Ветровые турбины Power Flowers

Power Flowers: Миниатюрные ветряные турбины для города и дома

Энергия ветра неисчерпаема. С помощью ветряных установок кинетическая энергия ветра может быть превращена в механическую, а потом электрогенератором и в электрическую. Ветер – один из основных альтернативных возобновляемых источников энергии. Ветроэнергетика развивается довольно интенсивно. Так, в 2009 году всеми ветрогенераторами мира было произведено 340 тераватт-часов электричества, что составило около 2% всей мировой электрической энергии, произведенной людьми.

Крупные ветряные электростанции располагаются за пределами населенных пунктов и их сооружение связано с целым рядом технических и экономических трудностей. Это обусловлено и довольно высоким уровнем шума, производимым ветряными турбинами и чисто физической потребностью в большой территории и открытом пространстве.

Ветер парень вольный. Его не посадишь на цепь и не заставишь дуть где-нибудь у черта на куличках только потому, что людям так удобно. Сегодня он гоняет в чистом поле по небу облака, завтра шалит с морскими волнами, а послезавтра резвится с листвой в городском парке. Идея приручения и «одомашнивания» энергии ветра очень заинтересовала инженеров из голландской дизайнерской студии NL Architects, предложивших использовать древообразные установки, оборудованные ветряными турбинами с вертикальной осью вращения.

Эти компактные и практически бесшумные конструкции без проблем могут быть размещены в городских условиях, выполняя не только энергетическую, но и чисто эстетическую функцию. Необычный облик минитурбин, чем-то напоминающий лепестки цветов, побудил авторов проекта назвать свое детище Power Flowers.

Вместо традиционных трехлопастных турбин, для нормального функционирования которых необходимо открытое пространство в пять раз превышающее диаметр самих лопастей, в Power Flowers были использованы компактные турбины Eddy компании Urban Green Energy, предназначенные для использования в городских условиях. «Малышка» Eddy может быть смонтирована всего за час, она надежна и безопасна при ветре, достигающем 193 км/ч, а срок ее службы составляет не менее 20 лет. Ветряные турбины разработчики предлагают размещать на древообразных конструкциях, созданных из полых стальных колонн. На одном энергодереве можно будет разместить от 3 до 12 турбин. «Высаживать» необычные деревья можно вдоль дорог, в парках или даже у жилых домов.

Естественно, миниатюрные ветряные турбины не могут тягаться в энергоэффективности со своими полногабаритными собратьями, но и у них есть ряд преимуществ: бесшумность, компактность, непосредственная близость к потребителю, безопасность для человека и окружающей среды. Немаловажен и тот факт, что турбины с вертикальной осью прекрасно работают с любым направлением ветра. Power Flowers могут подключаться к современным «интеллектуальным энергосетям» (Smart Grid) и работать вместе с другими альтернативными энергоустановками, например, солнечными панелями. Две модели различных размеров позволят использовать турбины как в коммерческих, так и в чисто бытовых целях.

По данным производителя турбин, миниатюрные трехтурбинные энергодеревья смогут вырабатывать более 13000 кВт/ч электроэнергии в год при скорости ветра 5 м/с, а уровень шума составит всего 42.8db при скорости ветра 12 м/с. Установки, оснащенные двенадцатью турбинами, ежегодно будут вырабатывать 55000 кВт/ч при таких же показателях как и трехтурбинные.

Подобные разработки делают энергию ветра более доступной, позволяя устанавливать ветряные турбины так же просто и ненавязчиво, как и солнечные панели на крышах домов.

Ветряная электростанция дома: благо или блажь?

С использованием энергии ветра человечество знакомо с незапамятных времен. Когда-то неизвестный изобретатель приладил парус к неказистому плавучему средству, и с его помощью через столетия вся Земля была обследована пытливыми мореплавателями. Ветряные мельницы даже в наше время во многих странах исправно служат человеку.

Но сегодня использование ветра подразумевает, прежде всего, получение электроэнергии. Попытаемся разобраться, насколько это просто, дешево и удобно. Для тех, кто хочет сразу услышать итог, вывод: ветряная электроэнергия никогда не станет дешевле энергии, полученной из других источников: тепловых, атомных или гидроэлектростанций.

Поэтому заниматься ветряными электростанциями для дома имеет смысл только тем, у кого руки чешутся приспособить доставшийся «по случаю» готовый генератор, или энтузиастам экологически чистой энергии, фанатично желающим спасти планету от экологической катастрофы. Других причин использовать ветряную энергию при подведенном питании от внешних электрических сетей просто не придумаешь.

Для начала немного сведений о возможностях использования энергии ветра. При воздействии ветра на лопасти турбины, эффективность отбора энергии (КПД) не может превышать 59%. Это значение получили в своих работах ряд ученых (Ланчестер, Бец, Жуковский) еще в 1920 г. С тех пор оно известно как «предел Беца».

Есть ли смысл считать КПД ветряного генератора, если он приводится в действие дармовым источником неограниченной мощности? Конечно, есть! Зная КПД преобразования, можно оценить необходимую мощность электростанции, а затем – насколько похудеет ваш кошелек после ее приобретения.

Предельная мощность, которую можно «отнять» у ветра, равна площади, на которую он воздействует (площадь обмаха пропеллера), умноженной на скорость ветра в кубе и на упомянутый выше КПД, равный 0,6. Выразив все величины в системе СИ, получим, что 1м2 турбины при скорости ветра 2 м/сек отбирает мощность аж . 4,8 Вт. При скорости ветра 8 м/сек (номинальная скорость большинства ветряных генераторов), отбор с единицы площади возрастет до 307 Вт.

Теперь информация к размышлению: реальный КПД для домашних установок нужно брать не более 0,3. Время работы ветряных электростанций при оптимальной скорости ветра колеблется от 10 до 15% в год в климатических условиях стран СНГ.

Поэтому полученную из формулы мощность ветряной электростанции необходимо увеличить еще в 4-5 раз. На практике рекомендуют устанавливать ветряную электростанцию, ориентируясь не столько на технические показатели, сколько на финансовые возможности, по принципу: «Чем больше, тем лучше». С мечтой установить мощную и, одновременно, компактную установку необходимо сразу расстаться. Одно другому противоречит в принципе.

