульминацией разработки стал прототип воздушного генератора, созданный в декабре 2016 года. В итоге получился планер из углеродного волокна, несущий на борту восемь генераторов/двигателей и имеющий размах крыльев небольшого реактивного самолета, способный генерировать до 600 кВт электроэнергии. Контроль стабильности полета планера обеспечивает бортовой компьютер, при необходимости регулирующий траекторию и высоту при помощи моторов. К сожалению, из-за сложности производства и эксплуатации такой вид генераторов вряд ли будет конкурентоспособен на рынке.
Выводы
Сейчас Европейский союз разработал планы по классификации некоторых атомных электростанций и заводов по производству природного газа в качестве зеленых инвестиций, которые могут помочь Европе сократить выбросы. Таким образом, появится набор определений того, что представляет собой «устойчивые инвестиции» в Европе. Включение атомной и газовой энергетики в европейский свод правил устойчивого инвестирования, известное как зеленая таксометрия, может иметь серьезные последствия как в ЕС, так и за его пределами. В Европе это разблокирует миллиарды евро государственной помощи для дорогостоящих проектов в области атомной энергетики. ESG-фондам станет проще включать компании атомной энергетики и природного газа в устойчивые инвестиционные фонды, которые они предлагают или инвестируют для клиентов.
Прежде атомная энергетика не считалась благоприятной для ESG, однако одобрение ЕС откроет потенциально большую волну капиталовложений.
Масштабные инвестиции ESG-фондов могут быть направлены в этом направлении. Конечно, борьба в рамках ЕС за атомную зеленую энергетику еще продолжается. Это связано с позицией немецкой партии «Союз90/Зеленые», которая входит в правительственную коалицию в Берлине и намерена оспорить решения комиссии ЕС в Европейском суде.
Усилия ЕС по разработке общего стандарта зеленых облигаций для корпоративных и государственных эмитентов показали, что не все страны согласны с тем, что считается «зеленым». Некоторые страны с тех пор работали над собственными классификациями, но европейская, в которой отражено более 550 видов генерации, является наиболее полной. Отсутствие общего эталона означает, что оценочные листы остаются субъективными и непоследовательными в отрасли, что сбивает с толку инвесторов. Наличие словаря, в котором они могут посмотреть, могут ли инвестиции быть отмечены как зеленые, ставит всех на одну и ту же ступень.
Весомость европейского подхода сделает, вероятно, таксономию глобальным золотым стандартом.
Другие страны разрабатывают собственные схемы. Каждая из них формируется политическими компромиссами и обязательствами по выбросам двуокиси углерода. Но иностранные компании, управляющие активами, примут таксометрию ЕС, потому что их европейским клиентам может понадобиться, чтобы они сообщали идентичные данные.
Зеленая энергетика будет вытеснять с рынка угольные и газовые электростанции. Ветряная энергетика занимает в этой области первое место, солнечная энергетика в большинстве стран менее рентабельна из-за малого числа солнечных дней в году. А вот с АЭС ветряной энергетике все равно придется уживаться и в долгосрочной перспективе, если человечество сохранит и приумножит взятый темп на сокращение парниковых газов в атмосферу: даже несмотря на скорость развития технологий зеленой энергетики, не использующей ископаемое топливо, заместить к планируемым 2035–2040 годам все ископаемые виды топлива одной только ветряной и солнечной энергетикой не получится.
Дефицит бальсы ускорил переход на сердечники лезвий лопастей турбин, частично или полностью сделанные из синтетической пены, которая значительно дешевле.
Самое важное, что это не только заслуга экономических стимулов. Новые социальные и экологические стандарты ESG-стратегий смещают ракурс с исключительно рационального взгляда на бизнес. И это принципиальное отличие нового энергетического перехода от всех предыдущих.
FAQ по ветрякам
Browse F.A.Q. Topics
- FAQ по ветрякам36
- FAQ по гелиосистемам28
- FAQ по солнечным электростанциям7
- FAQ по тепловым насосам20
FAQ по ветрякам
В каких случаях уместно использовать ветровую установку?
Ветряную электростанцию следует использовать в местах, где имеются перебои в обеспечении электроэнергией или отсутствует централизованное электроснабжение при условии достаточного ветрового потенциала (среднегодовая скорость ветра не менее 3,5 м/с) и отсутствия высоких зданий или деревьев.
Как определить среднегодовую скорость ветра в том месте, где будет установлен ветряк?
Чтобы получить подобную информацию, требуется проведение исследования.
Репрезентативные результаты можно получить только через 1 год. Имейте ввиду то, что большинство ветровых электростанций достигают своей номинальной мощности пот скорости ветра около 7-10 м/с.Необходимо ли разрешение для установки ветряка для частных лиц?
Никаких разрешений или лицензий получать не нужно. Вы ведь не получаете разрешение на установку дизельного генератора. Тут точно та же ситуация.
Как должна быть расположена ось ветроколеса: горизонтально или вертикально? Какое оптимальное количество лопастей должен иметь ветрогенератор?
Существует множество вариантов конструкции ветровых установок, но в настоящее время 95% всех выпускаемых в мире ветрогенераторов – трехлопастные с горизонтальной осью.
Каковы основные критерии для объективного сравнения ветрогенераторов, выпускаемых различными производителями?
К таким критериям относятся: — безопасность эксплуатации ветрогенератора — коэффициент использования ветра — годовое количество энергии, вырабатываемое в год при заданной среднегодовой скорости ветра, и, соответственно, соотношение стоимости ветрогенератора к годовой выработки электроэнергии — какова необходимая периодичность сервисного обслуживания — надежность работы, характеризуемая, в частности, сроком гарантийного обслуживания — срок эксплуатации ветрогенератора — время выполнения заказа — продолжительность серийного выпуска
Чем Ваш ветрогенератор лучше других? Почему мы должны отдать предпочтение именно ему перед другими?
1.
Наши ветрогенераторы успешно эксплуатируются уже свыше 11 лет, показывая надежную работу.
2. Коэффициент использования ветра составляет 51% (Для сравнения: у лучших зарубежных образцов этот коэффициент составляет 49 – 52%, отечественных – 38%)Можно ли приобрести ветроустановку отдельно без мачты? Мачту изготовить на месте.
Да, такой вариант возможен. Но в этом случае мачта должна соответствовать требованиям нашей конструкторской документации. И в этом случае контроль за изготовлением лежит на покупателе и мы не предоставляем гарантии на ВЭУ.
Что означает следующая формулировка: «Мощность генератора составляет 800 Вт, а мощность ветроустановки – 3 кВт»?
Установленная мощность генератора ветроустановки “ВЭУ-08» — 800 Вт. Благодаря энергоблоку содержащему в себе интеллектуальное зарядное устройство (которое в свою очередь заряжает блок аккумуляторных батарей от ветрогенератор и солнечных фотоэлектрических панелей) и инвертор, максимальная выходная мощность одной системы составляет 5кВт.
Системы могут быть объединены, что позволит увеличить выработку электроэнергии.Чем нужно руководствоваться при выборе мощности ветрогенератора для загородного дома?
Для загородного дома будет достаточно ветрогенератора мощностью 1,5-6 кВт. Многое зависит от того, при какой скорости ветра ветроустановка выдает заявленную мощность, а также от скорости ветра в данном регионе. Если один ветрогенератор выдает мощность 2кВт при скорости ветра, например, 8м/с, а другой 5кВт при 12м/с, то в регионах со среднегодовой скоростью ветра до 7м/с первая установка будет вырабатывать больше электроэнергии за год. Это происходит из-за больших потерь мощности на втором ветрогенераторе при малых скоростях ветра.
Как происходит регулирование мощности ветрогенератора и что происходит с ВЭУ при высоких скоростях ветра?
Регулирование мощности ветрогенератора при скоростях ветра выше расчетной, происходит наиболее прогрессивным способом, за счет изменения угла установки лопастей с помощью компактного регулятора оборотов аэродинамического типа.
Остановка ветроколеса осуществляется с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение. Эти системы являются ноу-хау и были запатентованы.Почему скорость вращения ветроколеса Вашего ветрогенератора 320 об/мин? У других производителей этот показатель выше.
При данной скорости вращения ветроколеса энергия малых ветров используется наиболее полно. На малых оборотах аэродинамический шум от лопастей значительно ниже. Существуют ВЭУ с частотой вращения ветроколеса 400…500 об/мин и диаметром ветроколеса 4-5 м, в этой ситуации стартовая скорость работы ВЭУ значительно выше. Уровень шума также существенно возрастает.
Что означает тихоходное ветроколесо Вашего ветрогенератора?
Одной из характеристик ветрогенераторов является быстроходность ветроколеса. Она определяется соотношением скорости движения конца лопасти к расчетной скорости ветра. Для современных ветроколес эта цифра лежит в пределах от 4 до 12. При прочих равных условиях, чем больше скорость вращения ветроколеса, тем выше эта цифра.
Преимущество наших ветрогенераторов, более тихоходных ветроколес, состоит в том, что они начинают работать при малых ветрах, создают меньше шума, а также износ деталей таких ВЭУ минимален.Что происходит с ветрогенератором при штормовом ветре?
При скорости ветра более 25 м/с ветроколесо останавливается с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение, таким образом нагрузка на ветроколесо снижается. Это наиболее безопасный вариант защиты ВЭУ. Другие варианты уменьшения скорости вращения, связанные с созданием противодействующего момента за счет торможения генератором являются потенциально опасными как для ВЭУ, так и для жизни.
Как осуществляется грозовая защита?
Установка имеет соответствующее стандартам и нормативам заземление.
Какими аккумуляторными батареями Вы рекомендуете комплектовать Вашу ветроустановку?
Мы рекомендуем герметичные необслуживаемые аккумуляторные батареи с емкостью не менее 200А*час.
Тип и емкость аккумуляторных батарей определяются ветровым потенциалом местности и пожеланиями заказчика.Существуют ли какие-либо требования к месту установки аккумуляторных батарей?
Для установки аккумуляторных батарей необходимо отапливаемое вентилируемое помещение с температурой выше 0оС площадью 1 м2. Такой шкаф (по желанию заказчика) может поставляться совместно с ветрогенератором. В нем так же может быть размещен дизельный, бензиновый или газовый генератор.
Можно ли комбинировать ветрогенераторы с другими источниками энергоснабжения?
Ветрогенераторы могут быть сопряжены с солнечными батареями, а также с дизельный, бензиновый или газовый генераторами.
Зачем нужен инвертор?
Инвертор служит для преобразования постоянного тока с аккумуляторов в переменный 220(380)В 50 Гц, пригодный для подключения электроприборов.
Почему Ваши установки не имеют мультипликатора?
Мультипликатор увеличивает скорость вращения ветроколеса до скорости вращения быстроходного электрогенератора – от 1500 об/мин.
Нашему электрогенератору на постоянных магнитах достаточно той скорости, с которой вращается ветроколесо – 300 об/мин.Какой уровень шума, производимого Вашими установками?
Ветряные установки создают определенный шум, как и все источники энергии. Шумовые характеристики ветряной установки 10 кВт — примерно 40 дБА непосредственно под установкой во время работы на средних оборотах, что отвечает требованиям европейских нормативных документов. Для сравнения, шум городских дорог 70-80 дБА, а звук от работающего дизель-генератора — 90-110 дБА.
Безопасно ли жить рядом с работающим ветрогенератором?
Да, малые ветряные установки (до 100 кВт) совершенно безопасны для окружающих. Только кротов отпугивают.
Нуждается ли установка в сервисном обслуживании?
ВЭУ-08 является необслуживаемым ветрогенератором и в сервисном обслуживании не нуждается.
Какой уход требуется ветряной установке для нормальной работы?
Наши ветряные установки довольно надежны.
Потребуется минимальный уход: проверка надежности закрепления лопастей, смазка движущихся частей. Проверка, не повреждены ли соединительные кабели.Можно ли застраховать ветряную установку?
Все ветряные установки от 2 до 20 кВт продаются со страховым полисом на 1 год. Страхование оборудования осуществляет компания Стройполис.
Можно ли приобрести ветрогенератор в кредит?
Такая возможность имеется, обращайтесь за консультациями к менеджеру по работе с клиентами.
Какие сроки поставки ветряной установки?
Стандартные сроки поставки ветряных установок: 60 рабочих дней после внесения предоплаты. Если продукция имеется на складе, сроки поставки сокращаются до 5 дней.
Как производится монтаж ветроустановки, какое оборудование необходимо, нужен ли подъемный кран?
Для монтажа ветрогенератора применяется специальное устройство подъема оборудования (принцип «лебедки»). Данное приспособление упрощает монтаж ветроустановки, т.
к не требуется подъемный кран. Установка монтируется двумя специалистами в течении 2-3 часов. Возможны два варианта монтажа:
1. Монтаж производителем
2. Шеф-монтаж.Какая стоимость монтажа ветряной установки (ветряной электростанции)?
Стоимость монтажа ветряного генератора зависит от многих факторов и составляет 10-20% от суммарной стоимости.
Можно ли смонтировать ветряную установку самостоятельно?
Малые ветряные установки (до 2 кВт) вполне можно смонтировать и подключить самостоятельно. Для больших ветряных электростанций, от 5 до 20 кВт, потребуется участие бригады монтажников. Чаще всего монтаж ветряной электростанции проводит организация осуществляющая продажу ветряных электростанций.
Каков порядок проектирования места для установки ветрогенератора?
Для определения подходящего участка для установки ветрогенератора возможен выезд наших специалистов на место. Данные по ветру обычно определяются по справочникам, а также анализом измерений ближайших метеостанций.
Существует ли демонстрационная площадка для практического ознакомления с работающими ветрогенераторами?
Работающие ветрогенераторы можно увидеть и получить исчерпывающую консультацию по техническим вопросам на сайте www.AVANTE.com.ua
Какая площадь необходима для установки ВЭУ?
Монтаж опоры осуществляется на фундамент, состоящий из трех бетонных блоков по 1.2 м3 каждый (высота 1,2 м, диаметр 0.9 м). В дно ям забиваются уголки — заземлители, соединяющиеся с закладными с помощью шины.
Каким образом Ваша ветроустановка ориентируется на ветер?
Горизонтальные ветряки ориентируются за счет флюгера. Ветер сам доворачивает ветрогенератор в нужную сторону. Вертикальные ветрогенераторы не нуждаются в ориентации по веру и работают при любом и даже резко изменчивом ветре. Данная разработка защищена патентным свидетельством.
Каков расчетный срок службы ветряных генераторов?
Срок службы ветряного генератора в зависимости от условий эксплуатации составляет от 15 до 25 лет.
Сказывается ли работа ветрогенераторов на работе ТВ и радиоприемников?
Нет
Чем отличается ветроагрегатор с вертикальной осью вращения (вертикальный ветрогенератор) от горизонтальной? Коковы преимущества и недостатки ветрогенераторов вертикальных?
Основные плюсы вертикальных ветрогенераторов по сравнению с горизонтальными это их бесшумность. Так же надо учитывать повышенную долговечность механизмов из за отсутствия нагрузки на вал. Следует так же учесть более слабый ветер необходимый для старта турбины (1.2м/с по сравнению с 2.5м/с у горизонтальных) Недостаток ветрикальных ветряков один — это цена. Цена вертикальных ветряных генераторов выше примерно в полтора-два раза. Вертикальные ветряные генераторы могут использоваться в городских условиях и крепиться непосредственно на здания и жилые помещения.
Репрезентативные результаты можно получить только через 1 год. Имейте ввиду то, что большинство ветровых электростанций достигают своей номинальной мощности пот скорости ветра около 7-10 м/с.
Наши ветрогенераторы успешно эксплуатируются уже свыше 11 лет, показывая надежную работу.
2. Коэффициент использования ветра составляет 51% (Для сравнения: у лучших зарубежных образцов этот коэффициент составляет 49 – 52%, отечественных – 38%)
Системы могут быть объединены, что позволит увеличить выработку электроэнергии.
Остановка ветроколеса осуществляется с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение. Эти системы являются ноу-хау и были запатентованы.
Преимущество наших ветрогенераторов, более тихоходных ветроколес, состоит в том, что они начинают работать при малых ветрах, создают меньше шума, а также износ деталей таких ВЭУ минимален.
Тип и емкость аккумуляторных батарей определяются ветровым потенциалом местности и пожеланиями заказчика.
Нашему электрогенератору на постоянных магнитах достаточно той скорости, с которой вращается ветроколесо – 300 об/мин.
Потребуется минимальный уход: проверка надежности закрепления лопастей, смазка движущихся частей. Проверка, не повреждены ли соединительные кабели.
к не требуется подъемный кран. Установка монтируется двумя специалистами в течении 2-3 часов. Возможны два варианта монтажа:
1. Монтаж производителем
2. Шеф-монтаж.
FAQ по гелиосистемам
Как работает гелиосистема в ночное время?
Поскольку ночью отсутствует солнечное излучение, необходимое для работы солнечного коллектора, гелиосистема не способна повышать температуру в баке накопителе за счет работы коллектора.
В ночное время для дополнительного нагрева может быть задействован электрический ТЭН или иной источник тепловой энергии (газовый, электрический или твердотопливный котел).Что такое площадь апертуры и абсорбции?
Площадь апертуры это площадь с максимальной проекцией, на которую падает солнечное излучение. Площадь абсорбции рассчитывается как произведение ширины и длинны абсорбера. Для вакуумных трубчатых коллекторов с круглым абсорбером, учитывается проекция цилиндра вакуумной трубки на поверхность.
Какой расход воды на ГВС у частных лиц?
Руководствоваться нормами потребления, описанными в СНиП и ДСТУ (100 литров на человека), не всегда целесообразно, поскольку они, как правило, существенно отличаются от фактических данных. Реальное потребление составляет 50-80 л/сутки на человека, если это частные дома, или 30-50 л/сутки — если многоквартирные. Для предварительных расчетов берется величина 50 литров на человека в сутки.
Как лучше ориентировать и размещать гелиосистему относительно сторон света?
Оптимальная ориентация солнечного коллектора – строго на юг. При ориентации гелиосистемы на восточное или западное направление, производительность снижается на 20-25%.
Под каким углом устанавливаются солнечные коллекторы к горизонту?
Как правило, оптимальный угол установки солнечного коллектора для круглогодичной системы равен широте местности, где находиться объект. Для Киева это 50°. Если гелиосистема проектируется с приоритетом на летнее использование то угол установки должен быть на 10-15° меньше широты местности установки (г.Киев — 35-40°). При зимнем приоритете, соответственно, на 10-15° больше широты местности (г. Киев — 60-65°).
Возможна ли установка гелиосистемы в уже существующих зданиях с действующими системами отопления и нагрева воды, или гелиосистему можно закладывать только на этапе проектирования и устанавливать во время строительства объекта?
Гелиосистема устанавливается не только на этапе строительства объекта, но и в эксплуатируемых зданиях.
