Ветроэнергетика: перспективы, плюсы и минусы

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

  • установка экологически чистая;
  • отсутствует потребность её заправки топливом;
  • не накапливаются какие-либо отходы;
  • устройство работает очень тихо;
  • имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Генератор для ветровой турбины

Для функционирования ветряков необходимы обычные трехфазные генераторы. Конструкция таких устройств аналогична моделям, применяемым на автомобилях, но имеет большие параметры.

В приборах для ветряных турбин предусмотрена трехфазная обмотка статора (соединение по типу «звезда»), откуда выходят три провода, идущие на контроллер, где происходит трансформация переменного напряжения в постоянное.

Ротор генератора для ветротурбины изготовляется на неодимовых магнитах: в подобных конструкциях нецелесообразно использовать электровозбуждение, поскольку катушка потребляет много энергии

Для повышения оборотов нередко применяется мультипликатор. Такое приспособление позволяет увеличить мощность действующего генератора или использовать устройство меньшего размера, что снижает стоимость установки.

Мультипликаторы чаще применяются в вертикальных ветрогенераторах, у которых процесс вращения ветроколеса осуществляется медленнее. Для горизонтальных устройств с высокой скоростью вращения лопастей мультипликаторы не требуются, что упрощает и удешевляет конструкцию.

Специфика сборки и монтажа ветрогенератора из стиральной машинки и ветроустановки из автомобильного генератора подробно изложена в рекомендуемых нами статьях.

Какой тип энергии эффективнее?

Эффективность зеленой энергии немного зависит от местоположения, так как при наличии подходящих условий, таких как частый и сильный солнечный свет, легко создать быстрое и эффективное энергетическое решение.

Однако, чтобы по-настоящему сравнить различные виды энергии, необходимо проанализировать полный жизненный цикл источника энергии. Это включает в себя оценку энергии, используемой для создания ресурса зеленой энергии, определение того, сколько энергии может быть преобразовано в электричество, и любую очистку окружающей среды, которая потребовалась для создания энергетического решения.

В настоящее время ветряные электростанции считаются наиболее эффективным источником зеленой энергии, поскольку они требуют меньше переработки и обработки, чем, например, производство солнечных панелей. Достижения в области технологии и тестирования композитов помогли увеличить срок службы и, следовательно, польза ветряных турбин очевидна. Однако то же самое можно сказать и о солнечных батареях, которые также активно развиваются.

Решения в области зеленой энергии также имеют то преимущество, что не требуют значительных дополнительных затрат энергии после того, как они были построены, поскольку они, как правило, используют легко возобновляемые источники энергии, такие как ветер.

Фактически, общий КПД используемой энергии для угля составляет всего 29% от его первоначальной энергетической ценности, в то время как энергия ветра обеспечивает возврат на 1164% от первоначальных энергозатрат.

Смотрите статью про акции производителей электромобилей.

Возобновляемые источники энергии в настоящее время классифицируются по эффективности (хотя это может измениться по мере продолжения разработки):

  • Сила ветра.
  • Геотермальная.
  • Гидроэнергетика.
  • Ядерная.
  • Солнечная энергия.

Энергетика биомассы

Существуют три способа получения тепла при применении биомассы: сжигание её продуктов, брожение биомассы, извлечение из неё спиртов и газов в виде энергоносителей.

Отрасль, называемая биоэнергетикой, специализируется на выработке энергии из биопродуктов. Подобный тип топлива получают в ходе переработки биологических отходов. На сегодняшний день уже насчитывается 3 поколения биотоплива, получаемого в твердом, жидком и газообразном состояниях. Среди них и жидкое топливо для автомобильных двигателей.

Завод по производству биодизельного топлива из растительного масла

Способ пиролиза биомассы позволяет вырабатывать из продуктов первого поколения уже более качественное топливо. В Германии планируют каждый пятый литр бензина получить методом пиролиза. О том, какова перспектива этого направления, может служить факт создания исследовательской организации, в которую вошли представители 15 стран Европы и Америки.

Ведутся большие работы по производству биотоплива третьего поколения, получаемого из искусственно выращенных водорослей.

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.

Увеличение мощности установки

Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик. Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока. Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных. На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.

Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.

Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем. При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.

Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора

Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем. Соответственно, скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.

Физика для средней школы

Внутренняя энергия тел

Согласно MKT все вещества состоят из частиц, которые находятся в непрерывном тепловом движении и взаимодействуют друг с другом. Поэтому, даже если тело неподвижно и имеет нулевую потенциальную энергию, оно обладает энергией (внутренней энергией), представляющей собой суммарную энергию движения и взаимодействия микрочастиц, составляющих тело.

В состав внутренней энергии входят:

  1. кинетическая энергия поступательного, вращательного и колебательного движения молекул;
  2. потенциальная энергия взаимодействия атомов и молекул;
  3. внутриатомная и внутриядерная энергии.

В термодинамике рассматриваются процессы при температурах, при которых не возбуждается колебательное движение атомов в молекулах, т.е. при температурах, не превышающих 1000 К. В этих процессах изменяются только первые две составляющие внутренней энергии. Поэтому под внутренней энергией в термодинамике понимают сумму кинетической энергии всех молекул и атомов тела и потенциальной энергии их взаимодействия.

Внутренняя энергия тела определяет его тепловое состояние и изменяется при переходе из одного состояния в другое. В данном состоянии тело обладает вполне определенной внутренней энергией, не зависящей от того, в результате какого процесса оно перешло в данное состояние. Поэтому внутреннюю энергию очень часто называют функцией состояния тела.

Рассчитать внутреннюю энергию можно только для идеального газа.

Так как в идеальном газе молекулы не взаимодействуют между собой, то потенциальная энергия их равна нулю и внутренняя энергия идеального газа представляет собой кинетическую энергию всех его молекул.

Средняя кинетическая энергия молекулы

Число молекул в газе

Следовательно, внутренняя энергия идеального газа

Учитывая, что — универсальная газовая постоянная, имеем

— внутренняя энергия идеального газа. (1)

В частности, для одноатомного газа

Из этих формул видно, что внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры и числа молекул и не зависит ни от объема, ни от давления. Поэтому изменение внутренней энергии идеального газа определяется только изменением его температуры и не зависит от характера процесса, в котором газ переходит из одного состояния в другое:

где

Молекулы реальных газов взаимодействуют между собой и поэтому обладают потенциальной энергией , которая зависит от расстояния между молекулами и, следовательно, от занимаемого газом объема.

Таким образом, внутренняя энергия реального газа зависит от его температуры, объема и структуры молекул.

Для решения практических вопросов существенную роль играет не сама внутренняя энергия, а ее изменение Изменение же внутренней энергии рассчитывают, исходя из законов сохранения энергии.

Автономное и сетевое использование ВЭУ

Несмотря на достаточно развитую систему государственного электроснабжения, всегда существует потребность в автономном энергообеспечении, независимом от централизованной поставки энергии. Вызвано это тенденцией развития мелких, но весьма эффективных фермерских хозяйств усадебного типа. Не исчезли проблемы в энергоснабжении и крупных сельскохозяйственных предприятий, объединяющих в силу своей производственной специфики, обширную сеть локально расположенных производственных объектов на довольно большом расстоянии от электросетей. Эта проблема может быть решена с применением автономных ветроэнергетических установок (рис. 33).

Рис. 33. Автономное использование ВЭУ

Любая автономная система, в том числе и ветроэлектрическая, работает независимо от сети централизованного энергоснабжения. В этих условиях ВЭУ может функционировать самостоятельно, использоваться как дублер любого другого генератора или применяться в сочетании с другими энергетическими установками в качестве компонента комбинированной системы энергоснабжения. Такие системы используются также для подъема воды или для электроснабжения домов, ферм или производственных помещений малых предприятий.

Как видно из рис. 34 необходима система управления со специальным конвертором, который осуществляет преобразование постоянного тока в переменный, повышение до сетевого и стабилизацию напряжения. Кроме этого, для накопления электрической энергии и ее использование при отсутствии ветра в систему должны входить аккумуляторы требуемой емкости.

Рис. 34. Схема подключения автономной ВЭУ к потребителю

В состав автономной системы электрообеспечения могут входить и другие возобновляемые источники энергии (солнечные батареи) (рис. 35) и дизель-генератор, что обеспечит бесперебойное энергообеспечение автономного потребителя даже при длительном отсутствии ветра.

При подключении к сети электроэнергия, вырабатываемая ветроэнергетической установкой, расположенной на территории потребителя, может также использоваться в качестве дополнительного источника к общественному энергоснабжению. В условиях параллельного автономного электроснабжения вырабатываемая электроэнергия используется приоритетно для покрытия в энергии собственных нужд, а «излишки сдаются» в электросети по белее высоким («зеленым») тарифам.

Рис. 35. Схема комплексного использования ВИЭ для автономного энергообеспечения потребителей

В этом случае у потребителя должен быть установлен дополнительный счетчик электроэнергии (счетчик обратной последовательности), передаваемой в общественную сеть и ВЭУ зарегистрирована в Министерстве природных ресурсов и защиты окружающей среды, как возобновляемый источник.

Мощность подключаемой ветроэнергетической установки в этой ситуации должна быть не ниже 10 кВт. Максимальная мощность подключаемых ВЭУ не должна превышать 20 % мощности энергосистемы, так как могут возникать колебания частоты и напряжения.

Значительные проблемы для устойчивой работы энергосети, равномерности выработки и передачи в сеть электроэнергии представляют ветропарки с мощностями более 100 МВт (погода – зависимая поставка энергии).

Плюсы и минусы

К достоинствам использования энергии ветра, а соответственно и ветровых генераторов,относятся следующие:

  • Энергия ветра – это возобновляемая энергия, обладающая неисчерпаемостью ресурсов;
  • Экологичность энергетического ресурса и процесса производства электрической энергии;
  • Способность быстрого выполнения монтажа установок и обеспечения потребителей электрической энергией;

К недостаткам можно отнести следующие:

  • КПД установок зависит от времени года, погодных условий и региона монтажа агрегата;
  • Высокий уровень шума при работе агрегатов;
  • Опасность для пернатых обитателей региона, где установлен ветровой генератор;
  • При промышленном производстве электрической энергии, при использовании ветровых генераторов, требуются значительные площади земли.

Самый «старый» источник энергии

Ветер — это поступательное движение воздушных масс в горизонтальном направлении. Причиной появления ветра на нашей планете является неравномерный нагрев воздуха в различных ее частях. Так, экваториальные воздушные массы нагреваются сильнее, чем воздух в тропиках, в умеренном и полярном климатических поясах. Поскольку ветер связан с перемещением газовой субстанции, то он представляет собой механическую энергию.

Как человек использует ветер? Следует сказать, что эта энергия применяется с незапамятных времен. Можно привести пример ветряных мельниц, которые мололи зерно или выкачивали большие объемы воды. Согласно данным исторических архивов, первые ветряные мельницы конструировались еще в Персии в VII веке нашей эры. Интересно отметить, что лопасти этих изобретений, в отличие от современных аналогов, располагались горизонтально. Из Персии мельница попала на Ближний Восток и в Китай. В XII веке начали строить первые ветряные мельницы во Франции и Англии. Как уже было сказано, применялись они в основном для перемалывания зерна либо перекачивания воды. Так, известно, что голландцы их использовали для откачивания воды из отвоеванных у океана территорий суши.

Использование энергии ветра также связано с морскими путешествиями прошлых веков, которые были бы невозможны без нее, поскольку до XIX века многие корабли являлись парусными. Здесь стоит привести пример ветров пассатов, которые дуют в западном направлении. Они использовались европейскими державами для путешествия в Южную и Северную Америки через Атлантический океан.

Минусы ветровых электростанций

Идеальных устройств не существует в принципе. Это касается и ветровых установок, обладающих специфическими недостатками:

Существенные инвестиционные вложения в ветряные электростанции на первоначальном этапе. Хотя они и снижаются, их нельзя полностью сбрасывать со счетов при планировании.
Непостоянство и непредсказуемость силы и направления ветровых потоков, вызывающих колебания в количестве выработанной энергии. Иногда ветер может отсутствовать в течение нескольких дней, и потребители полностью остаются без электричества.
Движущиеся элементы ветряных установок нередко убивают пролетающих рядом птиц и летучих мышей. Особую опасность они представляют в периоды массовых миграций. Таким образом, определенный вред экологии все-таки наносится, хотя он и не носит системного характера.
Работа ветрогенераторов сопровождается постоянными шумами низкой частоты и практически неслышным инфразвуков. Эти минусы ветряных электростанций, превращаясь в отрицательные факторы, негативно воздействуют на человека, вызывая усталость и дискомфорт. В некоторых случаях лопасти, вращаясь с высокой скоростью, могут привести к радиолокационным помехам, искажению телевизионных сигналов.
Затраты на размещение достаточно высокие из-за дорогой аренды земли

При использовании большого количества ветровых электростанций, этот фактор приобретает важное значение в расчетах себестоимости электроэнергии.

Газотурбинная электростанция (ГТЭС)

Геотермальные электростанции (ГТЭС)

Волновая электростанция (ВЭС)

Портативная солнечная электростанция

Приливные электростанции (ПЭС)

Ветрогенераторы и электростанции своими руками

С чего всё начиналось

Существует общераспространённое заблуждение, что ветроэнергетика зародилась лишь в XVII–XIX столетиях. Однако на самом деле ветер как источник энергии активно использовался представителями древних цивилизаций. Вот несколько красноречивых примеров из истории:

  1. Уже в III–II веках до н. э. жители Месопотамии изобрели первые прототипы ветряных мельниц для размола зерна. Лопасти таких устройств, вращаясь под действием ветра, приводили в движение массивный жернов. Он, в свою очередь, растирал зерно в муку. Так энергия ветра позволила сэкономить силы и время нескольких сотен рабочих.
  2. В Древнем Египте ветряные мельницы появились примерно в тот же период.
  3. В Древнем Китае с помощью ветра производилась откачка водных масс с рисовых полей.
  4. В XII веке технологии, базирующиеся на использовании воздушных потоков, стали распространяться по Европе.

Долгое время ветряная энергетика не могла похвалиться хорошими результатами. Она немного облегчала жизнь и работу человека, но не могла послужить на благо всего человечества.

И только в XX веке технический прогресс коснулся этой отрасли. Учёные начали разрабатывать оборудование, позволяющее преобразовывать энергию воздушных потоков в электроэнергию.

Основные характеристики ВЭС

Номинальная мощность является основным показателем, который характеризует все электростанции, ветряные не исключение. Она определяется мощностью, которую вырабатывает генератор при средней скорости ветра 12 м/с, и зависит от типа станции.

Следующим важным показателем является номинальное напряжение ВЭС, которое вырабатывает генератор. Это может быть как 220 В, так и 12 В, и 24 В.

От мощности турбины зависит электрическая мощность генератора. Поскольку мощность турбины тем выше, чем больше ее диаметр и, следовательно, прочней мачта, то этот показатель важен при выборе и расчете конструкции мачты.

Ветроустановка имеет еще несколько характеристик. Важна ее производительность – это количество электроэнергии, которое устройство вырабатывает в год. Необходимо при выборе ВЭУ знать максимальную скорость ветра, которую выдерживает турбина, и его минимальную (пусковую) скорость, при которой она начинает вращаться. Играют роль при выборе и частота вращения турбины, и количество лопастей.

Виды ветрогенераторов

Сам генератор приводится во вращение с помощью лопастей. За счет этих лопастей ветровые электростанции подразделяются на две большие категории:

  • C горизонтальной осью – генератор здесь располагается горизонтально, а лопасти направлены по основному направлению ветра. Для того чтобы получить от ветра максимум энергии, ветряки снабжаются килем, который заставляет генератор с лопастями поворачиваться по направлению самого мощного потока;
  • С вертикальной осью – таким ветряным электростанциям совершенно все равно, в какую сторону дует ветер.

Существует великое множество дизайнов ветряков самой причудливой формы. Это обусловлено в первую очередь большим количеством внешних факторов, значительно влиящих на КПД всей системы.

Ветровые генераторы с горизонтальной осью подходят для использования там, где ветер дует преимущественно в одну сторону. Они отличаются своей дешевизной, простотой конструкции и повышенной мощностью. Что касается моделей с вертикальной осью, то они могут работать в самых сложных условиях, например, при постоянно изменяющемся направлении ветра. Стоят они дороже, но КПД у них меньше, чем у горизонтальных моделей.

Подбирая ветряк для частного дома, необходимо ориентироваться на местную розу ветров. Если наблюдения показывают наличие ветровых потоков, постоянно дующих в одном и том же направлении, целесообразно приобрести ветряную электростанцию с горизонтальной осью. Если ветер каждый день дует в разных направлениях, следует потратиться и приобрести вертикальный ветряк.

Ложные теории

Противники ветроэнергетики придумывают различные лжетеории:

  1. Шум, создаваемый ветрогенераторами, вредит экосистеме.Ветряные станции и правда издают шум, однако на расстоянии 30–40 метров он уже воспринимается как фон (естественный уровень шума), поэтому никакого ущерба экологии не наносит.
  2. Ветрогенераторы убивают птиц.Да, это действительно так. Однако от ветряных станций умирает столько же птиц, сколько от высоковольтных сетей и автомобилей.
  3. Вблизи ветряных комплексов портится сигнал ТВ. Оборудование никак не влияет на качество сигнала спутникового, цифрового и аналогового ТВ.

Основная задача таких выдумок – привлечение большего количества людей на сторону традиционной энергетики, которая является более прибыльной для современных предпринимателей.

Достоинства

Ветровая энергетика обладает рядом значимых преимуществ, таких как:

  1. Общедоступность. Ветер – возобновляемое «сырьё». Он будет существовать, пока есть солнце.
  2. Безопасность для природы и человека. Как и все альтернативные источники энергии, ветер экологически безопасен. Оборудование, преобразующее ветряную энергию, не создаёт выбросов в атмосферу, не является источником вредного излучения. Пути накопления, передачи и использования энергии ветра – экологичные. Производственная техника безопасна для человека, пока он использует её по прямому назначению, соблюдая при этом все правила безопасности.
  3. Успешная конкурентоспособность.Ветряная энергия – хорошая альтернатива атомной. Эти отрасли борются за первенство в возобновляемой энергетике. Но АЭС несут серьёзную угрозу для человечества. В то же время ещё не зарегистрирован ни один случай неисправности ветряного энергокомплекса, сопровождающийся массовой смертностью рабочих и простых жителей.
  4. Обеспечение людей большим количеством рабочих мест.Статистика зафиксировала, что уже в 2020 году отрасль обслуживает 1 млн человек. Развитие ветроэнергетики всё ещё продолжается, поэтому данная сфера народного хозяйства ежегодно предоставляет людям тысячи рабочих мест по всему миру. Это повышает процент занятости населения и благотворно влияет на экономику отдельного региона, всей страны и целого мира.
  5. Лёгкость в работе и управлении.Оборудование требует лишь периодических ТО. Ремонт турбин или их замена – задача средней сложности. Хорошо обученные специалисты без труда обеспечивают работу ветрогенераторов, их исправность. Для этого нужны лишь базовые навыки.
  6. Перспективность.Ветроэнергетика находится только на середине своего пути. Потенциал данной отрасли не раскрыт на все 100%, а значит – всё ещё впереди. Современные научно-технические открытия позволят повысить эффективность ветровой энергетики, сделать ее более прибыльной.
  7. Экономическая выгода.Любое предприятие в начале своей работы требует больших вложений. И в отрасли ветроэнергетики расходы на оборудование стабильны, в то время как цены на электроэнергию увеличиваются. Следовательно, доходы производства постоянно растут.

Все эти характеристики способствуют развитию и глобализации ветроэнергетики.

Использование энергии ветра

Ветровые турбины до 6 МВт в настоящее время функционируют во многих странах мира, хотя большинство новых 1-3 МВт.

В России в 2020 году запущена Азовская — наземная ветряная электростанция — 90 МВт состоящая из 26 ветряков.

В эксплуатации такие турбины требуют ветер в диапазоне от 4 до 25 метров в секунду (14-90 км/ч). Относительно небольшое число областей имеет значительные выгоды в этом диапазоне, чтобы использовать эффективно энергию ветра и дать более чем 25% КПД.

Ветровые турбины имеют высокие стальные башни со смонтированным генератором в гондоле, а роторы с тремя винтами длиной до 50 м. Фундаменты требуют существенной масса железобетона. Таким образом, необходимые энергоресурсы в производстве значительны

Также размещение имеет важное значение в получении чистой прибыли от них

Там, где есть резервные мощности электроэнергии, которые могут привлекаться в очень короткие сроки (например гидро), значительная доля электроэнергии может быть предоставлена от энергии ветра. Наиболее экономичным и практичным размер коммерческих ветровых турбин в настоящее время около 2 МВт, сгруппированных в ветровые электростанций до 200 МВт. В зависимости от места, большинство турбин работают на 25% нагрузки по факту в течение года (среднеевропейский), но некоторые достигают 40% в оффшорах. Существует четкое различие между офшорными местами, хотя последние являются более дорогостоящими для установки и запуска. Для Великобритании, в 2019 году, наземная ветроэнергетика в среднем дала КПД 30% мощности, а оффшорные 41%. В 2019 году в Великобритании  выработано более 24 ГВт электроэнергии.

Перспективы развития ветроэнергетики

Германия экспериментирует с производством водорода через электролиз используя энергию ветра.

Один из подходов к смягчению непостоянства ветров является добыча водорода методом электролиза. Проводится строительство экспериментального завода для производства до 360 м3/ч водорода в Германии. Было высказано предположение о том, что вся электроэнергия из ветра может использоваться таким образом, значительно упрощая управление электросетями. В Германии, вблизи Нойбранденбурга излишки электроэнергии от 140 МВт ветропарка делают водород, хранят его, а затем сжигают для производства электричества, когда спрос высок. Однако есть 84% потерь в этом двойном процессе.

Недостатки ветроэнергетики

  1. Основным недостатком является сильная зависимость от ветра.
  2. Убивает птиц, воздействуя, таким образом на окружающую среду. Общества дикой природы США посчитало что за год от ветрогенераторов погибло 83000 хищных птиц (ястребы, орлы, соколы и т.д). Существует особое беспокойство по поводу мигрирующих стаями птиц.

Новые ветровые электростанции чаще всего оффшорные в мелководных морях. В Великобритании 3300 МВт ветроэнергетическая мощность в оффшоре, больше, чем внутренняя ветроэнергетика.

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.

Виды ветряной энергии

Рост потребления энергоресурсов ускоряется с каждым годом. Появление новых устройств, бытовой техники, компьютерного оборудования способствуют повышению потребностей населения и вынуждает к увеличению мощностей централизованных линий. Их состояние, и так достаточно ветхое, от таких нагрузок становится еще более плачевным. Изношенность электросетей в некоторых регионах достигает 70-80 %, что заставляет задуматься о завтрашнем дне.

С другой стороны, имеется немало регионов, куда линии электропередач д сих пор не проведены. Это отдаленные районы Крайнего Севера, труднодоступные горные населенные пункты и т.д. Надеяться на скорую электрификацию таких мест не приходится, так как важных промышленных или оборонных объектов там нет, а вести линию «в никуда» нерационально, она никогда не окупится.

Выходом из складывающейся ситуации может стать использование альтернативных методов производства электроэнергии. Рассмотрим один из наиболее перспективных вариантов.

Воздушный поток

По сути, энергия ветра одна — кинетическая. Воздушный поток обладает огромной мощью, действие которой можно наблюдать на видео или фотографиях последствий ураганов или просто шквальных порывов. Гораздо больше существует устройств, так или иначе использующих ветряную энергию для выполнения какой-нибудь работы, производства электрического тока и прочих нужд. Так, насосы, действующие от ветряка, известны с незапамятных времен, а современные ветроэлектростанции обеспечивают электрической энергией целые страны и регионы.

Особенностью энергии ветра является ее доступность. Для создания гидроэлектростанции необходимо найти подходящий по рельефу участок русла реки, построить запруду, которая затопит большую площадь полезной поверхности земли. Страдают и исчезают пахотные земли, нарушается естественный ареал обитания животных, изменяется климат в регионе.

Для атомной энергетики надо получить ядерное топливо, построить АЭС, все время ее работы существует ощутимый риск возникновения аварии, угрожающей крупной катастрофой. Использование ветра практически безопасно, не имеет отрицательного воздействия на природу или человека.

Принцип работы ветряной электростанции

Существует два вида ветрогенераторов, которые отличаются друг от друга направленностью вращения:

  1. вертикальные;
  2. горизонтальные.

Также их можно разделять по количеству глупостей, однако это не играет особой роли добычи электроэнергии при помощи ветра. Данный факт становится важным только в том случае, если объемы добываемого электричества должны быть очень большими. Например, если вы хотите снабдить ветрогенератором небольшой частный дом, тем самым автоматизировать его, сделать независимым от центрального электроснабжения, вам понадобится более мелкий прибор. Он будет иметь не три лопасти, как мы привыкли видеть обычно на больших образцах, а больше.

Однако, получение энергии из ветра возможно именно из-за глупостей. Металл, из которого они будут изготовлены, напрямую влияет на объем вырабатываемого электричества.

В классической ветряной электростанции, большую роль, чем лопасти, играет, непосредственно, электрогенератор и числовое программное устройство. Именно эти приборы позволяют преобразовывать полученную кинетическую энергию в электрическую или механическую.

Но, небольшим устройством, без которого работа всей ветряной электростанции стало бы невозможной, является датчик направления ветра, также именуемый анимоментром. Его неисправная работа может привести к поломке всей ветряной электростанции, или снизить количество добываемый электроэнергии до минимума. Все объясняется банально и просто. Если устройство не будет знать, откуда дует ветер, то не сможет работать. Направленность лопастей навстречу ветру обязательна для нормального функционирования всего механизма.

После того как лопасти начали вращаться, электро генератор преобразовывает механическое вращение в электрическую энергию, и направляет в аккумуляторы или сразу в сеть.

Отраслей, где используется энергия ветра, с каждым днём становится все больше. Причиной тому есть возможность преобразования силы ветра, как в электрическую, так и в механическую энергию.

Берегите энергию, и пользуйтесь ей правильно!

Похожие записи:

Люстра с пультом управления Все про резисторы Люстры в гостиную с низким потолком: лучшие модели и рекомендации по подбору Автомобильный усилитель Почему микроволновка работает, но не греет Default ThumbnailДаташит tc8002d pdf ( datasheet )