Конструкция ветряной электростанции, в общем случае, состоит из генератора, выпрямительного устройства, аккумуляторной батареи и инвертора для преобразования напряжения в привычное значение 220В. Контроль и управление всеми блоками и элементами электростанции выполняет микропроцессорный контроллер или более простые логические схемы.

Изучая технические характеристики ветряных электростанций, предпочтение необходимо отдавать тем, у которых скорость начала движение ротора, начальная скорость зарядки аккумуляторов и скорость, при которой они выходят на рабочий режим, минимальны. Чем шире диапазон рабочих скоростей ветра, тем больше вероятность получить энергию. Стоимость в этом случае играет вторичную роль: зачем брать установку дешевле, если она в вашем регионе будет работать несколько дней в году?

Теперь пришло время прицениться к продукции фирм, предлагающих готовые комплекты оборудования. О самодельных ветряных электростанциях здесь вообще не будем говорить. Даже лучшие образцы промышленного изготовления имеют КПД не более 30%, а самодельные конструкции из подсобных материалов смогут производить разве что шум.

Все разнообразие конструкций ветряных генераторов можно свести к двум большим группам: с горизонтальным расположением ротора генератора и генераторы с ротором вертикального типа.

Горизонтальные генераторы флюгерного типа обладают более высоким КПД, меньшей материалоемкостью. Но требуют применения мачт большей высоты, имеют сложную механическую часть и неудобны в обслуживании. Станции вертикального типа менее экономичны, они имеют большую материалоемкость, но работают в большем диапазоне скоростей ветра и более компактны.

Рассмотрим по одному образцу из наиболее интересных представителей ветряных электростанций каждой группы. Наибольший интерес из электростанций с горизонтальным расположением ротора представляет безредукторный контурный генератор «Windtronics».

В нем аэродинамическое сопротивление снижено за счет особой конструкции турбины, в которой на концах лопастей закреплены сильные постоянные магниты, а по ободу смонтировано 68 статорных катушек. При таком решении ротор одновременно является и генератором электрической энергии. Специальные закрылки на лопастях позволяют турбине начать движение при скорости ветра 0,2 м/сек. На сегодня это значение является рекордным для генераторов.

При скорости 0,9 м/сек. турбина начинает вырабатывать электричество. Другие типы генераторов при этих значениях скорости ветра даже не могут сдвинуться с места. Вес изделия около 110 кг, диаметр 1,8 метра, уровень шумов – не более 35 дБ.

Благодаря жесткой конструкции, турбина выдерживает скорость ветра до 62,6 сек. Годовая производительность от 1500 до 2750 кВт/ч электроэнергии. Американской фирмой «Honeywell Wind Turbine» в комплекте с турбиной поставляется вся необходимая электроника, рассчитанная на подключение 2 генераторов или солнечной дополнительной панели. Серьезным и единственным недостатком ветряной электростанции является ее цена – 5750 долларов при номинальной мощности генератора всего 1,5 кВт.

Многообещающим представителем электростанций с генератором вертикального типа можно считать турбины «Eddy» компании «Urban Green Energy». Генераторы очень компактны, почти бесшумны и могут монтироваться даже в городских условиях. При весе генератора 95 кг он занимает площадь чуть больше 2,5 м2.

Турбину можно смонтировать за час, а служит она до 20 лет. Генератор выдерживает ветровые нагрузки до 193 км/час и вырабатывает, в зависимости от модификации, от 2000 до 4000 кВт/ч энергии в год. Главным недостатком является высокая начальная скорость ветра для турбины – 3,2 м/сек. Информации о стоимости генератора пока нет.

Оригинальная форма турбины, напоминающая лепестки розы, натолкнула архитекторов на идею создать электростанцию в виде дерева, на ветвях которого смонтировано от 3 до 12 турбин, Проект получил название «Power Flowers» – «цветочное дерево» и привлек широкое внимание общественности, создав неплохую рекламу генераторам «Eddy» и фирме UGE.

О различных конструкциях и моделях электростанций можно очень долго говорить, но объединяет их одно: очень высокая цена. Из анализа предложений фирм можно вывести некую удельную стоимость 1кВт мощности оборудования. Она составляет приблизительно 2000 долларов без монтажных работ. Добавив еще около 500 долларов на монтаж и наладку, мы получим усредненную величину затрат на оборудование, которое произведет вам 2000-3000кВт/ч электрической энергии за год.

По оценкам специалистов, электроэнергия, полученная от экологически чистых источников, дороже обычной в 3-4 раза. При использовании маломощных ветряных электростанций, стоимость энергии может на порядок (в 10 раз) превышать полученную из традиционных источников. Это связано с большими разовыми затратами на оборудование и работами по установке, наладке и обслуживанию ветряных электростанций.

Для того, что бы скрыть этот факт, часто используют утверждение, что с ростом цены на энергоносители экологически чистые источники станут рентабельными. При этом игнорируется то соображение, что с ростом расценок на энергию будет расти и стоимость оборудования, которое обладают значительной материалоемкостью. И перспектив к сокращению подобной «вилки» не предвидится даже в отдаленном будущем.

Если есть непреодолимое желание установить ветряную электростанцию, то сначала необходимо познакомиться с архивом сводок погоды за несколько последних лет в вашем регионе. Подобная информация сейчас доступна в сети и сразу прояснит реальные возможности по использованию ветровой энергии.

Ветряные электростанции для дома. Их виды и типы.

Ветряные электростанции

Здравствуйте, дорогие друзья! В сегодняшней статье вы узнаете, что такое ветряные электростанции. С использованием энергии ветра человечество знакомо с незапамятных времен. Когда-то неизвестный изобретатель приладил парус к неказистому плавучему средству, и с его помощью через столетия вся Земля была обследована пытливыми мореплавателями. Ветряные мельницы даже в наше время во многих странах исправно служат человеку.

Но сегодня использование ветра подразумевает, прежде всего, получение электроэнергии. Попытаемся разобраться, насколько это просто, дешево и удобно. Для тех, кто хочет сразу услышать итог, вывод: ветряная электроэнергия никогда не станет дешевле энергии, полученной из других источников: тепловых, атомных или гидроэлектростанций. Поэтому заниматься ветряными электростанциями для дома имеет смысл только тем, у кого руки чешутся приспособить доставшийся «по случаю» готовый генератор, или энтузиастам экологически чистой энергии, фанатично желающим спасти планету от экологической катастрофы. Других причин использовать ветряную энергию при подведенном питании от внешних электрических сетей просто не придумаешь.