Она с легкостью интегрируется в любые системы отопления и нагрева воды, работает со всеми типами водогрейных котлов, при этом, либо не требует изменений действующих тепловых схем вовсе, либо эти изменения минимальны. Нужно помнить, закладка гелиосистемы на этапе проектирования и строительства позволяет снизить стоимость монтажных работ и более эффективно реализовать тепловую схему с самого начала.Что такое режим стагнации, почему он происходит, как влияет на систему?
Стагнация (фр. stagnation, от лат. stagno — делаю неподвижным, останавливаю; лат. stagnum — стоячая вода). Режим, при котором прекращается проток теплоносителя по контуру гелиосистемы. Отсутствие расхода в гелиоконтуре может возникнуть по нескольким причинам:
- отсутствует электроснабжение на циркуляционном насосе (до 30 минут), при высокой солнечной активности.
- выход из строя циркуляционного насоса.
- засорение контура сторонними элементами.
- воздушная пробка в контуре.
- разгерметизация контура, низкое давление.
- не правильно настроенный или вышедший из строя контроллер.
- действия третьих сил (например, случайное перекрытие запорной арматуры на контуре).
При высокой солнечной инсоляции, отсутствие расхода, приводит к росту температуры коллектора до наступления теплового равновесия, когда выработка тепловой энергии соответствует тепловым потерям в текущий момент времени, при этом, как правило, температура стагнации намного превышает температуру кипения теплоносителя. Режим стагнации в гелиосистеме, сопровождается повышением давления и ростом температуры (в зависимости от коллектора и может достигать 250С). При высокой температуре, теплоноситель в коллекторе начинает превращаться в пар. При этом, возникающее избыточное давление компенсируемое расширительным баком, который обязательно устанавливается в любой системе с закрытым контуром.
Солнечные коллекторы от компании ATMOSFERA и другие компоненты гелиосистем рассчитаны на работу при высоких температурах в режиме стагнации. Но следует учесть, что при многократно перегреве теплоносителя может деградировать (вплоть до образования твердых фракций), его химический состав меняется и приводит к менее эффективной работе системы или выходу ее из строя. При частых режимах стагнации особенно тщательно нужно следить за состоянием и характеристиками теплоносителя. Для предотвращения наступления режима стагнации часто используют системы утилизации избыточного тепла. Фаза процесса стагнации описаны ниже:
I фаза – Температурное расширение теплоносителя Данная фаза продолжается то начала первичного парообразование, рост давления в системе происходит за счет температурного расширения теплоносителя (для пропиленгликоля 8,48%). Давление при этом повышается на 1 Атм.
II фаза — Парообразование теплоносителя Температура теплоносителя достигает температуры кипения (зависит от давления в системе).
Образуется пар, давление возрастает еще на 1 Атм.
III фаза — Кипение теплоносителя в коллекторе Обильное парообразование, до полного вытеснение жидкого теплоносителя из теплообменника коллектора. Сопровождается ростом давления и температуры.
IV фаза — Режим устойчивого перегрева Собственно режим стагнации – режим теплового равновесия. Тепловые потери на коллекторе равны производительности коллектора.
V фаза — Режим конденсации Температура паровой смеси опускается (на коллектор поступает меньше солнечной энергии – затенение, изменение условий окружающей среды) и достигает температуры конденсации (температуры фазового перехода), теплоноситель переходи опять в жидкое состояние.
Как влияет снег на производительность гелиосистемы?
Вакуумные коллекторы имеют преимущество — очень низкие теплопотери, что дает возможность улавливать и собирать тепло даже при экстремально низких температурах (до -30С°).
Но в случае со снегом это играет свою отрицательную роль — ввиду низких теплопотерь снег на трубках оттаивает очень плохо. Однако, вакуумный солнечный коллектор прозрачен для снега, так как между трубками есть расстояние в несколько сантиметров. Вакуумные солнечные коллекторы могут быть засыпаны снегом только в периоды сильного снегопада с налипанием мокрого снега, что случается достаточно редко. Проблема решается грамотным монтажом, чисткой или установкой дополнительных систем оттаивания снега.
Плоские коллекторы за счет собственных конвективных потерь самоочищаются от снега — снег тает на поверхности коллектора.Гелиосистемы предназначены для небольших или крупных потребителей тепловой энергии? Можно ли использовать гелиосистемы для больших объемов воды, которые используются в многоквартирных жилых домах, школах, гостиницах, бассейнах?
Конечно! Гелиосистема – универсальна, она идеально подходит, как для частного коттеджного строительства, так и для объектов с большими тепловыми нагрузками.
Мощность гелиосистемы, легко регулируется, она прямо пропорциональна количеству солнечных коллекторов в системе – чем их больше, тем больше произведенной тепловой энергии на выходе, это позволяет подобрать систему под любой объект с любым потреблением. Срок окупаемости объектов с большим потреблением значительно меньше, поскольку в таких системах дополнительного оборудования меньше, а генерирующего (солнечные коллекторы) больше.До какой температуры нагревает воду гелиосистема?
Производительность гелиосистемы зависит от многих условий: окружающей среды (поступление солнечной энергии, влажность, сила ветра, температура) и применяемого оборудования (технические параметры солнечных коллекторов, изоляции трубопровода, размещение в пространстве и т.д.), поэтому для каждого конкретного случая она будет отличаться. Если говорить о среднестатистических данных для территории Украины, то в тепловое время года — с мая по сентябрь гелиосистема может быть основным источником нагрева воды и подогревать воду до температуры 55°C — 60°C (при необходимости может довести воду до кипения).
В зимний период гелиосистема служит источником предварительного нагрева с температурой нагрева до 30°C.Какие коллекторы более эффективны, вакуумные или плоские?
К счастью (или к сожалению) однозначного ответа на этот вопрос нет. Производительность каждого коллектора зависит, не только от его технических параметров (оптического КПД, и 2-х температурных коэффициентов), но и от притока солнечной радиации, температуры окружающей среды и теплоносителя внутри коллектора. Именно поэтому, сравнивать коллекторы между собой корректно только при конкретных условиях окружающей среды. Вакуумный коллектор более производителен при использовании в зимнее время года и в целом в круглогодичном цикле, в то же время в летний период (при небольших перепадах температур) плоский коллектор может показывать более высокую эффективность. Наряду с более низкой стоимостью плоский коллектор является идеальным решением при замещении сезонных нагрузок в летний период года (в летних лагерях, базах отдыха, санаториях и т.
д.), а вакуумный коллектор, если нужен больший уровень комфорта при круглогодичном цикле.Может ли гелиосистема обеспечить 100% потребности в горячем водоснабжении и отоплении для жилья?
К сожалению нет. Гелиосистема может заместить 100% потребности в горячей воде с мая по сентябрь, в зимнее время эта величина будет составлять 30-40%. В течении года замещение гелиосистемой потребности в ГВС может достигать 70-75%. Это связано с тем, что в первую очередь производительность гелиосистемы зависит от притока солнечного излучения, которое меняется, как в течении дня, так и течении года. При этом разница между зимней и летней солнечной активностью составляет 5 раз. Следует помнить, что увеличение количества коллекторов в гелиосистеме в зимнее время не приведет к росту температуры, поскольку в этот период года преобладает рассеянное излучение. В тоже время летом (когда преобладает прямое излучение) не пропорциональная система, в которой потребление существенно меньше производительности коллекторов, накладывает дополнительные требования к системе утилизации тепла во избежание закипания теплоносителя внутри коллекторов.
Эффективна ли гелиосистема в зимнее время?
Конечно! Гелиосистемы работают даже при очень низких температурах — до -30°C если используется теплоноситель на основе пропиленгликоля, и до -50°C если на основе глицерина. Естественно, производительность гелиосистемы в зимнее время снижается (в той или иной мере в зависимости от конструкции и применяемого оборудования), но они не теряют своей работоспособности и продолжают нагревать воду.
Работает ли гелиосистема при рассеянном солнечном излучении, при облачной погоде?
Селективное (поглощающее) покрытие солнечного коллектора улавливает широкий спектр солнечного излучения, от ультрафиолетового до инфракрасного, эта особенность позволяет работать коллектору даже при рассеянном излучении и вырабатывать тепловую энергию даже при пасмурной погоде.
Каков срок службы и гарантии на гелиосистемы?
Срок службы гелиосистем составляет от 25 до 50 лет. При этом гарантия на солнечные коллекторы составляет до 15 лет.
Такие длительные сроки эксплуатации и гарантии на гелиосистемы обусловлены применением только качественных комплектующих от ведущих мировых производителей. Более полную информацию по условиям и срокам гарантийных обязательств на все комплектующие вы можете получить в соответствующем пункте гарантийного талона.Из чего состоит гелиосистема, какие основные узлы?
- Коллекторное поле, из вакуумных или плоских коллекторов
- Рама для солнечных коллекторов
- Воздухоотводчик
- Насосная группа
- Бак накопитель (косвенного нагрева)
- Расширительный бак
- Термосмесительный клапан
- Теплоноситель
- Контроллер
- Соединитель коллекторов
Что такое солнечная радиация и солнечная инсоляция?
Это тождественные понятия. Солнечная радиация — это энергия излучения, испускаемого солнцем в результате реакции ядерного синтеза.
Следует отметить, что данный термин является калькой с английского (Solar radiation) и является синонимом «солнечной инсоляции».
Солнечная инсоляция — облучение поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией) или поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность. Инсоляцией называют облучение поверхности, пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент времени центр солнечного диска. Измеряется в Вт×час/м².Что такое солнечная постоянная?
Солнечная константа (или солнечная постоянная) — это количество солнечного электромагнитного излучения (солнечной радиации) на единицу площади, измеренной на внешней поверхности земной атмосферы, перпендикулярной к лучам, на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца. Солнечная постоянная включает в себя все виды солнечного излучения, а не только видимый свет. По данным внеатмосферных измерений, солнечная постоянная составляет 1367 Вт×час/м².
Солнечная постоянная не является неизменной во времени величиной. Известно, что на её значение влияют два основных фактора: расстояние между Землей и Солнцем, изменяющееся в течение года по причине эллиптичности орбиты Земли (годичная вариация 6,9% — от 1,412 кВт/м² в начале января до 1,321 кВт/м² в начале июля).Что такое солнечный коллектор?
Солнечный коллектор является основной частью гелиосистемы, и предназначен для преобразования поглощенного солнечного излучения в тепловую энергию.
Что такое боросиликатное стекло и почему оно применяется в солнечных коллекторах?
У боросиликатного стекла коэффициент теплового расширения очень мал. Это позволяет стеклу не трескаться при резких изменениях температуры. Этим обусловлено его применение в гелиотехнике, где необходима термическая стойкость, поскольку суточные перепады температур на коллекторе могут достигать 250 °C.
Зачем нужно бариевое напыление на трубках вакуумных коллекторов?
Бариевое напыление, находящееся в нижней части вакуумной трубки служит для индикации наличия вакуума между колбами.
Барий (Ba, атомный номер 56) это редкоземельный элемент в чистом виде, практически, не встречается, поскольку мгновенно окисляется под воздействием кислорода. При наличии вакуума между колбами бариевое напыление имеет зеркальный стальной оттенок, при разгерметизации трубки и попадании воздуха, бариевое напыление выпадает в осадок и становится мутновато-молочного оттенка.Нуждается ли гелиосистема в периодическом техобслуживании?
Компания ATMOSFERA рекомендует проводить ежегодный сервисный осмотр и диагностику гелиосистем (впрочем, как и любых других инженерных систем, установленных на вашем объекте). Диагностика включает в себя проверку работоспособности всех элементов системы, проверку герметичности контуров, отработку алгоритмов управления, при необходимости замену расходных частей. Особое внимание необходимо уделить элементам с ограниченным сроком эксплуатации. Например, магниевые аноды в баках накопителях, как правило, меняют раз в год (частота зависит от характеристик воды).
Также следует обратить внимание на теплоноситель гелиоконтура — в зависимости от режимов эксплуатации его замена требуется каждые 5-7 лет.Какой срок окупаемости гелиосистем?
На текущий момент, срок окупаемости гелиосистем составляет от 3 лет. Эта величина зависит не только от производительности системы, ее стоимости, и режима ее использования, но и от потребителя, который ее использует. Поскольку стоимость энергоресурсов для юридических и физических лиц отличаться в 3-5 раз, естественно, при прочих равных условиях (размера системы и места установки) срок окупаемости гелиосистемы, установленной для юридического лица, будет в 3-5 раз меньше, нежели для физического. Чем больше гелиосистема, тем меньше в процентном соотношении нужно дополнительного оборудования (трубы, изоляция, баки накопители), соответственно, срок окупаемости уменьшается.
Существует ли упрощенный алгоритм примерного расчета затрат на установку солнечной водонагревательной системы?
В разделе «Коммерческие предложения» вы можете ознакомиться с предварительными предложениями для различных типов систем с различным потреблением тепла.
Из представленного списка систем вы сможете выбрать самый подходящий именно для вас вариант. Для более точного расчета системы, с учетом особенностей вашего объекта, вы можете заполнить опросный лист, и в течении суток наши менеджеры подготовят для вас персонализированное предложение.Можете ли вы дать координаты ваших клиентов, у которых уже установлено ваше оборудование? Мы хотели бы получить отзывы от пользователей ваших солнечных водонагревателей.
Политика нашей компании не предусматривает передачу третьим лицам информации о наших клиентах, эта информация строго конфиденциальна. Это правило продиктовано многолетним опытом и действует во избежание причинения беспокойства и лишних хлопот нашим клиентам. В тоже время, понимая интерес, мы стараемся организовать в каждом регионе несколько объектов с возможностью их посещения или получения объема данных о работе системы. Всю необходимую информацию и условия уточняйте у региональных дилеров и представительств компании ATMOSFERA.
Насколько прочны вакуумные и плоские коллекторы?
В конструкции вакуумных и плоских солнечных коллекторов применяются ударопрочные и боросиликатные стекла. Коллекторы предназначены для эксплуатации в условиях внешней окружающей среды и выдерживают высокие механические воздействия вплоть до попадания града диаметром 40 мм.
Как влияет загрязнение и обледенение на производительность гелиосистемы?
Действительно, мощность гелиосистемы может снижаться на 5-7% в зависимости от степени загрязненности поверхности солнечного коллектора грязью, пылью или смогом. При полном обледенении производительность падает на 25%. Однако, эти потери производительности носят кратковременный характер, поскольку солнечный коллектор самоочищается в условиях окружающей среды (дождь, снег, ветер) и не требует дополнительных действий по своей очистке. В тоже время, никаких ограничений по дополнительной очистке солнечных коллекторов нет, и она безусловно положительно скажется на производительности солнечной системы.
Какие есть способы утилизации избыточного тепла?
Лучшим способом утилизации тепла служит правильно спроектированная система с отсутствием этого самого избытка тепла. Также, существуют аппаратные решения (функция «выходной день») и алгоритмы работы контроллера, которые позволяют сбрасывать тепло в ночное время непосредственно через гелиоконтур. Помимо этого можно использовать дополнительные конструктивные элементы системы:
В ночное время для дополнительного нагрева может быть задействован электрический ТЭН или иной источник тепловой энергии (газовый, электрический или твердотопливный котел).
Она с легкостью интегрируется в любые системы отопления и нагрева воды, работает со всеми типами водогрейных котлов, при этом, либо не требует изменений действующих тепловых схем вовсе, либо эти изменения минимальны. Нужно помнить, закладка гелиосистемы на этапе проектирования и строительства позволяет снизить стоимость монтажных работ и более эффективно реализовать тепловую схему с самого начала.
Солнечные коллекторы от компании ATMOSFERA и другие компоненты гелиосистем рассчитаны на работу при высоких температурах в режиме стагнации. Но следует учесть, что при многократно перегреве теплоносителя может деградировать (вплоть до образования твердых фракций), его химический состав меняется и приводит к менее эффективной работе системы или выходу ее из строя. При частых режимах стагнации особенно тщательно нужно следить за состоянием и характеристиками теплоносителя. Для предотвращения наступления режима стагнации часто используют системы утилизации избыточного тепла. Фаза процесса стагнации описаны ниже:
Образуется пар, давление возрастает еще на 1 Атм.
Но в случае со снегом это играет свою отрицательную роль — ввиду низких теплопотерь снег на трубках оттаивает очень плохо. Однако, вакуумный солнечный коллектор прозрачен для снега, так как между трубками есть расстояние в несколько сантиметров. Вакуумные солнечные коллекторы могут быть засыпаны снегом только в периоды сильного снегопада с налипанием мокрого снега, что случается достаточно редко. Проблема решается грамотным монтажом, чисткой или установкой дополнительных систем оттаивания снега.
Плоские коллекторы за счет собственных конвективных потерь самоочищаются от снега — снег тает на поверхности коллектора.
Мощность гелиосистемы, легко регулируется, она прямо пропорциональна количеству солнечных коллекторов в системе – чем их больше, тем больше произведенной тепловой энергии на выходе, это позволяет подобрать систему под любой объект с любым потреблением. Срок окупаемости объектов с большим потреблением значительно меньше, поскольку в таких системах дополнительного оборудования меньше, а генерирующего (солнечные коллекторы) больше.
В зимний период гелиосистема служит источником предварительного нагрева с температурой нагрева до 30°C.
д.), а вакуумный коллектор, если нужен больший уровень комфорта при круглогодичном цикле.
Такие длительные сроки эксплуатации и гарантии на гелиосистемы обусловлены применением только качественных комплектующих от ведущих мировых производителей. Более полную информацию по условиям и срокам гарантийных обязательств на все комплектующие вы можете получить в соответствующем пункте гарантийного талона.
Следует отметить, что данный термин является калькой с английского (Solar radiation) и является синонимом «солнечной инсоляции».
Солнечная инсоляция — облучение поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией) или поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность. Инсоляцией называют облучение поверхности, пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент времени центр солнечного диска. Измеряется в Вт×час/м².
Солнечная постоянная не является неизменной во времени величиной. Известно, что на её значение влияют два основных фактора: расстояние между Землей и Солнцем, изменяющееся в течение года по причине эллиптичности орбиты Земли (годичная вариация 6,9% — от 1,412 кВт/м² в начале января до 1,321 кВт/м² в начале июля).
Барий (Ba, атомный номер 56) это редкоземельный элемент в чистом виде, практически, не встречается, поскольку мгновенно окисляется под воздействием кислорода. При наличии вакуума между колбами бариевое напыление имеет зеркальный стальной оттенок, при разгерметизации трубки и попадании воздуха, бариевое напыление выпадает в осадок и становится мутновато-молочного оттенка.
Также следует обратить внимание на теплоноситель гелиоконтура — в зависимости от режимов эксплуатации его замена требуется каждые 5-7 лет.
Из представленного списка систем вы сможете выбрать самый подходящий именно для вас вариант. Для более точного расчета системы, с учетом особенностей вашего объекта, вы можете заполнить опросный лист, и в течении суток наши менеджеры подготовят для вас персонализированное предложение.
FAQ по солнечным электростанциям
Что такое фотомодуль?
Фотомодуль – специальное полупроводниковое устройство, выполняющее преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию.
Что лучше поликристалл или монокристалл?
Теоретический КПД монокристаллического фотоэлемента выше чем у поликристаллического, но общий КПД фотомодуля отличается от КПД фотоэлемента и на него влияет качество сборки. Поэтому у одного производителя эффективно поликристаллических фотомодулей не сильно отличается от эффективности монокристаллических.
Тонконпленочные фотоэлементы лучше работают в пасмурную погоду, правда ли это?
Больших различий в выработке тонкопленочных и кристаллических элементов при пасмурной погоде нет, но рабочие напряжения тонкопленочных фотомодулей выше и даже при пасмурной погоде напряжение на тонкопленочных фотомодулях будет выше минимального рабочего напряжения системы. Это значит, что в то время когда система с кристаллическими фотомодулями отключится из-за недостатка напряжения – система на тонкопленочных фотомодулях продолжит работать.
Могу ли я полностью обеспечить свой дом электроэнергией от солнечных панелей?
Увы, приток солнечной энергии на фотомодули не постоянен во времени и для обеспечения гарантированного электроснабжения всех потребителей необходимо установить фотомодули с запасом для обеспечение требуемой зимней выработки и добавить к системе аккумуляторы. Стоимость такой станции для среднего домохозяйства составит десятки тысяч долларов и при условии отключения от электросети станция имеет шансы не окупится.
Компания Атмосфера предлагает полностью автономные станции для электропитания объектов к которым нет возможности провести электричество, резервные станции для аварийного электропитания и сетевые станции для экономии электроэнергии и продажи ее в сеть по зеленому тарифу.Из чего состоят солнечные электростанции?
Основными компонентами солнечных электростанций являются фотомодули, вырабатывающие постоянный ток и инверторы, преобразующие постоянный ток в переменный. Для автономных и резервных станций необходимы аккумуляторные батареи для накопления электрической энергии и контроллеры заряда управляющие процессом заряда АКБ.
Мощность фотомодуля это сколько он выработает в час?
Теоретически, мощность фотомодуля это произведение напряжения в точке максимальной мощности на ток в точке максимальной мощности. На практике это мгновенное значение, которое можно получить из фотомодуля при идеальных условиях.
Сколько выработает фотомодуль?
Приблизительная годовая выработка 1Вт кристаллического фотомодуля составит 1кВт*ч, 1Вт тонкопленочного фотомодуля – 1,3кВт*ч.
Более точные данные и детализацию за определенный период времени можно получить используя специализированное ПО.
Компания Атмосфера предлагает полностью автономные станции для электропитания объектов к которым нет возможности провести электричество, резервные станции для аварийного электропитания и сетевые станции для экономии электроэнергии и продажи ее в сеть по зеленому тарифу.
Более точные данные и детализацию за определенный период времени можно получить используя специализированное ПО.FAQ по тепловым насосам
Работает ли это?
Да! Тепловой насос просто транспортирует тепло из одного места в другое. Ваш холодильник работает по такому же принципу. Если Вы поставите бутылку с водой в холодильник, через некоторое время, она охладится. Притронувшись к задней стенке холодильника, и Вы почувствуете тепло, которое холодильник забрал у бутылки. Используя этот же принцип, тепловой насос перемещает тепло из земли в Ваш дом, а Солнце снова восстанавливает это тепло.
Как тепло перемещает из моего участка в дом?
Земля имеет свойство впитывать солнечное тепло. Это тепло извлекается из коллектора, уложенного на Вашем участке. Вода с незамерзающей жидкостью циркулирует в коллекторе, абсорбируя тепло из окружающего его грунта. Коллектор в доме подсоединен к тепловому насосу, который передает тепло в систему отопления и нагревает бытовую воду.
Если температура в коллекторе понизится ниже нуля, тепловой насос не будет работать и извлекать тепло?
Нет, при нуле замерзает вода. Тепловая энергия есть во всем, температура чего выше -273 °C. Геотермальный тепловой насос будет работать вплоть до -10 °C в коллекторе. В Украине укладка горизонтального коллектора на глубину около метра есть оптимальной.
Какой тип установки мне выбрать?
Доступная площадь возле здания определяет метод поглощения тепла. Коллектор может быть уложен в грунт или погружен в скважину. Также он может быть уложен на дно водоёма. Если места для горизонтальной укладки недостаточно и бурить очень дорого, можно установить воздушный тепловой насос. Его эффективность ниже, но установить его можно где угодно.
Насколько эффективен тепловой насос?
Тепловой насос функционирует от электросети, используя затраченную энергию гораздо эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Значение КПД у него в несколько раз больше единицы.
Например, расходуя 1 кВт электроэнергии, Вы получите 3-4 кВт тепла. Таким образом, получаете 2-3 кВт тепла бесплатно из окружающей среды.Где в доме нужно размещать тепловой насос?
Можно размещать в подсобном помещении, кладовке, подвале, или даже в гараже.
Насколько он шумен?
Тепловой насос шумит как обычный бытовой холодильник.
Какой тип отопления выбрать?
Можно использовать как радиаторную систему, так и напольное отопление. Наиболее эффективным сочетанием является тепловой насос с напольным отоплением. В таком случае КПД будет максимально возможным. В коммерческих зданиях тепловой насос лучше подключить к системе воздушного распределения.
Будет ли он отапливать в самое холодное время года?
Да. Тысячи этих систем были установлены в разных точках Европы, в том числе и в Скандинавии, где зимы очень суровые. Мы спланируем наиболее подходящую систему для Вас.
Можно ли получить необходимое количество горячей воды?
Мы сделаем правильный подбор исходя из пикового количества потребляемой горячей воды в самый холодный день в году.
Тепловые насосы производят не такую горячую воду как газовые котлы. Вместо производства горячей воды, которой можно обжечься, Вам нужно будет добавлять меньше холодной воды, чем Вы привыкли. Цель в том, чтобы не вырабатывать слишком горячую воду и таким образом экономить Ваши деньги. Ведь выработка неадекватно горячей воды приводит к уменьшению эффекта теплового насоса.Можно использовать тепловой насос в качестве кондиционера летом?
Да. Можно приобрести тепловой насос с блоком охлаждения, что абсолютно уберет потребность в кондиционировании и горячей воде в летний период. Технически это реализуется с помощью фанкойлов или приточной вентиляции.
Могу ли я отапливать бассейн?
Да. Мы можем разработать установку с подогревом бассейна.
Сэкономит ли это мне деньги?
Да, сравнивая с любой топливной системой, тепловой насос в несколько раз экономичнее в эксплуатации.
В чем экологическая безопасность теплового насоса?
Насос не производит вредных выбросов, воздейстие коллектора минимально, хладагент R407C, циркулирующий в агрегате, нетоксичен и безвреден для озонового слоя.
Откуда тепловой насос извлекает тепло ?
Солнце – мощнейший источник энергии, оно нагревает воздух, воду, земную поверхность и глубины. Тепловой насос извлекает эту накопленную солнечную энергию.
Как производится управление работой теплового насоса?
Системный мониторинг реализуется микропроцессорными средствами автоматики, автоматизированная система управления обеспечивает безопасный и эффективный режим работы теплового насоса и дополнительного оборудования. Подробное описание функций можно найти в инструкциях пользователей.
Что можно сказать о надежности системы?
Срок эксплуатации земляного коллектора зависит от уровня кислотности почвы и может достигать 50-100 лет, при повышенном же «pH» — приблизительно 30 лет. Непосредственно в самой установке единственной движущей частью является компрессор, срок службы которого составляет 15 лет, и который можно легко и дешево заменить по истечении срока его эксплуатации.
Насколько сложно обслуживание установки?
В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют специальных навыков и описаны в инструкциях к конкретным моделям.
Как дизайн установки вписывается в интерьер дома?
Тепловой насос компактен — серийные установки имеют размер 600x600x1650 и 600x600x850 мм. По желанию заказчика корпус может быть выполнен в дереве.
Совместим ли тепловой насос с уже имеющейся в наличии у заказчика отопительной системой?
Тепловой насос совместим с практически любой циркуляционной теплопроводной отопительной системой, независимо от вида котла.
Например, расходуя 1 кВт электроэнергии, Вы получите 3-4 кВт тепла. Таким образом, получаете 2-3 кВт тепла бесплатно из окружающей среды.
Тепловые насосы производят не такую горячую воду как газовые котлы. Вместо производства горячей воды, которой можно обжечься, Вам нужно будет добавлять меньше холодной воды, чем Вы привыкли. Цель в том, чтобы не вырабатывать слишком горячую воду и таким образом экономить Ваши деньги. Ведь выработка неадекватно горячей воды приводит к уменьшению эффекта теплового насоса.
Ветровая электростанция Фортум в Ульяновской области
Ветряная электрическая станция в Ульяновской области
Почти половина инвестиций Fortum — это инвестиции в возобновляемую энергетику. Россия, традиционно сильная в гидрогенерации, имеет огромный потенциал для развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Министерство энергетики РФ сообщает, что за 2017 год в стране было построено больше мощностей возобновляемых источников энергии, чем за предыдущие два года: в 2015-2016 годах было введено 130 МВт ВИЭ, а в 2017 году — 140 МВт, из них более 100 МВт приходятся на солнечные электростанции, а 35 МВт — на первый крупный ветропарк, построенный Fortum в Ульяновской области.
С января 2018 г. ветряная электрическая станция (ВЭС) Fortum в Ульяновске включена в реестр мощности. ВЭС с установленной мощностью 35 мегаватт стала первым генерирующим объектом, который работает на основе использования энергии ветра на оптовом рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ). Ульяновская ВЭС будет получать гарантированные платежи за мощность по договору о предоставлении мощности (ДПМ) в течение 15 лет.
Монтаж каждой ветроустановки в среднем составляет пять суток. Для сборки одновременно используется два подъемные крана. Успех обеспечивают строжайшее соблюдение правил промышленной безопасности и охраны труда.
Новая ВЭС с установленной мощностью 35 мегаватт стала первым генерирующим объектом, функционирующим на основе использования энергии ветра, начавшим работу на оптовом рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ).
В 2018 г. ветряная электрическая станция (ВЭС) Fortum в Ульяновске включена в реестр мощности
По итогам первого полугодия 2018 года Ульяновская ВЭС-1 выработала 48,6 млн кВт*ч чистой энергии.
Коэффициент использования установленной мощности составил 32%. УВЭС-1 – в числе мировых лидеров по эффективности.
180 дней работы УВЭС
В 2017 году ПАО «Фортум» и РОСНАНО создали совместный инвестиционный фонд развития ветроэнергетики в России. Фонд получил право на строительство 1000 МВт на основе использования возобновляемых источников энергии в 2018-2022 годах
Мощность ветра
Что такое ветроэнергетика?Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра.
Это перспективное направление, базирующейся на неисчерпаемом природном ресурсе. В последние годы освоение энергии ветра происходит весьма стремительно по всему миру. Прослеживается тенденция к дальнейшему развитию распространения технологии.
Как работают ветряные электростанции?Ветряная электростанция — это несколько ВЭУ, собранных в одном или нескольких местах и объединенных в единую сеть.
Ветроэлектрическая установка представляет собой устройство для выработки электроэнергии путем преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию с использованием низкооборотного генератора с прямым приводом на постоянном магните.
Это оптимизирует эксплуатационный режим, снижает шум и повышает надежность ВЭУ в целом.
Электричество, создаваемое ВЭС, поступает на оптовый рынок электроэнергии и мощности. Затем наравне с энергией, полученной другими способами, обеспечивает ресурсом потребителей.
Но в отличие от других источников энергия ветра возобновляется, а ее производство не приносит вреда экологии. Поэтому она играет важную роль в переходе к чистому энергетическому будущему.
От чего зависит мощность ветроустановки?Мощность ветроустановки зависит от нескольких факторов: от скорости ветра, диаметра ветроколеса, плотности воздуха. А также от коэффициента использования энергии ветра, коэффициентов полезного действия редуктора и электрогенератора. Чем выше эти показатели, тем больше мощность ВЭУ.
Из каких материалов состоят ветрогенераторы?Элементы башенной конструкции сделаны из низколегированной конструкционной стали марки S355J2.
Аналогичный высокопрочный металл используют для производства опор ЛЭП, мостов, нефтяных и газовых морских платформ. Производство башен для ВЭУ осуществляется в Таганроге (Ростовская область).
Однако самой сложной в производстве частью ветроустановок является лопасть. Она изготавливается из композитных материалов и представляет собой цельную 62-метровую конструкцию. Технологии создания лопасти во многом идентичны производству крыла самолета. В декабре 2018 года уникальное производство лопастей было открыто в Ульяновской области.
Где строят ветроустановки?Ветровые турбины устанавливаются в районах с регулярным ветром. Россия имеет огромный потенциал в этом направлении. В регионах, где стабилен данный энергоресурс, рационально строить ветряные электростанции. Но если ветер непостоянен, то, возможно, целесообразнее подумать о солнечной электростанции.
Не наносят ли ветряки вред окружающей среде?Большинство ученых и представителей экспертного сообщества сходятся во мнении, что объекты ветро- и солнечной энергетики вносят большой вклад в минимизацию антропогенного воздействия на климат и окружающую среду. Электроэнергия от объектов ВИЭ замещает выработку традиционных электростанций, работающих на угле или газе, благодаря чему снижаются выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.
При проектировании ветропарков всегда проводятся орнитологические наблюдения, изучаются маршруты миграции птиц в районе. Чтобы избежать столкновения птиц с ветроэнергетическими установками, каждая башня оборудована репеллентными устройствами, издающими звук для отпугивания пернатых, а каждая лопасть ветроколеса имеет полосы красного цвета, что делает ее более различимой на фоне ландшафта.
Операционный портфель «Фортум» в области возобновляемой энергетики превысил 1 ГВт
Компания является активным участником развития возобновляемых источников энергии в России.
ПодробнееСолнце
Солнечные электростанции Fortum в России
ПодробнееПринцип работы ветровой электростанции: описание, характеристики
Содержание
Ветряные электростанции производят электричество за счет энергии перемещающихся воздушных масс — ветра.
Ветряные электростанции производят электричество за счет энергии перемещающихся воздушных масс — ветра. Для ветряных электростанций с горизонтальной осью вращения минимальная скорость ветра составляет:
- 4-5 м/сек — при мощности >= 200 кВт
- 2-3 м/сек — если мощность
Уважаемые друзья!
Поздравляем вас с Новым годом!
Желаем любви, счастья и благоденствия!
Следует учитывать, что каждые 10 метров подъема позволяют получить скорость ветра на 1 м/с больше. Соответственно, от высоты мачты непосредственно зависит, насколько эффективно сможет функционировать генераторное оборудование. Также на эффективность работы будет оказывать влияние и диаметр ротора, поэтому предпочтительнее, чтобы он был большим.
Особенности устройства ветрогенератора
Данное оборудование имеет лопасти, которые приводятся в движение вследствие воздействия силы ветра. Данное вращение запускает турбину, которая также начинает вращаться. В турбине начинает генерироваться энергия, мощность которой определяется силой ветра. С ростом ветровой энергии увеличивается и механическая, вырабатываемая турбиной.
Устройство ветрогенератора может отличаться наличием или отсутствием мультипликатора на роторе. Если он предусмотрен, энергия от турбины передается ему. Назначением мультипликатора является ускорение вращения оси. Установки без этого оборудования являются более эффективными, поскольку в них не происходит генерации дополнительной энергии (для ускорения вращения оси), а значит, и ее растраты. Такому оборудованию вполне достаточно ветровой энергии для полноценного функционирования.
Принцип работы ветряной электростанции позволил получать электроэнергию альтернативным способом и обеспечить автономность каждого объекта. Мощность данного оборудования полностью определяется размерами его лопастей. Чем больше их площадь, тем выше мощность можно получить, используя принцип работы ветроустановки.
Расчет мощности ветряного оборудования производится на основе кубической зависимости скорости ветряного потока. Кубическая зависимость означает, что если ветровой поток скорости, условно 6 м/сек, обеспечивает мощность установки 100 Вт, то увеличение потока до 12 м/сек приведет к возрастанию мощности в восемь раз – до 800 Вт.
Если турбина характеризуется небольшими размерами, для получения высокой мощности будет необходим очень сильный ветер. Если же турбина большая, она способна и при незначительной ветровой скорости выдавать необходимую мощность.
Конструкция ветряка полностью определяет его способности вырабатывать определенное количество электроэнергии за единицу времени в зависимости от скорости ветрового потока.
Обладаем бесценным опытом. Знаем, что к чему.
Применение и рекомендации по месту установки ветрогенератора
Ветрогенераторы характеризуются широким применением на объектах различного назначения: частные дома и домохозяйства, предприятия, отдельные сооружения, которые требуют автономного энергоснабжения.
Их устанавливают на открытых, желательно возвышенных территориях, где есть хороший ветровой потенциал: поле, горы (холмы), остров и даже мелководье.
Ветрогенераторы могут устанавливаться как по одиночке так и группами, объединяясь в ветропарк для энергоснабжения масштабных предприятий.
Чаще всего ветряные электростанции применяются для энергоснабжения автономных зданий, где отсутствует подключение к городской электросети.
Маломощные ветряки используются на охотничьих угодьях, рыбацких станах, на дачных участках для пчеловодов, на автономных светильниках для освещения дорог.
В настоящее время применение ветрогенераторов как альтернативы центральному энергоснабжению нерентабельно из-за большой стоимости оборудования, но, в то же время, возможно использование ветрогенераторов в местах, где отсутствует централизованное энергоснабжение или присутствуют частые перебои. Период окупаемости – 25 лет.
Также существует техническая возможность исполнения генератора выдающего переменный ток, который можно использовать для прямого питания потребителей, которые не требуют бесперебойного питания, к примеру, насос для осушения какой-нибудь территории.
В Украине на всей территории возможно использование ветрогенераторов с той или иной степенью эффективности. Наиболее выгодно, с точки зрения ветрового потенциала, размещать ветрогенераторы в Крыму и Закарпатье.
В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом.
Выбор ветрогенератора
Самые качественные ветряки производят в Германии, Франции и Дании. Эти страны делают ветровые установки для снабжения электричеством жилого частного сектора, фермерских хозяйств, школ, небольших торговых точек. В России из-за низкой стоимости электроэнергии и негласной монополии на продажу электроэнергии ветроустановки, солнечные панели и другие виды альтернативной энергии не сильно распространены.
Мобильный ветрогенератор подойдет для нефтепромышленности или монтажных бригад, которые ведут строительство в полях (прототип)
Но высокая стоимость подключения удаленных объектов от электросетей (есть до сих пор не электрифицированные деревни), хамство чиновников, длительные процедуры хождения и получения ТУ у монопольных компаний вынуждают собственников использовать альтернативную энергию своих объектов.
Прежде все вы должны понимать, что КПД ветровой установки составляет около 60%, есть зависимость от скорости ветра, и потребуется периодически проводить ТО. Если вы все-таки решили сделать выбор в пользу ветрогенератора, следует знать. Выбирать ветрогенератор нужно исходя из конкретных обстоятельств его применения. Существуют новые разработки и модели: с повышенным КПД, вертикальные, горизонтальные, ортогональные, безлопастные.
Подсчитывается активная и резистивная мощность всех потребителей энергии.
Для предприятий или частного дома эти данные могут быть в проекте или счетах за электроэнергию. Если вам необходимо обеспечить электроэнергией дачу выбирается модель ветроустановки на 1-3 кВт, инвертор нужно небольшой мощности и можно обойтись без аккумуляторных батарей. Принцип наличия дачной ветроустановки прост: есть ветер — есть электричество, нет ветра — работаем в огороде или по хозяйству. Простой ветрогенератор можно сделать самому, достаточно собрать необходимые материалы и соединить их вместе.
Для частного дома постоянного проживания, такой принцип не подойдет. При частом отсутствии ветра следует придать особое значение аккумулятору. Здесь нужна большая ёмкость. Однако, чтобы он быстрее заряжался, сам генератор электричества также должен быть большой мощности. То есть отдельные узлы установки тесно взаимосвязаны друг с другом. Более надежная комбинация — симбиоз с дизель-генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электричества в доме, но и более дорогая.
При наличии скважины вы будете полностью энергонезависимые от внешних сетей.
Ветрогенераторы российского производства
В большинстве случаев владельцы предприятий ставят ветроустановки, солнечные панели и дизель-генераторы для нужд собственного производства. Получение разрешение на продажу электричества в России — это, скажем так, отдельная история. После проведения энергоаудита, высвобождаются мощности, например, путем замены ламп освещения на светодиодные. Подсчитывается срок окупаемости, при отсутствии бюджета можно разделить модернизацию на этапы.
Технологии развиваются. Создаются энергонезависимые дома, офисы, станции на земле и воде. Наша команда инженеров поможет вам с выбором, расчетом, проектом и монтажом оборудования. Готовы ответить на ваши вопросы в комментариях или через форму.
Также станции можно разделить по типу конструкции:
Oбзop пoпyляpных моделей мировых производителей
Еще один промышленный ветряк, но уже украинского производства от компании “Фурлендер Виндтехнолоджи”. WTU-2.0 имеет номинальную мощность в 2 мВт, а диаметр ротора достигает 100 метров. Минимальная скорость ветра, при которой работает ветряк, 3 м/с, а максимальная — 25 м/с. 22 ветряка WTU-2.0 от “Фурлендер Виндтехнолоджи” были введены в эксплуатацию в Казахстане.
Немецкая компания Enercon выпускает три модели наземных ветряков E66 разной мощности: 1500 кВт, 1800 кВт и 2000 кВт. Диаметр их ротора неизменен, несмотря на разную производимую мощность, и равен 66 метрам. Трехлопастные ветряки работают при минимальной скорости ротора в 8 об/мин и максимальной в 22 оборота в минуту.
Также в Германии есть предприятие, выпускающее небольшие ветряки, схожие больше для частного использования. Как пример — Nordex N27, которые включают в себя турбины разной мощности: 150 кВт, 225 кВт и 250 кВт. Диаметр роторной подвижной части достигает 27 метров. Это старые модели, которые теперь сложно найти на рынке новыми и продаются они в основном в состоянии б/у. Средняя цена варьируется между 22 и 25 тысячами евро.
Невероятную производительность также имеет ветровой генератор Siemens SWT-7.0-154. Его мощность достигает 7 МВт, а диаметр движущейся части — 154 метра. Гигант работает при минимальной скорости ветра в 3 м/с и при максимальной в 25 м/с. Трехлопастный ветряк работает на прямом приводе и на одном генераторе. Стоимость формируется индивидуально для заказчика, исходя из объемов производства и количества ветряков.
Если неподалеку находится лес, то это будет способствовать снижению эффективности работы ветрогенератора. Отсутствие поблизости ВЛЭП не даст возможности перенаправлять вырабатываемую электроэнергию к потребителям.
Принцип работы ветряной электростанции основан преобразовании энергии ветра во вращательное движение турбины. Это происходит при помощи лопастей (ротора). Ветер следует контуру лопасти, приводя их во вращение.
Современные ветровые электрические станции имеют три лопасти. Их длина может достигать 56 метров. Скорость вращения в пределах 12-24 оборотов в минуту. Для увеличения скорости вращения используют редукторы. Мощность современных ветрогенераторов может достигать 750кВт.
Анемометр предназначен для измерения скорости ветра. Он монтируется на тыльной стороне корпуса турбины. Информация о скорости ветра анализируется встроенным компьютером для выработки наибольшего количества электроэнергии.
Конструкция ветроэлектростанции может работать при скорости ветра 4 метра в секунду. При достижении скорости ветра 25 метров в секунду ветровые электростанции принцип работы, которых основан на использовании энергии ветра автоматически выключаются. Бесконтрольное вращение лопастей при сильном ветре является одной из причин аварий и разрушения ветряка.
Трансформатор преобразовывает напряжение до величин необходимых для транспортировки электроэнергии к потребителю по проводам линии электропередачи. Обычно трансформаторы устанавливают у основания мачты
Мачта является важным элементом конструкции ветряной электростанции. От ее высоты зависит выработка генератора. Высота мачты современных ветряков колеблется в пределах 70-120 метров. Некоторые конструкции предусматривают наличие вертолетных площадок.
Работа лопасти ветрогенератора можно сравнить с принципом действия крыла самолета. При наличии необходимого для движения лопастей воздушного потока создается «воздушный мешок» на подветренной стороне лопасти ветрогенератора. Проворачиваться ротор ветрогенератора заставляет зона с низким давлением в «воздушном мешке», создающая подъемную силу.
Ветряные турбины поглощают энергию ветра за счет нескольких лопастей, находящихся на высоте для получения преимущества от более сильного и стабильного ветра. Ветрогенераторы, как источник получения электрической энергии, построены на принципах, схожих с обычными электростанциями. Получаемая от ветра энергия преобразуется
Работа лопасти ветрогенератора можно сравнить с принципом действия крыла самолета. При наличии необходимого для движения лопастей воздушного потока создается «воздушный мешок» на подветренной стороне лопасти ветрогенератора. Проворачиваться ротор ветрогенератора заставляет зона с низким давлением в «воздушном мешке», создающая подъемную силу. Эта подъемная сила, преодолевая незначительное сопротивление воздуха, является основной силой для вращения ветрогенератора и производства электроэнергии.
Эффективность работы ветряных электростанций определяется не только мощностью ветрогенераторов, но и типом системы, которая используется для передачи или хранения электроэнергии. Как правило, ветряные электростанции не могут выдерживать конкуренции с тепловыми или атомными электростанциями из-за нестабильности генерации. Чтобы обеспечить стабильный поток электроэнергии для потребителей вблизи ветропарков строят особые хранилища, которые способны запасать энергию.
Размер и конфигурация лопастей определяют эффективность их вращения по соотношению к силе ветра. Турбина играет роль преобразователя механического движения (вращения) в электрическую энергию. Существуют модификации ветровых генераторов, которые предусматривают возможность складывания мачт, что упрощает обслуживание оборудования.
Особенности конструкции ветряной электростанции
Конструкция устройств, использующих безвозмездный источник энергии, достаточно проста. Ветряная электростанция состоит из лопастей, мачты, электрогенератора и дополнительных приборов, обеспечивающих преобразование, накопление и передачу к потребителям электроэнергии.
Размер и конфигурация лопастей определяют эффективность их вращения по соотношению к силе ветра. Турбина играет роль преобразователя механического движения (вращения) в электрическую энергию. Существуют модификации ветровых генераторов, которые предусматривают возможность складывания мачт, что упрощает обслуживание оборудования.
Если выполнить анализ всех затрат, то самым дешевым источником энергии могут оказаться ветровые HAWP-установки (High-Altitude Wind Power). Поспорить с ними смогут только гидроэлектростанции и обычные ветрогенераторы, используемые для питания локальных потребителей.
Ветер, в отличие от сжигаемого топлива, является источником возобновляемой, доступной и чистой энергии, использование которой не приводит к выбросу парниковых газов в атмосферу. Таким образом, ветровая энергия создает гораздо меньше проблем для экологии по сравнению с традиционными невозобновляемыми источниками энергии.
Средняя годовая мощность, генерируемая ветрогенератором, оказывается примерно постоянной. Однако уровень мощности на более коротких временных отрезках может очень сильно колебаться. Чтобы обеспечить стабильное электроснабжение, ветрогенераторы должны использоваться в сочетании с другими источниками энергии. Увеличение доли энергии, вырабатываемой ветровыми электростанциями, требует модернизации сети линий электропередач, и приводит к последовательному вытеснению традиционных генерирующих мощностей.
Рис. 1. Типовая ветровая электростанция
Принцип работы ветрогенератора достаточно прост (рис. 2). Ветер заставляет вращаться двух или трехлопастные турбины, приводящие в движение основной вал, к которому подключен ротор генератора. Вращение ротора приводит к генерации электричества.
Рис. 2. Внутреннее устройство ветрогенератора
Если копнуть глубже, то окажется, что ветер на самом деле является формой солнечной энергии и становится результатом неравномерного нагрева атмосферы солнцем. Карта направления и силы ветров является сильно неоднородной и зависит от рельефа местности, наличия растительности и водоемов. Энергия ветра используется для различных целей: мореходство, полеты воздушных змеев и дельтапланов, генерация электричества.
Турбины горизонтальных ветрогенераторов обычно имеют две или три лопасти. Эти лопасти приводятся во вращение фронтальными воздушными потоками.
Промышленные ветрогенераторы имеют мощность от 100 киловатт до нескольких мегаватт. Ветровые турбины большой мощности оказываются более экономически выгодными и объединяются в ветровые электростанции, которые поставляют электроэнергию в сеть. В последние годы произошло значительное увеличение числа крупных морских и прибрежных ветровых электростанций в США. Это было сделано для того, чтобы максимально использовать потенциал энергии ветра прибрежных регионов.
Отдельные ветрогенераторы мощностью менее 100 киловатт применяются для энергоснабжения домов, телекоммуникационных вышек, насосных станций и т.д. Небольшие ветровые турбины иногда используются в сочетании с дизель-генераторами, батареями и солнечными панелями. Такие решения называются гибридными и обычно размещаются в удаленных местах, в которых отсутствуют собственные линии электропередач.
В настоящее время большинство турбин используют генераторы с регулируемой скоростью в сочетании с промежуточным преобразователем мощности между генератором и системой сбора энергии, что является наиболее подходящим вариантом для межсетевого соединения и обеспечивает возможность отключения при низком выходном напряжении. В современных системах используются либо машины с двойным питанием, либо генераторы с короткозамкнутым ротором или синхронные генераторы.
Современные энергетические системы сталкиваются со множеством проблем, в том числе, с проблемой избыточной мощности, которую удается решать за счет реализации специальных мер: экспорта и импорта электроэнергии в соседние районы, изменения уровня воды в водохранилищах гидроэлектростанций, преобразования электрической мощности в механическую энергию, ограничения потребления и т.д. При использовании локальных ветрогенераторов эту проблему можно сгладить.
В ветряной электростанции отдельные турбины объединяются в единый комплекс с помощью системы сбора мощности и информационных каналов связи. Среднее выходное напряжение для ветрогенераторов обычно составляет 34,5 кВ. На трансформаторной подстанции это напряжение дополнительно увеличивается для дальнейшей передачи по высоковольтным линиям электропередач.
Другая проблема заключается в том, что транзитная мощность новых линий передач оказывается недостаточной. Это связано с тем, что, несмотря на поддержку альтернативной энергетики, государство разрешило транзитным компаниям обеспечивать минимальный уровень пропускной способности, оговоренный в стандартах. Эти важные проблемы необходимо решить, так как в противном случае ветряные электростанции будут вынуждены работать не на полную мощность или работать попеременно.
Не смотря на не полностью реализованный потенциал ветряной энергетики, она уже сейчас помогает сглаживать пики потребления и повышает надежность поставок электроэнергии.
Морские ветряные электростанции
Рис. 3. Морская ветряная электростанция
При использовании понятия «мелководье» речь идет о диапазоне глубин от 0 м до 30 м. Данный диапазон относится к большинству существующих морских ветряных электростанций. Переходные глубины колеблются в диапазоне от 30 м до 60 м. Для глубоководья (более 60 м) были разработаны плавающие концепции ветряных электростанций, которые были позаимствованы из нефтяной и газовой отрасли.
Стоит отметить, что приведенные диапазоны мелководья, переходных глубин и глубоководья являются специфическими для рассматриваемой отрасли морских ветровых электростанций и не совпадают с диапазонами, принятыми в нефтяной и газовой отрасли, где под глубоководьем понимают глубины от 2000 м и более. Кроме того, эти диапазоны на самом деле являются всего лишь ориентирами при разработке новых технологий. Они помогают оценить требуемые ресурсы при создании новых решений.
Вполне очевидно, что с ростом глубины стоимость конструкций возрастет из-за увеличения срока проектирования, усложнения процесса производства и монтажа, а также из-за увеличения количества расходуемых материалов, необходимых для постройки основания. Рост затрат, связанных с увеличением глубины, обнаруживается поэтапно по мере достижения технических ограничений. Однако накопление и применение новых технических решений способно смягчить эти скачки в каждом конкретном проекте.
Для транспортировки генерируемой электроэнергии необходимы линии передачи. В случае с морской электростанцией для транзита энергии по морскому участку пути потребуется подводный кабель. Как было сказано выше, строительство новой сухопутной высоковольтной линии специально для транзита электроэнергии морской электростанции может быть слишком дорогостоящим, но ситуацию спасают существующие линии электропередач, созданные ранее для обычных электростанций.
Коэффициент использования установленной мощности
Доля ветровой энергетики
Колебания генерируемой мощности
Производимая ветрогенератором мощность колеблется и при слабом воздушном потоке должна заменяться другими источниками энергии. Современные энергосистемы способны справляться с аварийными отключениями генерирующих мощностей, а также с суточными перепадами потребления. При этом традиционные электростанции способны выдавать максимальную мощность в течение 95% рабочего времени. Этого нельзя сказать о ветряных электростанциях.
Совместное использование непостоянных возобновляемых источников энергии со стабильными невозобновляемыми источниками, помогает создавать устойчивую энергосистему, которая обеспечивает надежное электроснабжение потребителей. Увеличение доли возобновляемых источников энергии успешно происходит в реальном мире.
HAWP-установки
Если выполнить анализ всех затрат, то самым дешевым источником энергии могут оказаться ветровые HAWP-установки (High-Altitude Wind Power). Поспорить с ними смогут только гидроэлектростанции и обычные ветрогенераторы, используемые для питания локальных потребителей.
HAWP-установки работают на больших высотах. Речь идет вовсе не о десятках метров, где отлично справляются обычные ветрогенераторы. Технологии HAWP подразумевают использование летающих установок на высоте, где энергия ветра оказывается гораздо больше, чем у поверхности земли.
Стоит отметить, что при реализации AWE-технологий еще предстоит решить проблему эффективной передачи энергии на землю. При использовании традиционных подходов напряжение на электрическом кабеле оказывается слишком высоким.
К пьезоэлектрическому генератору
Когда цилиндрическая структура, как труба, стоит на пути жидкости или ветра, происходит явление, называемое вихрями Кармана. Жидкость или воздух образуют цикличность, закрученную в спиральном движении, что делает колебания по бокам. Он имеет аэродинамическое объяснение и расшифрован физиком Теодором фон Карманом в 1911 году.
С тех пор инженер принимает во внимание эти вихри и делает доступными методами профилактику для предотвращения неустойчивости инфраструктур от компрометации. Испанский стартап Vortex Bladeless решил сделать новый шаг и использовать это негативное для обычных инженеров явление для получения энергии ветра. Для этого, они создали Вихрь, ветровую турбину без лопастей, что колеблется от одной стороны к другой в соответствии с ветром, чтобы захватить кинетическую энергию.
Вот как это работает
“Эти вихри – проблема, как правило, инженеры стараются избегать любой ценой, потому что здания могут рухнуть,” объясняет Дэвид Суриол (Devid Suriol) соучредитель Vortex Bladeless. Менеджер объясняет, что его дело обстоит как раз наоборот: “Мы сознательно искали и оптимизировли его”.
Устройство представлено в виде вертикального конусообразного цилиндра, изготовленного из стекловолокна, что делает его как легким, так и жестким. Текущие прототипы достигают шести метров в высоту, хотя компания планирует более высокие версии. В 2015 году они будут запускать модель 12,5 метров и в течение трех лет, один выше, чем 100 метров. “Чем больше высота, тем больше производительность,” объясняет Девид.
“Работая не с лопатоками мы устраняем многие из традиционных движушихся механических частей турбины, что позволит существенно сократить расходы на производство ветровой энергии и эксплуатационные расходы,” говорит соучредитель. Он рассчитывает добиться снижения на 53% в расходов по строительным процессом по сравнению с обычной ветровой турбиной. Кроме того, “сокращение и отсутствие лопастей также будет способствовать транспортировке и упростит работы по техническому обслуживанию,”.
Преимущества
В дополнение к снижению затрат, эта технология имеет и другие полезные функции, по сравнению с другими моделями. Суриол объясняет, что вихрь может генерировать энергию в широком диапазоне скоростей ветра, “выше, чем у обычных ветровых турбин.” В частности, устройство стартует от скорости ветра в один метр в секунду “, меньше, чем требуется по традиционной турбины” объясняет он. При нескольких лопастях турбины начинают работу с трех метров в секунду.
Цилиндрическая форма структуры также исключает необходимость ориентировки ветровой турбины в направлении ветрового потока. Тем не менее, в тех же условиях, энергия, вырабатываемая Vortex будет на 30 % ниже, чем от традиционной ветровой турбины.
Кроме того, его конструкция делает турбину менее ранящим природный ландшафт и отсутствие лопастей делает его менее опасным для птиц. Нова турбина не производит шум, уменьшая воздействие на окружающую среду еще больше.
К пьезоэлектрическому генератору
В среднесрочной и долгосрочной перспективе, исследователи Vortex работают над альтернативой электромагнитной индукции для того, чтобы генерировать электричество из вихревых колебаний. Эта альтернатива будет основываться на пьезоэлектричестве.
Это явление, обнаруженное в 1880 году братьями Пьером и Жаком Кюри, происходит в некоторых кристаллах, таких как кварц, которые не имеют центра симметрии. При сжатии их масса поляризована и генерирует электрический потенциал.
С момента своего открытия, пьезоэлектричество (от греческого piezein, “крутить или сжать”) служил для многих целей, начиная от проектирования гидролокаторов подводных лодок и механизма зажигалки и часов, до усилителей и микрофонов гитар. Пьезоэлектричество также используется для приложений сбора энергии, но не для получения большого количества энергии.
Источники
Источник — http://manbw. ru/analitycs/wind-stations.html
Источник — http://vencon.ua/articles/printsip-raboty-vetrogeneratora
Источник — http://alterair.ua/articles/vetrogeneratoryi/
Источник — http://tcip.ru/blog/wind/printsip-dejstviya-i-raboty-vetrogeneratora.html
Источник — http://uaenergy.com.ua/post/32527/vetrovye-elektrostancii-princip-raboty-preimuschestva-i-nedostatki
Источник — http://madenergy.ru/stati/princip-raboty-dvigatelej-vetryanoj-ehlektrostancii.html
Источник — http://ukrelektrik.com/publ/kak_rabotaet_vetrjanaja_ehlektrostancija/1-1-0-1767
Источник — http://www.powercity.ru/articles/preimushhestva-vetrogeneratorov-i-vetrjanyh-elektrostancij/
Источник — http://www.terraelectronica.ru/news/5557
Источник — http://clever-energy.ru/%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE-%D0%B8-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BF-%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D1%8B-%D0%B1%D0%B5%D0%B7%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D1%81/2016/
Ветер, ветер, ты могуч или Россия дай газа опять и снова
Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.
По просьбе уважаемых мной читателей портала оверклокерс, поговорим в душный июльский вечер о якобы зеленом будущем новой формации: о ветрогенераторах или больше известных в народе под прозвищем «ветряки». Эти «мельницы» своими исполинскими размерами напоминают творение внеземных сил: здоровенные махины с десятиэтажный дом непрестанно трудятся на полях, а то и на морях, захватывая потоки ветра своими высокотехнологичными лопастями, а дальше в игру вступает ротор, выдавая на ура драгоценные мегаватты электроэнергии. Тут на ум сразу же приходит безоблачное будущее: поставил один раз такую махину и знай себе накапливай электрический ток, расходуя на нужды человечества или своей ячейки общества, это: экологично, безопасно, а главное — без постоянных затрат, песня в общем. Но так ли это, разберемся позже, а пока короткий экскурс в историю службы воздушных «лопастей» на благо человека.
История вопроса
рекомендации
Как бы ни хотелось думать, а мечта о «халявной» энергии возникла не сегодня или вчера, а аж почти тысячу лет назад на территории Ближнего Востока. Тогдашние средневековые изобретатели додумались «запрячь» потоки непрестанно дующего воздуха с помощью деревянных лопастей прямоугольной формы, на которые была натянута плотная ткань. Такой нехитрый ход позволил худо-бедно заставить ветер выполнять неблагодарную работу, требующую тяжелого физического труда: молоть зерно и функционировать в виде простейшего насоса для орошения засушливых восточных земель. Зоркие крестоносцы как бы мимоходом позаимствовали идею взаимодействия воздуха и человека, попутно уже европейские кулибины усовершенствовали восточное изобретение, заменив вертикальную ось мельницы на горизонтальную. Такая нехитрая модификация позволила мельницам не переставать работать и зимой, когда водяные собратья просто обрастали льдом. Ну а дальше…
А дальше шотландский профессор Джеймс Блант взял да построил первый прообраз ветроэнергетической установки на своем земельном участке. И такая инженерная конструкция использовалась для «запитки» загородного дома, а излишки электроэнергии «сливались» для уличного освещения.
Ну а дальше пошло-поехало: в Дании к первой половине XIX века действовало 72 ветряка мощностью от 5 до 25 кВт, ну а первый праотец современных ветряков был создан конечно же на «родине слонов» в СССР — ветрогенератор в Ялте выдавал 100 кВт чистой электроэнергии и обладал коэффициентом нагрузки в 32%, на уровне современных образцов подобного рода. Ну а как только цена нефти благодаря очередной арабо-израильской войне скаканула неприлично вверх, интерес к ветрякам возрос неимоверно: даже США и страны Европы решили включиться в эту гонку. Аэродинамическое и акустическое проектирование, материалы лопастей — все эти исследования были профинансированы в воистину космических масштабах.
Итогом такой своеобразной гонки и стали современные высокотехнологичные ветряки, и к полевым и морским ветрогенераторам добавились плавающие ветровые турбины. Подобного рода мигрирующие платформы ака ветряная ферма, способны, без преувеличения, сильно помочь с электроэнергией удаленным районам и районам со «сложной» географической судьбой. Но ввиду сложности и новизны, такие плавучие конструкции мало распространены: наблюдать это чудо инженерной мысли можно лишь в парочке мест: около Японии и США и ряде прибрежных стран.
Минусы ветрогенерации
Ради шутки набрал поисковый запрос «ветряки остановились»: и гугл сразу выбросил кричащие заголовки. Судите сами, с такими «заглавиями» правительство любой страны семь раз подумает, нужно ли диверсифицировать нефтяную и газовую зависимость, в зависимость от настроений природы по части ветряной активности.
Прошлой зимой, благодаря внезапно утихнувшим ветрам Северного моря, электроэнергия, а точнее цены на нее, взяли да и поднялись почти на десятизначную величину: в той же Британии цена одного 1 мегаватт-часа увеличилась в семь раз. В такой ситуации европейские «экотеррористы» почему-то дружно забыли о вредности традиционных источников энергии, по этой причине пришлось задействовать газовые и угольные электростанции. И покупать драгоценный газ сами знаете где. И да, дабы не отставать от сестрицы Европы, солнечный Техас лютой зимой тоже решил временно «порвать» с зеленой ветрогенерацией: на «удивление», лопасти ветряков обмерзли и не захотели вращаться, следовательно, пик вырабатывания электричества достиг нулевых значений, а южане просто-напросто стали мерзнуть в своих хлипких домиках. А ведь ветроэнергетика была самым быстрорастущим источником электричества в энергосистеме Техаса…
А как насчет «экологичности», есть ли тут «вот это повороты» на фронте борьбы с «грязной энергогенерацией». Казалось бы, где ветрогенераторы и вред окружающей природе, но вот незадача, порой, чтобы установить «поля» ветряков, необходимо взять да вырубить гектары лесов. Подобный случай произошел в Германии — авангарде «зеленого» перехода, где власти земли Гессен решили, что лес совсем не нужен и для строительства 20-турбинной ветряной электростанции можно безболезненно избавиться от «излишков» лесного массива.
История пока продолжается, и будущее этого «заповедника ветрогенерации» туманно, но точно известно, что гигантские лопасти представляют особенную опасность для птиц и летучих мышей. И это не просто слова, а целое исследование. Ниже наглядно представлены в графической форме угрозы «птичьего сообщества» в США:
И вспоминая морские передвижные ветряные парки. Эти-то точно лишены недостатков сухопутных собратьев по генерации энергии. А вот и нет. Эти гигантские плавучие платформы очень часто становятся угрозой для миграции рыб. Да и вид портят. Что очень критично для курортных районов.
Ну и до кучи другие проблемы:
Установка и пуск ветряка требует высокой инвестиционной стоимости. Именно стартовый этап, само возведение проекта является весьма дорогостоящим мероприятием. Необходима соответствующая инфраструктура.
Для обоснования строительства ветроустановки необходимо проведение длительных исследований ветра в районе строительства. И то не факт, что подобные изыскания не подведут: многочисленные случаи пропажи ветра в Северном море зимой 2021-2022 годов не дадут соврать.
Как нетрудно догадаться, вращающиеся лопасти гигантского размера создают шум, который вряд ли придется по вкусу жителям близлежащих домов. В некоторых странах даже есть подобие законов, запрещающих строительство ветропарков вблизи строений.
Плюсы
Экологически чистая электроэнергия (ну почти). Производство электроэнергии с помощью “ветряных мельниц” не сопровождается выбросами CO2 и иных вредных веществ. Ветрогенератор только получает энергию, ничего не отдавая взамен, поэтому внести в экологию какие-либо изменения он не может.
Ветер — полностью возобновляемый источник энергии.
Выработка электроэнергии не зависит от времени суток и времени года, если дует ветер. Это привет солнечным батареям.
Ветряная энергетика более рентабельна в сравнении с солнечной энергетикой. Все-таки мест, где дуют сильные ветра, больше чем мест, где постоянно солнечно.
В некоторых регионах, ветряная генерация — единственная зеленая альтернатива «грязной» энергии.
Итого
На самом деле, делать какие-то долгосрочные прогнозы глупо, ибо согласно расчетам ученых Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), возобновляемые источники энергии становятся все дешевле по сравнению с любым новым энергопроизводством, работающим на ископаемых видах топлива, но вот поди же ты, после 24 февраля, которое естественно никто из британских ученых не предсказал, уголек и газ резко подскочили в цене, а ветер имеет свойство непринужденно останавливаться, никого не предупреждая, а зимой ветряки, опять же внезапно, могут обледенеть. Но тут хотя бы на помощь приходит традиционная энергогенерация. Ну и вдобавок: современная ветроэнергетическая технология еще далека от совершенной, и современные ветряки работают только на 35% своей мощности. Какая уж тут эффективность. Но определенно, будущее за ветрогенераторами есть, правда пока еще сильно туманное. И в частности, рассматривая Россию, ввиду крайней дешевизны энергии АЭС, гидро- и прочих видов, на текущей момент строительство ветряков и ветропарков является экономически нецелесообразным. За редким исключением.
Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.
Мегаконструкции. Самые большие ветрогенераторы / Хабр
Siemens SWT-7.0-154
Кто говорил, что ветряки не способны конкурировать по мощности с атомными электростанциями? Посмотрите на самую большую в мире ветроэлектрическую установку Siemens SWT-7.0-154. С площадью ометания 18 600 м² этот гигант в одиночку генерирует максимальную мощность 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. Несколько сотен таких ветряков — и вот вам атомная электростанция.
SWT-7.0-154 — это флагманская модель компании Siemens. В её названии зашифрованы генерируемая мощность (7 МВт) и диаметр ротора с лопастями (154 м). Она пришла на смену предыдущему флагману SWT-6.0-154, от которого практически не отличается по техническим спецификациям, но оснащён более мощными магнитами. Более сильное магнитное поле позволяет генерировать больше электроэнергии при том же диаметре. Другими словами, в этой ВЭН параметр снимаемой мощности с квадратного метра площади ометания выше примерно на 16,7%.
Ветрогенератор включается в работу на минимальной скорости ветра 3-5 м/с, а генерируемая мощность поступательно растёт до максимальной 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. При достижении скорости ветра 25 м/с генерация прекращается.
Казалось бы, на таких скоростях ветра лопасти ВЭУ должны вращаться быстро, но это совершенно не так. На самом деле они вращаются неторопливо и степенно, делая всего 5-11 оборотов в минуту. То есть полный оборот три лопасти совершают примерно за 5-12 секунд, в зависимости от скорости ветра.
Более сильное магнитное поле в новой модели означает также и то, что эту турбину труднее раскрутить. Для достижения той же скорости вращения 5-11 оборотов в минуту и максимальной генерируемой мощности (7 МВт вместо 6 МВт) этой турбине требуется повышенная скорость ветра: 13-15 м/с вместо 12-14 м/с. Соответственно, и начальная скорость ветрогенерации у неё выше. Вот почему данная модель-гигант наиболее оптимально подходит для размещения на территориях с относительно сильными ветрами, лучше всего в море.
Внутри турбины нет редуктора (коробки передач) — здесь работает система прямого привода, подключенная к синхронному генератору переменного тока с постоянными магнитами. Поскольку скорость генератора определяет напряжение и частоту тока, то «грязный переменный ток» преобразуется в постоянный ток, а затем преобразуется обратно в переменный ток перед подачей в сеть.
В последние годы в области ветряной энергетики происходит очень быстрый научно-технический прогресс. Буквально каждый год появляются новые модели ВЭУ большей мощности и эффективности. Большие и маленькие, рассчитанные на целые посёлки или отдельные дома, на большую скорость ветра в море или на среднюю скорость ветра над крышей частного дома.
Например, мировой рекорд по максимальной генерируемой мощности принадлежит вовсе не Siemens, а другой турбине ещё одного немецкого производителя Enercon E126, которая выдаёт до 7,58 МВт. На видео показан процесс установки такой турбины.
Высота стойки Enercon E126 — 135 м, диаметр ротора — 126 м, общая высота вместе с лопастями — 198 м. Общий вес фундамента турбины — 2500 тонн, а самого ветрогенератора — 2800 тонн. Только электрогенератор весит 220 тонн, а ротор вместе с лопастями — 364 тонны. Общий вес всей конструкции со всеми деталями — 6000 тонн. Первая установка подобного типа была установлена около немецкого Эмдена в 2007 году, хотя в той модификации максимальная мощность была меньше.
Впрочем, ветрогенераторы-гиганты — довольно дорогое удовольствие. Один такой ветряк на 7 МВт обойдётся в $14 млн вместе с установкой, если заказывать все работы у сертифицированных немецких специалистов. Конечно, если освоить производство в своей стране, благо металла хватает, то стоимость вполне можно снизить в несколько раз. Кто знает, может такой гигантский проект национальной стройки занял бы население страны и помог выбраться из экономического кризиса.
Одна из самых последних строящихся в Восточной Европе атомных станций — Белорусская АЭС — получит два энергоблока с реакторами ВВЭР-1200 мощностью по 1200 МВт. Казалось бы, несколько сотен ветряков Siemens сравнятся с атомной электростанцией. Стоимость строительства примерно одинаковая, зато «топливо» бесплатное. Что интересно, Белорусскую АЭС как раз строят в районе, где по климатическим данным за 1962-2000 годы почти самая высокая среднегодовая скорость ветра в Беларуси. Но в реальности эта «самая большая» среднегодовая скорость ветра — всего лишь около 4 м/c (на высоте 10 м), чего едва хватит для запуска ВЭУ на минимальной мощности.
Перед установкой следует сверяться с годовой картой ветров в районе дислокации с данными средней удельной мощности ветрового потока на высоте 100 м и выше. Хорошо бы составить такие карты для всей территории страны, чтобы найти места наиболее оптимального строительства ВЭУ. Нужно иметь в виду, что скорость ветра сильно зависит от высоты, что хорошо известно жителям высотных домов. В обычных прогнозах погоды по ТВ сообщают скорость ветра на высоте 10 м над землёй, а для ветровой турбины следует измерять скорость на высоте 100-150 м, где ветры гораздо сильнее.
Так что наиболее оптимально такие гиганты подходят для установки в море, в нескольких километрах от побережья, на большой высоте. Например, если установить такие установки вдоль северного побережья России с шагом 200 метров, то максимальная мощность массива составит 690,3 ГВт (побережье Северного Ледовитого океана составляет 19724,1 км). Скорость ветра там должна быть приемлемая, только при заливке фундаментов придётся иметь дело с вечной мерзлотой.
Правда, по стабильности работы ВЭУ никогда не сравнятся с АЭС или ГЭС. Здесь энергетикам приходится постоянно следить за прогнозом погоды, потому что генерируемая мощность напрямую зависит от скорости ветра. Ветер должен быть не слишком сильным и не слишком слабым. Хорошо, если в среднем ВЭУ будут выдавать хотя бы треть от максимальной мощности.
Как работают ветряные турбины?
Офис технологий ветроэнергетики
Ветряные турбины работают по простому принципу: вместо того, чтобы использовать электричество для производства ветра, как вентилятор, ветряные турбины используют ветер для производства электроэнергии. Ветер вращает пропеллерные лопасти турбины вокруг ротора, который вращает генератор, вырабатывающий электричество.
Исследуйте ветряную турбину
Чтобы увидеть, как работает ветряная турбина, нажмите на изображение для демонстрации.
Типы ветряных турбин >
Размеры ветряных турбин >
Узнать больше >
Ветер — это форма солнечной энергии, вызванная комбинацией трех одновременных явлений:
- Солнце неравномерно нагревает атмосферу
- Неравномерность земная поверхность
- Вращение Земли.
Характер и скорость ветрового потока сильно различаются по всей территории Соединенных Штатов и зависят от водоемов, растительности и различий в рельефе. Люди используют этот поток ветра или энергию движения для многих целей: парусный спорт, запуск воздушного змея и даже производство электроэнергии.
Термины «энергия ветра» и «энергия ветра» описывают процесс, посредством которого ветер используется для выработки механической энергии или электричества. Эта механическая энергия может использоваться для определенных задач (таких как измельчение зерна или откачка воды), или генератор может преобразовывать эту механическую энергию в электричество.
Ветряная турбина преобразует энергию ветра в электричество, используя аэродинамическую силу лопастей ротора, которые работают как крыло самолета или лопасти винта вертолета. Когда ветер обдувает лопасть, давление воздуха на одной стороне лопасти уменьшается. Разница в давлении воздуха по обеим сторонам лопасти создает как подъемную силу, так и сопротивление. Подъемная сила больше, чем сопротивление, и это заставляет ротор вращаться. Ротор соединяется с генератором либо напрямую (если это турбина с прямым приводом), либо через вал и ряд шестерен (редуктор), которые ускоряют вращение и позволяют уменьшить физически размер генератора. Этот перевод аэродинамической силы во вращение генератора создает электричество.
Типы ветряных турбин
Большинство ветряных турбин подразделяются на два основных типа:
Турбины с горизонтальной осью
Деннис Шредер | NREL 25897
Ветряные турбины с горизонтальной осью — это то, что многие люди представляют себе, когда думают о ветряных турбинах.
Чаще всего они имеют три лопасти и работают «против ветра», при этом турбина вращается в верхней части башни, поэтому лопасти обращены к ветру.
Турбины с вертикальной осью
Майк ван Бавел | 42795
Ветряные турбины с вертикальной осью бывают нескольких разновидностей, в том числе модель Дарье в стиле взбивалки, названная в честь французского изобретателя.
Эти турбины всенаправленные, то есть их не нужно направлять на ветер для работы.
Ветряные турбины могут быть построены на суше или на море в больших водоемах, таких как океаны и озера. Министерство энергетики США в настоящее время финансирует проекты , чтобы облегчить развертывание морской ветроэнергетики в водах США.
Применение ветряных турбин
Современные ветряные турбины можно разделить на категории по месту их установки и способу подключения к сети:
Наземный ветер
WINDExchange
Мощность наземных ветряных турбин варьируется от 100 киловатт до нескольких мегаватт.
Более крупные ветряные турбины более эффективны с точки зрения затрат и сгруппированы в ветряные электростанции, которые обеспечивают большую мощность в электросети.
Морской ветер
Деннис Шредер | NREL 40484
Морские ветряные турбины, как правило, массивны и выше Статуи Свободы.
У них нет таких проблем с транспортировкой, как у наземных ветряных установок, поскольку крупные компоненты можно перевозить на кораблях, а не по дорогам.
Эти турбины способны улавливать мощные океанские ветры и генерировать огромное количество энергии.
Распределенный ветер
Когда ветряные турбины любого размера устанавливаются на «потребительской» стороне электросчетчика или устанавливаются в месте или рядом с местом, где будет использоваться производимая ими энергия, они называются «распределенным ветром».
Примус Ветроэнергетика | 44231
Многие турбины, используемые в распределенных приложениях, представляют собой небольшие ветряные турбины. Одиночные небольшие ветряные турбины мощностью менее 100 киловатт обычно используются в жилых, сельскохозяйственных, а также небольших коммерческих и промышленных целях.
Небольшие турбины могут использоваться в гибридных энергетических системах с другими распределенными энергоресурсами, например, в микросетях, питаемых от дизельных генераторов, аккумуляторов и фотогальваники.
Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах (где подключение к коммунальной сети недоступно) и становятся все более распространенными в приложениях, подключенных к сети, для обеспечения отказоустойчивости.
Узнайте больше о распределенном ветре из Distributed Wind Animation или прочитайте о том, что делает Управление технологий ветроэнергетики для поддержки развертывания распределенных ветровых систем для домов, предприятий, ферм и общественных ветровых проектов.
Узнать больше
Заинтересованы в энергии ветра? Справочник по малому ветру помогает домовладельцам, владельцам ранчо и малому бизнесу решить, подходит ли им энергия ветра.
Дополнительные ресурсы по энергии ветра можно найти на WINDExchange, где есть планы уроков, веб-сайты и видео для учащихся K-12, а также информация о проекте «Ветер для школ» и университетском конкурсе ветра.
Энергия 101: Производство чистой электроэнергии из ветра
Видео URL
В этом видеоролике рассказывается об основных принципах работы ветряных турбин и показано, как работают различные компоненты для улавливания и преобразования энергии ветра в электричество. См. текстовую версию.
Министерство энергетики США
History of U.S. Wind Energy
На протяжении всей истории использование энергии ветра то возрастало, то уменьшалось, от использования ветряных мельниц в прошлые века до высокотехнологичных ветряных турбин на ветряных электростанциях сегодня…
Учить больше
10 фактов о ветроэнергетике, которых вы не знали
Освежите свои знания о ветре! Получите подробную информацию о нескольких менее известных фактах об энергии ветра.
Учить больше
Кто использует распределенный ветер?
Существует множество различных типов клиентов распределенного ветра. Узнайте больше о распределенном ветре и о том, кто его использует.
Учить больше
Топ-10 вещей, которые вы не знали о распределенной энергии ветра
Узнайте об основных фактах, связанных с ветряными турбинами, используемыми в распределенных приложениях.
Учить больше
10 вещей, которые вы не знали об оффшорной ветроэнергетике
Узнайте больше об усилиях по разработке обширных оффшорных ветровых ресурсов Америки.
Учить больше
Узнайте больше о ветроэнергетике, посетив веб-страницу Управления технологий ветроэнергетики или просмотрев финансируемые Управлением мероприятия.
Как работают ветряные мельницы? | Вандополис
ТЕХНОЛОГИИ — Изобретения
Задумывались ли вы когда-нибудь…
- Как работают ветряные мельницы?
- Какие типы ветряных мельниц существуют?
- Как давно люди используют ветряные мельницы?
Теги:
Просмотреть все теги
- Технология,
- Изобретения,
- История,
- Ветер,
- Ветряная мельница,
- Парус,
- Блад,
- Турбина,
- Ветряная электростанция,
- Вал,
- Карданный вал,
- Генератор,
- Жернов,
- Зерно,
- Сельское хозяйство,
- Ферма,
- Чингисхан,
- Персия,
- Китай,
- Иран,
- Электричество,
- Энергия,
- Мощность,
- Орошение,
- Технология,
- Изобретения,
- История,
- Ветер,
- Ветряная мельница,
- Парус,
- Блад,
- Турбина,
- Ветряная электростанция,
- Вал,
- Карданный вал,
- Генератор,
- Жернов,
- Зерно,
- Сельское хозяйство,
- Ферма,
- Чингисхан,
- Персия,
- Китай,
- Иран,
- Электричество,
- Энергия,
- Мощность,
- Орошение
Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Ноем. Ной Чудес , “ Как работают ветряки? «Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, ной!
Что заставляет ветер дуть в ваши паруса? Если вы не уверены, что мы имеем в виду, представьте себе парусник. Что он будет делать без хорошего ветра? Наверное, просто сидеть. Но первый же сильный порыв мог унести лодку по воде на многие мили. Ветер в ваших парусах означает, что вы мотивированы или вынуждены что-то делать.
Люди используют эту фигуру речи уже давно. И дело не только в парусниках! Ветер является важной частью многих других процессов. Возьмем, к примеру, погоду. Или воздушные шары. Или даже тема сегодняшнего Чуда Дня — ветряная мельница!
Люди использовали ветряные мельницы сотни лет. Самое раннее письменное упоминание о ветряных мельницах появилось в Персии (современный Иран) в 644 году н. э. Позднее они появились в Китае. Две страны, возможно, придумали ветряную мельницу по отдельности. Однако некоторые считают, что ветряные мельницы в Китае первыми построили персы, взятые туда в качестве пленников Чингисхана.
Как именно работают ветряные мельницы? Как и многие лодки, первые ветряные мельницы полагались на паруса. Когда паруса ловили ветер, лопасти ветряной мельницы вращались. Это перемещало карданный вал, который был соединен с шестернями и жерновами.
Первые ветряные мельницы были почтовыми. Они имели четыре лопасти, соединенные с центральной стойкой. Позже, в 1400-х годах, стали популярны башенные мельницы. В их число входила крышка, которая могла вращаться, чтобы паруса лучше ловили ветер. Позже, в 1500-х годах, мельница для халатов имела шесть или восемь сторон вместо цилиндрической формы.
В течение многих лет люди использовали ветряные мельницы для измельчения зерна. Ветряные мельницы также помогали в орошении и других сельскохозяйственных нуждах. Позже паровая энергия и электричество заменили многие ветряные мельницы.
Однако сегодня все большую популярность приобретают специальные ветряные мельницы, называемые турбинами. Турбины — это ветряные мельницы, которые используют силу ветра для производства электроэнергии. Лопасти соединяются с валом, который вращается при достаточном ветре. Затем вал соединяется с генератором для выработки электроэнергии.
В некоторых местах вы найдете большие группы ветряных турбин. Эти места называются ветряными электростанциями. Ветряные электростанции наиболее распространены в районах с большей вероятностью сильного ветра, таких как равнины или вблизи больших водоемов.
Традиционные ветряные мельницы, возможно, не так распространены, как когда-то, но некоторые фермы все еще используют их для измельчения зерна и поения животных. И, конечно же, многим нравится посещать старинные ветряные мельницы. Они могут быть впечатляющим зрелищем, даже если они больше не используются.
Люди использовали силу ветра на протяжении тысячелетий — от парусных лодок до традиционных ветряных мельниц, а теперь и ветряных турбин. Как будущие люди будут использовать ветер? Какие приложения еще не придумали? Возможно, следующая разработка в области ветроэнергетики будет именно у вас!
Common Core, Научные стандарты следующего поколения и Национальный совет по социальным исследованиям. »> Стандарты: C3.D3.His.2, NGSS.PS3.A, NGSS.PS3.B, NGSS.PS3.D, CCRA.L.3, CCRA.L.6, CCRA.R.4, CCRA.R.1 , CCRA.R.2, CCRA.R.10, CCRA.SL.1
Интересно, что дальше?
Здесь, в Вандерополисе, мы думаем, что лучшая часть любой трапезы – это ПУСТЫНЯ!
Попробуйте
У вас кружится голова? Ветряки — это круто! Найдите взрослого друга или члена семьи, который поможет вам продолжить обучение, выполнив одно или несколько из перечисленных ниже действий.
- Посмотрите на эти фотографии старых ветряных мельниц! Можете ли вы сказать, какие это типы ветряных мельниц? Что вы заметили в областях, в которых они находятся? Кого бы вы больше всего хотели увидеть лично? Обсудите с другом или членом семьи.
- Отправляйся на экскурсию! Есть ли поблизости ветряные мельницы? Может быть, вы даже сможете найти ветряную электростанцию! Если рядом с вами нет ветряных мельниц, попросите друга или члена семьи помочь вам посмотреть ветряные мельницы в Интернете. Можете ли вы определить различные части ветряных мельниц? Объясните другу или члену семьи, как работают ветряные мельницы.
- Попросите друга или члена семьи помочь вам построить ветряную мельницу. Вам могут понадобиться некоторые материалы, поэтому сначала прочитайте инструкции! Получайте удовольствие от изготовления ветряной мельницы — нам не терпится узнать, что из этого получится!
Wonder Sources
- https://www.britannica.com/technology/windmill (по состоянию на 2 октября 2019 г.)
- https://www.eia.gov/energyexplained/wind/history-of-wind- power.php (по состоянию на 2 октября 2019 г.)
- https://www.renewableresourcescoalition.org/windmills/ (по состоянию на 2 октября 2019 г.)
- https://sciencing.com/windmills-used-today-7220114.html (по состоянию на 02 октября 2019 г.)
Получили?
Проверьте свои знанияWonder Contributors
Мы хотели бы поблагодарить:
Джамиля, Тристин и Ханна
за ответы на вопросы по сегодняшней теме Wonder!
Удивляйтесь вместе с нами!
Что вас интересует?
Wonder Words
- центральный
- мощность
- повернуть
- мотивированный
- приложений
- карданный вал
- цилиндрический
- запряжённый
- орошение
Примите участие в конкурсе Wonder Word
Оцените это чудо
Поделись этим чудом
×ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО
Подпишитесь на Wonderopolis и получайте Чудо дня® по электронной почте или SMS
Присоединяйтесь к Buzz
Не пропустите наши специальные предложения, подарки и рекламные акции. Узнай первым!
Поделись со всем миром
Расскажите всем о Вандополисе и его чудесах.
Поделиться Wonderopolis
Wonderopolis Widget
Хотите делиться информацией о Wonderopolis® каждый день? Хотите добавить немного чуда на свой сайт? Помогите распространить чудо семейного обучения вместе.
Добавить виджет
Ты понял!
Продолжить
Не совсем!
Попробуйте еще раз
Как работают ветряные турбины? | Блог
Корпорация Ball удовлетворяет половину своих текущих энергетических потребностей США за счет энергии ветра.
Что такое энергия ветра?
Люди использовали силу ветра тысячи лет. Ветер двигал лодки по реке Нил, перекачивал воду и перемалывал зерно, поддерживал производство продуктов питания и многое другое. Сегодня кинетическая энергия и мощность естественных воздушных потоков, называемых ветром, широко используются для производства электроэнергии. Одна современная оффшорная ветряная турбина может генерировать более 8 мегаватт (МВт) энергии, что достаточно для чистого питания почти шести домов в течение года. Береговые ветряные электростанции вырабатывают сотни мегаватт, что делает энергию ветра одним из самых рентабельных, чистых и доступных источников энергии на планете.
Энергия ветра – самый дешевый крупномасштабный возобновляемый источник энергии, а также самый крупный источник возобновляемой энергии в США на сегодняшний день. В стране насчитывается около 60 000 ветряных турбин общей мощностью 105 583 мегаватт (МВт). Этого достаточно для электроснабжения более 32 миллионов домов!
График совокупной ветровой мощности в США, данные предоставлены Американской ассоциацией ветроэнергетики (AWEA) Помимо того, что они играют жизненно важную роль в нашем энергоснабжении, решения в области ветроэнергетики также помогают коммерческим компаниям достигать целей в области возобновляемых источников энергии и мандатов в отношении надежной и чистой энергии. .
Преимущества энергии ветра:
- Ветряные турбины обычно окупают выбросы углерода в течение всего срока службы, связанные с их развертыванием, менее чем за год, прежде чем обеспечить до 30 лет практически безуглеродного производства электроэнергии.
- Энергия ветра помогает сократить выбросы углекислого газа — в 2018 году удалось избежать выбросов CO2 на 201 миллион метрических тонн.
- Энергия ветра обеспечивает налоговые поступления сообществам, в которых реализуются проекты. Например, государственные и местные налоговые платежи от ветровых проектов в Техасе составили 237 миллионов долларов.
- Ветроэнергетика способствует созданию рабочих мест, особенно во время строительства. В 2018 году в отрасли было создано 114 000 рабочих мест в США.
- Энергия ветра обеспечивает стабильный дополнительный источник дохода: проекты ветроэнергетики ежегодно приносят более 1 миллиарда долларов правительствам штатов и местным органам власти, а также частным землевладельцам.
Как выглядит проект ветроэнергетики?
Ветроэнергетический проект или ферма относится к большому количеству ветряных турбин, которые построены близко друг к другу и функционируют подобно электростанции, посылая электроэнергию в сеть.
Фотография ветряных турбин в рамках проекта Frontier Windpower II в ОклахомеПроект Frontier Windpower I в округе Кей, штат Оклахома, работает с 2016 года и расширяется за счет проекта Frontier Windpower II. После завершения строительства Frontier I и II будут генерировать в общей сложности 550 мегаватт энергии ветра — этого достаточно для питания 193 000 домов.
Как работают ветряные турбины?
Схема компонентов стандартной ветровой турбины Электроэнергия вырабатывается вращающимися ветряными турбинами, использующими кинетическую энергию движущегося воздуха, которая преобразуется в электричество. Основная идея заключается в том, что ветряные турбины используют лопасти для сбора потенциальной и кинетической энергии ветра. Ветер вращает лопасти, которые раскручивают ротор, соединенный с генератором для выработки электроэнергии.
Большинство ветряных турбин состоят из четырех основных частей:
- Лопасти прикреплены к ступице, которая вращается вместе с лопастями. Лопасти и ступица вместе образуют ротор.
- В гондоле находятся редуктор, генератор и электрические компоненты.\
- Башня удерживает лопасти ротора и генерирующее оборудование высоко над землей.
- Фундамент удерживает турбину на земле.
Типы ветряных турбин:
Большие и малые турбины делятся на две основные категории в зависимости от ориентации ротора: турбины с горизонтальной осью и турбины с вертикальной осью.
Турбины с горизонтальной осью на сегодняшний день являются наиболее часто используемым типом ветряных турбин. Этот тип турбины приходит на ум при представлении энергии ветра, с лопастями, очень похожими на пропеллер самолета. Большинство этих турбин имеют три лопасти, и чем выше турбина и длиннее лопасть, тем больше электроэнергии вырабатывается.
Турбины с вертикальной осью больше похожи на взбивалку, чем на пропеллер самолета. Лопасти этих турбин прикреплены как вверху, так и внизу вертикального ротора. Поскольку турбины с вертикальной осью работают не так хорошо, как их горизонтальные аналоги, сегодня они встречаются гораздо реже.
Сколько электроэнергии производит турбина?
Это зависит. Размер турбины и скорость ветра, проходящего через лопасти ротора, определяют количество производимой электроэнергии.
За последнее десятилетие ветряные турбины стали выше, что позволило использовать более длинные лопасти и получить возможность использовать лучшие ветровые ресурсы, доступные на больших высотах.
Для сравнения: ветряная турбина мощностью около 1 мегаватта может производить достаточно чистой энергии примерно для 300 домов в год. Ветряные турбины, используемые на наземных ветряных электростанциях, обычно генерируют от 1 до почти 5 мегаватт. Скорость ветра обычно должна составлять примерно 9 миль в час или более, чтобы большинство ветряных турбин коммунального назначения начали производить электроэнергию.
Каждый тип ветряной турбины способен генерировать максимальную мощность в диапазоне скоростей ветра, часто между 30 и 55 милями в час. Однако, если ветер дует меньше, производство обычно уменьшается экспоненциально, а не останавливается полностью. Например, количество генерируемой энергии уменьшается в восемь раз, если скорость ветра падает вдвое.
Кто занимается обслуживанием ветряных турбин?
Высококвалифицированные ветротехники из Duke Energy Renewables поднимаются на сотни футов для обслуживания турбинЧто происходит, когда возникает неисправность в высокой ветряной турбине? Ветротехники, такие как Рене Лопес и его товарищи по команде Duke Energy Renewables, поднимаются на вершину, чтобы быстро и безопасно починить ее.
Рене говорит, что, неся около 45 фунтов оборудования и инструментов, опытным техникам может потребоваться 20 или более минут, чтобы добраться до гондолы, которая находится на высоте 300 футов в верхней части ветряной турбины.
Техник по ветру отвечает за поиск и устранение неисправностей и ремонт электроники и механизмов, обеспечивающих вращение лопастей. Каждый технический специалист проходит как минимум двухлетнюю техническую программу для получения сертификата, а затем проходит более 50 часов обучения, прежде чем его назначают на должность в полевых условиях. Безопасность также является постоянным и ежедневным вниманием к работе, потому что подъем на гондолу турбины может быть опасным. В Duke Energy Renewables практикуется, документируется и анализируется строгий режим безопасности, чтобы гарантировать, что безопасность остается главным приоритетом.
При надлежащем обучении технические специалисты также могут использовать дроны, чтобы упростить и сделать более безопасным осмотр высотного оборудования. Дроны могут приближать оборудование, что облегчает обнаружение небольших дефектов, таких как трещины на ветряной турбине, и снижает необходимость для техников взбираться на турбины и спускаться по лопастям. Это может быть особенно полезно, когда дороги мокрые или непроходимые.
Стоит ли рассматривать решения для ветроэнергетики?
Ветроэнергетика остается одним из наименьших углеродных следов из всех источников энергии. Он играет важную роль в будущем энергоснабжения нашей страны, поддерживая энергетический переход нашего мира и растущий спрос на устойчивые энергетические ресурсы.
Ветер также является одним из лучших способов для корпораций, университетов, городов, коммунальных служб и других организаций быстро перейти на безэмиссионную энергию в масштабе. Одно соглашение о покупке виртуальной энергии (VPPA) может обеспечить от десятков до сотен мегаватт чистой нулевой электроэнергии на срок от 10 до 25 лет. В большинстве соглашений также ставится отметка о дополнительности, что означает чистые новые источники экологически чистой энергии, замещающие потенциально старые источники энергии с более высоким уровнем выбросов.
Где лучше всего разместить проект ветроэнергетики?
Существует шесть основных соображений для проектов в области ветроэнергетики:
- Наличие ветра и желаемые местоположения
- Воздействие на окружающую среду
- Вклад сообщества и местные потребности в производстве возобновляемой энергии
- Благоприятная политика на уровне штата и на федеральном уровне
- Доступность земли
- Возможность подключения к электросети
Как и в случае с коммерческими солнечными фотоэлектрическими проектами, перед запуском ветроэнергетической установки необходимо получить разрешения. Этот важный шаг поможет определить, является ли проект финансово жизнеспособным и имеет ли он благоприятный профиль рисков. В конце концов, цель состоит в том, чтобы коммерческие ветровые проекты доставляли электроны в сеть на десятилетия вперед. Обеспечение финансовой устойчивости строителя И проекта обеспечит успех для поколения или более.
Что такое ветряная мельница и как она работает?
До недавнего времени у людей было только визуальное представление о том, что такое ветряная мельница, часто связывая ее с прошлым и особенно с периодом до промышленной революции. Сегодня все замкнулось, если хотите, и в настоящее время во всем мире растет спрос на большие, технологически продвинутые ветряные мельницы. Термин «энергия ветра» или «энергия ветра» описывает процесс, посредством которого ветряные турбины преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую энергию с помощью генератора.
Целью этого вводного руководства является описание аппарата с точки зрения непрофессионала, а также описание того, как оно работает, для чего оно изначально предназначалось и для каких целей оно используется сегодня. Начнем с краткого определения того, что такое ветряная мельница.
- Первоначально это была структура с парусами, очень похожая на доиндустриальные корабли, и первоначально использовалась для производства муки из кукурузы. Для этого ветер должен был заставить паруса повернуться. Они также были первоначально построены мастерами.
- Словарное определение объясняет это так; это машина, которая приводится в движение ветром от горизонтального вала, находящегося на парусах. Ветряные мельницы, используемые до сих пор, в основном в тех частях мира, которые традиционно полагались на них, приводятся в действие электричеством или водой.
- Словарь разъясняет это определение дальше, связывая его с техникой физических упражнений человека, которая воспроизводит символику и движение оригинальной ветряной мельницы. Он также широко символичен в классическом произведении Сервантеса «Дон Кихот». Это определение напоминает читателям, что первоначальная мельница также использовалась для перекачивания воды и выработки электроэнергии.
- Говоря современным языком, усовершенствованный ветряк работает всего с тремя лопастями, в основном для выработки устойчивых источников электроэнергии и энергии. Сегодня эти ветряные мельницы также называют ветряными турбинами.
- Согласно Википедии, «Ветряная мельница — это мельница, которая преобразует энергию ветра в энергию вращения с помощью лопастей, называемых парусами или лопастями».
Больше информации об энергии ветра:
- Как построить собственный ветрогенератор
- 35 Факты об энергии ветра
- Что такое ветряная турбина
- Плюсы и минусы энергии ветра
- Ветряные турбины с вертикальной осью
Ветряные мельницы с фиксированной скоростью работают с одной скоростью независимо от скорости ветра и используют редуктор (у редуктора есть шестерни, которые скорость вращения лопастей в более быстрое вращательное движение) для выработки электроэнергии с нужной частотой для сети, в то время как ветряные мельницы с регулируемой скоростью ускоряются и замедляются по мере увеличения и уменьшения скорости ветра
Содержание
- Как работает ветряная мельница?
- Основное назначение современной ветряной турбины
- Знаменитая голландская ветряная мельница
- Основные компоненты ветряной мельницы
- Положительные эффекты ветряной турбины Земли и неровностей земной поверхности. Схемы ветрового потока различаются от места к месту и зависят от водоемов, растительности и различий в рельефе. В следующем разделе кратко, но точно объясняется, как работают ветряные мельницы. Получив более обширную информацию, читатели узнают, что понять технические процессы, инициированные в ветряных турбинах, будет легко, потому что принцип работы ветряных мельниц следует простому процессу. Здесь мы продолжаем полагаться на термины непрофессионала.
- При создании современных ветряных турбин было опробовано множество различных вариантов. Сегодня универсальный принцип механизации заключается в том, чтобы приводить в действие турбину с помощью всего трех лопастей, расположенных вокруг ротора, соединенного с валом. Обратите внимание, что было опробовано множество вариантов, два лезвия и даже одно лезвие. Но лучше всего работают три лезвия.
- Как следует из названия, единственным источником энергии ветряной мельницы является ветер. Ветер вращает лопасти, которые вращают вал, в свою очередь побуждая генератор производить электричество. Эти лопасти соединены с генератором, иногда через редуктор, а иногда напрямую. В обоих случаях генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Интересно, что большинство современных турбин вращаются по часовой стрелке. В зависимости от скорости ветра большинство современных турбин могут работать со скоростью от четырех метров в секунду до 15 миль в секунду.
- Многие сторонники зеленой энергии и неправительственные организации описывают процесс ветряных генераторов более кратко, тесно связывая его с инициативами по обеспечению экологической устойчивости.
- Как только лопасти турбины поворачивают вал, расположенный внутри коробки, расположенной наверху турбины, режим коробки передач приводится в движение и выдается более высокая скорость вращения. Трансформатор внутри турбины затем преобразует электроэнергию в напряжение, подходящее для передачи в национальную сеть.
Основное назначение современной ветряной турбины
К настоящему моменту большинство читателей уже знают, что основная цель современных ветряных мельниц (турбин) — производить электроэнергию из ветра с минимальным воздействием на окружающую среду.
Следующие несколько заметок просто подчеркивают эту устойчивую инициативу. Однако минимальное воздействие на окружающую среду вызывает споры. Об этом тоже кратко упомянем.- Независимо от того, находятся ли они в сельской или городской местности, люди, находящиеся на самом низком уровне социально-экономической шкалы, каждый день сталкиваются с этими господствующими структурами. Кроме того, любители природы продолжают высказывать законные опасения по поводу того, как эти турбины влияют на миграцию видов птиц.
- Уже упоминалось, что основная функция ветряной турбины заключается в использовании энергии, вырабатываемой ветром, и преобразовании ее в полезную (возобновляемую) энергию. В меньшем масштабе домашние пользователи могут установить свою собственную турбину и производить собственную энергию за небольшую плату или бесплатно.
- Как возобновляемая энергия, она может непрерывно воспроизводиться до тех пор, пока не будет достаточно энергии для питания назначенных мест. Он также рекламируется как чистый источник энергии, и, хотя он еще не получил широкого распространения, он идеально подходит для наименее развитых стран мира в качестве доступного источника производства электроэнергии.
- Самое главное, турбина в значительной степени способствует сокращению потребления ископаемого топлива. Само собой разумеется, что чем больше стран их использует, тем больше сокращается использование ископаемого топлива, поскольку доказано, что оно является надежным источником энергии.
Знаменитая голландская ветряная мельница
Ранее мы упоминали, что ветряная мельница является частью традиционного национального метода производства электроэнергии. Большинство людей сегодня по-прежнему будут ассоциировать ветряную мельницу с голландским символом и признают ее частью богатой истории и культурного наследия этой провинции.
Что характерно, когда мы говорим о голландцах, мы помещаем их в Голландию, федеральную провинцию члена Европейского Союза, Нидерланды.
Вот лишь несколько кратких интересных фактов о голландской ветряной мельнице.- Являясь достопримечательностью Голландии, по всей провинции расположено более тысячи ветряных мельниц.
- Первая ветряная мельница была построена примерно в середине восемнадцатого века в связи с необходимостью осушения польдера Киндердейк и окружающих его польдеров. Расположенные на суше ниже уровня моря, Нидерланды являются одной из наиболее уязвимых стран в отношении повышения уровня моря.
- На протяжении всей истории Нидерландов ветряные мельницы использовались для самых разных целей, но наиболее известным остается сложный процесс перекачки воды из низменностей в близлежащие реки.
Основные компоненты ветряной мельницы
Чтобы лучше понять, как работает современная ветряная турбина, мы также можем взглянуть на некоторые из ее основных компонентов и для чего они используются. Вот лишь некоторые особенности ветряной турбины.
- Лезвия – Мы должны упомянуть этот аппарат еще раз, потому что это самая узнаваемая и самая важная особенность ветряной турбины. Еще одна функция лопасти, о которой стоит упомянуть, заключается в том, что она контролирует скорость вращения ротора, чтобы предотвратить его вращение при слишком сильном или слабом ветре.
- Ротор . Если продолжить с первого пункта, это технический термин для всей втулки. Он также известен как пропеллер.
- Анемометр — эта важная функция измеряет скорость ветра и передает записанные данные на контроллер.
- Башня — еще одна узнаваемая особенность ветряка. Башни сегодняшних турбин сделаны из стали и бетона.
Положительное влияние ветряной турбины
Наконец, необходимо подчеркнуть важность ветряных турбин с точки зрения экологической устойчивости и как быстрого, но очень эффективного ответа на глобальное потепление и изменение климата.
Экспоненциальные преимущества не только важны, но и очевидны там, где ветряные турбины используются все шире, в основном в развитых и развивающихся странах.
Чтобы закончить это руководство по ветряным мельницам и их естественным преемникам, ветряным турбинам, мы выделим некоторые положительные эффекты, которые они оказывают на человечество и окружающую среду.- Нет больше парниковых газов – Турбины не выбрасывают углекислый газ.
- Электроэнергия бесплатна. В настоящее время ни одно государственное учреждение не может регулировать ветер. Таким образом, они не могут взимать плату с тех, кто решит использовать его в качестве альтернативного источника жизненно важной и спасительной энергии.
- Универсальность. В некоторых регионах существует мнение, что единственными современными ветряными турбинами, которые вы, вероятно, увидите, являются гигантские чудовища, парящие над вашим домом. Это не так, потому что сегодня для вас производятся меньшие ветряные турбины, достаточно маленькие и прекрасно оборудованные. Все, что вам нужно сделать, это поговорить с фермерами, которые уже используют индивидуальные турбины для своих собственных сельскохозяйственных нужд.
С положительной точки зрения, это, возможно, был вихревой тур по процессам, целям, особенностям и справедливым причинам наряду с некоторыми историческими анекдотами о древних ветряных мельницах и современном эквиваленте ветряной турбины. Основная цель здесь также заключалась в том, чтобы стимулировать повышение осведомленности и интереса к этой важной части наследия человечества для будущего.
Изображение предоставлено photophilde, Susana Fernandez
Водяные ветряные мельницы — Backwoods Home Magazine
Дороти Эйнсворт Выпуск № 90 • ноябрь/декабрь 2004 г. Возвышаясь подобно гигантскому подсолнуху в море волнистых трав прерий или в любой сельской местности, ветряная мельница — это нечто прекрасное. На ветряные мельницы, качающие воду, не только приятно смотреть, но и они невероятно полезны.
Приводимые в действие только ветром, они работают как тихо мурлыкающие существа, не загрязняющие окружающую среду, чтобы наши резервуары для хранения были переполнены пресной водой. Они работают без усилий, эффективно, надежно.История ветряной мельницы
Ветряные мельницы существуют со времен Средневековья. Первые зарегистрированные свидетельства того, что ветряные мельницы использовались для перекачивания воды и измельчения зерна, относятся к 7 году нашей эры в Персии. Затем этой идеей завладел Китай, и она распространилась на Азию, Африку и Средиземноморье. Европейская мельница, по-видимому, развивалась независимо от других, потому что ее конструкция сильно отличается. Предшественник нашей современной ветряной мельницы восходит к Франции в 1105 году и Англии в 1180 году. В 14 веке голландцы подняли ветряные мельницы на совершенно новый уровень с их «башенными» мельницами, использующими брезентовые паруса, натянутые на четыре деревянные решетчатые рамы, похожие на большую букву X.
Их целью было перемещение огромного количества воды в более высокие бассейны и каналы. К концу 16 века в Западной Европе качали и перемалывали тысячи ветряных мельниц. К концу 1920-го века их было 30 000, и, как ни странно, ветра все еще было достаточно, чтобы ходить.Деталь сборки штока насоса ветряка
Американский ветряк
Американский многолопастный ветряк мало похож на свой европейский аналог. В отличие от голландских «ковшовых» мельниц, которые могли перемещать 16 000 галлонов в час, но поднимать их только на 16 футов, новая конструкция Yankee могла поднимать воду с глубины в сотни футов. Он был изобретен в Коннектикуте в 1854 году молодым механиком по имени Дэниел Халладей. Его колесо, сделанное из деревянных «парусов», можно было транспортировать по частям и собирать на месте.
Он изобретательно спроектировал колесо, которое автоматически поворачивало лицо к ветру за счет давления ветра на вертикальное хвостовое оперение позади него. Если оно начинало вращаться слишком быстро, в дело вступал утяжеленный механизм, который частично поворачивал колесо по ветру, чтобы замедлить его.
Халладей продал тысячи своих станков, и вскоре уже 300 конкурирующих производителей производили похожие красавицы с деревянными лезвиями. Затем, в 1886 году, Томас Перри разработал более аэродинамическую ветряную мельницу со стальными лопастями, с изогнутыми лопастями (чтобы поймать больше ветра), и эта конструкция используется до сих пор.
Цилиндр насоса ветряка. При каждом ходе вверх (рисунок справа) в цилиндр втягивается определенное количество воды, а при ходе вниз (слева) обратный клапан в нижней части не дает ей вытолкнуться наружу, поэтому воде некуда деваться. но вверх со следующим ходом вверх.
В конце 1880-х и начале 1900-х годов ветряные мельницы были разбросаны по всему американскому ландшафту. Они были незаменимы для опоздавших поселенцев, которые были вынуждены двинуться дальше на запад, на выжженные солнцем отдаленные равнины, после того как были заняты все более желанные места у рек и ручьев. На Великих равнинах и на обширной территории, известной как Великая Американская пустыня, вода была дороже золота.
Ветряные мельницы также были незаменимы при строительстве железных дорог для обеспечения питьевой водой бригад и подачи воды для паровозов. Рабочие установили ветряную мельницу и примыкающий к ней резервуар для хранения через каждые три мили вдоль путей. Некоторые из железнодорожных мельниц были 30 футов и более в диаметре.
Вся эта глава истории написана ветром, ветром, который приводил в движение эти ветряные мельницы. Без воды не было бы жизни, а значит, и прогресса.
Когда-то ветряные мельницы были символом статуса. В 1910 году у фермера или владельца ранчо, который мог позволить себе лучшую «Модель насоса Kenwood с обратным редуктором из оцинкованной стали» от Sears & Roebuck с красными наконечниками на лопастях и хвостовой части (25 долларов), было о чем кукарекать. Более бедные поселенцы должны были делать свои собственные мельницы и башни из дерева.
Ветряная мельница чаще всего используется для орошения пастбищ и садов, поения скота, снабжения и аэрации прудов.
Для чего-то большего требуется накопительный бак на «сваях» или водонапорная башня, чтобы обеспечить достаточное давление, чтобы быть «на кране» для домашнего использования.Ветряная мельница, колючая проволока и шестизарядный пистолет были «большой тройкой» технических достижений того времени.
Великий бум ветряных мельниц длился более 50 лет. Между 1880 и 1935 годами около 20 производителей продали более 6 миллионов ветряных мельниц. Но, к сожалению, большие прялки резко остановились в начале 30-х годов с появлением федеральных субсидий на отдаленные фермы и приусадебные участки. REA (Управление электрификации сельских районов) позволило людям использовать электрические насосы, подающие от 20 до 30 галлонов воды в минуту, и это заглушило эру ветряных мельниц. К 1970, только три компании в США производили водяные ветряные мельницы: Aermotor, Dempster и Baker Monitor, и они существуют до сих пор.
Грузовик со стрелой поднял ветряную мельницу. Я отсоединяю цепь и зацепляю 25 футов вверх.Как работает ветряная мельница
Колесо ветряной мельницы (вентилятор) имеет от 15 до 40 лопастей из оцинкованной стали, которые вращаются на валу. Вал приводит в движение зубчатую передачу, которая преобразует вращательное движение в движение вверх-вниз, как поршень в двигателе автомобиля. Это движение приводит в движение длинную насосную штангу (также известную как насосная штанга), которая движется вверх и вниз внутри трубы в скважине. К концу трубы прикреплен цилиндр с герметичным плунжером, который движется вверх и вниз и нагнетает воду вверх по трубе. Уплотнения (чашеобразные уплотнения, которые перемещаются вверх и вниз в цилиндре насоса) называются «кожаными». (Сегодня в большинстве цилиндров используется неопрен вместо кожи.) Каждый ход вверх втягивает определенное количество воды в цилиндр, но при ходе вниз обратный клапан (он же донный клапан) в нижней части не позволяет этому выталкивается наружу, поэтому воде некуда идти, кроме как вверх (при следующем ходе вверх).
Это простая эффективная конструкция, которая остается практически неизменной уже более 100 лет.Средняя ветряная мельница (колесо диаметром от 6 до 8 футов), вращающаяся при сильном ветре (от 15 до 20 миль в час), выкачивает около трех галлонов в минуту всякий раз, когда дует ветер (около 35 процентов времени во многих районах). В сумме получается около 1500 литров в день. Другой пример производительности можно рассчитать, используя откачку колеса от 10 до 12 футов против теоретического 100-футового напора (столб воды, поднимаемый от статического уровня воды до резервуара). Эта более крупная ветряная мельница будет перекачивать в среднем 4500 галлонов воды в день, или 1,63 миллиона галлонов воды в год. Эта цифра основана на умеренном ветре (8–12 миль в час), дующем часть времени, когда мельница работает на половине номинальной мощности, и при сильном ветре (15–25 миль в час), дующем примерно 30 процентов в год, и при работе насоса на максимальной мощности. .
Скорость ветра сильно влияет на производительность насоса.
Ниже определенных скоростей мельница не может «запуститься». На скорости выше 25-35 миль в час (в зависимости от модели) средства контроля превышения скорости ветряка ограничивают выходную мощность, поворачивая (закручивая) прямую поверхность колеса в сторону от основного направления ветра. Эта конструктивная особенность защищает механизм ветряной мельницы, но также ограничивает скорость накачки независимо от скорости ветра.
Сверху вниз: насосный шток в сборе, цилиндр и поршень с кожейДля каждого размера и модели ветряка существует оптимальная скорость ветра. Количество лопастей (парусов) в колесе увеличивает его чувствительность к низким скоростям ветра (для начала), но другие факторы, такие как диаметр вентилятора, глубина статического уровня воды в колодце и размер цилиндра, играют роль.
выходная мощность. («Статический» уровень воды измеряется от верха обсадной трубы колодца до поверхности воды в колодце, а не на глубине, установленной насосом.)Применение ветряной мельницы
Ветряная мельница чаще всего используется для орошения пастбищ и садов, поения скота и снабжения, а также для аэрации прудов. Для чего-то большего требуется накопительный бак на «сваях» или водонапорная башня, чтобы обеспечить достаточное давление, чтобы быть «на кране» для домашнего использования. Я разместил свою систему водоснабжения на вершине холма, поэтому вода подается самотеком для всех моих потребностей в собственности. (Подробнее о моей системе позже). Мне нравится идея, что если отключится электричество, у меня все еще будет свежая вода — много пресной воды. Для меня это самодостаточность и хорошее чувство безопасности. Очевидно, многие люди из глуши чувствуют себя так, потому что ветряные мельницы возвращаются. Aermotor утверждает, что продажи ветряных мельниц, как для производства электроэнергии, так и для перекачки воды, растут во всем мире, и сегодня больше ветряков перекачивает воду, чем на рубеже веков.
Вам подойдет ветряная мельница?
Если вы планируете установить на своем участке ветряную мельницу, в первую очередь нужно определить, можно ли разместить ее на вашем участке и в вашем бюджете, а затем найти наилучшее место для нее. Основное эмпирическое правило заключается в том, чтобы разместить ветряную мельницу как минимум на 25 футов выше любых препятствий в радиусе 150 футов.
Крупный план кожаных уплотнителей на плунжереЗатем установите анемометр или анемометр для измерения скорости и силы ветра за определенный период времени (подойдет год). Вы можете купить или арендовать ветровой одометр, который будет измерять количество миль ветра, проходящего мимо вашего участка. Разделите эту цифру на общее количество часов работы, и вы получите среднюю скорость ветра для участка.
Вы также можете позвонить в местный аэропорт и на метеостанцию, чтобы получить исчерпывающие данные о ветре в вашем районе.Бурение скважины
Сначала вам нужно получить разрешение в местных офисах округа.
Затем позвоните хорошему уважаемому бурильщику скважин (из Желтых страниц под скважинами и насосамиили из уст в уста) и узнайте, что он может сделать для вас. Если он предсказывает, что вода находится где-то еще на вашей территории, а не в том месте, которое вы выбрали, вам придется пойти на компромисс.
Текущая ставка на бурение скважины составляет около 15 долларов за фут здесь, в южном Орегоне (на удивление, столько же, сколько в 1981 году, когда я пробурил две скважины). Эта цифра включает в себя стальную обсадную трубу длиной от 10 до 50 футов (в зависимости от почвы) и, возможно, обсадную трубу на всю глубину (труба из ПВХ диаметром от 4 до 6 дюймов). Некоторое расслоение почвы требует обсадной колонны, чтобы предотвратить обрушение трещиноватых слоев на скважине.
Скорее всего, вы наткнетесь на хороший уровень грунтовых вод на глубине от 100 до 400 футов, при средней глубине 250 футов. Подумайте, скважина обойдется вам где-то между 1500 и 6000 долларов. (Конечно, нет никаких гарантий; это всего лишь средние приблизительные цифры, которые я получил от бурильщиков скважин в этой засушливой и пятнистой долине. глубоко вы бурите или сколько у вас денег, вы можете вообще никогда не попасть в воду.)
Ветряк слева — это Baker Monitor «беслопастной» (без хвоста) с «футбольным» противовесом. Складное колесо открывается и закрывает отверстие посередине для регулировки скорости.Хорошей новостью является то, что вам не придется бурить в Китай в поисках огромных объемов воды, потому что ветряная мельница все равно качает всего несколько галлонов в минуту.
Вы можете заранее сказать своему бурильщику прекратить бурение, когда он достигнет глубины, удовлетворяющей вашим ограниченным требованиям.Даже колодца с производительностью пять галлонов в минуту (галлонов в минуту) будет достаточно для небольшой ветряной мельницы. Будет очень небольшая «просадка», если она вообще будет, потому что скорость обновления будет больше, чем скорость накачки. Просадка – это измерение статического уровня воды, который снижается, снижается, снижается по мере использования воды из колодца. Колодец с ветряной мельницей постоянно пополняется (статический уровень воды поднимается, поднимается, поднимается), когда нет ветра.
Существует два совершенно разных метода бурения скважины. Существует вращательный метод, при котором большой шнек на самосвале бурит глубокую чистую скважину (мало чем отличается от сверла в ручной дрели) и «ударяет» по воде, когда она попадает в водоносный слой (уровень грунтовых вод). Другой метод называется «канатным бурением» и, по сути, «пробивает» отверстие в породе и других слоях, разрушая все на своем пути, заставляя каждый слой, через который он проходит, высвобождать воду (если она есть).
Сторонники этого метода утверждают, что они получают больше воды на всем пути вниз, чем доставляет традиционный вращательный метод. Геологические дебаты по этому «сухому» предмету могут разгореться.Поиск, установка и техническое обслуживание ветряной мельницы
После того, как ваша скважина пробурена, обсажена и закрыта герметиком (а вода протестирована, чтобы убедиться, что она безопасна), пришло время определить размер ветряной мельницы, который будет соответствовать вашей скважине и твои нужды. Если вам нужна новая ветряная мельница, свяжитесь с тремя основными производителями (упомянутыми ранее) и запросите брошюры, прайс-листы и стоимость установки.
У Джона есть ручной насос на одной из его скважин.Если ваш бюджет решает, что вы должны купить подержанный, есть источники в Интернете и объявления в сельскохозяйственных журналах и т.
д., которые помогут вам найти его. Тысячи хороших подержанных доступны по всей территории США. Проведите исследование, и оно окупится. Имейте в виду, однако, что большинство бывших в употреблении ветряков потребуют некоторой работы по восстановлению, но запчасти доступны для большинства моделей, и нет проблем с получением запчастей для Aermotor, Dempster и Baker Monitor.Здесь, в южном Орегоне, есть парень, которого я называю «Человек с ветряными мельницами». Он увлечен ветряными мельницами и знает почти все о каждой когда-либо созданной модели. Он не только продает, устанавливает и ремонтирует бывшие в употреблении ветряные мельницы, но и имеет огромную коллекцию во дворе. (Смотрите фотографии)
Он настоящий мастер, заслуживающий доверия, знающий и опытный. Если у ветряной мельницы есть сломанная деталь, которую невозможно найти, он ее изготавливает. Если система ветряной мельницы нуждается в настройке или импровизации, он делает это. В течение многих лет он выполнял работы по техническому обслуживанию моего 1942 «Дэвид Брэдли», старая модель Sears, которую я купил в 1982 году за 450 долларов, и она до сих пор пользуется спросом.
Техническое обслуживание ветряной мельницы
Техническое обслуживание ветряной мельницы минимальное: масло 10-го веса или ATF (жидкость для автоматических трансмиссий) в шестернях необходимо менять каждый год, немного смазки в подшипниках в «поворотном круге» (между коробкой передач и верх башни) применялись одновременно, а кожу заменяли каждые два-шесть лет, в зависимости от того, сколько песка в вашей воде.
Вещь, называемая «сальниковая коробка» (обычно цельная латунь), должна быть переуплотнена и время от времени подтягиваться. Этот любопытно звучащий компонент имеет простой дизайн и простую для понимания концепцию, если вы видите, что она работает, но ее трудно объяснить на бумаге. Это то, что закрывает верхнюю часть трубы колодца (цилиндр находится внизу трубы).
Я только что закончил наносить слой «Thoroseal» на внутреннюю поверхность накопительного бака.Шток насоса поднимается и опускается через отверстие в сальниковой коробке (которая «набита» графитовым канатом). Эта набивка (также известная как набивка) позволяет воде вытекать из отверстия только в количестве, достаточном для смазки движения удилища вверх и вниз.
Когда набивка изнашивается, из нее вытекает слишком много воды. Затем пришло время открутить гайку на блоке, положить еще немного уплотнения и хорошо и туго затянуть гайку. Без сальника металл будет тереться о металл, быстро изнашивая стержень. То же самое было бы и без уплотнений на плунжере цилиндра.
Сальник необходим на ветряной мельнице только в том случае, если вам нужно перекачивать воду вверх в резервуар, но не нужен, если вода будет спускаться вниз в резервуар для хранения или горизонтально в поилку или пруд.
Дешевый бак для орошения и флаг резервуара для воды
Моя собственность представляет собой холмистый участок с колодцем внизу и резервуаром для хранения воды наверху.
Между ними четверть мили трубы и 165 футов подъема. Бурильщик уверенно предсказал, что моя «большая вода» находится у подножия холма, поэтому после того, как скважина была заложена, мне пришлось выкопать длинную траншею, чтобы закопать водопровод до резервуара на вершине холма. Этот изнурительный труд оказался скрытым благословением, потому что теперь гравитация работает в мою пользу.Я построил резервуар для хранения воды на 10 000 галлонов из бетона (12 футов x 12 футов x 12 футов), положил на него крышу и экранировал пространство между резервуаром и стропилами для вентиляции. Затем, чтобы я мог мгновенно проверить уровень воды из любой точки участка, я повесил яркий флаг на шест, который поднимается и опускается через дыру в крыше. Деревянный стержень и его направляющая из ПВХ (втулка) помещаются в пятигаллонное ведро с воздухом с герметичной крышкой. Ведро плавает на уровне воды. (См. фото.) Веху можно откалибровать, но для этого потребуется достать бинокль, поэтому для меня достаточно просто «высокий» и «низкий».
Плавающее ведро, наполненное воздухом, и флагшток, закрепленный направляющей, чтобы ветер не мог его сдвинуть под углом над крышей. Breezeways экранированы.Когда флаг почти волочится по крыше, я знаю, что пришло время нажать на 35-галлоновый насос мощностью 2 л.с. внизу и установить таймер примерно на четыре часа. Когда флаг танцует на ветру в трех футах над крышей, это означает, что бак для воды полон — и я счастлив.
Я построил накопительный резервуар, чтобы исключить необходимость в резервуаре с закрытым воздухом в насосной станции (небольшой стальной резервуар для воды с «воздушной камерой» внутри). Он работает на системе манометра, которая постоянно включает и выключает погружной насос, когда камера сжимается или расширяется (когда резервуар наполняется и опорожняется).
Это действие в конечном итоге изнашивает пусковой конденсатор насоса. При орошении 10 акров воды насос должен был включаться и выключаться каждые несколько минут в течение всего лета.Мой запас воды распределяется самотеком для ирригации и бытовых нужд по требованию через лабиринт трубопроводов и двухпозиционных клапанов (несифонного типа), что поражает даже мое воображение, и это сделал я. По мере того, как я развивал эту собственность на протяжении многих лет, я пересекал землю, прокладывая тысячи футов дополнительных водопроводных линий по мере необходимости. Я использовал недорогую 3/4-дюймовую универсальную политрубку (около 7 центов/фут) для орошения ландшафта и проделывал пару отверстий ледорубом везде, где сажал кусты или деревья. Это ответ бедняка на капельное орошение.
Эта система самотёка и оповещения о флагштоке прекрасно работают уже 20 лет. Я так рад, что купил холм, чтобы жить на нем. Гравитация бесплатна и дает мне 70 фунтов. давления воды внизу и 40 фунтов.
в доме (на полпути к холму), которых предостаточно. (Каждые 100 футов напора равны 43 фунтам давления). Так как я использую систему капельного орошения, даже низкое давление возле бака работает нормально.Для дальней автономности и на случай отключения электричества я поставил второй колодец (малой емкости), примыкающий к накопительному резервуару, и поставил на него небольшой ветряк (колесо диаметром шесть футов). Всякий раз, когда дует ветер, что бывает часто, он закачивает два галлона в минуту в резервуар и дополняет запас воды. Переливная труба, выходящая из верхней части резервуара, питает небольшой пруд, который природа щедро населила лягушками и комарами. Окружной вектор поставляет бесплатных «рыб-комаров», выносливых маленьких тварей, которые пылесосят личинок комаров быстрее, чем они успевают вылупиться, так что все уравновешивается.
Готовый танк и мой ветряк. Несмотря на то, что танк и флаг находятся далеко, нет проблем увидеть флаг даже в снежную бурю зимой.Я посадил вокруг пруда гибридные тополя, и они очень быстро выросли, так что теперь у меня есть тенистый оазис, где можно спрятаться от летнего солнца, пока собаки прыгают в пруду и остывают. Жизнь на горе хороша. Мурлыкает ветряная мельница и квакают лягушки.
Много лет назад я чуть не позволил болтливому продавцу уговорить меня купить сложную и дорогую систему измерения уровня воды, состоящую из латунных и медных шаровых кранов и рычагов, плавающих в баке (как механизм для смыва унитаза), которая поворачивала бы мой насос. автоматически включается и выключается, когда уровень воды поднимается выше или ниже определенного уровня. «Пока вы сидите в кресле и едите шоколад», — сказал он. Это звучало как хорошая идея (шоколадная часть), но для этого потребовались бы четверть мили проложенного под землей электрического кабеля и сложная система подключения.
Моя вода богата кальцием и другими минералами, так что все части уже заржавели до неузнаваемости и заклинило. Будучи «экономически неуравновешенным», я придумал дешевое решение и отправил «г. Звонки и свистки» на его пути. (Вместо того, чтобы есть конфеты, я бегу вниз, чтобы включить насос и оставаться стройным.)
Мой совет новым землевладельцам: хорошенько подумать, прежде чем покупать гаджеты, которые в конечном итоге нуждаются в ремонте или замене. Мыслите дальновидно, думайте о простоте, думайте о самодостаточности. Вот в чем заключается философия «Дом в глуши».
Три иллюстрации, сопровождающие эту статью, взяты из книги Гэри Хиршберга «Новая алхимия о ветряных мельницах». Авторское право принадлежит автору и перепечатано с разрешения St. Martin’s Press, LLC.
Узнайте больше о Дороти и/или свяжитесь с ней на ее веб-сайте www.dorothyainsworth.com
Как работает ветряная турбина
Как работает ветряная турбина?
Ветряные турбины работают по очень простому принципу: ветер вращает лопасти, что приводит к вращению оси, которая прикреплена к генератору, который производит электричество постоянного тока, которое затем преобразуется в переменный ток через инвертор, который затем может быть передан для питания вашего дома.
Чем сильнее ветер, тем больше электроэнергии вырабатывается при движении.Вот почему мы склонны видеть ветряные электростанции промышленного масштаба с высокими башнями и большими лопастями, расположенными в самых ветреных частях сельской местности, в том числе на море. Эффективность турбины зависит от того, насколько хорошо она улавливает силу ветра и превращает ее во вращательный момент, который затем может вытолкнуть электроны из генератора в сеть. Башни обычно изготавливаются из стали, но лопасти могут быть изготовлены из стекловолокна или армированного полиэстера, которые должны быть прочными, но достаточно легкими, чтобы вращаться на ветру.
Одна ветряная турбина мощностью 1,8 МВт, работающая на нормальной мощности, будет производить в год достаточно электроэнергии, чтобы прокормить 1000 средних домов. Ветряная электростанция Whitelee в Шотландии имеет 140 турбин, которые обеспечивают электроэнергией около 180 000 домов.
СРАВНИТЕ ЦЕНЫ МЕСТНЫХ УСТАНОВЩИКОВ
Быстро и бесплатно сравните цены местных компаний
Введите свой почтовый индекс, чтобы сравнить предложения ведущих специалистов.
Мы обещаем хранить вашу информацию в безопасности. Политика конфиденциальностиКак ветряная турбина вырабатывает электричество
Основным компонентом ветряной турбины является генератор, который преобразует механическую энергию в электричество. С начала 19 века нам известно, что если повернуть проводник в магнитном поле, то он создаст электричество в соответствии с законом Фарадея. Таким образом, ветер обеспечивает движение и крутящий момент, а генератор делает все остальное.
Для турбин промышленного масштаба, подобных тем, которые вы видите на ветряных электростанциях, обычно имеется анемометр, прикрепленный к панели управления. Турбина активируется при скорости ветра более 8 миль в час, но машина отключается при скорости свыше 55 миль в час, чтобы предотвратить повреждение.
Коробка передач используется для изменения медленного движения, которое мы видим при вращении лопастей, на более быстрое движение оси, которая фактически приводит в движение генератор.
Это одна из самых затратных частей ветряка, меняющая скорость от 30 до 60 оборотов в минуту на тысячу об/мин. Это одна из областей, которую исследователи и разработчики стремятся сделать более эффективной, чтобы больший ток электричества можно было производить на более медленных скоростях.Чтобы справиться с меняющимся направлением ветра, часто используется привод рыскания для перемещения группы лопастей против встречного ветра. Генератор вырабатывает переменный ток, который подается в сеть и используется для питания близлежащих домов.
Схема компонентов промышленных ветряных турбин
Бытовые ветряные турбины
Как и в случае с солнечными батареями, для бытовых ветряных турбин требуются подходящие компоненты для снабжения вашего дома электричеством. Генератор будет производить постоянный ток, который должен быть преобразован в переменный с помощью инвертора, и есть батареи, которые можно использовать для хранения энергии для последующего использования.
Узнайте больше об электронике бытовых ветряных турбин.Сколько электроэнергии производят ветряные турбины?
Для питания домашнего дома вам понадобится ветряная турбина значительных размеров. Даже ветряные электростанции среднего размера, они большие и очень заметные, возможно, с 40 или 50 огромными турбинами, усердно работающими для производства электроэнергии. Новейшая и самая большая ветряная электростанция в мире только что получила одобрение правительства Великобритании. Морская ветряная электростанция East Anglia One, расположенная в 45 милях от побережья Кента, будет иметь 240 турбин, производящих около 1200 МВт электроэнергии.
Гвинт-и-Мор у побережья Северного Уэльса в настоящее время является крупнейшей морской ветровой электростанцией в Великобритании. Все еще на стадии строительства, половина его 160 турбин уже работает, и ожидается, что завершенная ферма будет обеспечивать электроэнергией около 400 000 домов.
Если вы хотите установить ветряную турбину для домашнего использования, вам действительно нужно иметь удаленное место, где другие здания и инфраструктура не будут мешать.
Существует два различных типа бытовых ветряных турбин (ССЫЛКА): монтируемые на крыше и отдельно стоящие. Идея разместить ветряную турбину на крыше кажется хорошей идеей, но проблема в том, что они не производят достаточно энергии, чтобы сделать вас по-настоящему независимым от сети и производить всю свою собственную энергию.Вы получаете больше мощности от отдельно стоящих ветряных турбин, которые работают аналогично тем, которые вы видите на ветряных электростанциях. Недостатком отдельно стоящих турбин является то, что они стоят дороже — турбина, установленная на здании, обойдется вам примерно в 2000 фунтов стерлингов, в то время как отдельно стоящая может стоить от 20 000 фунтов стерлингов.
Правда в том, что энергия ветра в настоящее время более жизнеспособна для тех, кто живет в отдаленных местах (то есть за пределами городских и пригородных районов), где есть хороший, сильный и устойчивый источник ветра. Размер массива, необходимый для производства достаточного количества электроэнергии для домашнего использования, часто слишком непозволителен для кого-либо еще.