Ветряная ферма. Принцип работы двигателей ветряной электростанции

Ветряная электростанция (ВЭС) — альтернативный экологичный источник энергии. ВЭС представляет собой несколько распределённых или сосредоточенных ветроэлектрических установок (ветрогенераторов или ВЭУ), соединённых в общую сеть (каскады). Крупнейшие ВЭС могут состоять из сотни и более ветрогенераторов, работающих как на собственные, так и на один общий энергоблок. Для ВЭС наиболее эффективны регионы со средней скоростью ветра более 4,5 м/с.

Россия располагает крупными ветроэнергитическими ресурсами, в сумме ветропотенциал страны оценивается приблизительно в 14000 ТВт час/год. Крупнейшая ветровая станция России — Зеленоградская ВЭУ (5,1 МВт), также отметим Анадырскую ВЭС, Заполярную и ВЭС Тюпкильды. Общая мощность работающих ВЭС России более 16,5 МВт. Кроме электрической, ветровая энергия используется в получении тепловой и механической энергий.

"Зеленоградская ВЭУ расположенна в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области.

ВЭУ преобразует кинетическую энергию воздушных потоков в механическую, которая используется для вращения ротора генератора электротока. Промышленные ВЭУ используются в построении ветряных электростанций. Их мощность может достигать 7,5 МВт, она зависит от конструкции ветряка, силы воздушного потока, плотности воздуха и площади обдуваемой поверхности. Промышленная ВЭУ обычно состоит из фундамента, силового шкафа управления, башни, лестницы, поворотного механизма, гондолы, электрогенератора, механизма слежения за параметрами ветра, тормозной системы, трансмиссии, лопастей, обтекателя, коммуникаций и системы защиты от молний. Ветротурбины бывают с вертикальной осью вращения (карусельные лопастные и т.д.) и горизонтально-осевые — кругового вращения, наиболее распространённые из-за простоты и высокого КПД.

Устройство ветрогенератора включает в себя ветротурбину (раскручиваемую лопастями или ротором) и электрогенератор. Полученное с генератора электричество обычно поступает на устройство управления аккумуляторами, после чего накапливается в аккумуляторах, и с помощью инвертора, подключённого в электросеть, преобразуется в переменный ток необходимой силы, частоты и напряжения (например: 50 Гц/220 В). ВЭУ на выходе электрорегулятора имеет 24, 48 или 96 вольт постоянного тока. Батареи аккумулятора накапливают энергию для использования в безветрие. Принципиальную электросхему взаимодействия ВЭУ с устройствами можно как угодно модифицировать и улучшать.

Типы ветровых электростанций.

Наземная — самый распространённый вид. Ветрогенераторы здесь размещены на возвышенностях (горы, холмы). Самой крупной ВЭС считается калифорнийская «Альта» в США с мощностью 1,5 ГВт. Ветрогенераторы на высоте более 500 м над уровнем моря - это горная разновидность наземных станций.

Шельфовая строится в море, в 10-60 км от берега. Даёт преимущество в отсутствии выделенных сухопутных территорий и высокую эффективность в силу постоянства морских ветров. В сравнении с наземной обладает большей дороговизной.

Крупнейшая станция «London Array» в Великобритании производит 630 МВт электроэнергии.

Прибрежная строится в прибрежных зонах морей и океанов, что обусловлено суточными морскими бризами.

Плавающая — сравнительно новый вид. Устанавливается на плавающей платформе на некотором удалении от берега.

Парящая, где ветровые турбины размещены высоко над землёй с целью использования более сильных и стойких воздушных потоков.

Преимущества ВЭУ:

Дешевизна установки и обслуживания
Отсутствие потребности в большом персонале
Экологичность (даже при разрушении), отсутствие выбросов в атмосферу, нарушения экосистемы и ландшафта
Восполняемость источника энергии
Отсутствует нужда в специальной выделенной зоны вокруг станции
Высокий уровень чистой прибыли владельцам в связи с высоким отношением современной стоимости электроэнергии к минимальным затратам на получение этой энергии

Недостатки ВЭУ:

Высокий входной барьер в бизнес. Строительство ветряных ферм, точные расчёты определения местности, основывающиеся на многолетних показаниях
Невозможность точного прогноза количества производимой энергии в силу стихийной природы ветра
Малая мощность
Высокий уровень шума, который может негативно влиять на окружающую среду (однако современные технологии позволяют добиться приближения уровня шума к уровню естественной среды уже в 30 метрах от турбины)
Вероятность вреда для птиц и искажения телерадиосигналов

Проекты ветряных установок будущего:

Ветростебли вместо лопастей. Установка в проекте «зелёного» города без машин Масдара близ Абу-Даби. 1203 энергоэффективных стебля высотой 55 м на расстоянии друг от друга в 10-20 м будут «расти» из земли, покачиваться от ветра и генерировать таким образом энергию путём сжатия керамических дисков электродных слоёв.

Сверхмассивный ветряк Aerogenerator X отличается от классических ветряков своими внушительными размерами и выработкой энергии в 3 раза больше, чем обычный ветряк (10 МВт). Размах лопастей 275 м. Конструкция используется в ширину, а не ввысь. Ветряк вращается над морской гладью как карусель.

Норвежский город турбин на побережье Ставангер. Так как Евросоюз поставил цель обеспечения энергией хотя бы на 20% от природных сил, то не исключено что Норвегия станет основным производителем энергии через ветер и воду. Множество связанных ветроустановок будут настоящим городом с двумя млн. рабочих мест. Этой энергии должно хватить на Норвегию и часть Европы. К 2020 г. разработчики рассчитывают обеспечивать 12% энергии от энергии во всём мире. Экологически чистые турбины сберегут более 10700 млн. тонн выбросов двуокиси углерода.

Ветровая энергия

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры — от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Еще в Древнем Египте за три с половиной тысячи лет до нашей эры применялись ветровые двигатели для подъема воды и размола зерна. За пятьдесят с лишним веков ветряные мельницы почти не изменили свой облик. Например, в Англии имеется мельница, построенная в середине XVII в. Несмотря на свой преклонный возраст, она исправно трудится и по сей день. В России до революции насчитывалось приблизительно 250 тыс. ветряных мельниц, общая мощность которых составляла около 1,5 млн. кВт. На них размалывалось до 3 млрд. пудов зерна в год.

Техника XX века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой — получение электроэнергии. В начале века Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.

Ветряные мельницы оказались прекрасными источниками даровой энергии. Неудивительно, что со временем их стали использовать не только для размола зерна. Ветряки вращали дисковые пилы на больших лесопилках, поднимали грузы на большие высоты, использовались для подъема воды. Наряду с водяными мельницами они оставались, практически, самыми мощными машинами прошлого. В той же Голландии, например, где ветряков было больше всего, они успешно работали до середины нашего века. Часть их действует и в настоящее время.

Что интересно, мельницы в средневековье вызывали у некоторых суеверный страх — настолько непривычными были даже простейшие механические приспособления. Мельникам приписывали общение с нечистой силой.

В наши дни к созданию конструкций ветроколеса — сердца любой ветроэнергетической установки — привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Типы ветрогенераторов

Разработано большое количество ветрогенераторов. В зависимости от ориентации оси вращения по отношению к направлению потока ветрогенераторы могут быть классифицированы:

С горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветрового потока;
с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра (подобные водяному колесу);
с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветрового потока.

Здесь — сайт ветроэнергетики. НПГ «САЙНМЕТ» является отечественным РАЗРАБОТЧИКОМ И ПРОИЗВОДИТЕЛЕМ ветроэнергетических установок (ветрогенераторов), одним из мировых лидеров в области автономной ветроэнергетики – обладателем Гран-при и трех золотых медалей Всемирной Брюссельской выставки инноваций «Eureka-2005». НПГ «САЙНМЕТ» представляет автономные ветроэнергетические установки: ветрогенератор мощностью 5 и ветрогенератор мощностью 40кВт, а также ветросолнечные и ветродизельные установки на их основе.

Ветродизельные энергетические установки могут быть объединены в локальные сети, а также сопряжены с солнечными батареями. Ветродизельные агрегаты, в зависимости от ветрового потенциала местности, позволяют экономить 50-70% топлива, потребляемого дизель-генераторами сравнимой мощности.

Основные конструктивные решения ветрогенераторов защищены патентами на изобретения.

Энергия ветра

Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. Но его парусники, тысячелетиями бороздившие просторы океанов, и ветряные мельницы использовали лишь ничтожную долю из тех 2,7 трлн. кВт энергии, которыми обладают ветры, дующие на Земле. Полагают, что технически возможно освоение 40 млрд. кВт, но даже это более чем в 10 раз превышает гидроэнергетический потенциал планеты.

Почему же столь обильный доступный и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Ветровой энергетический потенциал Земли в 1989 году был оценен в 300 млрд. кВт * ч в год. Но для технического освоения из этого количества пригодно только 1,5%. Главное препятствие для него – рассеянность и непостоянство ветровой энергии. Непостоянство ветра требует сооружения аккумуляторов энергии, что значительно удорожает себестоимость электроэнергии. Из-за рассеянности при сооружении равных по мощности солнечных и ветровых электростанций для последних требуется в пять раз больше площади (впрочем, эти земли можно одновременно использовать и для сельскохозяйственных нужд).

Но на Земле есть и такие районы, где ветры дуют с достаточным постоянством и силой. (Ветер, дующий со скоростью 5-8 м/сек., называется умеренным, 14-20 м/сек. – сильный, 20-25 м/сек. – штормовым, а свыше 30 м/сек. – ураганным). Примерами подобных районов могут служить побережья Северного, Балтийского, арктических морей.

Новейшие исследования направлены преимущественно на получение электрической энергии из энергии ветра. Стремление освоить производство ветроэнергетических машин привело к появлению на свет множества таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть. Малые ветроэлектрические агрегаты предназначены для снабжения электроэнергией отдельных домов.

Сооружаются ветроэлектрические станции преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину – генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования.

Основное направление использования энергии ветра – получение электроэнергии для автономных потребителей, а также механической энергии для подъема воды в засушливых районах, на пастбищах, осушения болот и др. В местностях, имеющих подходящие ветровые режимы, ветроустановки в комплекте с аккумуляторами можно применять для питания автоматических метеостанций, сигнальных устройств, аппаратуры радиосвязи, катодной защиты от коррозии магистральных трубопроводов и др.

По оценкам специалистов, энергию ветра можно эффективно использовать там, где без существенного хозяйственного ущерба допустимы кратковременные перерывы в подаче энергии. Использование же ветроустановок с аккумулированием энергии позволяет применять их для снабжения энергией практически любых потребителей.

Мощные ветровые установки стоят обычно в районах с постоянно дующими ветрами (на морских побережьях, в мелководных прибрежных зонах и т.д.) Такие установки уже используют в России, США, Канаде, Франции и других странах.

Широкому применению ветроэлектрических агрегатов в обычных условиях пока препятствует их высокая себестоимость. Вряд ли требуется говорить, что за ветер платить не нужно, однако машины, нужные для того, чтобы запрячь его в работу, обходятся слишком дорого.

При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток её в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить впрок энергию ветра? Простейший способ состоит в том, что ветряное колесо движет насос, который накапливает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока. Существуют и другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород, Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

Литература

Наука и жизнь, №1, 1991 г. М.: Правда.

Техника молодёжи, №5, 1990 г.

Феликс Р. Патури Зодчие ХХI века М.: ПРОГРЕСС, 1979.

Наука и жизнь, No10, 1986 г. М.: Правда.

Багоцкий В.С., Скундин А.М.

Химические источники тока М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.

Коровин Н.В. Новые химические источники тока М.: Энергия, 1978. 194 с.

Д-р Дитрих Берндт Конструкторский уровень и технические границы применения герметичных батарей А/О ВАРТА Беттери Научно-исследовательский центр

Лаврус В.С. Батарейки и аккумуляторы К.: Наука и техника, 1995. 48 с.

Наука и жизнь, №5…7, 1981 г. М.: Правда.

Мурыгин И.В. Электродные процессы в твердых электролитах М.: Наука, 1991. 351 с.

T he Power Protection Handbook American Power Conversion

Шульц Ю. Электроизмерительная техника 1000 понятий для практиков М.: Энергоиздат, 1989. 288 с.

Наука и жизнь, №11, 1991 г. М.: Правда.

Ю. С. Крючков, И. Е. Перестюк Крылья Океана Л.: Судостроение, 1983. 256 с.

В. Брюхань. Ветроэнергетический потенциал свободной атмосферы над СССР Метрология и гидрология. №6, 1989 г.

New scientist №1536, 1986 г.

Daily Telegraf, 25.09.1986 г.

Каркас одноэтажных зданий состоит из поперечных рам, шарнирно связанных поверху стропильными конструкциями. Поперечная жесткость здания обеспечивается колоннами, жестко защемленными в фундаменте и диском покрытия.

В зданиях с кровлей, устраиваемой по сплошному настилу из крупноразмерных железобетонных плит, условия работы отдельных рам облегчаются за счет частичной передачи нагрузок «жесткой» кровлей на смежные рамы.

Здания с кровлей из плит, укладываемых по прогонам, находятся в менее благоприятных условиях, т.к. независимость деформации отдельных рам при воздействии на них местных нагрузок может привести в ряде случаев к ухудшению эксплуатационных свойств здания.

Поэтому при проектировании зданий с мостовыми кранами значительной грузоподъемности, а также бескрановых, имеющих большую высоту, следует предусматривать продольные связи по верхним поясам стропильных конструкций, до некоторой степени объединяющих работу рам в поперечном направлении.

Обеспечение жесткости здания в продольном направлении только за счет колонн экономически оправдывается лишь для бескрановых зданий: с пролетами L ≤ 24 м и высотами Н ≤ 8,4 м, а также для зданий с L= 30 м и Н ≤7,2 м. Для зданий большой высоты и зданий с мостовыми кранами необходимо предусматривать вертикальные связи жесткости в продольном направлении.

Такие связи устраивают между колоннами и при необходимости в покрытии здания.

Передача ветровых нагрузок с торцовых стен на колонны и вертикальные связи через конструкции кровли целесообразна только для зданий определенных пролетов и высоты. В большепролетных зданиях более или менее значительной высоты такое использование кровли затрудняет крепление стропильных конструкций к колоннам, усложняет конструкции, обеспечивающие устойчивость покрытий, а в ряде случаев и вообще не может быть осуществлено без нарушения целостности кровли, прочности креплений ее к стропильным конструкциям.

Торцовые стены таких зданий должны проектироваться с применением горизонтальных ветровых ферм и с передачей на них подавляющей части ветровой нагрузки.

Кровли из относительно мелких изделий, укладываемых по прогонам, могут воспринимать ветровые нагрузки от торцовых стен и передавать их на колонны лишь при условии развязки их системой поперечных горизонтальных связей по верхним поясам стропильных конструкций.

Условия применения таких, а также других второстепенных конструкций (вертикальные связи между фермами, распорки, растяжки) зависят от параметров здания.

Все одноэтажные промышленные здания делят на конструктивно однородные группы в зависимости от типа транспортного оборудования и габаритных характеристик (пролет и высота), которые приведены в таблице 1 ниже.

К группе I относят здания с пролетами до 24 м, имеющих высоту до 8 м, а также здания с пролетами 30 м и высотой до 7 м.

К группе II относятся здания, имеющие поперечные температурные швы при: L= 18 м и Н = 9 – 15 м; L= 24 м и Н = 9 – 12 м; L ≥ 30 м и Н = 9 – 10 м;

К группе III относятся здания с поперечными температурными швами, но более высокие, чем здания группы II, а также здания без поперечных температурных швов с пролетами L= 18 м, 24 м, 30 м, высотой более 12 м.

Все здания указанной номенклатуры, за исключением зданий группы А – б — I, требуют применения связей.

Таблица 1

Группа зданий по высоте	с беспрогонными кровлями	с кровлей по прогонам
с мостовыми кранами	без мостовых кранов	с мостовыми кранами	без мостовых кранов
Низкие	А – а — I	А – б — I	Б – а — I	Б –б — I
Средние	А – а — II	А – б — II	Б – а — II	Б –б — II
Высокие	А – а — III	А – б — III	Б – а — III	Б –б — III

Вертикальные связи жесткости между колоннами устанавливают в середине температурного блока каждого продольного ряда. В зданиях с мостовыми кранами вертикальные связи по колоннам устраиваются только на высоту до низа подкрановых балок (рис.1), а в зданиях без мостовых кранов – на полную высоту колонн. Между стальными колоннами крановых зданий связи устанавливают еще и в надкрановых частях колонн, как в середине температурного блока, так и в крайних его шагах (рис. 2 а, б). При высоте подкрановой части стальной колонны превышающей 8,5 м связи сдваивают (рис. 2 в).

По схеме стальные связи между колоннами подразделяются на крестовые и портальные. Крестовые характерны 6-метровым шагам колонн, портальные – 12-метровым.

2. Вертикальные связи по стальным колоннам:

а – крестовые связи; б – портальные связи; в – крестовые сдвоенные связи

Капитальные стены, расположенные в распор между колоннами и прочно связанные с ними, могут быть использованы для обеспечения продольной жесткости здания вместо вертикальных связей лишь при гарантии, что эти стены не будут подлежать разборке при эксплуатации или реконструкции здания.

Во всех зданиях с кровлей по прогонам необходимо предусматривать горизонтальные поперечные связи жесткости, которые устанавливают по верхним поясам стропильных конструкций в крайних панелях каждого температурного блока, независимо от наличия или отсутствия ветровых ферм.

В высоких зданиях требуется устройство горизонтальных ветровых ферм в торцах зданий. В зданиях с мостовыми кранами ветровые фермы устанавливаются на уровне верха подкрановых балок (рис.3).

Рис. 3. Схема расположения ветровой фермы в уровне подкрановых балок

Для передачи давления ветровых ферм по линии подкрановых балок зазоры между торцами балок заполняют бетоном, а крепление подкрановых балок к колоннам связевой панели рассчитывается на восприятие всех горизонтальных сил (включая силы от продольного торможения кранов), действующих по линии подкрановых балок.

В зданиях без мостовых кранов ветровые фермы необходимо располагать в уровне верха вертикальных связей.

Во всех случаях применения ветровых ферм в зданиях без подстропильных конструкций между колоннами на уровне ветровых ферм должны быть поставлены распорки для передачи ветрового давления от ферм на вертикальные связи.

В зданиях с подстропильными конструкциями крепление их к колоннам рассчитывается на горизонтальные нагрузки от ветровых ферм. Зазоры между торцами подстропильных конструкций рекомендуется заполнять бетоном.

Все продольные нагрузки, воспринимаемые отдельными элементами здания, в конечном счете, должны быть переданы вертикальным связям в продольных рядах колонн или распределены между колоннами. Необходимость во второстепенных устройствах для обеспечения прочности узлов и устойчивости элементов покрытия, участвующих в такой передаче, в значительной мере определяется типом кровли.

В зданиях типов А – а – I, II, III и А – б – I с жесткими беспрогонными кровлями ветровые нагрузки распределяются покрытием между всеми колоннами в продольных рядах. Крепление каждой из стропильных конструкций к колоннам в этих случаях должно быть рассчитано на воспринимаемую ею часть общей ветровой нагрузки.

При невозможности обеспечить необходимую прочность крепления стропильных конструкций к колоннам (например, в покрытиях имеющих стропильные конструкции с большой высотой на опорах) устанавливают вертикальные связи между опорными стойками стропильных конструкций в крайних панелях температурного блока. При этом устанавливают и распорки между всеми колоннами ряда по их оголовкам для распределения, воспринимаемого вертикальной связью, ветрового давления между всеми колоннами ряда.

В зданиях типа А – б – II, в которых вертикальные связи между колоннами устраиваются на всю высоту колонн, ветровые усилия передаются покрытием на колонны лишь в узлах крепления стропильных конструкций к колоннам связевой панели. В этом случае необходимо устраивать дополнительные связи в покрытии. Так, при небольшой высоте стропильных конструкций на опоре между колоннами каждого продольного ряда устанавливают распорки, передающие ветровые нагрузки на вертикальные связи. Крепление каждой из стропильных конструкций к колоннам будет при этом работать лишь на приходящуюся на него часть общей ветровой нагрузки. А при значительной высоте стропильных конструкций на опоре (стальные и железобетонные фермы с параллельными поясами, железобетонные безраскосные фермы и т.п.) следует устанавливать вертикальные связи (С1) между опорными стойками ферм в крайних шагах температурного блока, соединяемые непрерывной цепью распорок. Стальные стропильные фермы дополнительно развязываются по нижним поясам раскосами (С2) и крепятся к остальным фермам с помощью растяжек по нижнему поясу (С3) и распорок по верхнему поясу (С4) (рис. 4).

Рис. 4. Схема связей в покрытии по стальным фермам

В зданиях с мостовыми кранами тяжелого или особо тяжелого режимов работы по продольным краям каждого температурного блока в уровне нижнего пояса стропильных ферм устанавливают распорки (С5) и раскосы (С6) (рис.4).

В зданиях с фонарями в пределах фонаря устанавливаются распорки в середине пролета, соединяющие узлы верхних поясов стропильных конструкций, а также вертикальные и горизонтальные связи в крайних шагах температурного блока.

Связи проектируют из прокатных, гнутых, гнутосварных профилей или электросварных труб.

Крепят их с помощью болтов нормальной точности или высокопрочных, а также на сварке.

Дата публикования: 2014-10-17; Прочитано: 8172 | Нарушение авторского права страницы

Studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.003 с)…

Полезные ископаемые, добываемые из недр земли и используемые человечеством в качестве энергоресурсов, к сожалению, не безграничны. С каждым годом их стоимость увеличивается, что объясняется сокращением уровня добычи. Альтернативным и набирающим обороты вариантом энергоснабжения выступают ветряные электростанции для дома. Они позволяют преобразовывать энергию ветра в переменный ток , что дает возможность обеспечивать все потребности в электричестве любых бытовых приборов. Главное преимущество таких генераторов – это абсолютная экологичность, а также бесплатное пользование электричеством неограниченное количество лет. Какие еще преимущества имеет ветрогенератор для дома, а также особенности его эксплуатации, разберем далее.

Еще древние люди заметили, что ветер может стать отличным помощником в осуществлении множества работ. Ветряные мельницы, позволявшие превращать зерно в муку, не затрачивая собственных сил, стали родоначальниками первых ветрогенераторов.

Ветряные электростанции состоят из определенного количества генераторов, способных получать, преобразовывать и накапливать энергию ветра в переменный ток. Они вполне могут обеспечить целый дом электроэнергией, которая берется из ниоткуда.

Однако, нужно сказать, что затраты на оборудование и их обслуживание не всегда дешевле , нежели стоимость центральных электросетей.

Преимущества и недостатки

Итак, прежде чем присоединиться к сторонникам бесплатной энергии, нужно осознать, что ветряные электростанции имеют не только преимущества, но и определенные недостатки. Из положительных сторон использования энергии ветра в быту можно выделить следующие:

способ абсолютно экологически чистый и не вредит окружающей среды;
простота конструкции;
легкость эксплуатации;
независимость от электросетей.

Домашние мини-генераторы могут, как частично обеспечивать электричеством, так и стать полноценным его заменителем, преобразуясь в электростанции.

Однако не нужно забывать про недостатки , которыми являются:

высокая стоимость оборудования;
окупаемость наступает не ранее чем через 5-6 лет использования;
относительно небольшие коэффициенты полезного действия, отчего страдает мощность;
требует наличия дорогостоящего оборудования: аккумулятор и генератор, без которого невозможна работа станции в безветренные дни.

Чтобы не потратить уйму денег впустую, перед покупкой всего необходимого оборудования, следует оценить рентабельность электростанции. Для этого высчитывают среднюю мощность дома (сюда входят мощности всех используемых электроприборов), количество ветреных дней в году, а также оценивают местность, где будут располагаться ветряки.

Основные конструктивные элементы

Простота возведения электростанции объясняется примитивностью конструктивных элементов.

Чтобы пользоваться энергией ветра, потребуются такие детали :

ветряные лопасти – захватывают поток ветра, передавая импульс ветрогенератору;
ветрогенератор и контроллер – способствуют преобразованию импульса в постоянный ток;
аккумулятор – накапливает энергию;
инвертор – помогает преобразовывать постоянный ток в переменный.

Установка ветряной электростанции на даче или в частном доме помогает решить множество проблем, связанных с электроснабжением. Данный агрегат способен перерабатывать и накапливать энергию ветра, используя ее во благо человека. Процесс изготовления ветряной электростанции достаточно простой - он требует минимального количества материалов и прежде всего желания достичь заданной цели. О том как сделать ветряную электростанцию для дома рассмотрим далее.

Ветряные электростанции для частного дома: особенности и характеристика

Ветряные электростанции предназначены для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. В соотношении с внешним видом и конструктивными особенностями ветряные электростанции для дома бывают расположенными:

горизонтально;
вертикально.

Первый вариант менее зависим от ветра, но отличается меньшей популярностью, нежели второй. Так как он способен работать лишь при сильном ветре, а для его запуска требуется наличие внешнего источника. Вертикальные ветряные электростанции способны функционировать более качественно и отличаются высоким КПД. Для их работы достаточно силы ветра в 2-4 м/с.

Среди основных компонентов ветровых электростанций следует отметить:

мачту, которая бывает простой, телескопической или монолитной;
редуктор - часть электростанции, на которой располагаются лопасти;
контейнер - подвижная часть ветроэлектростанции, которая двигается в соотношении с ветром;
генератор - прибор, который преобразует энергию.

Выбор конструкции и мощности ветряка напрямую зависит от особенностей его эксплуатации.

Более простыми являются приборы, мощностью до 300 Вт. Такие агрегаты способны легко поместиться даже в автомобиль. Для их установки достаточно одного человека, а мощность, которую они вырабатывают, достаточно для зарядки телефона, обеспечения освещения или работы телевизора. Данный вариант отлично подходит для семейного отдыха на даче, в лесу или на море.

С помощью 2, 5, 10 кВт ветровых электростанций осуществляется обеспечение целого дома электроэнергией. Если существует излишняя энергия, то она помещается в аккумуляторах, которые ее расходуют при слабом ветре или при его отсутствии.

Более мощные варианты ветровых электростанций, мощность которых составляет более двадцати киловатт, способны снабдить электроэнергией несколько домов, коттеджей или даже частное предприятие.

Ветряные электростанции фото:

Главным преимуществом ветровой электростанции является экологичность, ведь ее работа никак не влияет на окружающую среду. При этом, энергию получить достаточно легко, главное условие - наличие стабильного ветра.

Среди недостатков ветровых электростанций отмечают их зависимость от ветра. Для работы ветряка ветер должен иметь скорость минимум два метра в секунду. Для достижения номинальной мощности потребуется сила ветра в 10 м/с.

Чтобы накапливать электричество и использовать его во время отсутствия ветра используют аккумуляторы. Срок их службы составляет около 10 лет. Кроме того, использование мощных ветровых электростанций отличается высокой шумопроизводительностью, что снижает комфорт проживания вблизи данного агрегата.

Ветровая электростанция способна препятствовать нормальной работе телевизора, радио и других подобных приборов.

Самыми главными составляющими любой ветроэлектростанции выступает генератор, устройство выпрямительного назначения, аккумулятор-батарея, инвертор, то есть преобразователь напряжения. Для осуществления общего контроля за работой устройства рекомендуется использование микропроцессорного контролера или простых логических схем.

Если планируется покупать ветровую электростанцию, то наиболее оптимальными вариантами станут устройства, имеющие низкий уровень начальной скорости ротора, скорости заряда батареи и выхода на рабочий процесс. Так как от широты восприятия рабочего диапазона ветра зависит количество энергии, которую воспроизводит установка.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

Среди преимущества использования ветровых электростанций отмечают:

1. Длительность применения ветровой энергии еще в древнеримские времена.

2. Экологичность и безвредность для окружающей среды.

3. Дешевизна получения качественной электроэнергии.

4. С помощью использования энергии ветра снижается расход электричества, вырабатываемого на ТЭС, поэтому выбросы парникового газа значительно снижаются.

5. Доступность, так как ветер присутствует в любом уголке всей планеты.

6. Размер ветряной турбины небольшой, поэтому для их установки не потребуется много места.

7. Особо востребованные ветровые установки в местах, которые отдалены от центрального электроснабжения, таких как леса, поля, моря или океаны.

8. Использование ветровой электростанции позволяет существенно снизить материальные расходы на оплату электроснабжения.

Несмотря на большое количество преимуществ, использование частных ветряных электростанций отличается такими недостатками:

1. Ветер отличается переменчивостью в разное время года в разных регионах поэтому кроме ветряной электростанции следует устанавливать накопительные устройства для электроэнергии, а их покупка - процесс весьма дорогостоящий. Кроме того, они требуют периодической замены.

2. Некоторым людям не нравится внешний вид ветряных электростанций и высокий уровень шума, который они производят.

3. Перед постройкой ветряной электростанции следует провести ряд исследований, направленных на определение силы и интенсивности ветра на определенной местности.

4. Цена на покупку ветровых электростанций довольно высокая, хотя и затраты со временем окупаются, первоначальный вклад довольно высокий.

5. Лопасти, которые находятся на ветряке приносят вред определенным насекомым и птицам, обитающих вблизи электростанции.

Сфера использования и виды ветряных электростанций для дома

Если мощность ветряной электростанции не превышает одного киловатта, то для изготовления ее корпуса требуется алюминиевый сплав. Поэтому, такие устройства характеризуются высокой тепловой отдачей и небольшим весом.

Чем ниже расчетная скорость ветра, тем выше уровень электроэнергии, которую преобразует ветряк. Тихоходный ветрогенератор позволяет не использовать редуктор, а, значит, шум, воспроизводимый ветряком уменьшается, а количество энергии - увеличивается.

Еще одним важным параметром ветряной электростанции выступает показатель энергоэффективности. Она зависит от размера, конструкции и уровня наклона лопастей. Если лопасти изготавливаются серийно, то их себестоимость снижается, а надежность находится на высоком уровне.

Минимальная мощность ветровой электростанции, применяемой в частном доме, составляет полкиловата. Если мощность ветряка будет меньше, этой энергии не хватит для полноценного функционирования здания.

Применение малых ветряков актуально в походе, на отдыхе или на яхте. Если рассматривать высокую шумопроизводительность ветряков и их вред для насекомых, то к установкам домашнего использования данные недостатки не относятся, так как данные только большие промышленные установки создают инфранизкочастотное колебание, вредное для вблизи обитающих животных.

Солнечно ветряная электростанция - общие сведения

Данный тип электростанций отличается более высокой выгодой, так как является комбинацией солнечных батарей с ветряком. Если на улице отсутствует солнце или ночью, работает ветряк. В другое время энергоснабжением занимаются солнечные батареи.

Таким образом, удается получить полную энергетическую независимость от центрального электроснабжения. Данные электростанции используют в регионах, с достаточно высокой интенсивностью солнечного и ветрового излучения.

В состав солнечно ветровой электростанции входит наличие:

ветрового генератора;
башни;
солнечных панелей;
солнечного контролера;
инвертора;
аккумуляторов гелиевого типа;
температурного батарейного датчика;
разного рода кабелей и соединителей.

Самодельная ветряная электростанция - особенности изготовления

Процесс сооружения ветряной электростанции следует начинать с крыльчатки, так как именно данный элемент отвечает за улавливание энергии ветра. Для изготовления лопастей следует приобрести фанеру или металлический лист. Кроме того, возможен вариант применения материалов, таких как дюралюминий или пластик.

Основные требования к лопастям:

легкость;
строгая симметричность;
отсутствие толчков во время вращения.

Учтите, что от количества лопастей не зависит конечный результат работы. То, если некоторые ветроустановки с тремя лопастями способны переработать такое же количество энергии, как и устройства, имеющие пять лопастей.

Самым оптимальным вариантом является сооружение ветряка с четырьмя лопастями. Обеспечить жесткость конструкции поможет шестимиллиметровая проволока, которой обрабатывают торцевые участки каждой лопасти. Данная процедура актуальна для изделий, изготовленных из металла. Если де лопасти у ветряка деревянные, то ее торцы пропитываются с помощью горячей олифы.

Для сооружения четырех крестовин, на которых фиксируются лопасти, следует использовать металлические полоски, размером 5х6 см. Срок их службы будет значительно дольше, чем у деталей изготовленных из дерева.

Вертикальной опорой для электростанции послужит стальная труба, минимальный диаметр которой составляет 30 см, а длина - 200 см. На нижнюю часть трубы крепятся два разных по диаметру шкива, таким образом, с помощью ремня, вращение передается к генератору.

Кроме того, следует обязательно позаботиться об укрытии всех элементов в коробке, выполненной из дерева или металла.

С помощью варочного аппарата, металлическая крестовина ротора приваривается к оси. Не забудьте тщательно измерить интервал между лопастями и осью. Когда роторная часть ветряка собрана, ее следует покрыть с помощью масляной краски.

Станина - довольно важный элемент ветряной электростанции, так как именно на нее крепится установка. Поэтому станина должна быть мощной и обеспечивающей прочность крепления.

Для фиксации четырех точек соприкосновения с поверхностью следует провести их заливку с помощью бетонного раствора.

Если сила ветра не будет превышать 10 м/с, то мощность ветряка составит около 1 кВт. Учтите, что ветрогенератор должен быть снабжен с помощью аккумулятора, в котором будет храниться энергия, используемая в безветренную погоду.

Ветряная электростанция должна располагаться на открытой местности, вдали от деревьев, предпочтительно на возвышенности.

Ветряная электростанция своими руками: выбор генератора

От типа генератора, используемого для переработки энергии, зависит КПД ветровой установки. Довольно высокой популярностью отличаются устройства асинхронного типа. Принцип их работы состоит в несовпадении момента вращения ротора с вращением статорного магнитного поля. Ветер обеспечивает вращение ротора генераторной установки, когда вышеприведенные поля между собой не совпадают, происходит образование дополнительной электрической энергии. Поэтому, КПД ветряка увеличивается.

Затраты на покупку данного генератора вполне себя окупают его высокой производительностью. В сравнении с обычными генераторами, устройства асинхронного типа отличаются более низким весом, более высокой мощностью и доступной стоимостью.

Они не нуждаются в дополнительном источнике питания, так как у них нету электрических щеток, которые требуют периодической замены в процессе работы обычного генератора.

Принцип работы асинхронных двигателей состоит в следующем. В процессе движения ротора с помощью ветра, статор находится под воздействием магнитного поля. Каждая обмотка статора подключена к конденсатору, поэтому происходит появление небольшого количества тока. Он и заряжает конденсатор. Далее происходит образование магнитного поля, воздействующего на вторую обмотку, которая способствует еще более сильному заряду конденсатора. Ротор насыщается и самостоятельно производит энергию.

Асинхронный ветрогенератор, при скорости ветра в 4 метра за секунду способен произвести электричество, мощностью в 3 кВт.

Среди преимущества данного генератора следует отметить:

простоту в эксплуатации;
материальную и техническую доступность;
наличие постоянного устойчивого тока;
получение высокой мощности за небольшие деньги.

Среди преимущества синхронных генераторов следует отметить наличие устойчивого и стабильного напряжения. Но в то же время, данные генераторы отличаются необходимостью в периодической замене щеток и высокой стоимостью.

Асинхронные же генераторы довольно просты в работе, кроме того, они не подвержены возникновению короткого замыкания.

В процессе изготовления ветровой электростанции своими руками наилучшим вариантом станет использование автомобильного генератора, который станет отличным прибором, преобразовывающим энергию ветра в электричество.

Ветряные электростанции видео:

Ветряные электростанции (ВЭС) представляет собой несколько ветроэлектрических установок, которые собраны в едином месте и объединены в одну сеть.

С применением энергии ветра люди знакомы еще с древних времен. Сегодня использование ветра подразумевает получение электроэнергии. ВЭС возводят в местах с высокой скоростью ветра. Заранее нужно провести исследование местности. Обычных метеорологических данных будет мало для сооружения ВЭС. Необходимо в течение нескольких лет изучать скорость и направление ветра. Ветряные электростанции устанавливают на холмах или возвышенностях, а генераторы- на башнях, высота которых от тридцати до шестидесяти метров. Особое внимание уделяется деревьям и кустарникам, которые могут оказать влияние на ветер.

Конструкция ветряной электростанции состоит из генератора, выпрямительного приспособления, аккумуляторной батареи и инвертора.

Существует 6 типов ветряных электростанций:

1) Наземная;

Наземный тип ветряных электростанция на сегодня является самым востребованным. Для сооружения требуется дорога до строительной площадки и подъёмная техника.

2) Прибрежная;

Прибрежная ВЭС строится недалеко от берега моря либо океана. На побережье дует бриз, который движется с воды на сушу.

3) Шельфовая;

Шельфовые ВЭС сооружают на море, приблизительно 10-50 метров от моря. Преимущество таких конструкций в том, что с берега они еле видны, а также они весьма эффективны, поскольку на море постоянно дует ветер.

4) Плавающая;

Плавающие устанавливают прямо в море глубиной сто метров. Высота стальной башни- 65 метров.

5) Парящая;

Парящие ВЭС расположены высоко над землей.

6) Горная.

Горная, соответственно, в горной местности.

В целом отметим, что проектирование и установка ветровой электростанции требует не только тщательного и долгого изучения климата местности, но и больших денежных затрат. Такая электроэнергия стоит дорого благодаря тому, что она получена из чистого источника. Также высокая стоимость обусловлена большими затратами на необходимое оборудование для строительства. Немалых денег требует и обслуживание ветряных электростанций в зависимости от их типа.

Ветряные электростанции играют важнейшую роль в развитии экологически чистых эффективных источников энергии. Строительство таких электростанций тем не менее вызывает большие противоречия – от разрушения естественных сред обитания и опасностей для птиц и летучих мышей до разрушения береговых линий и естественной красоты мира. Предлагаем вам взглянуть на несколько фотографий самых известных ветряных электростанций, а вам решать, уродливо ли это или прекрасно!

В продолжение темы о экологически чистых способах добычи энергии, мы расскажем Вам о крупнейших ветряных электростанциях мира. Рекомендую также почитать о заводе по производству солнечной энергии в Севилье, мы же переходим непосредственно к ветрякам:

Ветряная ферма Сан Горгонио Пасс (San Gorgonio Pass) – одна из самых больших в Калифорнии, вырабатывает 615 МВ энергии и состоит из 3218 турбин

Первая в мире плавающая ветряная ферма начала вырабатывать электричество совсем недавно. Установлена она невдалеке от побережья Норвегии

Если ветряные электростанции Хайвинд в Норвегии успешно проработают в течение нескольких лет, то такая концепция будет применяться повсеместно

Ветряная ферма Уитли (Whitelee) тоже была построена совсем недавно и в настоящее время является наибольшей в Европе. Расположена она в Шотландии, состоит из 140 турбин и вырабатывает достаточно электричества для того, чтобы полностью обеспечивать им 180 000 домов

Ветряная электростанция Мэпл Ридж – самая большая в Нью Йорке, расположена в фермерском округе на окраине города. Запущенная в 2006, Мэпл Ридж вырабатывает 75% от всей ветряной энергии города

Разработанный студентами Аризонского государственного университета новый концепт турбин над автострадами способен обеспечивать электричеством целый дом, даже при низких скоростях ветра и не требует дополнительной площади для размещения. Таким образом удалось оригинально решить проблему выделения земли под ветряные электростанции

Ветряной парк Хорнс Рев у берегов Дании был самым большим на момент постройки (2002), сейчас строится 2 очередь ветряных генераторов, которая выведет Horns Rev на новый уровень

В настоящее время в устье Темзы строится ветряная ферма Greater Gabbard. Когда она будет введена (2011), то станет самой большой в мире

А в настоящее время лавры самой большой ветряной фермы принадлежат Lynn and Inner Dowsing, которая введена в эксплуатацию в 2008 в Линкольншире, Англия. Она вырабатывает электричество для 130 000 домов

Еще одна удивительная ветряная ферма - Tehachapi Pass в Калифорнии. Она была построена в 1980 году и до сих пор вырабатывает электричество. С тех пор ветряные электростанции в пустыне Мохави были многократно модернизированы и расширены