Для начала немного сведений о возможностях использования энергии ветра. При воздействии ветра на лопасти турбины, эффективность отбора энергии (КПД) не может превышать 59%. Это значение получили в своих работах ряд ученых (Ланчестер, Бец, Жуковский) еще в 1920 г. С тех пор оно известно как «предел Беца». Есть ли смысл считать КПД ветряного генератора, если он приводится в действие дармовым источником неограниченной мощности? Конечно, есть! Зная КПД преобразования, можно оценить необходимую мощность электростанции. А затем – насколько похудеет ваш кошелек после ее приобретения.

Предельная мощность, которую можно «отнять» у ветра, равна площади, на которую он воздействует (площадь обмаха пропеллера), умноженной на скорость ветра в кубе и на упомянутый выше КПД, равный 0,6. Выразив все величины в системе СИ, получим, что 1 м2 турбины при скорости ветра 2 м/сек отбирает мощность аж …4,8 Вт. При скорости ветра 8 м/сек (номинальная скорость большинства ветряных генераторов), отбор с единицы площади возрастет до 307 Вт.

Ветряные электростанции

Теперь информация к размышлению: реальный КПД для домашних установок нужно брать не более 0,3. Время работы ветряных электростанций при оптимальной скорости ветра колеблется от 10 до 15% в год в климатических условиях стран СНГ. Поэтому полученную из формулы мощность ветряной электростанции необходимо увеличить еще в 4-5 раз. На практике рекомендуют устанавливать ветряную электростанцию, ориентируясь не столько на технические показатели, сколько на финансовые возможности, по принципу: «Чем больше, тем лучше». С мечтой установить мощную и, одновременно, компактную установку необходимо сразу расстаться. Одно другому противоречит в принципе.

Ветряные электростанции состоят из:

  • генератора
  • выпрямительного устройства
  • аккумуляторных батарей
  • инвертор, для преобразования напряжения
  • микропроцессорный контроллер

Изучая технические характеристики ветряных электростанций, предпочтение необходимо отдавать тем, у которых скорость начала движение ротора, начальная скорость зарядки аккумуляторов и скорость, при которой они выходят на рабочий режим, минимальны. Чем шире диапазон рабочих скоростей ветра, тем больше вероятность получить энергию. Стоимость в этом случае играет вторичную роль: зачем брать установку дешевле, если она в вашем регионе будет работать несколько дней в году?

Теперь пришло время прицениться к продукции фирм, предлагающих готовые комплекты оборудования. О самодельных ветряных электростанциях здесь вообще не будем говорить. Даже лучшие образцы промышленного изготовления имеют КПД не более 30%. А самодельные конструкции из подсобных материалов смогут производить разве что шум.

Все разнообразие конструкций ветряных генераторов можно свести к двум большим группам:

  • с горизонтальным расположением ротора генератора
  • генераторы с ротором вертикального типа

Горизонтальные генераторы флюгерного типа обладают более высоким КПД, меньшей материалоемкостью. Но требуют применения мачт большей высоты, имеют сложную механическую часть и неудобны в обслуживании. Станции вертикального типа менее экономичны. Они имеют большую материалоемкость, но работают в большем диапазоне скоростей ветра и более компактны.

Рассмотрим по одному образцу из наиболее интересных представителей ветряных электростанций каждой группы. Наибольший интерес из электростанций с горизонтальным расположением ротора представляет безредукторный контурный генератор «Windtronics».

Ветряные электростанции, ветряной генератор «Windtronics»

В нем аэродинамическое сопротивление снижено за счет особой конструкции турбины, в которой на концах лопастей закреплены сильные постоянные магниты, а по ободу смонтировано 68 статорных катушек. При таком решении ротор одновременно является и генератором электрической энергии. Специальные закрылки на лопастях позволяют турбине начать движение при скорости ветра 0,2 м/сек. На сегодня это значение является рекордным для генераторов. При скорости 0,9 м/сек. турбина начинает вырабатывать электричество. Другие типы генераторов при этих значениях скорости ветра даже не могут сдвинуться с места. Вес изделия около 110 кг, диаметр 1,8 метра, уровень шумов – не более 35 дБ.

Благодаря жесткой конструкции, турбина выдерживает скорость ветра до 62,6 сек. Годовая производительность от 1500 до 2750 кВт/ч электроэнергии. Американской фирмой «Honeywell Wind Turbine» в комплекте с турбиной поставляется вся необходимая электроника. Она рассчитанна на подключение 2 генераторов или солнечной дополнительной панели. Серьезным и единственным недостатком ветряной электростанции является ее цена.

Многообещающим представителем электростанций с генератором вертикального типа можно считать турбины «Eddy» компании «Urban Green Energy». Генераторы очень компактны, почти бесшумны и могут монтироваться даже в городских условиях. При весе генератора 95 кг он занимает площадь чуть больше 2,5 м2. Турбину можно смонтировать за час, а служит она до 20 лет. Генератор выдерживает ветровые нагрузки до 193 км/час и вырабатывает, в зависимости от модификации, от 2000 до 4000 кВт/ч энергии в год. Главным недостатком является высокая начальная скорость ветра для турбины – 3,2 м/сек. Информации о стоимости генератора пока нет.

Ветряные электростанции, ветряной генератор «Eddy»

Оригинальная форма турбины, напоминающая лепестки розы, натолкнула архитекторов на идею создать электростанцию в виде дерева. Проект получил название «Power Flowers» — «цветочное дерево» и привлек широкое внимание общественности, создав неплохую рекламу генераторам «Eddy» и фирме UGE.

Ветряные электростанции «Power Flowers» с генераторами «Eddy»

О различных конструкциях и моделях электростанций можно очень долго говорить, но объединяет их одно: очень высокая цена. Из анализа предложений фирм можно вывести некую удельную стоимость 1 кВт мощности оборудования. Она составляет приблизительно 2000 долларов без монтажных работ. Добавив еще около 500 долларов на монтаж и наладку. Получим усредненную величину затрат на оборудование, которое произведет вам 2000-3000 кВт/ч электрической энергии за год.

По оценкам специалистов, электроэнергия, полученная от экологически чистых источников, дороже обычной в 3-4 раза. При использовании маломощных ветряных электростанций, стоимость энергии может на порядок (в 10 раз) превышать полученную из традиционных источников. Это связано с большими разовыми затратами на оборудование и работами по установке, наладке и обслуживанию ветряных электростанций. Для того, что бы скрыть этот факт, часто используют утверждение, что с ростом цены на энергоносители экологически чистые источники станут рентабельными.

Если есть непреодолимое желание устанавливать ветряные электростанции, то сначала необходимо познакомиться с архивом сводок погоды за несколько последних лет в вашем регионе. Подобная информация сейчас доступна в сети и сразу прояснит реальные возможности по использованию ветровой энергии.

Первый в мире летающий ветрогенератор поднялся в небо над Аляской

Изготовители современных ветряных генераторов пытаются сделать их как можно выше, стремясь поместить лопасти их турбин в область атмосферы, где дуют постоянные ветра. Но некоторые из компаний, работающие в направлении экологически чистой энергетики, считают, что не стоит заниматься строительством поистине громадных ветряных генераторов, поднимающихся на их мачтах на высоту в сотни метров, гораздо проще сделать летающий ветрогенератор виде дирижабля или воздушного змея, который можно поднять на сколь угодно большую высоту. Одной из таких компаний является компания Altaeros Energies, о которой мы уже рассказывали на страницах нашего сайта. И вот недавно специалисты этой компании произвели запуск первого летающего ветрогенератора BAT, который будет снабжать энергией жителей поселка, находящегося на Аляске к югу от города Фэрбенкс.

В отличие от больших стационарных ветрогенераторов, летающие ветрогенераторы не предназначены для отдачи вырабатываемой ими энергии в общую энергетическую сеть. Областью применения таких ветрогенераторов являются небольшие поселки, военные базы, удаленные места добычи полезных ископаемых и зоны, в которых нарушено обычное энергоснабжение в результате произошедших техногенных катастроф или стихийных бедствий. Проект компании Altaeros Energies является первым долгосрочным коммерческим проектом в ходе реализации которого будет проверена жизнеспособность всех использованных технологий. Представители компании обещают, что каждый киловатт/час энергии обойдется потребителям в 18 центов, что приблизительно в два раза ниже стоимости энергии, вырабатываемой при помощи других методов в районах, не охваченных централизованным энергоснабжением.

Летающий ветрогенератор Buoyant Airborne Turbine (BAT) представляет собой кольцевую оболочку, заполненную гелием, в центре которой установлена турбина и электрический генератор. Летающая конструкция поднимается на высоту в 300 метров, на высоту, где ветры дуют сильней и стабильней, нежели возле поверхности. Высота, на которой находится ветрогенератор BAT практически в два раза больше высоты любого существующего стационарного ветрогенератора.

Электрический генератор BAT способен выдавать 30 КВт мощности, чего достаточно для постоянного обеспечения энергией 12 среднестатистических домов. Но, кроме производства электрической энергии конструкция ветрогенератора может нести на себе метеорологическое и коммуникационное оборудование, такое как оборудование мобильной связи или Wi-Fi, которое будет питаться вырабатываемой энергией. При этом наличие или отсутствие дополнительного оборудования никак не затрагивает основную функцию ветрогенератора.

Вся система может быть полностью развернута менее чем за 24 часа времени, ведь это не требует возведения специализированных конструкций, использования подъемных кранов и другой тяжелой строительной техники. Наземный модуль ветряной электростанции устанавливается на забитых в землю сваях и управляет положением летающей части при помощи троса и лебедки. Опытный образец ветрогенератора BAT испытывался на скоростях ветра до 70 километров в час, но его конструкция рассчитана на то, что она сможет выдержать воздействие порывистых ураганных ветров.

В заключение стоит упомянуть, что данный проект финансируется государственным фондом Alaska Energy Authority Emerging Energy Technology Fund и компанией RNT Associates International, владелец которой является одновременно руководителем индийской корпорации Tata Group, в состав которой входит крупнейшая индийская энергетическая компания Tata Power.

Все плюсы и минусы ветряных электростанций

Энергия движения воздуха человечеству известна с давних времен. Приладив однажды на свое неказистое плавучее средство парус люди через столетия смогли с его помощью познать планету Земля, побывав практически во всех ее сокровенных уголках. Мельницы, движимые ветром, по сегодняшний день во многих продолжают исправно служить человеку.

Но в наши дни естественные потоки воздуха в основном используются для получения электроэнергии. Это просто и удобно. В настоящее время действующие ветряные электростанции можно встретить во многих странах, в последние десятилетия они стали популярными и в России. В основном их применение оправдано там, где отсутствует постоянное электроснабжение.

  1. Виды и их оосбенности применения
  2. Устройство и принцип работы
  3. Разбираем все плюсы и минусы
  4. Обзор популярных брендов
  5. Подведем итог

Виды ветрогенераторов

Устройства отличаются между собой числом лопастей, направлением их вращения, по способам управления ими и материалом, из которого сделаны ветряки.

Ветровые электростанции могут быть:

  1. Двухлопастные;
  2. Трехлопастные;
  3. Многолопастные.

Большое количество пластин в ветряке не всегда гарантирует его хорошую работу. Такие ветряные многолопастные электростанции улавливают даже малейшее дуновение ветра, но, начав вращение и достигнув определенного числа оборотов, они теряют эффективность из-за большого сопротивления воздушному потоку. Такие устройства есть смысл использовать при выполнении ими, кроме основной функции, еще каких-либо работ, например, приведение в действие водяного насоса. Ветрогенераторы с небольшим количеством рабочих элементов имеют КПД намного выше.

Ветряные электростанции могут быть с парусными или жесткими лопастями. Первые проще в изготовлении и намного дешевле. Вторые изготавливаются из металла либо стеклопластика и стоимость их, естественно, будет существенно выше. Ветровые парусные электростанции быстрее изнашиваются и требуют постоянного внимания и регулярного обслуживания.

Их лопасти могут износиться через год-полтора и потребуется их полная замена. Такие ветряные парусные электростанции нецелесообразно устанавливать в районах где наравне с сильным ветром в воздухе имеется много пыли и других механических частиц.

Управление шагом лопастей также бывает разным. На сегодняшний день созданы с шагом:

  • Изменяемым;
  • Фиксированным.

Первый вариант дает возможность существенно увеличить спектр рабочих скоростей. Но при этом намного усложняется конструкция лопасти, и происходит утяжеление всей конструкции. Что, естественно, делает ветряные подобные электростанции дорогими как при покупке, так и в период эксплуатации.

Фиксированный шаг лопастей преобладает рядом преимуществ, но и в эксплуатации такого ветряка есть некоторые нюансы.

Например, ветровые такие электростанции в своей конструкции должны иметь предохранительное устройство, переводящее лопасти при шторме или урагане в положение флюгера. В противном случае может произойти обрушение всей мачты.

По тому, какое направление имеет ось вращения, ветряные лопастные электростанции подразделяются на две группы:

  • Вертикальные;
  • Горизонтальные.

У первого типа турбина находится перпендикулярно по отношению к основе. Ветряные горизонтальные электростанции расположены горизонтально к опоре.

Вертикальные генераторы в свою очередь делятся на такие виды:

  1. Стандартный ветряк;
  2. Роторный;
  3. С геликоидным ротором;
  4. Ортогональный.

Ветряные стандартные электростанции характеризуются вертикальной осью вращения и парой цилиндров. Они всегда в движении, но при этом использование энергии ветра довольно низкое.

Наличие в ветряке ротора значительно уменьшает нагрузку на его подшипник. Это намного продлевает срок эксплуатации устройства. Ветровые роторные электростанции характеризуются сложным монтажом, что делает и без того высокую стоимость еще большей.

Устройство с геликоидным ротором отличается закрученными лопастями, способствующими равномерному вращению.

Ветряные ортогональные электростанции не нуждаются в сильном ветре, их работа возможна даже при небольшой скорости воздушного потока. Главными достоинствами таких аппаратов являются:

  • Бесшумность;
  • Безопасность;
  • Отличные технические характеристики.

К недостаткам данных аппаратов можно отнести большие лопасти и слишком сложные монтажные работы.

Ветровые горизонтальные электростанции имеют самый высокий КПД. Их работа возможна только при скорости движения потока воздуха не меньше двух метров в секунду.

Как они работают

Главная функция любого ветряка — это преобразование механической силы ветра в постоянную, используемую в последующем для обеспечения электричеством загородного дома, а если мощность большая, то и нескольких зданий.

Ветровые электростанции для дома состоят из основных компонентов и дополнительных. Главными составляющими являются:

  • Мачты;
  • Лопасти;
  • Генераторы.

Опорой всего устройства является мачта, которая удерживает его на определенном уровне. В прямой зависимости от ее высоты находится скорость работы механизма.

Лопасти улавливают воздушные потоки и заставляют работать генератор, который преобразует энергию ветра в электричество.

Ветрогенераторы дополнительно оснащаются приборами, обеспечивающими независимость от других источников поступления электроэнергии.

К таким компонентам относятся:

  1. Аккумуляторные батареи;
  2. Контроллеры;
  3. Анемоскоп;
  4. Инверторы.

Ветер вращает лопасти, чем заставляет работать механизм установки. При этом вырабатывается переменный ток, который поступает в контроллер, где он превращается в постоянный. В инверторе ток преобразовывается в однофазный переменный. Имеющиеся остатки электроэнергии накапливаются в аккумуляторе. Они будут использованы при полном штиле, когда ветровые электростанции не могут в прежнем объеме вырабатывать ток.

Преимущества и особенности ветрогенераторов

Их установка дает возможность обеспечить дом или предприятие надежным электроснабжением. Особенно это актуально в отдаленных районах, на кораблях и яхтах, в тех местах, где традиционное снабжение энергией невозможно.

Смотрим видео, о плюсах и минусах ветровой энергетики:

Ветровые электростанции для загородного дома позволяют значительно снизить финансовые затраты. Ведь потратившись один раз в дальнейшем не придется оплачивать ежемесячные счета за электричество, которые в последнее время имеют тенденцию к росту его стоимости. Тем более, что сегодня ветряная электростанция может быть собрана своими руками, что будет гораздо дешевле, чем приобретение промышленного аналога.

Характерно то, что самая активная фаза работы ветряка приходится на осенне-зимний сезон. В это время повсеместно наблюдаются сильные ветры. И одновременно с этим много электроэнергии тратится на отопление помещений.

Ветровые домашние электростанции функционируют одновременно с другими источниками поступления электричества, например, солнечными батареями.

Устройства работают практически бесшумно. Они могут вырабатывать ток в любой момент, лишь бы дул ветер, а когда его нет можно воспользоваться накоплениями из аккумуляторной батареи.

Ветряные стандартные электростанции можно устанавливать в любом уголке нашей страны, они способны работать в любых погодных условиях. Формы рельефа местности и наличие высоких деревьев также не являются помехой для их функционирования.

Обзор популярных моделей различных типов

Возьмем для рассмотрения по одному образцу популярных установок каждой группы. Очень большой интерес у потребителей вызывают ветровые горизонтальные электростанции. Среди них особым спросом пользуется безредукторный генератор «Windtronics».

Он отличается особой конструкцией турбины, на каждом конце всех лопастей имеются мощные магниты, а вдоль обода установлены статорные катушки. Это позволяет существенно снизить аэродинамическое сопротивление.

Эта конструктивная особенность превратила ротор еще и в генератор электроэнергии. Имеющиеся на лопастях специальные закрылки способствуют началу работе ветряка при ветре силой всего в 0,2 м/сек. Для генераторов подобного типа это можно считать рекордом. Ветряные американские электростанции «Windtronics» весят около 119 кг, диаметр равняется 1,8 метра. Шумность в пределах 35 дБ. Стоимость устройства — 5750 долларов, что является его основным недостатком.

