Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое ветряные двигатели и их применение

Конструкции ветродвигателей

Рост производства энергии за счет использования не возобновляемых природных ресурсов ограничен порогом, за которым стоит полная выработка сырья. Альтернативная энергетика, включая ветрогенерацию энергии, обеспечит снижение нагрузки на среду обитания.

  • Эффективность
  • Классификация
  • Линейного типа
  • Циклического типа
  • Горизонтальные
  • Вертикальные карусельного типа
  • Вертикальные: ортогональные
  • Выводы

Движение любой массы, в том числе и воздушной, порождает энергию. Ветряной двигатель преобразует кинетическую энергию воздушного потока в механическую. Это устройство основа ветроэнергетики, альтернативного направления в использовании природных ресурсов.

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.

Позиционирование ротора ветряной турбины

Электроэнергия для Олимпийских игр: в 43 ветряных турбинах используются индуктивные датчики uprox+

2 датчика uprox+ записывают специальное видео для определения текущего положения лопастей

Регистрация частоты вращения ротора предполагает два датчика uprox+, работающие с зубчатой шайбой

Распространение по всему миру

Ветряные турбины VENSYS, построенные и испытанные в Саарбрюккене, Германия, в настоящее время вращаются в Канадском ветряном парке в заповеднике Higgins Mountain, а также в немецком городе Грефенбройх. Только в этом году партнер из Китая, компания Goldwind, планирует запустить в работу три ветроэлектростанции с более чем 1000 турбин.

С точки зрения безопасности система регулирования шага является одним из важнейших компонентов ветряной турбины. Эта система измеряет, контролирует и регулирует рабочий угол лопастей ротора на ветряной турбине, благодаря чему можно изменять потребление энергии. Например, регулирование шага позволяет лопастям ротора поворачиваться против ветра при запуске. Во время работы выходная мощность может поддерживаться постоянной, несмотря на изменяющееся направление ветра, путем подстройки рабочего угла. Однако, если надвигается шторм, система контроля шага автоматически поворачивает лопасти по ветру, чтобы предотвратить повреждения.

Датчики гарантируют надежность

«Неисправность может иметь губительные последствия», — говорит д-р Стефан Джокель (Stephan Joeckel), директор по электрическим технологиям в VENSYS. Ничего удивительного, что надежность методов и средств измерения имеет первостепенную важность в данной отрасли. По этой причине в компании VENSYS Energy AG сделали выбор в пользу индуктивных датчиков от Turck. Шесть датчиков uprox+ в каждой турбине — по одному на каждой лопасти — одновременно определяют точное положение роторов. Для этого каждый датчик регистрирует конечное положение лопастей ротора. Седьмой датчик определяет положение сервисного люка турбины. С помощью данных от всех датчиков система управления обеспечивает правильное положение каждой лопасти ротора. Мощность передается между электродвигателем и лопастями ротора с помощью зубчатого ремня, не требующего смазки и технического обслуживания. В процессе этого мощность распределяется между несколькими зубьями, таким образом уменьшая износ и увеличивая безопасность и надежность.

Только за 2007 год компания VENSYS установила датчики Turck на 60 ветряных турбин без каких-либо трудностей. «До сих пор у нас был только положительный опыт», — подтвердил д-р Джокель. «Помимо высокой надежности, качества и привлекательного соотношения цена-качество, важным фактором для выбора датчиков uprox+ послужила также высокая устойчивость к сильным электромагнитным помехам. В связи с их непосредственной близостью к генератору ветряных турбин и риском удара молнии, вопрос электромагнитной совместимости играет существенную роль в данной области применения».

Устойчивые и непроницаемые

Так как ветроэлектростанции часто располагаются в прибрежных регионах с относительно высокой концентрацией аэрозолей, все компоненты электростанции должны соответствовать особенно высоким требованиям в отношении герметичности. Здесь серия uprox+ также смогла набрать дополнительные очки: в стандартном исполнении датчики заключены в хромированный латунный корпус со степенью защиты IP68 и соответствуют высоким требованиям разработчиков VENSYS.

