Вятърни електроцентрали - устройства със специален дизайн, при които вятърната енергия се преобразува в електрическа. Всеки ден те стават все по-популярни. Използването на естествени и най-важното, възобновяеми енергийни източници, удобни и прости вятърни електроцентрали, така наречените вятърни мелници, са отлична алтернатива на традиционните електроцентрали, особено в частните къщи.
Използване на вятърна енергия
Вятърните мелници, или по-скоро принципът на тяхното действие, бяха незаслужено забравени през двадесетте години на миналия век. Въпреки това, вятърната енергия не се използва дори тогава, за да получи електрическа енергия. Тя захранва мелници, използва се като двигател за плаване на кораби, а по-късно пуска помпи за изпомпване на вода в резервоари, тоест превръща се в механична енергия.
Вятърната енергия започва да се развива бързо в края на шейсетте години на миналия, XX век. По това време традиционните енергийни носители силно липсват, освен това те рязко се повишават и проблемите с околната среда, свързани с тяхното използване, стават все по-остри.
Той насърчава използването на алтернативни източници на електроенергия, включително вятърна енергия и технологичен прогрес. Появиха се нови високоякостни и сравнително леки материали, позволяващи изграждането на кули с височина до 120 м и огромни остриета.
Вятърът, който духа в много региони на планетата, е в състояние да върти турбините на електроцентралата с достатъчна скорост, за да осигури енергия на частни домове, малки ферми или училища в селските райони.
Но във всяка бъчва с мед има поне една муха в мехлема. Вятърът не може да бъде покорен, не винаги духа, особено в същата посока и със същата скорост. Технологичният прогрес не стои неподвижен. Ако днес вятърните централи за частна къща, генериращи стотици киловати електроенергия, вече не са рядкост, то утре може би десетки мегават ще станат ежедневни процедури. Във всеки случай вече има вятърни паркове с мощност 5 mW или повече.
Предимства и недостатъци на вятърните централи
В допълнение към използването на безплатна вятърна енергия и независимост от външни източници на електроенергия, вятърните централи имат няколко значителни предимства. Няма проблем за околната среда при съхранението и изхвърлянето на отпадъци, а методът за производство на енергия е един от най-екологичните. Да не говорим как вятърната турбина естетически изглежда срещу небето, може да се счита за нейно предимство, че инсталацията може да бъде както неподвижна, така и мобилна.
В допълнение, днес вече е възможно да се избере вятърна централа с подходящ модел и мощност или да се използва централа, комбинираща използването на няколко енергийни източника, традиционни и алтернативни. Тя може да бъде дизелова или соларна вятърна централа.
Вятърните паркове също имат недостатъци. Първо, те са толкова шумни, че големите инсталации трябва да бъдат изключени през нощта. Второ, те често пречат на въздушния трафик или радиовълните. Трето, те трябва да бъдат поставени на наистина огромни площи. И има още един съществен недостатък на лобовите структури - те трябва да бъдат изключени по време на масови сезонни полети на птици.
Видове вятърни паркове
Според функционалността на електроцентралата, вятърните централи могат да бъдат разделени на стационарни и мобилни или мобилни.Мощните стационарни инсталации изискват цяла гама от подготвителни работи, но те са в състояние да акумулират достатъчно количество електроенергия за използване в спокойно време в акумулаторни батерии.
Мобилните електроцентрали са по-прости в дизайна, непретенциозни, лесни за инсталиране и лесни за работа. Обикновено се използват за захранване на електрически уреди или при пътуване.
Дизайнът прави разлика между лопатки и роторни вятърни централи.
На мястото на монтаж на вятърната централа има:
- земята. Те са инсталирани на височина и са най-често срещани днес;
- крайбрежна. Те са изградени в крайбрежната зона на моретата и океаните, където поради неравномерно загряване на сушата и водата постоянно духат ветрове;
- в открито море. Те са изградени в морето на разстояние 10-15 км от брега, където постоянно духат морски ветрове;
- плаващ. Те също са разположени на приблизително същото разстояние от брега като офшор, но на плаваща платформа.
По обхвата на електроцентралата вятърните турбини са промишлени и битови.
Крилат вятър
Вятърните централи, които са лидери на пазара на вятърна енергия, се запознаха. На висок сън е инсталиран механизъм на лопатките с хоризонтална ос на въртене, главно с три лопатки, а мощността му зависи от размера на остриетата. Такъв агрегат достига максималната си скорост на въртене, когато лопатките са перпендикулярни на вятърния поток, поради което неговият дизайн предвижда устройството автоматично да завърта оста на въртене под формата на стабилизаторно крило на малки и електронни системи за управление на прозяване на по-мощни станции.
Лопатените вятърни централи се различават главно по броя на остриетата. Те могат да бъдат с много остриета, с две остриета, дори с едно острие и противотежест.
Ротационни вятърни централи
Ротационните или ротационните вятърни централи имат вертикална ос на въртене и са независими от посоката на вятъра. Това е важно предимство при използване на повърхностни пробиващи въздушни течения. Недостатъкът на вятърната централа от този дизайн е използването на многополюсни генератори, които работят с ниски скорости и не са широко разпространени.
Тези инсталации са бавно движещи се и в резултат на това не създават много шум. В допълнение, тяхното предимство е простотата на електрическите вериги, които не са нарушени от случайни внезапни пориви на вятъра.
Експертите смятат, че ротационните вятърни централи са най-обещаващи за големите вятърни мощности. Вярно е, че за да се популяризира такава инсталация, към нея трябва да се приложи външна енергия. Само когато достигне определени аеродинамични характеристики, той сам преминава в режим на генератор от двигател.
Комбинирана вятърно-дизелова система
Недостатъкът на вятърните турбини - неравномерното предлагане на електроенергия - в големите мрежи се компенсира от голям брой инсталации.
Можете също да компенсирате този недостатък, като използвате комбинирани системи, в които има специални устройства, които разпределят натоварването между вятърната централа (вятърна турбина) и дизеловия двигател. Следователно автономните мрежи с ниска мощност от 0,5 до 4 MW, сдвоени с дизелов двигател, могат да работят надеждно и равномерно.
Съвременното оборудване, което спестява около 65% течно гориво годишно, ви позволява да свържете дизелов двигател или да го изключите само за няколко секунди, ако е необходимо.
Битови и промишлени вятърни централи
Домакинските вятърни централи имат мощност от 250 W до 15 kW, могат да работят съвместно със соларни панели, с или без батерия.
Електроенергията, генерирана от домакински вятърни централи, е доста скъпа, но често се случва, че просто няма други източници.
Домашните вятърни централи в Русия се произвеждат с генератор за постоянен ток, който зарежда батерии до 800 Ah. Всички домакински уреди могат да работят от такива батерии в къщата: телевизор, електрическа кана и т.н.
Процесът на зареждане на батерии след изключване на товара може да бъде доста дълъг, в зависимост от силата на вятъра и силата на генератора.
На руския пазар има и вътрешни домашни вятърни централи, те са доста скъпи, но обикновено дават по-малко от половината от номиналната мощност.
Промишлените вятърни паркове се отличават със значително по-голяма мощност и обикновено са интегрирани в единични мрежи.
Частните вятърни централи обикновено имат мощност от 3 до 5, по-рядко 10 кВт. Ако средната годишна скорост на вятъра в региона достигне 3-4 м / с, тогава такава вятърна ферма може да осигури електричество на средна селска къща, сервиз или малко кафене.
Основните характеристики на вятърната централа
Номиналната мощност е основният индикатор, който характеризира всички електроцентрали, вятърните турбини не са изключение. Определя се от мощността, генерирана от генератора при средна скорост на вятъра 12 m / s, и зависи от вида на станцията.
Следващият важен индикатор е номиналното напрежение на вятърната централа, която генераторът генерира. Тя може да бъде или 220 V или 12 V, и 24 V.
Електрическата мощност на генератора зависи от мощността на турбината. Тъй като мощността на турбината е по-голяма, колкото по-голям е нейният диаметър и следователно, колкото по-силен е мачтата, този индикатор е важен при избора и изчисляването на конструкцията на мачтата.
Вятърната турбина има още няколко характеристики. Ефективността му е важна - това е количеството електроенергия, което устройството генерира годишно. При избора на вятърна турбина е необходимо да се знае максималната скорост на вятъра, която турбината може да издържи, и нейната минимална (начална) скорост, с която започва да се върти. При избора на скорост на въртене на турбината и броят на лопатките играят роля.
Принцип на работа и подреждане на вятърната централа
Във вятърната централа въздушен поток върти колело с остриета, от което въртящият момент се предава на други механизми. Колкото по-големи са размерите на колелото, толкова по-голям въздушен поток той улавя и следователно се върти по-бързо.
На езика на физиката линейната скорост на вятъра се преобразува в ъгловата скорост на въртене на оста на генератора, която от своя страна преобразува въртеливото движение в електрическа енергия, като го предава чрез контролера към батериите. На изхода на устройството електричеството вече е подходящо за домашна употреба.
Тоест малка вятърна централа се състои от турбина, лопатки, опашка (ротационен механизъм), мачта с удължителни кабели, батерии, контролер на заряда и инвертор, който преобразува 12 V в 220 V.
В допълнение към тези устройства, индустриална вятърна ферма съдържа и системи за проследяване на посоката на вятъра и неговата скорост, състоянието на вятърния генератор и защита срещу изхвърляне на мълнии. В допълнение, мачтата не се справя с натоварванията от по-голям мащаб и е заменена от кула, в която е разположено цялото допълнително оборудване.
Дизайн на вятърни паркове
Основният индикатор, който ви позволява да вземете решение за използването на вятърна ферма, е средната годишна скорост на вятъра, която трябва да бъде най-малко 5 m / s. Вярно е, че днес вече има лесно диспергиращи се вятърни централи, проектирани да захранват частни домакинства, които започват да работят с минимална скорост на въздуха 3,5 m / s.
За да се определи този индикатор, се използват специални диаграми на вятъра.
В различни климатичните зони на Русия Бяха направени измервания на скоростта на вятъра, за да се определи колко ефективни са вятърните централи. Вятърните турбини и станции вече работят в района на Калининград, на Командорските острови, в Мурманск, Република Саха (Якутия) и Башкортостан.
Когато решавате дали да инсталирате вятърна електроцентрала или частна вятърна централа, си струва да започнете със специалисти, които да провеждат посоката и силата на вятъра, като използват анемометри и да съставят карти за наличността на нейната енергия.Въз основа на тези данни се изчислява и разработва вятърна турбина или проект на няколко инсталации, техническите и геометричните й параметри.
Невъзможно е да се изгради индустриална вятърна централа с достатъчен капацитет без инвеститори, а добре извършените изчисления и завършен проект ще помогнат да се определи периода на изплащане на проекта и да се привлекат допълнителни финанси.
Частни вятърни паркове
Според значително подценявана статистика, която не отчита обособените отдалечени сгради и структури, около 30% от частните домакинства в селските райони, където полагането на електрически мрежи е невъзможно по икономически причини, нямат електричество. Не навсякъде има дори генератори за течно гориво. И това е в 21 век!
Проучванията показват, че вятърните централи с различен капацитет могат да бъдат инсталирани в много райони на север и крайния север, на Сахалин и Камчатка, в района на Долна Волга, Сибир, Карелия и Северен Кавказ.
Изборът на инсталация се влияе от нуждите на клиента. Ако е необходимо да се гарантира работата на селскостопанска техника, вятърният генератор с ниска мощност ще се справи с тази задача. Ако трябва да електрифицирате цялата сграда, да установите улично осветление, да осигурите отопление на къщата, трябва да изпълните проекта на вятърна електроцентрала.
В допълнение към средната месечна скорост на вятъра и неговата посока е необходимо да се изчисли средното месечно потребление и пиковото натоварване на електроенергията. Такива изчисления, ако желаете, са лесни за извършване независимо.
Има още един индикатор, който влияе върху разходите за оборудване и монтаж на вятърни турбини. Това е височината на мачтата. Колкото по-висока е конструкцията, толкова по-голяма е скоростта на вятъра и по-скъпите. Оптимално според специалистите е височина на мачтата с 10 по-голяма от най-високото дърво или сграда в радиус от 100 m.
Направи си вятърна ферма
За работа на електрическа помпа, телевизор, осветление или други електрически уреди с ниска мощност в лятна вила, вятърната инсталация може да се направи със собствена ръка, ако има известни познания по електротехника.
Има референтни данни и препоръки за избор на мощността на вятърния генератор, размера и броя на лопатките му и доста подробни инструкции как да направите вятърна електроцентрала със собствените си ръце, от какви материали и компоненти.
Днес инвестициите в изграждането на големи вятърни електроцентрали нарастват в Европа. Масовото строителство намалява разходите за един киловат и го доближава до цената на електроенергията, получена от традиционните източници.
Дизайнът на вятърните централи непрекъснато се усъвършенства, подобряват се аеродинамичните и електрическите индикатори, намаляват се загубите.
Икономистите в домашни вятърни централи се оценяват като най-рентабилните енергийни проекти. В бъдеще те обещават независимост от негативните тенденции на този пазар.