Среди вертикальных установок лидером являются ветряные электростанции для дома «Eddy», выпускаемые компанией «Urban Green Energy». Мало того, что они компактны практически бесшумны, так еще и могут быть установлены даже в городе. Вес устройства 95 кг, монтаж занимает около часа. Эксплуатационный срок ветрогенераторов «Eddy» для дома имеют до 20 лет. Допустимые нагрузки до силы ветра в 193 км/час. В год генератор может вырабатывать, в зависимости от модели, до 4000 кВт/ч.

Смотрим видео о продукции Urban Green Energy:

Оригинальную форму турбины имеют ветрогенераторы «Power Flowers», что в переводе означает «цветочное дерево». Их производит компания UGE. Существует несколько моделей подобных генераторов, отличающихся некоторыми конструкционными особенностями. Но всех их объединяет один фактор: высокая цена. За ветряные электростанции «Power Flowers» для дома придется заплатить около 2 тысяч долларов, и это без монтажных работ, которые могут повысить стоимость еще на 500 $.

Напрашивающиеся выводы

Специалисты утверждают, что электроэнергия, выработанная экологически чистыми источниками, обходится в несколько раз дороже обычной. Если используются ветровые маломощные электростанции, то цена полученной от них энергии может раз в 10 превышать традиционную. Это объясняется тем, что ветряная электростанция, которую сегодня купить и так могут позволить далеко не все, требует еще и больших затрат на установку, наладку и обслуживание.

Если возможности все-таки разрешают установить ветряк, то сначала рекомендуется узнать погодные особенности своей местности за несколько предыдущих лет. Подобная информация позволит выяснить, есть ли смысл использовать ветровые электростанции.

Мегаконструкции. Самые большие ветрогенераторы


Siemens SWT-7.0-154

Кто говорил, что ветряки не способны конкурировать по мощности с атомными электростанциями? Посмотрите на самую большую в мире ветроэлектрическую установку Siemens SWT-7.0-154. С площадью ометания 18 600 м² этот гигант в одиночку генерирует максимальную мощность 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. Несколько сотен таких ветряков — и вот вам атомная электростанция.

SWT-7.0-154 — это флагманская модель компании Siemens. В её названии зашифрованы генерируемая мощность (7 МВт) и диаметр ротора с лопастями (154 м). Она пришла на смену предыдущему флагману SWT-6.0-154, от которого практически не отличается по техническим спецификациям, но оснащён более мощными магнитами. Более сильное магнитное поле позволяет генерировать больше электроэнергии при том же диаметре. Другими словами, в этой ВЭН параметр снимаемой мощности с квадратного метра площади ометания выше примерно на 16,7%.

Ветрогенератор включается в работу на минимальной скорости ветра 3-5 м/с, а генерируемая мощность поступательно растёт до максимальной 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. При достижении скорости ветра 25 м/с генерация прекращается.

Казалось бы, на таких скоростях ветра лопасти ВЭУ должны вращаться быстро, но это совершенно не так. На самом деле они вращаются неторопливо и степенно, делая всего 5-11 оборотов в минуту. То есть полный оборот три лопасти совершают примерно за 5-12 секунд, в зависимости от скорости ветра.

Более сильное магнитное поле в новой модели означает также и то, что эту турбину труднее раскрутить. Для достижения той же скорости вращения 5-11 оборотов в минуту и максимальной генерируемой мощности (7 МВт вместо 6 МВт) этой турбине требуется повышенная скорость ветра: 13-15 м/с вместо 12-14 м/с. Соответственно, и начальная скорость ветрогенерации у неё выше. Вот почему данная модель-гигант наиболее оптимально подходит для размещения на территориях с относительно сильными ветрами, лучше всего в море.

Внутри турбины нет редуктора (коробки передач) — здесь работает система прямого привода, подключенная к синхронному генератору переменного тока с постоянными магнитами. Поскольку скорость генератора определяет напряжение и частоту тока, то «грязный переменный ток» преобразуется в постоянный ток, а затем преобразуется обратно в переменный ток перед подачей в сеть.

В последние годы в области ветряной энергетики происходит очень быстрый научно-технический прогресс. Буквально каждый год появляются новые модели ВЭУ большей мощности и эффективности. Большие и маленькие, рассчитанные на целые посёлки или отдельные дома, на большую скорость ветра в море или на среднюю скорость ветра над крышей частного дома.

Например, мировой рекорд по максимальной генерируемой мощности принадлежит вовсе не Siemens, а другой турбине ещё одного немецкого производителя Enercon E126, которая выдаёт до 7,58 МВт. На видео показан процесс установки такой турбины.

Высота стойки Enercon E126 — 135 м, диаметр ротора — 126 м, общая высота вместе с лопастями — 198 м. Общий вес фундамента турбины — 2500 тонн, а самого ветрогенератора — 2800 тонн. Только электрогенератор весит 220 тонн, а ротор вместе с лопастями — 364 тонны. Общий вес всей конструкции со всеми деталями — 6000 тонн. Первая установка подобного типа была установлена около немецкого Эмдена в 2007 году, хотя в той модификации максимальная мощность была меньше.

Впрочем, ветрогенераторы-гиганты — довольно дорогое удовольствие. Один такой ветряк на 7 МВт обойдётся в $14 млн вместе с установкой, если заказывать все работы у сертифицированных немецких специалистов. Конечно, если освоить производство в своей стране, благо металла хватает, то стоимость вполне можно снизить в несколько раз. Кто знает, может такой гигантский проект национальной стройки занял бы население страны и помог выбраться из экономического кризиса.

Почему ветряки не заменят АЭС

Одна из самых последних строящихся в Восточной Европе атомных станций — Белорусская АЭС — получит два энергоблока с реакторами ВВЭР-1200 мощностью по 1200 МВт. Казалось бы, несколько сотен ветряков Siemens сравнятся с атомной электростанцией. Стоимость строительства примерно одинаковая, зато «топливо» бесплатное. Что интересно, Белорусскую АЭС как раз строят в районе, где по климатическим данным за 1962-2000 годы почти самая высокая среднегодовая скорость ветра в Беларуси. Но в реальности эта «самая большая» среднегодовая скорость ветра — всего лишь около 4 м/c (на высоте 10 м), чего едва хватит для запуска ВЭУ на минимальной мощности.

Перед установкой следует сверяться с годовой картой ветров в районе дислокации с данными средней удельной мощности ветрового потока на высоте 100 м и выше. Хорошо бы составить такие карты для всей территории страны, чтобы найти места наиболее оптимального строительства ВЭУ. Нужно иметь в виду, что скорость ветра сильно зависит от высоты, что хорошо известно жителям высотных домов. В обычных прогнозах погоды по ТВ сообщают скорость ветра на высоте 10 м над землёй, а для ветровой турбины следует измерять скорость на высоте 100-150 м, где ветры гораздо сильнее.

Так что наиболее оптимально такие гиганты подходят для установки в море, в нескольких километрах от побережья, на большой высоте. Например, если установить такие установки вдоль северного побережья России с шагом 200 метров, то максимальная мощность массива составит 690,3 ГВт (побережье Северного Ледовитого океана составляет 19724,1 км). Скорость ветра там должна быть приемлемая, только при заливке фундаментов придётся иметь дело с вечной мерзлотой.

Правда, по стабильности работы ВЭУ никогда не сравнятся с АЭС или ГЭС. Здесь энергетикам приходится постоянно следить за прогнозом погоды, потому что генерируемая мощность напрямую зависит от скорости ветра. Ветер должен быть не слишком сильным и не слишком слабым. Хорошо, если в среднем ВЭУ будут выдавать хотя бы треть от максимальной мощности.

Удивительные ветрогенераторы

Мы привыкли, что ветроэнергетика – это электричество, добываемое с помощью «ветряков» – высоких мачт, на которых расположены лопасти, похожие на мельничные. Однако на самом деле способов добычи энергии ветра существует множество. Как и ветроэнергетических конструкций.

Ветрогенераторы становятся все более популярными. Их используют не только как дополнительный источник электричества, но зачастую и как основной, например, при обустройстве загородного дома. Тому способствует удобство эксплуатации и вполне хороший эстетичный вид ветряков. К тому же это вполне экологичные конструкции, не требующие затрат на природные ресурсы: ветер бесплатен. К тому же нынче промышленность выпускает контроллеры энергии, обеспечивающие работу даже при слабом ветре, собирающие энергию «порциями», и конструкции с автоматически изменяющимся углом атаки лопастей в зависимости от направления и силы ветра.

В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС: пропеллерные, где вращающийся вал расположен горизонтально относительно направления ветра и с самым высоким КПД, барабанные и карусельные, в которых вал, вращающий лопасти, расположен вертикально и которые монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах).

Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра. Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести установки из строя.

Достоинства ВЭС – простота конструкции, экономичность и возобновляемость источника энергии. Кроме того – доступность (ветер дует везде) и независимость источника энергии (например, от цен на топливо).

Недостатки – зависимость от ветра, шумность и необходимость использования больших площадей (в случае постройки крупных электростанций). Кроме того, стартовая стоимость и дальнейшее использование – вполне затратны (необходимы накопители энергии, которые имеют ограниченный срок эксплуатации).

Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок, их число растет в скандинавских странах и Греции.

В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий.

Это касается, в первую очередь, так называемых «традиционных» ветряков. Но среди всего разнообразия установок есть и оригинальные, не вписывающиеся в обычные представления о них.

Дерево-ветрогенератор

Например, французская группа инженеров создала искусственное дерево, способное генерировать электричество с помощью ветра. Устройство производит энергию даже при небольшом движении воздуха.

Идея пришла автору изобретения Жерому Мишо-Ларивьеру, когда он наблюдал шелест листьев в безветренную погоду. Устройство использует небольшие пластины в форме скрученных листьев, которые преобразуют ветряную энергию в электрическую. Причем независимо от направления движения воздуха. Дополнительное преимущество «дерева» заключается в его полностью бесшумной работе.

На создание 8‑метрового прототипа инженеры потратили три года. Энергогенерирующее «дерево» установлено в коммуне Плюмер-Боду на северо-западе Франции.

Новая установка, Wind Tree, эффективнее обычного ветрогенератора, поскольку вырабатывает энергию даже при скорости ветра всего 4 м / с.

Мишо-Ларивьер надеется, что «дерево» будет использовано для питания уличных фонарей или зарядных станций для электромобилей. В будущем он планирует усовершенствовать установку и подключить ее к энергоэффективным домам. Идеальное электрогенерирующее «дерево», по словам изобретателя, должно иметь листья из натуральных волокон, «корни» в виде геотермального генератора и «кору» с фотоэлементами.

Биоразлагаемые лопасти

Ахиллесова пята быстрорастущей индустрии ветроэнергетики – физические компоненты ветрогенераторов, которые изготавливаются из нефтяных смол и в конечном итоге оказываются на свалках.

Чем больше ветрогенераторов, тем больше выбрасывается использованных лопастей. Чтобы положить конец этой расточительности, исследовательской группе UMass Lowell был выделен грант для решения этой проблемы путем создания биоразлагаемых лопастей.

Для конструирования новых ветрогенераторов они планируют использовать «полимеры на биологической основе», примером которых является растительное масло.

Кроме всего прочего, рассматривается возможность замены нефтяных смол устойчивыми. Ученые надеются найти новый материал, который обладает теми же свойствами, что и ныне используемый.

Одна из трудностей состоит в том, что необходимо проверить, могут ли эти экологичные лопасти выдерживать суровые погодные условия и при этом иметь конкурентоспособные цены.

Использование биоразлагаемых лопастей сделает индустрию еще более «зеленой» за счет сокращения отходов.

Крылья стрекозы

Несколько исследователей из Франции попробовали сделать ветряную турбину еще эффективней за счет изменения ее компонентов. Насекомые, а именно стрекозы, вдохновили их на создание гибких лопастей. Ветровая турбина на сегодняшний день работает только при оптимальных скоростях ветров, но новый био-дизайн может дать способ обойти этот факт.

Исследователи построили прототипы с обычными жесткими лопастями, умеренно гибкими лопастями и очень гибкими лопастями турбины. Последний дизайн оказался слишком гибким, но умеренно гибкие лопасти превосходят жесткие, создавая на целых 35 % больше мощности. Кроме того, они продолжали работать в условиях слабого ветра и не были подвержены повреждениям при сильном ветре.

Теперь ученым предстоит найти оптимальный материал, который не был бы слишком гибким, но и не являлся жестким.