Разрешите представить: наши решения в области вентиляции

Мы предлагаем различные вентиляторы для охлаждения и вентилирования ветряных турбин. К примеру, наши вентиляторы для охлаждения представляют собой двухпоточные корпусные вентиляторы серии RD, отличающиеся особенной прочной и износостойкой конструкцией. Сварной корпус вентиляторов также выдерживает сильные вибрации или тряску и имеет превосходную защиту от коррозии. Вентиляторы со свободно вращающимся рабочим колесом серии GR..C используются наряду с другими вентиляторами специальной конструкции.

Мы также предлагаем специальные модели компактных вентиляторов для монтажа в стесненных условиях.

Читать еще:  Двигатель honda gx 630 расход топлива

Осевые вентиляторы серии Fe2owlet, ZAplus и MAXvent , рассчитанные на большие воздушные потоки и малое или среднее статическое давление, особенно подходят для масляных охладителей .

Вентиляторы со свободно вращающимся рабочим колесом серии ER..C или вентиляторы линейки MAXvent предназначены специально для применения в градирнях .

Электронные компоненты и электросхемы, используемые в различных шкафах управления, очень чувствительны к условиям эксплуатации и чрезвычайно важны для обеспечения производительности и безопасности ветряных турбин. Наши вентиляционные установки серии GR доступны в специальном компактном исполнении и подходят для использования в условиях высокого и среднего статического давления.

Помимо вентиляторов для ветряных турбин, ZIEHL-ABEGG также предлагает преобразователи частоты для управления вентиляторами . Они доступны в двух исполнениях, одно из которых — Fcontrol со встроенными многополюсными синусоидальными фильтрами, требующими использования неэкранированных кабелей двигателя . Преобразователи частоты обеспечивают возможность эксплуатации без чрезмерной нагрузки на двигатель и сокращения срока его службы. Мы предлагаем преобразователи частоты с классом защиты IP54 или IP20 . А если вам нужен оптимальный по стоимости преобразователь частоты для управления вентиляторами в ветряных турбинах с двигателями стандарта МЭК, мы предлагаем преобразователь частоты без встроенного синусоидального фильтра Icontrol, доступный в исполнении с классом защиты IP54 и IP20.

Вентиляторы используют не только для охлаждения генераторов и вентилирования гондол ветряных турбин. Они также могут обеспечивать обогрев лопастей, равномерно распределяя нагретый воздух по всей их длине, для безопасной и надёжной эксплуатации даже в зимний период. Корпусные вентиляторы одностороннего всасывания серии RG рассчитаны на средние воздушные потоки и среднее статическое напряжение и доступны в специальных исполнениях для применения в условиях повышенных нагрузок.

Наши решения для охлаждения трансформаторов включают в себя тангенциальные вентиляторы и корпусные вентиляторы двустороннего всасывания серии RD.

Все вентиляторы, разработанные для ветряных турбин, отличаются высокой надёжностью и качеством — как, собственно, и вся продукция ZIEHL-ABEGG.

Стоимость ветряной электроэнергии должна сравняться с традиционной к 2036 году

Фото: ТАСС/Руслан Шамуков

В России началось возрождение отечественной ветроэнергетики: идет строительство 23 ветроэлектростанций и еще 44 объекта — в стадии проработки.

Электрификация плюс анемофикация всей страны

Мощность установки 1931 года с инерционным аккумулятором и управляемыми лопастями, с ветроколесом на 42-метровой башне составляла 3,5 киловатта. «Ветростанция А. Г. Уфимцева — первая и единственная в мире, способная давать вполне выровненную электроэнергию от беспорядочных порывов ветра», — написал тогда профессор Владимир Ветчинкин, крупнейший специалист в области аэродинамики.

Талантливый инженер и изобретатель Уфимцев назвал свою станцию «небесной шахтой». Вместе с учеными Центрального аэродинамического государственного института (ЦАГИ) он предлагал проект сплошной анемофикации (обеспечения электроэнергией за счет ветра), который не противоречил плану ГОЭЛРО, а дополнял его новым, неисчерпаемым и бесплатным, источником энергии.

Впрочем, еще в начале XX века русский ученый-механик, основоположник гидро- и аэродинамики Николай Жуковский обосновал теорию ветродвигателя и создал отдел ветродвигателей. А комиссия Высшего совета народного хозяйства (ВСНХ) рекомендовала ветряные двигатели к широкому внедрению. По проектам ЦАГИ в районах активно устанавливались «крестьянские ветряки» мощностью 5 киловатт, освещающие 130-150 дворов. В Крыму заработала самая крупная в мире ВЭС на 100 КВт. Россия выходила из разрухи и очень нуждалась в электричестве.

Потрудилась ветроэнергетика и при восстановлении послевоенной экономики. Промышленность выпускала до девяти тысяч ветроэнергоустановок в год. При освоении казахстанской целины был запущен опять-таки первый в мире комплекс, объединивший несколько дизельных и ветроустановок. Это обеспечило высокую и стабильную мощность, снижение стоимости электроэнергии. Дизельные двигатели включались только при безветрии, а в остальное время работали лопасти.

Сегодня такие связки ветростанций со станциями другой генерации наиболее эффективны. С открытием крупнейших месторождений угля, нефти, газа, строительством гидро- и атомных электростанций о планах анемофикации подзабыли. Киловатты ТЭС, ГЭС, АЭС были на порядок дешевле принесенных ветром.

Нефтяное похмелье

В итоге отечественная энергетика радикально сменила ориентацию — пошла по пути западных систем, более гибких и восприимчивых к сырьевым переменам. К 1975 году королевой энергетики стала нефть, уже выдавая каждый второй киловатт.

И вдруг на самом пике нефтяного века, в конце 70-х, разразился острый кризис с небывалым скачком цен на топливо, обнажив уязвимость мощных западных экономик от импорта энергоресурсов. Причем многие страны, прежде всего европейские, к концу прошлого века успели использовать собственные запасы угля, нефти, газа.

Кризис выявил еще одну неприятную истину — углеродная энергетика при сложившемся технологическом уровне чревата бедами. Уже в 2000-2010 годах рост выбросов парниковых газов ускорился в четыре раза к предыдущему десятилетию. Это превзошло наихудшие сценарии. «Облако» углекислого газа над планетой продолжало пополняться — до 10 миллиардов тонн в 2019 году и, по статистике Всемирной метеорологической организации, 41 процент из всех выбросов — вклад тепловых электростанций.

В 2019 году Евросоюз принял документы, определяющие его «зеленый курс», когда к середине столетия его территория должна была стать безуглеродной. Не будем обсуждать реальность планов — о них и у специалистов противоположные мнения. Важнее о том, что уже сделано.

Читать еще:  Что произойдет если двигатель троит

Результаты впечатляют. В прошлом году ветер впервые «принес» больше электричества, чем дали станции, работающие на самом «грязном» ресурсе — буром угле. Доля ветроэлектростанций (ВЭС) в балансе энергосистем убедительна. Но полное закрытие угольных шахт отнесено на 2038 год.

Несомненные плюсы ветроэнергетики — стопроцентная экологическая безопасность, простота строительства. Родовой порок ее — технологическая и экономическая нерентабельность. Стоимость средней ветроустановки — 1 миллион долларов. А, например, китайская ВЭС «Ганьсу» — это семь тысяч установок. Но все оборудование Китай делает сам, как и собирает установки. Значит, стоимость будет дешевле…

Но готов ли мир потребления к снижению стандартов и уровня жизни ради помощи климату? Исследования нескольких университетов и экспертных центров убедительно доказывают, что ВИЭ не обеспечат существующий уровень цивилизации, достигнутый при традиционной энергетике.

В Германии самый чистый, но и самый дорогой киловатт. Даже при том, что значительную часть затрат на его производство компенсировало государство. У богатой страны возможна чистая энергетика. Но при чистой энергетике экономика и государство никогда не разбогатеют. При тарифах таких, как в Германии, 80 процентов россиян-предпринимателей незамедлительно бы разорились.

Страны Азии — 38,4

Северная Америка — 21,15

Латинская Америка и Карибы — 2,31

Африка и Ближний Восток — 0,68

В одной упряжке

С середины января в единую энергосистему России начала поступать электроэнергия Кочубеевской ВЭС из Ставрополья — так совпало, что отечественная ветроэнергетика к своему 90-летию пополнилась новой и самой мощной (210 МВт) станцией. До нее действовало 23 относительно крупные ВЭС, но общий их потенциал крайне незначителен.

Не надо думать, что мы прозевали рывок западных стран к альтернативной энергетике. Еще в конце 80-х в СССР были утверждены программа «Экологически чистая энергия» и генеральный план ее развития, предусматривающие ввод к 1995 году 57 тысяч ветроэнергоустановок.

К реализации этих планов даже не успели приступить — Советский Союз исчез, а в новой России при реформировании энергетики об этом призабыли.

В январе 2009 года появилось распоряжение Правительства, определившее цели развития альтернативной энергетики. В мае 2013-го кабмин принял еще одно — «О механизме стимулирования использования возобновляемых источников энергии на оптовом рынке электрической энергии и мощности». Но реальный старт запуску госпрограммы по ВИЭ дало выступление Владимира Путина 4 октября 2017 года на форуме «Российская энергетическая неделя». «Мы, безусловно, думаем и в практическом плане будем реализовывать проекты водородной энергетики, имеем возможность развивать энергетику, связанную с ветровой нагрузкой», — заявил глава государства.

Так началось возрождение отечественной альтернативной энергетики. Сейчас идет строительство 23 ВЭС и еще 44 объекта в стадии проработки. Специфика госпрограммы в том, что она стимулирует не приобретение станций, а транзит современных технологий. Компании получают поддержку государства при условии значительной локализации производства оборудования и комплектующих в России (по ВЭС — 65 процентов, по СЭС — 55 процентов). В нескольких университетах открылись новые кафедры, готовящие специалистов для «зеленой» отрасли.

Недавно Минэнерго сообщило, что программа, которая ежегодно обходится государству почти в 400 миллиардов рублей, будет продолжена до 2036 года. Появилось и новое требование — к 2036 году стоимость электроэнергии ВИЭ и традиционной должна сравняться. Господдержка не может быть вечной.

Председатель Комитета Госдумы по энергетике Павел Завальный заявил «РФ сегодня», что объемы производства «зеленого» электричества, предусмотренные госпрограммой и энергостратегией, «несомненно, будут достигнуты и даже, думаю, будут превышены».

«У нас хороший потенциал развития ВИЭ. Все будет зависеть от экономики, от себестоимости электроэнергии на ВИЭ. Если она будет сопоставима с традиционной, то и производство превысит показатели, определенные стратегией. Они — программа-минимум. И хорошо бы ее превзойти», — отметил депутат.

Читайте также:

Наша энергетика в целом низкоуглеродная, напомнил он, но если мы добавим ВИЭ к атомной и гидрогенерации, то будем иметь 40 процентов безуглеродной энергии. Остается еще 12 процентов угольной и почти 50 процентов газовой генерации. Метан, как известно, дает заметно меньшие выбросы парниковых газов, чем уголь, но есть программы, которые помогут значительно уменьшить их, рассказал глава комитета. Достаточно добавить 10 процентов водорода в метан (по массе), и в два раза снизятся выбросы СО2. Так что применение метановодорода намного повышает экологичность энергетики.

«У нас хорошие перспективы развития водородной генерации, — констатировал Павел Завальный. — Мы сможем сами использовать новые технологии и предложить их партнерам в Европе».

Содержание

Античность

Предположительно древнейшие мельницы были распространены в Вавилоне, о чем свидетельствует кодекс царя Хаммурапи (около 1750 до н. э.). Описание орга́на, приводившегося в действие ветряной мельницей, — первое документальное свидетельство использования ветра для приведения механизма в действие. Оно принадлежит греческому изобретателю Герону Александрийскому, I век н. э. Персидские мельницы описываются в сообщениях мусульманских географов в IX в., отличаются от западных конструкцией с вертикальной осью вращения и перпендикулярно расположенными крыльями, лопатками или парусами. [1] Персидская мельница имеет лопасти на роторе, расположенные аналогично лопаткам гребного колеса на пароходе и должна быть заключена в оболочку, закрывающую часть лопаток, иначе давление ветра на лопасти будет одинаковым со всех сторон и, так как паруса жестко связаны с осью, мельница не будет вращаться.

Читать еще:  Geely emgrand ec7 технические характеристики двигателя

Еще один вид мельниц с вертикальной осью вращения известен как китайская мельница или китайский ветряк. Конструкция китайской мельницы значительно отличается от персидской использованием свободно поворачивающегося, независимого паруса.

Средневековье

Ветряные мельницы с горизонтальной ориентацией ротора известны с 1180 г. во Фландрии, Юго-Восточной Англии и Нормандии. [2] В XIII веке в Священной Римской империи появились конструкции мельниц, в которых всё здание поворачивалось навстречу ветру.

Такое положение дел было в Европе вплоть до появления двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей в XIX веке. Водяные мельницы были распространены в основном в горных районах с быстрыми реками, а ветряные — в равнинных ветреных местностях.

Мельницы принадлежали феодалам, на чьей земле они располагались. Население было вынуждено искать так называемые принудительные мельницы для помола зерна, которое было выращено на этой земле. В совокупности с плохой дорожной сетью это вело к локальным экономическим циклам, в которые были вовлечены мельницы. С отменой запрета, население стало в состоянии выбирать мельницу по своему усмотрению, таким образом стимулируя технический прогресс и конкуренцию.

Новое время

В конце XVI века в Нидерландах появились мельницы, у которых навстречу ветру поворачивалась только башня. До конца XVIII века ветряные мельницы были в огромном количестве распространены по всей Европе — там, где ветер был достаточно силен. Средневековая иконография ясно показывает их распространенность. В основном они были распространены в ветреных северных областях Европы, в значительной части Франции, Нижних Землях, где в прибрежных районах некогда имелось 10 000 ветряных мельниц, Великобритании, Польше, Прибалтике, Северной России и Скандинавии. В других европейских регионах было всего несколько ветряных мельниц. В странах Южной Европы (Испания, Португалия, Франция, Италия, Балканы, Греция), строились типичные мельницы-башни, с ровной конической крышей и, как правило, фиксированной ориентацией.

Когда в XIX веке произошел общеевропейский экономический скачок, наблюдался и серьёзный рост мельничной промышленности. С появлением множества независимых мастеров произошел единовременный рост числа мельниц.

В России ветряные мельницы традиционно использовалась для помола зерна или подъёма воды. Современные ветряные электростанции обеспечивают электроэнергией небольшие хозяйства и предприятия.

Возможна ли установка ветровой электростанции возле дома?

Да, теоретически это возможно, но прежде необходимо решить ряд вопросов:

Масса конструкции. Даже самые маленькие ветряные электростанции имеют вес несколько тонн. Для такой установки требуется большой и добротный фундамент. Иначе конструкция перекосится или начнет «проседать».

Цена вопроса. Стоимость самой маленькой установки на 2 kWt – не менее тысячи евро! Начальные вложения будут очень большие.

Трудности при монтаже. «Ветряки» имеют большую массу и размеры. Для их монтажа понадобится спец. техника (манипуляторы, грузовые краны).

Шумовое загрязнение. Вращающиеся лопасти издают характерный свист. Поэтому законодательно запрещена эксплуатация «ветряков» в ночное время вблизи населенных пунктов.

Отсутствие постоянного ветра. Надо понимать, что ветряная электростанция будет производить электроэнергию только при благоприятных погодных условиях. Поэтому нужно иметь резервный источник энергии (солнечные батареи, дизельный или бензиновый генератор).

Бюрократические преграды. Для получения разрешения на строительство ветряной электростанции и выработку собственной электроэнергии, может понадобится долгое время. В европейском законодательстве предусмотрены льготы для граждан, использующих альтернативную энергию.

В нашей стране не предусмотрены такие льготы. И из-за путаницы в законах, зачастую очень тяжело получить разрешение на установку и пользование ветряной электростанцией.

Конечно, такие сложности могут заставить отказаться от приобретения и использования ветряной установки, но не стоит забывать и о преимуществах «ветряков».

Экономичность. Потратив однажды деньги на покупку и установку электростанции, вы получите большое количество бесплатной энергии, которая оправдает вашу покупку уже через несколько лет. В связи с этим вспоминается выражение: «бросать деньги на ветер». Только в нашем случае все происходит наоборот. Ветер приносит нам денежную выгоду.

Независимость от поставщика электроэнергии. Вам не нужно будет проводить к дому ЛЭП, не нужно будет оплачивать возрастающие тарифы.

Экологичность данного вида энергии. В процессе производства энергии, ветровые установки не выделяют ничего в атмосферу.

Автономность установки. Ветряные электростанции почти не требуют технического обслуживания. Большинство процессов автоматизировано. Необходим лишь небольшой контроль, время от времени.

Мы надеемся, что наша статья была интересной и полезной для вас. Что она помогла вам разобраться с основными видами ветряных электростанций, понять принцип их функционирования, оценить все преимущества и недостатки данного вида энергии и возможно даже побудила вас перейти на использование экологически чистой и возобновляемой энергии!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector