Принцип действия и устройство ветрогенератора (общие понятия)
Содержание
- 1 Принцип работы
- 2 Система торможения вращения лопастей
- 3 Увеличение мощности установки
- 4 Выбор ветрогенератора
В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом.
Сила ветра приводит в движение лопасти, которые через специальный привод заставляют вращаться ротор. Благодаря наличию статорной обмотки, механическая энергия превращается в электрический ток. Аэродинамические особенности винтов позволяют быстро крутить турбину генератора.
Принцип работы
Дальше сила вращения преобразуются в электричество, которое аккумулируется в батарее. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее крутятся лопасти, производя больше энергии. Поскольку работа ветрогенератора основана на максимальном использовании альтернативного источника энергии, одна сторона лопастей имеет закругленную форму, вторая – относительно ровная.
Когда воздушный поток проходит по закругленной стороне, создается участок вакуума. Это засасывает лопасть, уводя её в сторону. При этом создается энергия, которая и заставляет раскручиваться лопасти.
Схема работы ветрогенератора: показан принцип преобразования энергии ветра и действия внутренних механизмов
Во время своих поворотов винты также вращают ось, соединённую с генераторным ротором. Когда двенадцать магнитиков, закреплённых на роторе, вращаются в статоре, создаётся переменный электрический ток, имеющий такую же частоту, как и в обычных комнатных розетках. Это основной принцип того, как работает ветрогенератор. Переменный ток легко вырабатывать и передавать на большие расстояния, но невозможно аккумулировать.
Принципиальная схема ветрогенератора
Для этого его нужно преобразовать в постоянный ток. Такую работу выполняет электронная цепь внутри турбины. Чтобы получить большое количество электроэнергии, изготавливаются промышленные установки. Ветровой парк обычно состоит из нескольких десятков установок.
- для автономной работы;
- параллельно с резервным аккумулятором;
- вместе с солнечными батареями;
- параллельно с дизельным или бензиновым генератором.
Если поток воздуха движется со скоростью 45 км/час, турбина вырабатывает 400 Вт электроэнергии. Этого хватает для освещения дачного участка. Данную мощность можно накапливать, собирая её в аккумуляторе.
Специальное устройство управляет зарядкой аккумуляторной батареи. По мере уменьшения заряда вращение лопастей замедляется. При полной разрядке батареи лопасти снова начинают вращаться. Таким способом зарядка поддерживается на определённом уровне. Чем сильнее воздушный поток, тем больше электроэнергии может произвести турбина.
Система торможения вращения лопастей
Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.
Конструкция ветрогенератора и узлов
При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.
Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер
Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни.
Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:
- установка экологически чистая;
- отсутствует потребность её заправки топливом;
- не накапливаются какие-либо отходы;
- устройство работает очень тихо;
- имеет большой срок эксплуатации.
Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.
Увеличение мощности установки
Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик.
Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока. Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных. На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.
Увеличить мощность ветроустановки можно с помощью системы резервирования электроэнергии на базе аккумуляторных батарей.
Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.
Для трехфазных схемы электропитания необходимо установить по инвертору на каждую фазу.
Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем.
При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.
Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора
Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем. Соответственно, скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.
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.
Сейчас большое распространение получили коммерческие ветровые установки. Получаемая с их помощью электроэнергия продается различным предприятиям, испытывающим недостаток в энергоснабжении. Обычно такие электростанции состоят из нескольких ветрогенераторов различной мощности. Вырабатываемое ими переменное напряжение в 380 вольт подается непосредственно в электросеть предприятия. Кроме того, ветрогенераторы могут использоваться для зарядки большого числа аккумуляторных батарей, с которых потом преобразованная в переменное напряжение энергия также подается в электрическую сеть.
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.
Устройство и принцип работы ветрогенератора
Главная » Автономное электроснабжение дома
Опубликовано:
Содержание
- Как устроен ветрогенератор
- Принцип действия ветрогенератора
- Схемы работы ветрогенераторов
Как устроен ветрогенератор
Любой ветрогенератор состоит из таких компонентов как;
— генератор, который вырабатывает переменный ток, и в дальнейшем преобразуется в постоянное напряжение, предназначенное для зарядки аккумуляторов.
— мачта ветряка должна иметь достаточную высоту. Чем выше находятся лопасти, тем больше они получат энергии ветра.
Также в устройство ветрогенератора входят;
— контроллер, необходимый для преобразования переменного напряжения идущего с генератора, в постоянное напряжение и последующей зарядкой аккумуляторов. Контроллер управляет поворотом лопастей, и контролируют направление ветра;
— аккумуляторы накапливают электроэнергию, чтобы использовать ее при небольшом ветре или его отсутствии. Батарея также хорошо стабилизирует электроэнергию, полученную от генератора;
— АВР представляет собой устройство автоматического переключения между ветрогенератором и другими источниками электроэнергии, например электросетью, генератором, солнечными панелями;
— инвертор предназначен для преобразования постоянного тока, поступающего с аккумуляторов, в переменное напряжение для домашней электросети.
Инверторы могут разделяться по типу синусоиды для разных потребителей электроэнергии.Устройство ветрогенератора- Инвертор модифицированной синусоиды на выходе выдает квадратную синусоиду, предназначенную для не требовательных потребителей к качеству сети – это тэны, накальные лампы освещения.
- Инверторы с чистой синусоидой по качеству выходного напряжения подходят даже для самых требовательных потребителей электроэнергии.
- Инверторы трехфазного напряжения предназначены для трехфазных сетей.
- Сетевой инвертор работает без аккумулятора и способен к выводу электроэнергии в общую сеть.
Принцип действия ветрогенератора
Принцип работы ветрогенератора построен на преобразовании кинетической энергии силы ветра в энергию вращения вала генератора. Для вертикальных ветрогенераторов, вертикальная ось соединена с вертикальным ротором. Генератор и ротор расположены внизу конструкции. Лопасти закреплены в вертикальной оси.
Вращаясь, лопасти заставляют вращаться ротор генератора, который начинает вырабатывать переменный и нестабильный ток.
Это ток идет на контроллер, который преобразует его в постоянное напряжение и заряжает аккумуляторы. С аккумулятора питание идет на инвертор, назначение которого превращение постоянного тока в переменное напряжением 220 В или 380 В, которое поступает к потребителям электроэнергии.
Схемы работы ветрогенераторов
Вариантов работы ветрогенератора может быть несколько:
- Автономная работа ветрогенератора.
- Такая совместная работа считается очень надежным и эффективным способом автономного электроснабжения. При отсутствии ветра, работают солнечные батареи. Ночью, когда не работают солнечные батареи, аккумулятор заряжается от ветровой установки.
- Ветрогенератор также может работать параллельно с электросетью. При избытке электроэнергии, она поступает в общую сеть, а при недостатке ее потребители электроэнергии работают от общей электросети.
Помогла вам статья?
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Как ветряная турбина вырабатывает электричество?
Блог
Опубликовано | Оставить комментарий
Производство ветровой электроэнергии значительно выросло за последние два десятилетия. Благодаря достижениям в области ветроэнергетики стоимость производства электроэнергии из ветра значительно снизилась. Правительство США также поддержало производство ветровой электроэнергии с помощью стимулов и других программ.
Ветряные турбины преобразуют энергию ветра в механическую энергию, а затем в электричество.
Как работают ветряные турбины?
Турбины часто имеют две или три лопасти, которые функционируют как лопасти несущего винта вертолета или крылья самолета. Когда ветер проходит через эти лопасти, это вызывает снижение давления воздуха на одной стороне лопасти. Это изменение давления воздуха между сторонами лопастей вызывает подъемную силу и сопротивление. Подъемная сила имеет большую силу, чем сопротивление, заставляя ротор вращаться. Ротор может иметь вал, редуктор или турбину с прямым приводом, соединенную с генератором, который вырабатывает электричество переменного тока. Таким образом, турбинная система преобразует аэродинамическую силу в электричество.Куда уходит электроэнергия, вырабатываемая ветряными турбинами?
В зависимости от размера турбины, вырабатываемая электроэнергия может либо использоваться для питания нескольких домов и предприятий, либо подключаться к национальной сети для повышения ее напряжения.
Небольшие ветряные турбины часто используются в гибридных энергетических системах в удаленных местах для поддержки источников энергии от батарей, дизельных генераторов и фотогальваники. Гибридные энергетические системы становятся все более популярными как для автономных, так и для подключенных к сети установок для повышения надежности и эффективности.
Важность генераторов ветряных турбин
Генератор является ключевым компонентом ветряной турбины, поскольку он преобразует механическую энергию в электричество. Производство ветровой энергии было бы невозможно, если бы генератор вышел из строя. Поэтому генераторы всегда должны содержаться в надлежащем рабочем состоянии. Лучший способ обеспечить это – регулярное техническое обслуживание и своевременный ремонт. Тщательная программа профилактического обслуживания может продлить срок службы оборудования ветряных турбин и сэкономить на затратах.
Надлежащие методы профилактического обслуживания помогают операторам ветряных турбин отслеживать и устранять любые проблемы до полного отказа детали.
Общие проблемы с генератором ветровой турбины
Чрезмерная вибрация: Это одна из наиболее распространенных причин отказа генератора. Чрезмерная вибрация головки и корпуса турбины может привести к ее полному выходу из строя в процессе эксплуатации.
Неэффективные системы рыскания: Эта проблема вызвана частыми изменениями скорости и направления ветра, которые могут снизить эффективность системы рыскания. Ему все труднее вращать турбину в соответствии с направлением ветра. Иногда система рыскания приводит к превышению скорости вращения и снижению устойчивости ветряной турбины.
Другие проблемы с генератором включают:
- Неравномерное напряжение
- Неисправности системы охлаждения
- Ветровая нагрузка
- Отказы подшипников
- Суровые погодные условия
- Термоциклирование
Обратите внимание, что расположение и тип ветряной турбины могут влиять на частоту обслуживания.
В некоторых случаях это означает, что вам может потребоваться больше работ по техническому обслуживанию, чем рекомендовано производителем турбины.
Ремонт и техническое обслуживание генератора ветровой турбины от Renown Electric
Ветряные турбины очень эффективны, если они хорошо обслуживаются. Регулярное техническое обслуживание генераторов ветряных турбин является ключом к снижению стоимости производства энергии ветра и увеличению общего срока службы турбин.
Компания Renown Electric обладает многолетним опытом в области ремонта и технического обслуживания генераторов ветряных турбин. У нас также есть обширный склад запасных частей, чтобы мы могли быстро выполнить ремонт турбины. Наша сертификация ISO 9001:2015, соответствие ISN, членство в Электромеханическом управлении (EASA), соответствие EXIROS и другие сертификаты являются свидетельством нашего стремления предоставлять нашим клиентам лучшие продукты и услуги.
Renown Electric также является авторизованным гарантийным центром многих крупных брендов, производящих электродвигатели.
Свяжитесь с нами сегодня, чтобы запланировать обслуживание генераторов ветряных турбин или узнать о других наших продуктах и возможностях.
Есть вопросы? Кликните сюда!
Использование ветра в работе
Энергия ветра производится движением воздуха (ветра) и преобразуется в энергию для использования человеком. Ветер использовался в качестве источника энергии более тысячи лет, но на протяжении большей части 20-го века его в значительной степени заменяли ископаемые виды топлива. Сегодня ветер возвращается в качестве источника электроэнергии и энергии.
Энергия ветра производится с помощью ветряных турбин — высоких трубчатых башен с вращающимися наверху лопастями. Когда ветер крутит лопасти, лопасти вращают генератор и вырабатывают электричество. Ветряные турбины могут иметь горизонтальную или вертикальную ось. На самом деле турбины не производят энергию ветра напрямую. Лопасти вращаются, преобразуют энергию ветра в энергию вращения, форму механической энергии, а эта энергия, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.
Ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) являются наиболее известным типом ветряков, производящих электроэнергию. Большинство из них имеют три больших лопасти, которые вращаются параллельно их башням, где расположены несущий винт и генератор.
Большинство массивов HAWT окрашены в белый цвет, чтобы улучшить видимость для низколетящих самолетов. Их высота составляет от 60 до 90 метров (от 200 до 300 футов), а лопасти вращаются со скоростью от 10 до 20 оборотов в минуту.
Огромные жесткие лопасти ветряных турбин с горизонтальной осью обычно обращены против ветра (против ветра). Флюгер или датчик ветра определяет, в какую сторону дует ветер, и поворачивает турбину навстречу встречному ветру.
Ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT) имеют разнообразные лопасти необычной формы, которые вращаются по полным кругам вокруг своей башни. Главный ротор и генератор расположены близко к земле, что упрощает техническое обслуживание и делает его менее дорогим. VAWT не обязательно должны располагаться против ветра для выработки электроэнергии.
Ветряные турбины с вертикальной осью могут быть намного меньше, чем их горизонтальные аналоги. Эти VAWT высотой всего пять метров (15 футов) могут быть установлены на крышах зданий.
Турбины не могут работать при любой скорости ветра. Если ветер слишком сильный, они могут быть повреждены. Таким образом, турбина имеет автоматический контроллер, который включается, когда ветер дует на максимальной скорости для выработки электроэнергии. Эта скорость обычно составляет от 13 до 90 километров в час (от восьми до 55 миль в час). Если ветер становится сильнее, контроллер выключает турбину.
Ветряные электростанции
Для производства большого количества электроэнергии ветряные турбины часто собираются в большие группы, называемые ветряными электростанциями. Ветряные электростанции состоят из сотен турбин, разбросанных по сотням акров.
Одна из крупнейших ветряных электростанций в мире — Джайсалмерский ветряной парк, представляющий собой ряд подключенных объектов в штате Раджастхан, Индия.
В апреле 2012 года Джайсалмер произвел 1064 мегаватта электроэнергии, больше, чем любая другая наземная ветряная электростанция в мире в то время.
Ветряные электростанции часто располагаются в сельскохозяйственных районах, где земля между турбинами все еще может использоваться для сельского хозяйства. Крупные медленно вращающиеся турбины не влияют на пасущихся животных.
В США «Кукурузный пояс» пересекается с «Ветровым поясом» на Среднем Западе, который идеально подходит для сбора урожая и ветра. Ветряные турбины возвышаются над гектарами кукурузы, сои и люцерны в штатах Айова, Небраска и Канзас. Некоторые ученые предполагают, что ветряные турбины могут даже улучшить поступление углекислого газа к окружающим культурам.
Ветряные электростанции также могут располагаться в открытом море. Эти турбины используют более сильные, более предсказуемые и более частые ветры, которые развиваются, когда прохладный океанский бриз встречается с более теплыми континентальными ветрами.
Самые мощные в мире оффшорные ветряные электростанции используют суровые ветры у берегов Северной Европы. Ветряная электростанция Уолни, например, представляет собой ферму из 102 турбин в Ирландском море у берегов Камбрии, Англия. Уолни — крупнейшая в мире морская ветряная электростанция, вырабатывающая 367 мегаватт электроэнергии.
Также разрабатываются технологии для создания ветряных электростанций на очень больших высотах. Реактивные потоки — это быстрые ветры, которые дуют через стратосферу на высоте 9 754 метра (32 000 футов). Ученые и инженеры разрабатывают ветряную турбину, которая будет привязана к земле, как воздушный змей, но парит в воздухе на тысячи метров, чтобы перерабатывать энергию реактивных струй в электричество.
Отдельные ветряные турбины могут быть приобретены физическими лицами для выработки электроэнергии для дома или бизнеса. В Progressive Field, домашнем стадионе бейсбольной команды Cleveland Guardians в Кливленде, штат Огайо, США, была огромная ветряная турбина с вертикальной осью.
Ожидалось, что турбина в форме штопора будет генерировать около 40 000 киловатт-часов в год, что примерно соответствует количеству энергии, необходимому для питания четырех домов. Однако турбина была снята в 2013 году после повреждения.
Ветряные турбины зависят от ветра, который непостоянен и его трудно предсказать. Хотя ветер является возобновляемым ресурсом, его скорость и направление часто меняются в зависимости от других условий атмосферы, таких как температура, влажность и время года.
Сегодня эта непредсказуемость делает его плохой заменой ископаемому топливу или более мощным возобновляемым источникам энергии, таким как солнечная энергия. Из-за растущего спроса на электроэнергию в большинстве стран ветер может быть отличным дополнением к традиционной энергии, но не доминирующим компонентом в большинстве регионов.
Ветряные мельницы и эволюция энергии ветра
На протяжении тысячелетий люди использовали энергию ветра. Пять тысяч лет назад ветряные лодки перевозили людей и грузы по Нилу.
За тысячи лет до кондиционирования воздуха древние инженеры использовали серию окон и тонких планок — процесс, называемый естественной вентиляцией, — чтобы обеспечить прохладный ветерок людям внутри домов или других зданий. Древнегреческому инженеру Герону Александрийскому приписывают разработку первой в мире ветряной мельницы.
Ветряные мельницы функционируют аналогично ветряным турбинам, и в древних культурах были как ветряные мельницы с горизонтальной осью, так и ветряные мельницы с вертикальной осью. Фактически, единственная разница между ветряными мельницами и ветряными турбинами заключается в том, как используется энергия, которую они используют. Ветряные турбины вырабатывают электроэнергию. Первоначально ветряные мельницы предназначались для измельчения (перемалывания) зерна и перекачки воды.
Как в древних, так и в современных ветряных мельницах приводной вал соединяет вращающиеся лопасти с двумя большими колесами (жерновами) на полу ветряной мельницы. (Корпус для этих колес — вот почему ветряные мельницы имеют широкую коническую форму, а турбины — высокие тонкие башни.
) Один жернов параллелен земле на высоте примерно талии. Другой сидит на нем, перпендикулярно. Ветер вращает лопасти, лопасти вращают приводной вал, приводной вал вращает жернова. Зерно, такое как ячмень, высыпается в полый вращающийся жернов и измельчается в муку, когда колеса перемалывают друг друга.
Ветряные насосы или водяные ветряные мельницы работают аналогичным образом. Ветряные насосы имеют до дюжины вращающихся лопастей (часто называемых парусами), иногда в двух лентах. Вращение лопастей заставляет ротор перемещать длинный передаточный стержень вверх и вниз. Движение штока трансмиссии поднимает и опускает поршень в насосе, состоящем из цилиндра и двух клапанов. При ходе вниз цилиндр наполняется водой, а при ходе вверх вода поднимается в трубу или колодец. Базовая конструкция ветряных насосов не менялась более тысячи лет, и эти конструкции широко известны в современной Австралии, Южной Африке, канадских «провинциях прерий» и на Среднем Западе Америки.
Первые ветряные мельницы, использовавшиеся для перемалывания зерна, были созданы в Систане, регионе на территории современных Ирана и Афганистана, в 600-х годах.
Лопасти этих ветряных мельниц с горизонтальной осью были сделаны из прочных тростниковых циновок.
К 700-м годам ветряные мельницы перемалывали зерно на Ближнем Востоке и перекачивали воду в Китае. Европейские купцы, путешествуя в Азию, привозили с собой инженерные технологии.
Возможно, самые известные массивы ветряных мельниц усеивают нацию Нидерландов. Голландские ветряные мельницы привели в действие масштабный инженерный подвиг по осушению пойм страны вдоль побережья Северного моря. Еще в 14 веке голландские инженеры и фермеры использовали ветряные насосы для осушения низменных долин и возводили дамбы вокруг недавно обнажившейся земли. Эти участки, известные как польдеры, использовались для расширения пахотных земель Нидерландов.
Ветряные мельницы частично утратили свое значение во время промышленной революции 1700-х и 1800-х годов. Ветряные мельницы, полагавшиеся на непредсказуемый и непостоянный ветер, не могли справиться с растущим количеством энергии, необходимой для поддержки новых заводов.
Новые изобретения, такие как паровой двигатель, обеспечили мощную и постоянную энергию, необходимую для работы крупных машин и массового производства.
В конце концов, турбины были разработаны для производства электроэнергии в Европе и Северной Америке. Первая ветряная турбина вырабатывала электричество для Майкирка, Шотландия, дома изобретателя Джеймса Блита в 1887 году. Первая ветряная турбина, синхронизированная с электросетью, находилась на вершине холма под названием Дедушка Ноб в американском штате Вермонт и проработала всего около 1100 часов. в 1941.
Несмотря на относительно недорогой и возобновляемый источник энергии, энергия ветра в 20 веке потеряла популярность. Ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть и природный газ, были более надежными источниками электроэнергии и энергии.
Нефтяной кризис 1970-х, однако, совпал с растущим экологическим движением. Люди снова начали искать более дешевые, более устойчивые источники энергии. В это время была создана первая в мире ветряная электростанция: 20 турбин в предгорьях Крочед-Маунтин, Нью-Гемпшир, США
Сегодня ветряные электростанции строятся во многих районах.
США построили ветряные электростанции на Среднем Западе (где ветряные турбины делят пространство с сельскохозяйственными полями), пустынях и предгорьях. Крупнейшая ветровая электростанция в США — Центр ветроэнергетики Альта в округе Керн, штат Калифорния. Ветряная электростанция, состоящая из более чем 300 турбин, расположена на узком ветреном перевале Техачапи, который соединяет долину Сан-Хоакин с пустыней Мохаве.
Быстро индустриализирующиеся страны БРИК (Бразилия, Россия, Индия и Китай) возводят ветряные электростанции на неосвоенных землях в пустынях и ветреных предгорьях горных хребтов. Ветряная электростанция Ганьсу находится в китайской провинции Ганьсу. Ветряная электростанция Ганьсу будет представлять собой серию соединенных ветряных электростанций, способных производить колоссальные 20 000 мегаватт электроэнергии после завершения строительства.
Развивающиеся страны Африки и Юго-Восточной Азии также инвестируют в ветряные электростанции. Одна из крупнейших ветряных электростанций – это проект ветряной электростанции на озере Туркана, серия из 365 турбин возле озера Туркана, Кения.
Ветряная электростанция использует свое расположение между двумя горными системами, где ветры сильные, устойчивые и предсказуемые. По завершении проект обеспечит электроэнергией тысячи домов и предприятий по всей северной Кении.
Преимущества
Использование энергии ветра для производства электричества имеет множество преимуществ.
- Ветер нельзя израсходовать — он возникает естественным образом, независимо от того, используем мы его для получения электричества или нет.
- Ветер — чистый источник топлива. Турбины не имеют выбросов и не загрязняют воздух. Это имеет глобальное значение, поскольку все больше стран индустриализируются и увеличивают спрос на электроэнергию для домов, предприятий, больниц и школ. Например, во многих школах американского штата Айова установлены ветряные турбины. Первоначальные инвестиции в машины и оборудование были компенсированы экономией более 100 000 долларов США в год. Школы также выбрасывают на миллионы килограммов меньше углекислого газа.
- Энергия ветра дешева! Это один из самых дешевых возобновляемых источников энергии. В США это стоит от четырех до шести центов за киловатт-час. Это дешевле, чем природный газ, но все же дороже, чем ядерная энергия или уголь.
- Ветер генерируется по всей планете, и ветряные турбины могут быть экономично установлены практически везде. Это делает его ключевым ресурсом в развивающихся странах. Ядерная энергетика, например, требует рабочей силы с солидным образованием и инженерным образованием, а также первоначальных инвестиций в атомные электростанции. Развитие электростанций, работающих на ископаемом топливе, зависит от еще большего количества факторов: наличия угля, нефти или газа; оборудование и технологии для его очистки; и финансы для импорта или экспорта сырья или продуктов переработки. Непал, например, — развивающаяся страна, не имеющая ресурсов ископаемого топлива, но богатая ветреными гималайскими горными перевалами. Непальские лидеры разрабатывают политику инвестирования в проекты ветряных электростанций с использованием местных материалов. Это расширит энергосистему страны и позволит ускорить промышленное развитие.
Это расширит энергосистему страны и позволит ускорить промышленное развитие. Проблемы
При использовании энергии ветра также возникает множество проблем:
- Несмотря на то, что энергия ветра дешева, первоначальные затраты на строительство ветряной электростанции или установку турбины все равно обходятся дороже, чем генераторы, работающие на ископаемом топливе. На возмещение начальных затрат могут уйти годы.
- Береговые ветряные электростанции требуют акров земли и должны конкурировать с другими видами использования. В США и Австралии земля между турбинами часто используется в сельскохозяйственных целях, и фермеру или владельцу ранчо, владеющему землей, платят за сдачу в аренду участков его полей. При планировании ветряной электростанции в холмистой местности, где дуют устойчивые и сильные ветры, может потребоваться вырубка деревьев. Это разрушает среду обитания десятков видов и может даже повлиять на более крупную пищевую сеть в этом районе. В Северной Европе ветряные электростанции часто строятся на болотах, являющихся резервуарами торфа, содержащего ископаемое топливо. Разработка болот для установки ветряных турбин может привести к выбросу многих килограммов углекислого газа и других парниковых газов.
- Ветряные турбины убивают летучих мышей и птиц. Эхолокация летучих мышей не учитывает гигантские вращающиеся лезвия, и в них можно попасть. Лезвия также поражают птиц и могут отпугивать определенные виды птиц от мест их обитания. Потенциальные решения могут не требовать сложных технологий. Исследование, в ходе которого отслеживалась гибель летучих мышей вокруг турбин в американском городе Сомерсет-Каунти, штат Пенсильвания, показало, что смертность снизилась более чем наполовину, когда турбины просто переставали работать в периоды очень слабой ветровой активности. Другие решения включают использование ультрафиолетового (УФ) света для улучшения восприятия летучими мышами движущихся лезвий и разработку устройства, которое будет имитировать звуки, которых летучие мыши избегают.
- Оффшорные ветряные электростанции могут воздействовать на морскую экосистему. Морское дно должно быть нарушено и пробурено для установки ветряной турбины. Несмотря на то, что ветряные электростанции тщательно планируются, чтобы избежать судоходных путей и загруженных гаваней, они все же могут представлять опасность для судов во время сильных штормов.
- Некоторые жители, живущие рядом с ветряными электростанциями, жалуются на шум или внешний вид оборудования.
- Места, производящие большое количество ветра, часто находятся в отдаленных районах, вдали от городов и людей, которые могли бы его использовать. Линии электропередач должны быть построены для передачи электроэнергии в города.
В Северной Европе ветряные электростанции часто строятся на болотах, являющихся резервуарами торфа, содержащего ископаемое топливо. Разработка болот для установки ветряных турбин может привести к выбросу многих килограммов углекислого газа и других парниковых газов.
Самым проблемным активом ветроэнергетики, конечно же, является сам ветер. Когда ветер не дует, электричество не вырабатывается.
Краткий факт
Программа кредитования анемометров
Анемометры — это устройства, измеряющие скорость и направление ветра.