Воздушная ветроэнергетика

Воздушная ветроэнергетика (Airborne Wind Energy, сокращенно AWE) запускает в небеса летающие ветряные электростанции – дирижабли, «воздушные змеи», дроны и прочие летательные аппараты, оснащенные ветряными турбинами или приводящие в действие наземные генераторы с помощью своих «поводков».

Летающие ветрогенераторы не требуют фундаментов и значительных транспортных издержек. При этом они работают с хорошим «коммерческим» ветром – на высотах в несколько сотен метров ветер стабильнее и сильнее. Поэтому коэффициент использования установленной мощности воздушных ветряных электростанций достигает 70 %.

Например, это шотландский ветроэнергетический проект Kite Power Systems, технологии которого обеспечивают выработку энергии с помощью «воздушных змеев», парящих на высоте до 450 м.

А ветроэнергетическая система Airborne Wind Energy System использует для добычи энергии следующую схему. Автономный самолет, привязанный к основанию, летает по восьмерке на высоте от 200 до 450 метров. Когда самолет движется, он тянет тросик, который приводит в действие генератор. Как только трос намотан до установленной длины (

750 м), самолет автоматически опускается на более низкую высоту. Затем он поднимается и повторяет процесс. Самолет взлетает с платформы, летает и приземляется автономно, используя набор сенсоров, которые обеспечивают информацию для безопасного выполнения задачи.

Ветрогенератор закрытого типа

Компания «Оптифлейм Солюшенз», реализующая в рамках «Сколково» проект по созданию нового поколения малых и средних ветрогенераторов закрытого типа, создала предсерийный образец ветроустановки для подготовки к промышленному производству.

Традиционные ветрогенераторы открытого типа обладают высоким уровнем потенциальной опасности и поэтому располагаются преимущественно в нежилых зонах на удалении. Ветрогенераторы закрытого типа, оснащенные турбиной наподобие самолетной, можно размещать в любых местах, например на крышах жилых или коммерческих зданий.

Установочная мощность образца – 1 / 2 кВт. Он протестирован в аэродинамической трубе и в реальных условиях. В дальнейшем планируется создать и более мощные разработки.

Вместо обычного двух- или трехлопастного вентилятора здесь используется осевая турбина самолетного типа. Это повышает КПД и снижает стоимость изготовления, т. к. сами лопатки существенно меньше вентиляторных. Конструкция имеет внешний направляющий аппарат, который дополнительно повышает КПД и служит защитой от птиц, а также имеются внешний и внутренний обтекатели, служащие защитой в случае разрушения лопаток.

В итоге получен ветрогенератор с рекордно низкой стоимостью генерации кВт-часа, который принципиально возможно размещать в жилой зоне, в том числе – на крышах городских домов. Обычный ветряк там ставить невозможно, так как в пределах десяти диаметров от него должно быть свободное пространство.

По сравнению с обычными ветрогенераторами данная конструкция безопасна в рабочем состоянии для обслуживающего персонала и летающих животных. Также оно работает при более низком уровне шума и не является значительной угрозой для безопасности людей и строений в округе. При аварии обычного ветрогенератора массивные лопасти, двигающиеся с большой скоростью, как правило, разрушают всю конструкцию при повреждении одной из них.

Безредукторный ветроагрегат

В проекте безредукторного ветроагрегата энергия вырабатывается «кончиками» лопастей. Здесь отсутствует традиционный вал от пропеллера к генератору, а электричество снимается с обода пропеллера.

Его ротор в форме ферромагнитного обода закреплен на крыльях ветроколеса. По конструкции он прост, легко изготавливается и монтируется. Но размещение постоянных магнитов на концах крыльчатки намного утяжеляет ее, что снижает общий КПД установки. Зато агрегат удобен в эксплуатации, потому что простая конструкция не требует излишнего внимания. Такие ветрогенераторы могут работать везде при любых климатических условиях.

«Водонапорная башня»

Самый фантастический проект представили американцы. С дальнего расстояния этот ветрогенератор похож, скорее, на водонапорную башню. Лишь поблизости можно увидеть медленное вращение лопастей.

Такую гигантскую турбину собирается серийно выпускать компания в Аризоне под руководством инженера Мазура. По его расчетам, она одна должна поставлять столько электроэнергии, что ее хватит для мегаполиса в 750 тысяч домов. В 2007 году инженер поставил себе цель – многократно увеличить КПД ветрогенератора на вертикальной оси и приближался к своей цели все эти годы.

Изобретатель работал в двух направлениях: первое – сделать как можно больший захват лопастями воздушного потока и второе – свести к нулю трение опоры ветролопастей. Огромных размеров вертикальный ротор должен выполнить первую задачу, а вращающаяся турбина на магнитной подушке – вторую.

О второй задаче надо сказать более подробно. Вращение без трения достигается за счет магнитной левитации. Весь вертикальный роторный блок при вращении поднимается на своей оси и совершенно не касается нижнего опорного подшипника. Он установлен только для старта, для разгона турбины. Как только она набирает обороты, становится как бы невесомой и отрывается от подшипника. В результате трение сводится к нулю, если не считать трения самой турбины о воздух.

Гигантская турбина очень чувствительна и реагирует на малейшее дуновение ветерка. Такая способность подниматься во время вращения за счет магнитной левитации давно занимала ученые и изобретательские умы планеты. Это такое явление, при котором любая вещь или предмет, имея вес, отрывается от поверхности и парит в пространстве без всякого применения отталкивающей силы.

В проекте Мазура виден «плавающий» ротор на магнитной подушке, а вместо генератора установлен линейный синхронный двигатель. Ветрогенератор на магнитной подушке множеством лопастей максимально захватывает воздушный поток. По предположению, такая турбина будет вырабатывать электроэнергию по сказочно мизерной цене.

Это, конечно, лишь часть необычных для традиционного взгляда проектов. Некоторые из них, например, относящиеся к воздушной ветроэнергетике, уже успешно используются. Некоторым – еще предстоит найти свое место в истории. Понятно одно – на традиционных ветряках ветроэнергетика вовсе не заканчивается, она, как и любое направление техники, неуклонно продолжает развиваться.

Читайте также:
Как правильно подготовить потолок из гипсокартона под покраску
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: