ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ПОСЛЕДНИЕ РАЗРАБОТКИ В ЭТОЙ ОБЛАСТИ

Мухутдинов И.М.¹, Орлов А.Г.², Фролов М.С.³

¹Студент; ²студент; ³студент, Оренбургский государственный университет;

ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ПОСЛЕДНИЕ РАЗРАБОТКИ В ЭТОЙ ОБЛАСТИ

Аннотация

В данной статье рассмотрено – виды наиболее эффективных ветроэнергетических установок, а также новые конструкции ветроустановок  и их применение в жизни людей.

Ключевые слова:  ветроэнергетика,  воздушный поток, ветроагрегат, энергоэффективность.

Muhutdinov I.M.¹, Orlov A.G.², Frolov M.S.³

¹Student; ²student; ³student, Orenburg State University

WIND POWER PLANTS AND RECENT DEVELOPMENTS IN THIS AREA

Abstract

In given article is devoted to the species and the most efficient wind turbines, as well as new designs of wind turbines and their application in the lives of people.

Keywords: wind energy, air flow, wind turbine, energy efficiency.

Как известно, во всем мире  основными источниками энергии являются невозобновляемые источники, такие как нефть, газ, уголь и т.д. С каждым годом  с ростом численности населения и их потребностями происходит увеличение потребления энергии, что на сегодняшний день делает актуальной проблему постепенного сокращения запасов традиционных энергоресурсов, ростом цен на жидкое топливо и зависимость от импортируемого топлива. Всё это привело к возрождению исследований, направленных на расширение возможности преобразования ветра в пригодный для использования вид энергии.

Энергия ветра на земле неисчерпаема, т.е. это возобновляемый источник энергии. Ветер является одним из наиболее мощных энергетических источников.  Многие столетия человек пытается превратить энергию ветра себе на пользу, строя ветростанции, выполняющие различные функции: мельницы, водяные насосы, электростанции. Как показала практика и опыт многих стран, использование энергии ветра крайне выгодно, поскольку, во- первых, стоимость ветра равна нулю,  во-вторых, электроэнергия получается из энергии ветра, а не за счет сжигания углеродного топлива, продукты горения которого известны своим опасным воздействием на человека, в-третьих, осуществляется  обеспечение децентрализованных потребителей и регионов с дальним и сезонным завозом топлива и снижение расходов на дальнепривозное топливо.

Эффективными и все больше и больше входящими в наш обиход преобразователями ветра являются ветроэнергетические установки (ВЭУ). ВЭУ -  комплекс технических устройств для преобразования кинетической энергии ветрового потока в какой-либо др. вид энергии. Ветроэнергетические установки  достигли сегодня уровня коммерческой зрелости и в местах с благоприятными скоростями ветра могут конкурировать с традиционными источниками электроснабжения. Из всевозможных устройств,  преобразующих энергию ветра в механическую работу,  используются лопастные машины с горизонтальным валом, устанавливаемым по направлению ветра и намного реже применяются устройства с вертикальным валом.

ВЭУ с горизонтальной осью вращения, имеющие две или три лопасти, установленные на вершине башни - наиболее распространенный тип ветрогенераторов. Ведущей вал ротора , соединяющий лопасти с генератором считается осью машины. У ВЭУ с горизонтальной осью вращения ведущий вал ротора расположен горизонтально. Чаще всего, установки с горизонтальной осью вращения имеют две или три лопасти, хотя есть и модели с большим количеством лопастей. ВЭУ с большим количеством лопастей обычно работают при низких скоростях вращения, в то время как установки с двумя или тремя лопастями должны вращаться с очень высокой скоростью, чтобы максимально охватить ветровые потоки, проходящие через площадь ротора. Теоретически, чем больше лопастей у ротора, тем эффективней должна быть его работа. Однако, это не так. Ветроэнергетические установки с большим количеством лопастей менее эффективны, чем установки с двумя или тремя лопастями, так как лопасти создают помехи друг другу и менее прочны.

 У ВЭУ с вертикальной осью вращения  ведущий вал ротора расположен вертикально. Лопасти такой установки – длинные, обычно дугообразные. Они прикреплены к верхней и нижней частям башни. Благодаря вертикальному расположению ведущего вала ротора ВЭУ, в отличие от ВЭУ с горизонтальной осью вращения,  захватывают  ветер, дующий в любом направлении, и для этого им не нужно менять положение ротора при изменении ветровых потоков.

К сожалению как и у любой другой установки ветроэнергетическая установка обладает рядом недостатков: неравномерность поступления энергии, дороговизна оборудования, шум от работы ветродвигателей, вредные для людей и животных низкочастотные вибрации, обледенение лопастей, образующее осколки, гибель птиц и летучих мышей.     Необходимо четко представлять себе, что ветроустановка работает только тогда, когда есть ветер. Наибольший ветровой потенциал наблюдается на морских побережьях, на возвышенностях и в горах. Однако существует еще много других территорий с потенциалом ветра, достаточным для его использования в ветроэнергетике. Энергетические установки обычно используют ветер в приземном слое на высоте до 50 - 70 м, реже - до 100 м от поверхности Земли, поэтому наибольший интерес представляют характеристики движения воздушных потоков именно в этом слое. Важнейшими характеристиками, определяющей энергетическую цен­ность ветра, являются его скорость и плотность.

Непостоянство скорости ветра заставляет либо устанавливать параллельно с ВЭУ аккумуляторную батарею, либо резервировать ее установкой на органическом топливе. Естественно, это повышает стоимость установки и ее эксплуатации, поэтому распространение таких установок пока невелико.

В развивающихся странах интерес к ВЭУ связан в основном с автономными установками малой мощности (0,5-4 кВт), которые могут использоваться в деревнях, удаленных от систем централизованного электроснабжения. Такие установки уже сегодня конкурентоспособны с дизелями, работающими на привозимом топливе.

На сегодняшний день доля ветроэнергетики в мировом энергопроизводстве составляет 1%, причем в некоторых странах на долю энергии выработанной за счет ветра, приходится 20% и более от общего объема энергопоставок.

Так, в США установлено более 1,5 млн. кВт мощностей ВЭУ, в Дании ВЭУ производят около 3% потребляемой страной энергии. Велика установленная мощность ВЭУ в Швеции, Нидерландах, Великобритании и Германии.  На сегодняшний день идёт изучение, разработка и внедрение новых видов преобразователей ветра. Китайским конструктором Цзян Цянь и его итальянский коллега Алессандро Леонетти Лупарини создали ветроагрет под название T-Box, который улавливает воздушный поток проезжающего поезда со скоростью до 240 км/ч.  Такая скорость поезда образует воздушный поток  скоростью до 15 м/с. T-Box помещается под землю между шпалами — на поверхности остаются только вентиляционные отверстия. Внутри расположена турбина, которая и преобразует ветер в электричество. Если 200-метровый поезд пройдёт этот участок со скоростью 300 км/ч, суммарная мощность полученной энергии составит 2,6 кВт.

Ещё одной последней разработкой является  ветроустановка от фирмы Magenn Power Air Rotor System. Установка представляет собой аэростат, наполненный гелием, по бокам которого размещены два генераторных блока и удерживаемый с помощью привязи. Сам аэростат и является ротором с горизонтальной осью вращения. Устройство работает за счет эффекта Магнуса – возникновения подъемной силы в результате циркуляции воздуха вокруг твердого тела.

Традиционные ветряные генераторы эффективны при скоростях ветра от 3 до 28 м/с, а на высоте, куда можно поднять баллон MARS, скорость ветра может достигать гораздо больших значений (120-300 м), что увеличивает скорость вращения. Мощность установки составляет от 1кВт и ваше. Ещё одно преимущество – лёгкость монтажа. Также он абсолютно экологичен , и не приносит вреда птицам.

Однако MARS имеет и свои недостатки. Такие генераторы смогут работать только в тёплое время года или в странах с постоянным теплым климатом , так как при нулевой температуре и сильном ветре конструкция будет обледеневать и разрушаться. При сильных порывах возможен даже разрыв троса. Также при установке требуется согласование с авиационными службами.

Все эти устройства требуют дальнейшего изучения, разработки и рассмотрение возможного применения на территории Российской Федерации.