Плюсы и минусы вэс

Ветрогенератор своими руками

Энергия ветра: преимущества и недостатки

Ветроэнергетика изначально относится к категории "альтернативных" источников энергии. Что отличает альтернативные источники энергии от традиционных? Они менее вредны для окружающей среды, выгодны в использовании, возобновляемы, а некоторые даже неисчерпаемы. Энергия ветра неисчерпаема, как и сам ветер.

Энергия ветра древних

Энергия ветра использовалась с древних времен. Египтяне изобрели парус в третьем тысячелетии до нашей эры. Позже, во втором веке до нашей эры, персы изобрели ветряные мельницы. Тем самым они преобразовали энергию движения воздуха в механическую энергию и, сами того не подозревая, стали пионерами ветроэнергетики. Сегодня эта отрасль вышла на новый виток развития.

Сегодня для выработки электроэнергии из ветра используются ветряные турбины. Конструкция состоит из мачты с генератором на вершине и соединенного с ним гребного винта. Разработанная в 1890 году в Дании и забытая в середине 20 века, она вернулась к жизни в конце 20 века. Причиной тому стал нефтяной кризис 1970-х годов и авария на Чернобыльской атомной электростанции. Сегодня количество ветряных электростанций растет с каждым годом. Однако пока на их долю приходится лишь 3% мировой электроэнергии. Этот вид энергии имеет свои особенности, которые препятствуют его повсеместному использованию. Некоторые страны активно развивают это направление, используя неоспоримые преимущества ветроэнергетики.

Основная классификация альтернативных источников энергии

Может использоваться для выработки как электричества, так и тепла. Прямое преобразование солнечного излучения в электроэнергию осуществляется как непосредственно за счет внутреннего фотоэлектрического эффекта в фотоэлектрических панелях, так и косвенно с помощью термодинамических методов (Производство пара высокого давления).

Извлечение тепловой энергии из солнечной энергии достигается путем поглощения этой энергии и последующего нагрева поверхности и теплоносителя, как с помощью специальных коллекторов, так и методами "солнечной архитектуры".

Комбинация этих систем преобразования солнечной энергии образует солнечную электростанцию.

Кинетическая энергия ветра

Используется для преобразования механической, тепловой и, чаще всего, электрической энергии. Для получения механической энергии из кинетической энергии воздушных масс используются элементарные ветряные мельницы. Однако дальнейшее преобразование полученной механической энергии требует использования ветряной турбины.

Ветрогенератор позволяет преобразовывать механическую энергию вращения ротора в электрическую. Выработанное электричество можно хранить в аккумуляторах и использовать только тогда, когда оно необходимо. Такая установка будет называться ветрогенератором или ветряной турбиной. Комбинация из нескольких ветряных турбин называется ветряной фермой.

Преобразование энергии ветра в тепловую энергию может происходить как косвенно (путем преобразования механической энергии в электрическую и последующего использования полученной энергии для питания электронагревательного оборудования), так и напрямую (прямое преобразование механической энергии в тепловую с использованием теплоносителя осуществляется с помощью вихревого теплогенератора).

Работа тормозной системы

Ветряные турбины могут выйти из строя при высоких скоростях движения воздуха. Для предотвращения этого в конструкцию включается тормозная система. В нем используется сила вращающихся магнитов ротора. Они не только индуцируют ток в обмотках статора, но и в определенных ситуациях замедляют движение вала. Для этого необходимо создать короткое замыкание, которое создает сопротивление и замедляет вращение.

Автоматическое торможение происходит, когда скорость ветра превышает 50 км/ч. Если скорость возрастает до 80 км/ч, лопасти полностью останавливаются. Турбина спроектирована таким образом, чтобы максимально эффективно использовать энергию ветра и вырабатывать электричество за счет двойного преобразования энергии. Наличие аккумулятора позволяет использовать электроприборы при отсутствии ветра.

Некоторые конструкции оснащены датчиком ветра, который собирает информацию о параметрах воздушного потока. В конечном итоге мощность ветряной турбины зависит от производительности подключенного инвертора. Исходя из этого, определяется и максимально возможное количество подключенных устройств. Для увеличения мощности системы целесообразно подключить несколько инверторов параллельно. В трехфазных системах каждая фаза имеет свой инвертор.

Классификация

Основные критерии, определяющие типы ветровых систем, следующие:

• Различие по количеству лопастей. Высокоскоростные и тихоходные имеют до 4 лопастей, а 4 и более относятся к тихоходным многолопастным установкам. Чем меньше число лопастей, тем выше частота вращения двигателя.
• Номинальная мощность. Бытовые – до 15 кВт, полупромышленные – от 15 до 100 кВт, промышленные – от 100 кВт до 1 МВт. Границы между номиналами достаточно условны, поэтому единицы измерения используются там, где это действительно необходимо.
• Направление оси. В проектах используются два типа. Первый – горизонтальная ось, перпендикулярная движению воздуха, напоминает обычный ветрогенератор. Такие генераторы имеют более высокий КПД и стоят недорого. Второй вариант – вертикальная ось, которая делает конструкцию генератора более компактной. Он не зависит от направления ветра, а его лопасти выполнены в виде турбин. Нагрузка на ось значительно снижается, поэтому КПД таких агрегатов также значительно ниже. На некоторых электростанциях используется сразу несколько генераторов с разными осями, подключенных одновременно, что позволяет вырабатывать большую мощность на относительно небольшой площади.

Читайте также:
Уличное освещение на солнечных батареях

Существует отдельная классификация ветряных электростанций в зависимости от их расположения. Среди них можно выделить три основных типа:

• Наземные установки, которые являются наиболее распространенными. Их устанавливают на холмах и возвышенностях, а также на специально подготовленных площадках. Строительство ведется с использованием дорогостоящей подъемной техники, так как все основные конструкции устанавливаются на большой высоте. Несколько установок соединены в общую систему электрическими кабелями.
• Морские ветряные электростанции. Строятся вблизи берегов морей и океанов. Система полагается на морской бриз, который создает воздушные потоки через регулярные промежутки времени. Сам бриз возникает в результате неравномерного нагрева поверхности воды и суши. В течение дня воздух движется от воды к суше, а ночью – от побережья к водохранилищу. Таким образом, электроэнергия вырабатывается круглосуточно, без перерывов.
• Морские ветряные электростанции. Устанавливаются в море вдали от берега, на расстоянии 10-12 км. В этом случае генераторы используют энергию, вырабатываемую регулярными морскими ветрами. Для установки используются участки морского дна на небольшой глубине. Фундаментом служат сваи, забитые в грунт на глубину до 30 м. Электроэнергия передается на берег по подводному кабелю.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

Несомненным преимуществом ветряных турбин является то, что они используют силу ветра – совершенно бесплатный источник энергии. Они не зависят от наличия топлива и не наносят особого вреда окружающей среде (кроме воздействия шума и периодического уничтожения птиц и насекомых).

326 04.03.2023

• Нестабильная выработка определенного количества электроэнергии из-за непостоянства ветра;
• Шумообразование,
• Низкий КПД, практически 30-45%;
• Высокая цена основного оборудования и запасных частей;
• Длительный срок окупаемости, который увеличивается по мере роста установленной мощности.

Преимущества и недостатки ветроэнергетических установок компенсируют друг друга лишь в определенной степени при различных условиях эксплуатации, что необходимо учитывать при принятии решения в пользу ветроэнергетических установок. В условиях нашей страны не наблюдается сильных ветровых потоков стабильного характера, что является ограничением для развития ветроэнергетики по сравнению со странами Европы и Азии.

Энергетический потенциал ветра на Земле в 100 раз превышает потенциал гидроэнергетики. Как один из важнейших источников альтернативной возобновляемой энергии, ветроэнергетика имеет большое будущее. Практика последних лет, т.е. постоянное наращивание мощностей ветроэнергетики, все больше подтверждает это.

Вредное воздействие на людей, природу и технику. Вопросы безопасности

Распространение ветряных электростанций породило множество слухов, домыслов и заблуждений, порой не имеющих под собой никаких оснований. Конечно, ветряные электростанции не лишены недостатков. Однако их следует рассматривать в сравнении с другими источниками энергии – в первую очередь с теми, которые используют невозобновляемые природные ресурсы.

В отличие от традиционных источников энергии, производство энергии с помощью движения ветра оказывает гораздо меньшее воздействие на окружающую среду. Нет расхода топлива, загрязнения воздуха и выбросов парниковых газов. Да, береговые ветряные электростанции оказывают визуальное воздействие на ландшафт (хотя и не всегда негативное) и занимают большую площадь, чем другие электростанции. Да, лопасти турбин иногда убивают птиц и летучих мышей, что может быть несколько смягчено мониторингом дикой природы. А сама проблема утилизации использованных лопастей легко решается с помощью современных технологий.

802 23.11.2022

Воздействие на организм человека? Оно минимально и может быть легко устранено путем соблюдения определенных безопасных расстояний и запретов. Уровень шума, производимого ветряной турбиной во время работы, резко снижается на расстоянии 200-300 м до акустического воздействия (звука) бытового холодильника.

В этом случае в качестве защитной меры постоянный парламентский комитет Нового Южного Уэльса (Австралия) рекомендует соблюдать расстояние в 2 км от работающей ветряной электростанции. Меры такого же рода могут быть рекомендованы при неприятных ощущениях, вызванных вращающимися лопастями (мерцающая область тени, мигающий свет).

417 30.11.2022

Существует также воздействие на электрическую сеть, помехи, вызванные радио- и телевизионными сигналами, и воздействие на климат из-за турбулентности воздуха (иногда приводящее к повышению урожайности). Однако все эти проблемы преодолимы и не столь серьезны, как вредное воздействие традиционных источников энергии.

Преимущества ветряных турбин

Ветрогенераторы уже давно используются в быту, промышленности и других сферах.

За это время стали очевидны их основные положительные черты и преимущества:

• Энергия ветра, используемая в ветрогенераторах, является бесплатной и, что самое главное, возобновляемой. Устройства не загрязняют окружающую среду и не выделяют вредных веществ. В долгосрочной перспективе планируется еще более широкое использование чистых ветряных электростанций в России, что позволит сократить количество традиционных установок, выбрасывающих вредные выбросы.
• Будет снижена зависимость от поставок электроэнергии через центральную сеть.
• Широкие перспективы для дальнейшего развития и внедрения новых прогрессивных технологий, и это не последние преимущества данных электростанций.
• Постепенное снижение стоимости энергии, без которого невозможно обойтись на этапе запуска. За последние 20 лет стоимость оборудования и комплектующих снизилась примерно на 80%. Энергия ветра становится наиболее рентабельной из всех альтернативных источников энергии.
• Ветряные турбины имеют достаточно длительный срок службы – 20-30 лет. В течение этого периода окружающий ландшафт остается ненарушенным.
• Простота установки и использования. Ветряная турбина очень быстро устанавливается и ремонтируется, а затраты на ее обслуживание относительно невелики. Количество произведенной электроэнергии примерно в 85 раз превышает количество потребленной энергии ветра. Потери при передаче электроэнергии относительно низкие.

Как море или океан влияют на количество электроэнергии, производимой ветряной турбиной?

Первым фактором, влияющим на количество производимой электроэнергии, является не столько сила ветра, сколько его постоянное присутствие. Порывы ветра могут вызвать механические поломки ветряных турбин, ремонт которых иногда обходится дороже, чем сама турбина. Редко когда ветряная турбина достигает высоты 200 метров и имеет размах лопастей до 60 метров. Тогда требуется на порядок больше обслуживающего персонала и, соответственно, плата за обслуживание превысит любой приемлемый стандарт.

Сильный ветер – это, естественно, хорошо, так как преобразование ветра в механическую энергию будет происходить на порядок быстрее, чем при слабом ветре, и объем, который может произвести генератор, увеличится в несколько раз.

Самым важным фактором, влияющим на здоровье ветрогенератора, является резкое изменение направления или силы ветра. В противном случае, более сильный ветер – это хорошо!

Прежде чем определить, хорошо или плохо размещение ветряных турбин на побережье, давайте вспомним, как образуется ветер. Ветер – это движение воздушных потоков у поверхности Земли. Основная причина этих потоков – перемещение воздуха из области высокого давления в область низкого давления. Стоит вспомнить уроки географии в школе и понять, что поверхность Земли нагревается быстрее, чем вода. Это способствует постоянному присутствию ветра вблизи морского побережья. Конечно, мы знаем о существовании штормов, но они приносят нам только пользу.