Энергия ветра

/ Просмотров: 15028

Энергия ветра

 

Ветер – фактически форма солнечной энергии, так как ветер вызван действием солнца. Солнечное излучение нагревает поверхность Земли не равномерно. Песок, вода, камень, почва поглощают тепловую энергию солнца, сохраняют и отражают ее по-разному, в разные промежутки времени.

 

Энергия ветра в Италии: думай локально, очень локально
Энергия ветра в Италии: думай локально, очень локально

Земля становится более теплой днем и более холодной ночью. В результате, воздух над поверхностью Земли нагревается и охлаждается также с различной скоростью. Горячий воздух поднимается в верхние слои, снижая таким образом атмосферное давление у поверхности Земли, а более холодный воздух стремится в эти разряженные области. Это движение воздуха мы и называем ветром.

Когда воздух перемещается, вызывая ветер, образуется кинетическая энергия. Кинетическая энергия ветра, как и любая другая, может быть преобразована в другие формы энергии – в частности, в электрическую или механическую. Например, самые ранние ветряные мельницы в Персии, Китае и Европе использовали силу ветра, чтобы качать воду или молоть зерно.

В своей книге «Машины: применение природных сил и науки», Маркс описывал широко распространенные когда-то в Германии, так называемые “мельницы на козлах” – единственные известные до середины XVI в. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным – в мельнице он оставил подвижной только крышу, а для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, было достаточно повернуть только ее, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле.

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо – 1526 г., Глочестер – 1542 г., Лондон – 1582 г., Париж – 1608 г., и др. Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

В нашей стране 50-е годы явились новым этапом развития области использования энергии ветра. В августе 1954 г. Совет Министров СССР принял развернутое постановление о дальнейшем развитии ветроэнергетики и расширении масштабов использования ресурсов ветра, которым были определены задания по организации исследований, разработке новых конструкций ветроагрегатов, их производству и внедрению в народное хозяйство, а также улучшению их эксплуатации.

Сегодняшние ветряные электрогенераторы используют силу ветра для получения экологически чистой, возобновляемой электроэнергии. Ветроэнергетику нужно считать важным компонентом любой долгосрочной энергетической стратегии, так как она использует естественный и фактически неистощимый ресурс, не полагаясь на ископаемое топливо, а также не загрязняя воздуха, почвы и воды какими-либо отходами или выбросами.

Области применения ветряных генераторов

Диапазон применения ветрогенераторов довольно широк. Конечно, можно использовать ветряной генератор в чисто декоративных целях. Сделали пропеллер, поставили куда нравится, да ещё и трещотку к нему приделали – интересно, занятно. Выше говорилось, что с помощью ветряков мололи зерно. Вряд ли сейчас такая необходимость имеется, но вот воду качать данный агрегат вполне способен. Небольшой ветряк при слабом ветре может поднять из колодца или скважины 30-50 литров воды за час.

Последние 100 с лишним лет ветряки используются для получения электроэнергии. Это самый оптимальный вариант применения ветряных генераторов.

Виды ветрогенераторов

Теперь, прежде чем выбрать ветряной генератор, посмотрим какие же они бывают.

Карусельные – с вертикальной осью вращения.

Крыльчатые – с горизонтальной осью вращения.

Небоскреб Empire State Building переходит на энергию ветра
Небоскреб Empire State Building переходит на энергию ветра

Карусельные ветряные генераторы, конечно, имеют свои преимущества. Они быстро набирают силу тяги при увеличении силы ветра, а затем скорость вращения остаётся почти неизменной. Установка сама следит «откуда ветер дует», следовательно, ей не нужны никакие дополнительные устройства. Карусельные ветроустановки тихоходны, что позволяет применять простые электросхемы для съёма энергии, в частности асинхронные генераторы.

В то же время тихоходность и ограничивает применение карусельных ветрогенераторов, так как вынуждает применять повышающие редукторы – мультипликаторы, имеющие очень низкий КПД. Без мультипликатора такую установку эксплуатировать проблемно; многополюсные тихоходные генераторы мало распространены, во всяком случае, в широкой продаже их нет.

Крыльчатые ветрогенераторы имеют большую скорость вращения. Благодаря этому обстоятельству они могут непосредственно соединяться с генератором, без мультипликаторов

Лопасти крыльчатого ветряного генератора должны располагаться вертикально – перпендикулярно потоку воздуха. Для достижения этого применяется специальное устройство – стабилизатор. У крыльчатых ветрогенераторов намного выше коэффициент использования энергии ветра. В то же время скорость вращения у них обратно пропорциональна количеству крыльев. Вследствие этого установки с количеством лопастей больше трех практически не используются.

Скорость вращения и простота изготовления обусловили широкое применение крыльчатых ветрогенераторов.

Выбираем ветряной генератор: расчет ветрогенератора

Для выбора агрегата необходимо точно определить преимущественное направление и среднюю скорость ветров в том месте, где предполагается установить ветрогенератор. Следует помнить, что начальная скорость вращения лопастей ветрогенераторов равна 2 м/с, а скорость, при которой генератор работает с максимальной эффективностью, – 9-12 м/с. Ещё одно замечание. Мощность ветрогенератора зависит только от скорости ветра и диаметра винта.

В специальной литературе имеется множество формул расчёта мощности ветроустановок. Приведу две, самые простые. Обе они дают примерно одинаковый результат.

Р = D2V3/7000, кВт, где

P – мощность,

D – диаметр винта в метрах,

V – скорость ветра в мсек.

и

P = 0,6хSxV^3

P – это мощность, в Вт

S – площадь (М2) на которую перпендикулярно дует ветер.

V – скорость ветра, в метрах в секунду (в формуле – в кубе).

Получается, при известной средней скорости ветра, выбор заключается в диаметре винта установки. Ну и ещё, сравним расчёты с потребной мощностью. Если она нас устраивает, слава Богу, если нет, то либо надо искать другой источник энергии, либо строить несколько ветряков.

 

 

Источник: green-dom.info

 


Если вам понравился этот материал, то предлагаем вам подборку самых лучших материалов нашего сайта по мнению наших читателей. Подборку - ТОП об экологически безопасных технологиях, новой науке и научных открытиях вы можете найти там, где вам максимально удобно ВКонтакте или В Фейсбуке