Энергия ветра на службе у человека
 Скачать 91.72 Kb.
|
Энергии ветра неиссякаема до тех пор, пока существует солнце, воздушные потоки будут перемещаться, а значит, будет дуть ветер. Человек использовал энергию ветра в своих целях еще с незапамятных времен. При помощи энергии ветра наши предки осушали территории, орошали поля, плавали на парусных судах. Всем известный пример применения энергии ветра - это мельница, причем, не всегда с ее помощью мололи муку, использовали мельницу еще и для подъема груза. Сегодня человечество сооружает ветровые станции различного назначения: это и мельницы, и водяные насосы, и электростанции. Исходя из многолетнего опыта стран, которые активно используют энергию ветра, можно сделать вывод, что энергия ветра является очень выгодной, так как сам ветер ни чего не стоит, а преобразование энергии ветра в электроэнергию не требует переработки углеродного топлива, последствия которой негативно сказываются не только на состоянии окружающей среды, но и на здоровье человека. Постоянные выбросы в атмосферу вредных веществ, которые делаются индустриальными производствами, а также иные причины оказывают влияние на возникновение контраста температур, который в свою очередь влияет на увеличение активности ветра во многих областях нашей планеты, что положительно влияет на строительство ветровых станций.
Следует отметить, что некоторые очень удаленные регионы, не в полной мере обеспеченные электрической энергией не имеют другого выхода, как воспользоваться энергией ветра и строить ветряные электрические станции. При производстве ветряных электростанций и ветрогенераторов, специалисты наше компании используют тот факт, что кинетическую энергию ветра можно преобразовать при помощи ветромеханических установок, которые мы и производим, в механическую энергию, а затем, при помощи электрогенератора в электроэнергию. При конструировании ветрогенераторов и ветроэлектростанций наши специалисты учитывают следующие характеристики ветра: среднегодовая и среднемесячная скорость ветра, измеряемая по шкале Бофорта, для постоянной службы ветроэлектростанции очень существенным показателем является максимальная скорость ветра в порыве, направление ветра , а также частота изменений направления ветра и силы ветра, строение воздушных потоков, благодаря которому образуются градиенты скорости в вертикальных и горизонтальных плоскостях, изменение быстроты ветра за определенное время, густота потока ветра, которая зависит от давления, от температуры и от влажности, при конструировании и создании ветряных генераторов и ветровых электростанций надо не упускать из виду, что ветер может представлять собой как однофазную, так и многофазную среду, в которой находятся, как жидкие, так и твердые крупицы, которые могут перемещаться внутри потока на разных скоростях.
Для получения такого неиссякаемого источника энергии, как энергия ветра, используют различные ветрогенераторы, с которыми мы вас вкратце и познакомим, являясь непосредственными их производителями. Для применения в ветроэнергетике особый интерес представляют локальные ветра, которые образуются рельефом земли и водными пространствами.
Cуществующие ветроэлектростанции можно разделить на две основные группы в зависимости от расположения оси вращения вала генератора: - Горизонтально расположенным валом генератора (HAWT- Horizontal Axis Wind Turbines) - пропеллерные - Вертикально расположенным валом генератора (VAWT - Vertical Axis Wind Turbines) - виндроторные. Исторически сложилось так, что пропеллерные (HAWT) получили широкое распространение. Виндроторные станциии (VAWT), теоретически превосходя по ряду экономических и технических характеристик пропеллерные ветроэлектростанции, до настоящего времени просто не имели достаточно простого и экономически оправданного решения конструкции. В настоящее время существуют разные типы ВЭС с различными техническими и энергетическими характеристиками (указаны коэффициенты использования энергии ветра)
- Sea Twirl – это название новой системы, придуманной и реализованной компанией Ehrnberg Solutions, для накопления кинетической энергии и электричества от потоков ветра.  По сравнению с традиционными решениями, ветряная энергетическая установка имеет немало достоинств. Установка плавает на воде и обладает вертикальной осью вращения. Верхняя вращающаяся часть в основании имеет форму тора. Данное основание работает как маховик: оно поворачивается за счёт заполнения водой и инерции. Отличительной особенностью является работа при безветренных условиях. Специальная длинная установка под водой содержит электрический генератор, из которого исходят провода, и поплавок, который приходит во вращение при вращении части на поверхности. Также подводная часть механизма фиксируется тросами ко дну. Быстрый ветер будет способствовать поднятию поплавка до поверхности воды под действием центробежной силы. При этом вода, которая накопилась в поплавке, будет переходить в постепенно заполняющийся водой тор. Данный принцип работы позволит продолжать вращение части установки на поверхности даже в отсутствие ветра до того момента, пока вода, заполняющая его, не уйдёт. Принцип действия и конструктивные особенности дают возможность производить накопление энергии от ветра любого направления. Что важно – для данной ветряной энергетической установки не требуются большие и дорогие опоры. Работа системы была успешно проверена на практике. В будущем инженеры планируют увеличить размеры механизма. Высота установки составит почти половину километра – 438 метров. Поверхностная часть будет иметь длину 210 метров, а подводная – 228. Одна такая система сможет обеспечивать электроэнергией 8 тысяч частных домов.
Пропеллерные ветростанции имеют 1,2 или 3 лопасти сложной конструкции, дорогой редуктор, систему контроля и тормоза. Известно, что из ветра максимально можно извлечь 59 % кинетической энергии, после чего движение воздуха прекратится. Преобразование кинетической энергии ветра пропеллерными станциями в механическую широко варьируется в пределах от 10 до 30 %, в зависимости от типа станции. Можно уточнить, что эти результаты верны только в том случае, если направление ветра перпендикулярно рабочему профилю лопастей станции. При порывистом и изменчивом ветре результаты извлечения энергии ветра более удручающие, поскольку системы "наведения на ветер" являются примитивными в виде хвоста и расположены за рабочей поверхностью пропеллера, в "отработанном" потоке воздуха, а не в поступающем. Из-за неэффективности даже такого наведения на ветер многие современные ветростанции выпускаются без системы "наведения" (в больших станциях "наведение на ветер" осуществляется за счет поворота лопастей пропеллера специальным механизмом). Механическая энергия пропеллерных станций преобразуется в электрическую с КПД 50-69 %. (различные типы редукторов, вязкость трансмиссионного масла...) Другой факт - пропеллерные станции часто выходят из строя из-за высоко расположенного ветроагрегата, поскольку не производится ежегодное обслуживание и замена масла. Как результат - относительно высокая стоимость КВт-ч электроэнергии. Как уже было указано выше, ВРТБ - ветроэлектростанция с вертикально расположенным валом генератора (VAWT). Основным преимуществом конструкции ветростанции является ее независимое "наведение на ветер". Неограниченная скорость вращения ротора позволяет работать со всеми встречающимися ветрами, включая штормовые. В результате использования уникального решения системы ротор-статор, которая "форсирует" поступающий ветер, а также грамотного решения электрической схемы и генератора стало возможным преобразование кинетической энергии ветра в механическую на уровне 39-42 % и преобразование механической энергии в электрическую на уровне 90-94 % соответственно.Модульная конструкция позволяет установить необходимую мощность для потребителя, основываясь на характеристиках ветра в месте установки. Другое преимущество ветроэлектростанции - расположение генератора, электрической схемы и аккумуляторов на уровне земли. Это позволяет своевременно, легко и без больших затрат производить техническое обслуживание станции. Как результат - низкая стоимость КВт-ч электроэнергии и удобство эксплуатации. Независимо от размеров станции генератор, система управления и другое оборудование устанавливаются на уровне земли. Отличительные особенности: • рабочая скорость ветра от 3м/с и выше без ограничений; • генератор, система автоматики и др. расположены на уровне земли. •работа при ветрах любого направления без каких-либо настроечных операций; •увеличивающаяся устойчивость конструкции при повышении скорости вращения ротора за счет гироскопического эффекта; • бесшумность (30 dB на расстоянии 5 при ветре 15 м/с); • простота монтажа и технического обслуживания; • быстрый ввод в эксплуатацию; • модульный принцип строения; •возможность автономной работы или параллельной работы с другими источниками энергии; • абсолютно не требует наведения на ветер; • надежность конструкции.
Покрытие потребности в электроэнергии в периоды отсутствия ветра. В течение года бывают периоды затишья ветровой активности, особенно это характерно для летних месяцев. В это время ветер появляется кратковременно или может вообще отсутствовать несколько дней подряд. Решение вопроса энергоснабжения объекта находится в зависимости от суточного, недельного и месячного графиков ветровой активности. Если затишья кратковременны, в пределах до 6-8 часов, с последующим появлением ветра силой более 5-6 м/с, резервным источником питания может служить аккумуляторная батарея. При длительных продолжительных периодах снижения скорости ветра до 3-4 м/с или затишьях, когда за счет энергии ветра может быть обеспечено электроснабжение только части потребителей (потребности первой категории), в состав системы электроснабжения должна вводиться дизельная/бензиновая электростанция или производиться включение в местную электросеть. Избыточная энергия дизельной/бензиновой станции через реверсивный преобразователь частоты направляется в аккумуляторную батарею. Из учета среднемесячного числа часов затиший и энергопотребления приемниками первой и второй категории устанавливается мощность дизельной электростанции для покрытия максимумов нагрузки I и II категории. Ее мощность составляет порядка 2,5-3 кВт. С числом часов использования в месяц равным 95-105. То есть ДЭС может работать порядка четырех суток в месяц. В течение этих же часов при снижении нагрузок I и II категории в соответствии с их графиком порядка 6-8 часов в сутки может работать аккумуляторная батарея. Параметры аккумуляторной батареи определяются из расчета 10 часов обеспечения нагрузки 1500 ВА – 6,8-7 А при расчетном напряжении 220 . Для этих целей может быть использована, например, батарея свинцово- кислотных аккумуляторов из 100-110 элементов типа ОР2S ISO или подобных автомобильных аккумуляторов. |
