Ветряные электростанции: типы, принципы работы, преимущества и недостатки

Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки ветряных электростанций

Энергетическая отрасль справляется со своей задачей достаточно уверенно, но масштабы нашей страны таковы, что полное обеспечение электроэнергией всех отдаленных или труднодоступных районов пока невозможно. Это связано с множеством факторов, преодолеть которые в нынешних условиях слишком дорого или технически недостижимо.

Поэтому все более пристальное внимание приходится обращать на альтернативные источники, способные удовлетворять потребности отсталых регионов без участия магистральных сетей. Перспективным направлением является ветроэнергетика, использующая дармовой источник энергии — силу ветра.

Устройство и виды ветровых электростанций

Ветроэлектростанции (ВЭС) используют энергию ветра для выработки электротока. Крупные станции состоят из множества ветрогенераторов, объединенных в единую сеть и питающих большие массивы — поселки, города, регионы. Более мелкие способны обеспечивать небольшие жилые массивы или отдельные дома. Станции классифицируются по различным признакам, например, по функциональности:

• мобильные,
• стационарные.

• прибрежные
• офшорные
• наземные
• плавающие.

По типу конструкции:

Наибольшее распространение в мире получили крыльчатные станции. Они имеют большую эффективность и способны производить достаточно большое количество электроэнергии, чтобы обеспечивать ею потребителей в масштабах целой энергетической отрасли. При этом, распространение таких станций имеет специфическую конфигурацию и встречается не повсеместно.

Принцип работы

Как уже говорилось, ВЭС имеют роторную или крыльчатую конструкцию. Роторные станции, как правило, имеют устройства с вертикальной осью вращения. Они во многом удобнее, чем крыльчатые, так как не издают при работе сильный шум и не требовательны к установке по направлению ветра. При этом, роторные конструкции менее эффективны и могут использоваться на небольших частных станциях.

Крыльчатые устройства способны выдавать максимальный эффект. Они используют получаемую энергию намного эффективнее, чем роторные образцы, но нуждаются в правильном ориентировании по отношению к потоку, что означает присутствие дополнительных приспособлений или оборудования.

Все виды действуют по одному принципу — поток ветра раскручивает подвижную часть, которая передает вращение на генератор, вследствие чего в системе образуется электроток. Он заряжает аккумуляторы, от которых питаются инверторы, преобразующие полученный ток в стандартное напряжение и частоту, подходящие для приборов потребления.

Для обеспечения большого числа потребителей отдельные ветрогенераторы соединяются в систему, образуя станции — ВЭС.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

К преимуществам ВЭС можно отнести:

• независимость от ископаемых ресурсов;
• используется абсолютно бесплатный источник энергии;
• экологическая чистота методики — никакого вреда окружающей природе не наносится.

При этом, есть и недостатки:

• неравномерность ветра создает определенные трудности в выработке энергии и вынуждает использовать большое число; аккумуляторных батарей;
• ветряки издают шум при работе;
• КПД ветряных электростанций низок, увеличить его очень сложно;
• стоимость оборудования и, соответственно, электроэнергии, намного выше, чем цена сетевого электричества;
• окупаемость оборудования с ростом его мощности значительно снижается. Наиболее производительные станции полностью не окупаются.

Использование небольших станций способно обеспечить энергией ограниченное количество потребителей, поэтому для крупных населенных пунктов или регионов требуются большие устройства. При этом, ветряки большой мощности нуждаются в соответствующих потоках ветра и равномерности его движения, что для условий нашей страны не характерно. В этом кроется основная причина низкого распространения ветряков по сравнению с европейскими странами.

Экономическое обоснование строительства ВЭС

С точки зрения экономики, строительство ВЭС имеет смысл только при отсутствии других способов энергообеспечения. Оборудование стоит очень дорого, обслуживание и ремонт требуют постоянных расходов, а срок службы ограничен 20 годами, и это в условиях Европы. Для России этот срок можно снизить не менее, чем на треть. Поэтому использование ВЭС экономически малоэффективно.

С другой стороны, при полном отсутствии альтернативных вариантов или при наличии оптимальных условий, обеспечивающих качественную и равномерную работу ветряков, использование ВЭС становится вполне приемлемым способом энергообеспечения.

Важно! Речь идет именно о крупных станциях, снабжающих целые регионы. Ситуация с бытовыми или частными станциями выглядит более привлекательно.

Мощности промышленных станций

Промышленные ВЭС имеют весьма высокую мощность, способную обеспечивать крупные населенные пункты или регионы. Например, ВЭС «Ганьсу» в Китае имеет 7965 мВт, «Энеркон Е-126» выдает 7,58 мВт, и это еще не предел.

Следует сразу же оговориться, что речь идет о лидерах в ветроэнергетике, другие модели вырабатывают намного меньше энергии. Тем не менее, объединенные в крупные станции, ветряки способны на производство вполне достаточного количества электроэнергии. Объединенные комплексы вырабатывают суммарную мощность в 400-500 мВт, что вполне может сравниться с производительностью ГЭС.

Мелкие станции имеют более скромные показатели и могут рассматриваться только как точечные источники, питающие ограниченное число потребителей.

Ведущие мировые производители

В число наиболее известных производителей ветрогенераторов и оборудования для ветроэнергетической отрасли входят компании:

• Vestas,
• Nordex,
• Superwind,
• Panasonic,
• Ecotecnia,
• Vergnet.

Российские производители пока не готовы конкурировать с этими фирмами, так как вопрос о создании качественных и производительных ветрогенераторов в России до сих пор не ставился достаточно плотно.

География применения

Наибольшее распространение ветроэнергетика получила на западном побережье Атлантики, в частности, в Германии. Там имеются наилучшие условия — ровные и сильные ветра, оптимальные климатические показатели. Но основной причиной широкого распространения ВЭС именно в этом регионе стало отсутствие возможностей для строительства гидроэлектростанций, вынудившее правительства стран этого региона использовать доступные методы получения электроэнергии. При этом, имеются установки и в балтийском регионе, в Дании, Голландии.

Россия пока отстает в этом вопросе, за прошедшее десятилетие в эксплуатацию сдан едва ли десяток ВЭС. Причина такого отставания кроется в большом развитии гидроэнергетики и отсутствии должных условий для эксплуатации промышленных ветроэнергетических станций. Тем не менее, отмечается рост производства небольших установок, способных обеспечивать энергией отдельные усадьбы.

Факты и заблуждения

Малое распространение ветроэнергетических установок и отсутствие опыта общения с ними породили массу заблуждений относительно свойств и воздействия ВЭС на организм человека. Так, широко распространено мнение о необычайно высоком уровне шума, производимого работающим ветрогенератором. Действительно, определенный шум имеется, но его уровень гораздо ниже, чем принято считать. Так, шум от промышленных моделей на расстоянии 200-300 м воспринимается на слух так же, как звук от работающего бытового холодильника.

Другая проблема, которую необоснованно раздувают несведущие люди — создание непреодолимых помех радио и телевизионным сигналам. Этот вопрос был решен раньше, чем о нем узнали пользователи — каждый мощный промышленный ветряк снабжен качественным фильтром радиопомех, способным полностью исключить влияние устройства на эфир.

Люди, живущие поблизости от турбин, будут постоянно находиться в зоне мерцания тени. Это термин, обозначающий некомфортное ощущение от мигающих световых проявлений. Вращающиеся лопасти создают такой эффект, но его значение сильно преувеличено. Даже самые чувствительные люди всегда могут попросту отвернуться от турбины, если случилось оказаться поблизости от нее.

Существуют и другие, надуманные и вполне реально существующие факты, касающиеся работы ВЭС, их воздействия на организм человека и окружающую природу. Част из них является обычными слухами, другая часть настолько преувеличена, что не заслуживает даже обсуждения. Ветроэнергетика — полноценная отрасль, способная решать вопросы энергообеспечения как в солидных масштабах, так и в пределах маленького дачного домика.

Частные ветряные электростанции

Для России наиболее актуальным вопросом является распространение именно небольших станций, обеспечивающих один дом или усадьбу. Строительство крупных ВЭС в климатических условиях нашей страны нецелесообразно и нерентабельно. Самая большая ценность ветрогенераторов кроется в создании возможности обеспечить энергией отсталые или отдаленные населенные пункты, где нет сетевого подключения.

Для таких районов применение небольших частных станций является оптимальным способом решения вопроса, так как работа ветряка не требует обеспечения топливом, устройство несложно и свободно поддается ремонту. Обеспечить такие регионы дополнительным оборудованием намного проще и дешевле, чем выделять большие средства на проведение линии электропередач, особенно, если речь идет о гористой местности. Небольшие ветряки способны вырабатывать достаточное количество энергии, не нуждаясь в расходах на содержание или топливо, что делает их весьма перспективными и привлекательными вариантами решения проблемы.

Обзор цен на популярные модели

Стоимость ветрогенераторов высока. Этот момент является самым труднопреодолимым для распространения ветроэнергетических технологий. Многие владельцы домов с удовольствием установили бы у себя на участке ветряки, но не имеют средств на их приобретение. Установка, способная обеспечить освещение участка, стоит около 100 тыс руб.

Более мощная конструкция, позволяющая снабдить электроэнергией коттедж, обойдется в 250 тыс.

ВЭС, способная обеспечить небольшое фермерское хозяйство, стоит около 500 тыс. руб. И это еще не предел. При таких ценах ожидать быстрого распространения ветрогенераторов не приходится, поэтому вся надежда на появление отечественных моделей, способных решить вопрос дороговизны оборудования. Как вариант, можно купить относительно недорогую китайскую модель. Такие устройства не поддаются ремонту, являясь, по сути, одноразовыми, но их цена намного ниже, чем стоимость аналогичных по мощности западных образцов.

Как сделать ветряную электростанцию?

Дороговизна промышленных моделей вынуждает людей, способных пользоваться инструментами и обладающих определенными познаниями, создавать самодельные ветряки. Расходы на такое устройство несравнимы с тратами на заводские модели, а эффект, полученный от самоделок, зачастую превосходит показатели прославленных зарубежных изделий.

Для изготовления станции понадобится:

• комплект оборудования — контроллер заряда, инвертор, аккумулятор;
• генератор, способный работать на низких скоростях. Чаще всего используется автомобильный или тракторный генераторы, прошедшие некоторую модернизацию;
• ветряк — вращающийся ротор, установленный на мачте или основании нужных размеров.

Оборудование для станции может быть собрано самостоятельно или приобретено в готовом виде. Изготовление генератора из готового устройства занимает один день (если иметь представление о том, что надо делать). Ветряк делается из подручных материалов — металлических бочек, листового металла и т.п.

Все элементы конструкции собираются воедино, система запускается, производится оценка ее характеристик и, если надо, вносятся необходимые изменения. Ветряк, собранный своими руками, ремонтируется совершенно без проблем, так как вся его конструкция известна мастеру, что называется, до последнего винтика.

Эксплуатация ВЭС не требует особых расходов, все вложения делаются единовременно. Срок службы системы рассчитывается на 20 лет, но при изготовлении своими руками он практически не ограничен, поскольку в любое время возможна модернизация или ремонт конструкции.

Ветроэнергетика: за и против

Статьи об энергетике

В последние десятилетия человечество начало осознавать всю ответственность бездумного использования природных ресурсов нашей планеты и невозможность восстановления отдельных ископаемых. Первая задача, которая впоследствии стала ключевой, заключалась в том, чем заменить невосстанавливаемые источники энергии на альтернативные источники энергии…

Так, появилось понятие «зелёная», регенеративная или альтернативная энергия. И ветер — один из ее ключевых элементов.

В наше время энергия ветра все больше используется для получения электроэнергии.

А отрасль энергетики, что занимается преобразованием ветра в источник питания всего, что в нем нуждается называется ветроэнергетика. И сейчас она активно и стабильно развивается.

Современные методы ‏генерации электроэнергии из энергии ветра

Наука, как и сознание не стоят на месте. С каждым годом методы ветроэнергетики совершенствуются, как и растет потребность человечества в альтернативных технологиях. Все больше стран используют ветровые турбины, ветрогенераторы или ветряки для выработки электроэнергии.

Турбины — последнее достижение науки в области добывания энергии ветра. Именно наибольшая ее часть генерируется с их помощью. Визуально они похожи на гигантские пропеллеры вертолета на устойчивой вертикальной основе.

Количество вырабатываемой энергии ветра напрямую зависит от размера самой турбины и ее лопастей.

Принцип работы следующий. Ветер вращает лопасти, которые в свою очередь крутят вал, соединенный с генератором, производящим электричество. Чем сильнее ветер, тем большее количество энергии возникает и, кстати, для ее генерации практически не используют воду, в отличие от других видов энергии.

Новейшие турбины имеют размер рутора (он же вал — место, соприкасаемое с генератором энергии) превышающий 120 м и вырабатывают мощность до 2 мегаватт. Это норма для обеспечения электроэнергией 800 жилых домов.

В мире уже несколько сотен тысяч ветряков, которые снабжают электроэнергией множество домов, кварталов и предприятий. Есть большие и маленькие. Ветряная мельница для электричества нашего времени — это башня из стали высота которой достигает до 130 м. На его вершине расположены генератор, рутор и лопасти.

Например, в Германии построили ветряк 120 м в высоту, он вырабатывает до 5 мегаватт, а его лопасти в длину достигают до 53 м и около 6 м в ширину. Результатом своей деятельности он может полностью обеспечивать до 900 современных домов, то есть небольшие города. А Норвегия запустила строительство еще более мощного ветряка, который, за предыдущими прогнозами, будет обеспечивать до 2000 жилых сооружений.

Кроме суши их еще ставят на воде. Наивысшая ветряная мельница для электричества в мире, которая даже занесена в книгу рекордов, стоит на высоте 4100 м над уровнем моря в провинции Сан-Хуан. Ее установкой руководила компания Barrick Gold, которая занимается добыванием золота.

Но важно знать, что этот вид энергии возможно использовать не во всех регионах планеты Земля. Все зависит от скорости ветра на высоте 20-30 м над поверхностью земли.

Для генерации полезной энергии нужен мощный воздушный поток, который может достигнуть того значения, что требуется для ее преобразования.

Поэтому ветровые электростанции рентабельны именно в тех регионах, где скорость ветра равна до 6,5 м/сек.

Это подходит для местностей, где дорогостоящие, невозможны или невыгодны другие источники энергии и топлива. По самым оптимистическим прогнозам отраслевых ученых, что до 2050 года 1/3 потребностей нашей планеты в электроэнергии будет обеспечиваться с помощью ветра, при современном темпе стабильного развития ветровой энергии.

Преимущества ‏ветроэнергетики

Ветроэнергетику традиционно ‏относят к категории альтернативных ‏источников энергии. Такая энергетика будущего имеет ряд ‏плюсов и минусов. Но сначала о достоинствах.

1. Неисчерпаемый источник

Природная ‏энергия ветра ‏- это неисчерпаемые ‏энергетические ресурсы, а также возобновляемые источники энергии, которые ‏распространены на ‏всей территории ‏земного шара. Ветер возобновляется самой природой.

Если светит солнце, то в атмосфере постоянно происходит движение ветра. Для их получения не нужно строить большие заводы, нанимать людей, пригонять тяжелую технику, чтобы добыть и переработать топливо, которое станет ветряной энергией.

2. Минимальное ‏техобслуживание

Сам ветряной двигатель ‏не нуждается ‏в постоянном ‏техобслуживании, стоит иногда проверять его ‏исправность и ‏периодически проводить ремонт.

Средний срок службы ветрогенератора составляет 20 лет. Это ‏подходящий вариант для изолированных территорий, например, островов, куда невозможно ‏доставить другие ‏источники энергии.

3. Перспективность

В ‏связи с очевидной исчерпаемостью привычных ресурсов Земли для добычи энергии, ветроэнергетика ‏- одна из наиболее перспективных направлений в добыче энергии. Всё ‏большее количество стран разрабатывают и внедряют проекты, где в качестве источника энергии как на промышленных объектах, так и для рядовых потребителей, будет ветер. Одним из таких направлений является ‏применение энергии ветра. Ярким примером ‏разработок, являются проекты плавающих и ‏парящих ветрогенераторов.

Ветрогенераторы на воде могут ‏использовать только ‏страны с ‏выходом к ‏морю. Такие ветрогенераторы устанавливают вдали от берега, на ‏глубине 100 и ‏более метров. КПД ‏таких установок заметно выше, чем у ветряков на берегу. Это обусловлено тем, что над поверхностью моря всегда ‏присутствует ветер, очень редко бывает полный штиль. Впервые такой проект ‏был внедрен в Норвегии ‏в 2007 году.

Парящие ветрогенераторы выглядят ‏как надувная ‏сфера с ‏турбинами по ‏центру. Различные страны ‏также планируют ‏осваивание энергии ‏ветра для ‏частичной замены энергии при ‏добыче полезных ископаемых.

Например, Германия к 2025 году планирует ‏производить до 45% энергии из альтернативных источников. Дания намерена обеспечивать ‏50% населения электричеством ‏за счёт ‏ветра. В 2019 году в ЕС 15% электричества было ‏выработано за ‏счёт ветроэнергетики, а ‏в 2020 году ‏этот показатель ‏увеличился еще на 7%.

Недостатки ‏ветроэнергетики

Однако не всё ‏так гладко. У ветроэнергетики есть ‏как положительные черты, так и ‏отрицательные.

1. Сегодня есть, а завтра нет ‏ㅤ

Энергия ветра непостоянна, а также очень зависит от изменений в природе. Если скорость ветра низкая — механизм перестает работать, а если слишком большая — его нужно защитить от повреждения, а в некоторых случаях даже лучше отключить, чтобы уберечь. Еще одна проблема — это изменчивость и непредсказуемость скорости ветра и его направление.

Поэтому при установке ветрогенераторов та очень больших территориях нужно решить сразу 2 задачи:

• как сохранить и направить в правильное русло кинетическую энергию ветра на местности большой площади;
• как оптимизировать равномерность ветрового потока.

Параллельно с этим, необходимо научиться сохранить энергию тогда, когда она не используется. Это требует сооружения аккумуляторных батарей. Но насколько эффективным не выглядел бы процесс, энергия, тем не менее, теряется в каждом из этих звеньев.

2. Дороговизна

Первоначальная установка ветрогенератора — затратно. Цена 1 кВт установленной мощности ‏ВЭУ составляет ‏около 1000$. В зависимости от целей установки ‏(промышленное предприятие, населенный пункт или для частного дома), могут ‏потребоваться серьёзные ‏первоначальные инвестиции.

3. Шум ‏и магнитное поле

Ветровые установки могут издавать 2 вида шума:

• механический;
• аэродинамический.

Проблема механического шума для современных установок в целом отсутствует, но очень актуальна для установок старших моделей. Аэродинамический — появляется от контакта ветра с лопастями генератора и достигает до 100 дБ.

В ряде стран Европы есть специальные законы и нормы связанные с ограничением вредности шума от работающего ветрогенератора.

Их установка разрешена на расстоянии не менее 300 м от жилых кварталов.

4. Птичку ‏жалко

Птицы очень часто страдают от столкновения с лопастями ветровых турбин. А также через частоты, что появляются от работы лопастей, поэтому черви глубже уходят под землю, что нарушает пищевую цепочку.

Но летучие мыши страдают ещё больше. В конце каждой лопасти образуется область пониженного давления поэтому летучие мыши, пролетающие мимо, получают баротравму. Много этих рукокрылых зверей умирает от внутреннего кровоизлияния. Экспертами ведутся разработки, чтобы минимизировать потери «живой» природы.

5. Утилизация

Глобальная ‏проблема — это кладбище изношенных лопастей от ветрогенераторов.

Утилизировать правильно ‏и эффективно их пока не научились, только сжигать, а это — выбросы углекислого газа в атмосферу.

Отрицательные стороны ветроэнергетики всё же не перевешивают положительных сторон этого вида энергетики. Все же, это одна из самых перспективных отраслей альтернативных источников энергии, которая будет развиваться и в дальнейшем.

Прогресс в создании более совершенных ветровых установок с повышенной мощностью, а также повышенное внимание именно к данному источнику энергии, говорит о том, что люди стали не только говорить о переходе на природные источники энергии, но и предпринимать для этого конкретные шаги.

Полезные ископаемые недр земли — ресурс вполне исчерпаемый, а особенно с потребностями человека в XXI веке. Поэтому наращивать темпы добычи энергии с помощью ветра, солнца, волн, стоит уже сейчас.

Ветроэнергетика — история и перспективы развития. Принципы работы

Постепенное исчезновение ископаемых источников топлива, заставляет ученых придумывать другие способы получения энергии. Несмотря на то, что энергию ветра начали использовать более 5000 лет назад, популярность ветряные станции получили не там давно. Как человек сегодня использует ветер знают все – ветроэлектростанции, воздушные мельницы, полеты на дельтапланах и многое другое.

Ветряная энергетика — это развивающаяся отрасль, которая специализируется на изучении и использовании энергии ветра в повседневной жизни. Считается одной из самых перспективных отраслей альтернативного получения энергии.

С каждым годом строительство ветряных станций увеличивается, все больше стран инвестируют в разработку и исследование применения энергии ветра. Возможно, в ближайшем будущем, альтернативные экологичные источники полностью обеспечат людей энергией.

История использования энергии ветра

История использования энергии ветра человеком, уходит далеко в прошлое, когда люди не имели понятия про законы физики. В Древнем Египте использовали энергию ветра для помола муки в мельнице, в Китае откачивали воду с рисовых полей с помощью приспособлений с лопастями. Мореплаватели начали использовать парус, когда поняли, что с помощью ветра можно эффективнее управлять судном и добираться до нужного места быстрее.

Принцип работы ветровой электростанции

Ветряные электростанции представляют собой несколько ветряных установок, объединенных между собой в единую сеть. Крупные станции могут включать в себя более 100 ветрогенераторов. Такие места получили название “ветряные парки”. Ветрогенераторы — это экологический способ добывать энергию в течение неограниченного времени.

Эффективным местом для установки ветровых электростанций являются участки с постоянным потоком ветра — холмистая местность, горы, прибрежные участки морей и океанов. По расположению выделяют следующие виды:

• наземные;
• прибрежные;
• плавающие;
• офшорные.

По типу конструирования можно выделить:

Крыльчатые ветряные электростанция наиболее эффективные и получили широкое применение. Они способны вырабатывать достаточное количество энергии. На высокой мачте устанавливается чаще всего трехлопастной механизм, с горизонтальной осью вращения. Мощность вращения зависит от размера лопастей. Максимальная скорость вращения достигается в моменте, когда поток ветра идет перпендикулярно лопастям. Так как потоки ветра периодически меняют направление, то имеется автоматический блок управления

Роторные электростанции имеют вертикальную ось вращения. Плюсом данного вида является то, что они не издают шум, эффективность работы не зависит от направления потока ветра, поэтому станции не нужны дополнительные блоки управления. Но по сравнению с крыльчатыми электростанциями они менее эффективны.

Принцип работы любой ветряной электростанции одинаков. Поток ветра раскручивает ротор с лопастями, которые связаны с генератором. Чем больше размер лопастей, тем больший поток они захватывают и вращается с большей скоростью. Чем быстрее крутятся лопасти, тем больше энергии вырабатывается. Генератор преобразует движение в энергию и выводит на аккумуляторы. На выходе получается пригодная для использования энергия.

Глобальное распределение ветра

Чтобы правильно рассчитать место установки ветровой электростанции нужно учитывать много факторов. Регионам с высоким потенциалом считаются места, где средняя скорость ветра около 9 м/с. К таким местам относят Латинская Америка, Гренландия, западная и северная части Европы, Центральная часть Азии, Центральная часть Северной Америки.

Оценка ветровых ресурсов сложный процесс. Основные факторы, на которые обращают внимание:

• какие ветра преобладают;
• рельеф и высота местности;
• наличие водоемов, растительности, различных построек.

Большая часть суши не приспособлена для расположения таких станций. Стартовая скорость для выработки электроэнергии — это 4 м/с. Оптимальная скорость — около 10 м/с.

Как море или океан влияют на количество добываемого тока из ветрогенератора

Для эффективной работы ветряка важна не только сила ветра, но и его постоянный поток. Все мы знаем, что ветер — это поток воздуха у поверхности земли. Образуются эти потоки, из-за движения воздуха из области более низкого давления в более высокое. Так как земля нагревается быстрее, чем поверхность воды, то нахождение ветряков вблизи морей и океанов создает подходящую ветрогенерацию — здесь всегда образуются потоки ветра. Кроме обычных, есть и штормовые ветра, которые достигают скорости от 20 м/с.

Проведенные исследования подтверждают, построив ветряные парки в морях и океанов, вырабатываемая ветряками энергия могла бы обеспечить все нужды человечества. Кроме того, скорость ветра в океане больше примерно на 70%, чем на суше. Несмотря на то, что идея интересная, реализация ее сложная и требует больших инвестиций.

Виды ветрогенераторов

Ветрогенераторы — устройства, которые преобразуют кинетическую энергию, созданную потоком ветра, в механическую, а далее в электрическую.

Все ветрогенераторы можно разделить на вертикальные и горизонтальные. Свое название они берут из-за расположения оси вращения:

Вертикальные или “карусельные” ветряки

Данный тип ветряка имеет механизм с вертикальной осью вращения. Представляет собой:

• основной ротор, который воспринимает воздушный поток;
• редуктор;
• генератор;
• аккумуляторная батарея;
• инвертор.

Такие ветряки бесшумные и могут устанавливаться рядом с жилым домом, их работа не зависит от направления ветра — способны улавливать поток воздуха под любым углом, работа начинается с минимальных показателей силы потока ветра.

Горизонтальные

Ось ротора вращается параллельно земле. Ветрогенераторы такого типа имеют от одной лопасти. Их разделяют на однолопастные, двухлопастные, трехлопастные и многолопастные. Для работы горизонтальных ветрогенераторов необходимо правильное направление ветра, поэтому продумана автоматическая регулировка.

Преимущество таких установок — большая эффективность работы. По сравнению с вертикальными они легче и меньше по габаритам.

Как устроена ветровая электростанция

Современные ветряные станции имеют 3 лопасти, длина которых может достигать 55 метров.

Чтобы понять, как работает станция нужно знать как она устроена:

• Ветрогенератор. Основная его задача преобразовывать энергию в электричество. Состоит из винта и генератора переменного тока.
• Контроллер. Преобразует переменный ток в постоянный и регулирует обороты ветрогенератора.
• Аккумуляторы накапливают энергию во время работы ветряка.
• Инвертор, преобразует постоянный ток в бытовой, который поступает в дом для использования.

Особенности бытовых ветрогенераторов

Так как ветроэнергетика — это неисчерпаемый ресурс, то многие задумываются об установке ветряка у себя дома. Раньше ветровые генераторы использовались больше в промышленной сфере. Но с развитием этой технологии появились и бытовые модели.

Чаще всего их применяют в местах, где нет централизованной электросети. Современные установки на 3-5 генераторов, смогут полностью обеспечить дом энергией. Однако, перед тем как покупать ветряки, стоит изучить насколько эффективно они будут работать конкретной местности.

Обратите внимание! На рынке можно встретить ветродизельную электростанцию (ВДЭС), которая представляет собой комбинацию ветроэлектрических установок и дизельного генератора. ВДЭС кроме электроэнергии может производить и тепловую, что позволяет бесперебойно снабжать дом энергией.

Мощности промышленных станций

Ветроэнергетика как отрасль основывается на применении мощных производственных ветровых турбин, которые могут обеспечить энергией в больших масштабах. Все ветрогенераторы имеют схожую конструкцию:

• опорная башня или мачта;
• гандола
• генератор турбины.

Размеры таких станций могут достигать в высоту до 190 метров в и весят до 6000 тонн. Одна из самых габаритных установок в мире — Enercon E-126, имеет размах лопасти 128 метров.

Расчет лопастного ветрогенератора

Мощность устройства можно рассчитать по следующей формуле:

P – расчетная мощность, кВТ;

r – расстояние от центральной точки ротора до конца лопасти, м;

v – средняя скорость, м/с;

Большое значение в конструировании имеет размер лопасти, форма, материал из которого изготовлена.

Расчет мультипликатора

Самый мощный ротор может дать около 400 оборотов в минуту, но для эффективной работы, число оборотов должно быть в 2,5 раза больше. Для этого устанавливаются мультипликаторы — промежуточные звенья между ротором и генератором, которое повышает частоту вращения вала. Чтобы обеспечить эффективную работу генератора, нужен мультипликатор с большим коэффициентом повышения.

Мачта

Мачта — один из важнейших элементов конструкции ветрогенератора. Высота мачты зависит от места установки. Основные правила установки:

• Мачта ветрогенератора должна находиться не ближе, чем на 150 метров от насаждений и жилых построек, а лучше на расстоянии от 2,5 километров.
• Нижний край лопасти должен находится не ниже, чем 10 метров от верхушки деревьев.

Чтобы ветрогенераторы работали в полную мощность, минимальная высота их установки начинается от 25 метров. Чаще всего высота мачты 70-110 метров

По типу опоры различают:

• на растяжках;
• коническая;
• сварная;
• гидравлическая.

Мачта устанавливается на фундамент, от которого зависит надежность конструкции. Для начало выкапывают котлован и слоями укладывают щебень и песок. После утрамбовки устанавливают основу мачты и заливают бетоном. После заливки, фундаменту нужно время отстояться 4-5 недель. Только после этого продолжается работа по установки мачты.

Вертикальные ветрогенераторы имеет другую конструкцию. Для них не требуются высокие опоры, а мачта представляет собой разборную конструкцию высотой до 6 метров, которая монтируется на крыше зданий.

Расчет энергии ветра

Энергия ветра — это кинетическая энергия потока воздуха. Этот показатель измеряется в джоулях. Рассчитать можно по следующей формуле:

P = r · V3 · S/2, где r – показатель плотности воздуха (1,225 кг/м3), V – значение, отражающее с какой скоростью движется поток (м/с), S – площадь потока (м2).

При расчете важно учитывать потери и КПД генератора.

Для получения точных результатов, нужно знать показатели местности. Где предполагается поставить ветрогенератор.

Ложные теории

Самые распространенные мифы про ветроэнергетику:

1. Ветряки убивают птиц. Сложно отрицать, что птицы иногда врезаются в лопасти или мачту ветрогенератора и погибают. Но не меньше птиц погибает от электропроводов. По статистики больше всего умирает птиц из-за нападения кошек.
2. Самый распространенная ложная теория — это то, что шум от ветряного генератора может негативно сказаться на здоровье человека, в том числе дать осложнения на органы слуха.
3. Не экологичный источник, так как рост количества ВЭС увеличивает выброс углекислого газа. Да, но в сравнение с угольными или газовыми электростанциями этот показатель в 50 раз меньше.
4. Безработица. Ходит мнение, что получение энергии таким способом сократит рабочие места, однако этот миф легко развеять. В любом развивающемся секторе не может возникнуть безработица, так как ветроэнергетика всегда нуждается в новых кадрах — исследователи, разработчики.

Ложные теории появляются из-за незнания тема, однако все их легко опровергнуть, что было сделано многократно.

Ветровые электростанции преимущества и недостатки

Преимущества установки ветровых электростанций:

1. Экологичность. Сегодня этот фактор играет большую роль. А добыча энергии с помощью ветряков это экологичный способ, который никак не влияет на окружающую природу.
2. Экономичность. По сравнению с другими источниками получения энергии, ветровые станции в строительстве обходятся намного экономичнее.
3. Нескончаемый источник энергии.
4. Эффективность работы — электростанция вырабатывает в 80 раз больше энергии, чем потребляет.
5. Местоположение. Ветряк можно поставить в любом месте, в отличие от традиционных станций.
6. Современные ветряки могут работать при скорости от 3,5 м/с.
7. Технологическое развитие.

1. Работа ветряка зависит от силы потока ветра, которого может и не быть.
2. Изменение ландшафта местности из-за строительства ветряных парков.
3. Затраты на поиск и изучение местности для ветряков и их строительство.
4. Турбины станций создают низкочастотные шумы, которые оказывают негативное влияние на человека.
5. Создают опасность для птиц.
6. Менее продуктивны по сравнению с другими станциями.

У ветроэнергетики есть свои сторонники, которые считаю применение ветрогенераторов экологичным способом решения проблемы с энергетикой. Но также есть люди, которые выступают против строительства ветряных парков, так как они приносят вред здоровью человека, птицам. Недостатки ветроэнергетики не сопоставимы с большим потенциалом, который кроется в этой отрасли.

Ветроэнергетика как угроза животному миру

Защитники птиц выступают против строительства ветряных генераторов, так как птицы часто врезаются в лопасти ветряков. Хотя подсчет показал, что количество погибших птиц от генератора не больше, чем от высоковольтных проводов. Однако, зоозащитники волнуются, что во время миграции птиц они могут попасть в зону ветряного парка или сменить путь миграции.

Еще одно опасение защитников, что шумы, которые издают генераторы могут отпугивать животных и они меняют место обитания.

Ветроэнергетика как потенциальный онкоген

“Синдром ветрогенератора” — это клиническое название симптомов людей, которые живут вблизи ветряных генераторов. Основные симптомы — усталость, бессонница, раздражительность, головные боли, шум в ушах, проблемы с концентрацией. Все эти симптомы могут появляться из-за того, что работа генератора издает низкочастотные шумы, которые не воспринимает наш слух, однако организм наш реагирует.

Данный синдром не признан официально, а некоторые считают его классическим случаем ноцебо-эффекта. Это значит, что реакция организма вызвана не от действий генератора, а от отрицательной информации про него.

Ветроэнергетика в России

На данным момент Россия достаточно слабо использует такой ресурс, как ветер. Государство не выделяет достаточно субсидий на исследование и покупку конструкций.

Самая крупная ветроэлектростанция в России была запущена в 2020 году в Ставропольском крае. Рабочая мощность каждой из 84 установок — 2,5 МВт.

Доля ветроэнергетики в общей энергосистеме страны незначительная, и скорее всего в ближайшем будущем не поменяется. За прошлый год ветряками было выработано менее 1% от всего объема потребляемой энергии. Это обусловлена тем, что в стране развиты другие способы добычи энергии. Однако, нужно помнить, что энергия ветра неиссякаема и нельзя отказываться от альтернативной и быстроразвивающейся отрасли.

Ветроэнергетика в мире

Ветроэнергетика — это альтернативный источник энергии и многие страны этим пользуются. Изучение ветроэнергетики в последние десятилетия стало популярной и быстрорастущей отраслью. За прошлый год было установлено 93 ГВт новых установок.

Лидирующими странами, где этому уделяют большое внимание являются США, Канада, Великобритания, Дания, Германия, Китай.

Следует отметить! Энергия ветра используется людьми все чаще, например, доля получаемой энергии в Дании равно 28% в рамках всей энергетической отрасли, в Китае 36%.

Перспектива развития ветроэнергетики остается положительной, и в ближайшем будущем количество стран, которые будут внедрять альтернативный способ получения энергии, будет только увеличиваться.

Перспективы развития

Если учитывать, что сейчас идет фокусировка на природных экологических методах извлечения энергии, то ветроэнергетику в ближайшие годы ждет положительная перспектива развития. Все время идет разработка новых и усовершенствование старых моделей ветряков. Одна из последних разработок, это парящие генераторы, которые могут использовать максимальную силу ветра.

Все больше стран в мире уделяет ветряной энергии внимание и начинает строительство своих ветряков на подходящих территориях. Энергия ветра считается одной из перспективных альтернативных отраслей энергетики.

Чаще пользуется спросом частные ветряные генераторы, которые могут обеспечить частично или полностью дом энергией. Традиционные источники энергии могут в скором времени закончатся, а также приносят непоправимый вред экологии. Многие считаю, что за ветроэнергетикой, как и за альтернативными экологичными способами добычи энергии, стоит будущее.

Источник https://energo.house/veter/vetryanye-elektrostantsii.html

Источник https://proagregat.com/energetika/vetroenergetika-za-i-protiv/

Источник https://istochnikienergii.ru/veter/vetroenergetika