Větrné farmy (větrné farmy) - zařízení zvláštní konstrukce, u nichž je větrná energie přeměněna na elektrickou energii. Každý den se stávají více populární. Pohodlné a jednoduché větrné elektrárny, takzvané větrné elektrárny, využívající přírodní a hlavně obnovitelné zdroje energie, jsou vynikající alternativou k tradičním elektrárnám, zejména v soukromých domech.
Využití větrné energie
Větrné mlýny, nebo spíše princip jejich činnosti, byly ve dvacátých letech minulého století nezaslouženě zapomenuty. Větrná energie však nebyla využita ani tehdy k získání elektrické energie. Poháněla mlýnské kameny, používala se jako hybná síla pro plachetnice a později vypustila čerpadla pro čerpání vody do nádrží, to znamená přeměnila se na mechanickou energii.
Koncem 60. let minulého století se větrná energie začala rychle rozvíjet. V té době tradiční nosiče energie těžce chyběly, navíc prudce vzrostly ceny a problémy s životním prostředím spojené s jejich používáním se staly čím dál naléhavějšími.
Podporoval využívání alternativních zdrojů elektřiny, včetně větrné energie, a technologický pokrok. Objevily se nové vysoce pevné a poměrně lehké materiály, které umožňují stavbu věží až 120 metrů vysokých a velkých lopatek.
Větry foukající v mnoha oblastech planety jsou schopné otáčet turbíny elektrárny dostatečnou rychlostí, aby dodávaly energii soukromým domům, malým farmám nebo školám ve venkovských oblastech.
Ale v každém sudu medu je alespoň jedna moucha v masti. Vítr nelze utlumit, ne vždy fouká, zejména ve stejném směru a stejnou rychlostí. Technologický pokrok nestojí v klidu. Pokud dnes větrné farmy pro soukromý dům, vyrábějící stovky kilowattů elektřiny, již nebudou raritou, pak se zítra možná z desítek megawattů stanou každodenní rutiny. V každém případě již existují větrné farmy s kapacitou 5 mW nebo více.
Výhody a nevýhody větrných farem
Kromě využití volné větrné energie a nezávislosti na vnějších zdrojích elektřiny mají větrné elektrárny několik významných výhod. Neexistuje žádný environmentální problém skladování a likvidace odpadu a způsob výroby energie je jedním z nejvíce šetrných k životnímu prostředí. Nemluvě o tom, jak větrná turbína esteticky vypadá proti obloze, lze považovat za její výhodu, že instalace může být jak stacionární, tak mobilní.
Kromě toho je již dnes možné vybrat větrnou farmu vhodného modelu a kapacity nebo použít zařízení kombinující využití několika zdrojů energie, tradičních a alternativních. Může to být dieselová nebo sluneční větrná elektrárna.
Nevýhody mají také větrné farmy. Zaprvé jsou tak hlučné, že velké instalace musí být v noci vypnuty. Za druhé, často narušují letecký provoz nebo rádiové vlny. Za třetí, musí být umístěny na skutečně obrovských oblastech. A další významná nevýhoda lobovaných struktur - musí být vypnuta během masových sezónních letů ptáků.
Druhy větrných farem
Podle funkce elektrárny lze větrné farmy rozdělit na stacionární a mobilní, nebo mobilní.Výkonná stacionární zařízení vyžadují celou řadu přípravných prací, ale jsou schopny akumulovat dostatečné množství elektřiny pro použití v klidném počasí v dobíjecích bateriích.
Konstrukce mobilních elektráren je jednodušší, nenáročná, snadno se instaluje a snadno se ovládá. Obvykle se používají k napájení elektrických spotřebičů nebo při cestování.
Konstrukce rozlišuje mezi větrnými farmami s lopatkami a rotory.
V místě instalace větrné farmy jsou:
- zem. Jsou instalovány na vyvýšeném místě a jsou dnes nejběžnější;
- pobřežní. Jsou postaveny v pobřežní zóně moří a oceánů, kde v důsledku nerovnoměrného zahřívání půdy a vody neustále fouká vítr;
- offshore. Jsou postaveny v moři ve vzdálenosti 10-15 km od pobřeží, kde mořské větry neustále foukají;
- plovoucí. Jsou také umístěny ve stejné vzdálenosti od pobřeží jako na moři, ale na plovoucí plošině.
Větrné turbíny jsou z pohledu elektrárny průmyslové a domácí.
Okřídlená větrná farma
Větrné farmy větrné, které jsou jedničkou na trhu s větrnou energií, se staly známými. U vysokého snu je mechanismus lopatek nainstalován s horizontální osou rotace, zejména třílistou, a jeho síla závisí na velikosti lopatek. Takový agregát dosahuje své maximální rychlosti otáčení, když jsou lopatky kolmé k proudu větru, a proto jeho konstrukce umožňuje zařízení automaticky otáčet osu otáčení ve formě stabilizačního křídla na malých a elektronických systémech řízení zatáčení na výkonnějších stanicích.
Větrné farmy se liší hlavně počtem lopatek. Mohou být vícedílné, dvoulisté, dokonce s jednou čepelí a protizávažím.
Rotační větrné farmy
Rotační nebo rotační větrné elektrárny mají svislou osu rotace a jsou nezávislé na směru větru. To je důležitá výhoda při použití povrchových proudů vzduchu. Nevýhodou této větrné farmy je použití vícepólových generátorů, které pracují při nízkých rychlostech a nejsou rozšířené.
Tyto instalace se pohybují pomalu a v důsledku toho nevytváří mnoho hluku. Jejich výhodou je navíc jednoduchost elektrických obvodů, které nejsou narušeny náhodnými nárazy větru.
Odborníci se domnívají, že rotační větrné farmy jsou nejslibnější pro velkou větrnou energii. Je pravda, že za účelem podpory takové instalace musí být na ni aplikována vnější energie. Pouze když dosáhne určitého aerodynamického výkonu, přejde sám do režimu generátoru z režimu motoru.
Kombinovaný systém větru a nafty
Nevýhoda větrných turbín - nerovnoměrné dodávky elektřiny - ve velkých sítích je kompenzována velkým počtem instalací.
Tuto nevýhodu můžete také kompenzovat pomocí kombinovaných systémů, ve kterých existují speciální zařízení, která rozdělují zatížení mezi větrnou elektrárnu (větrnou turbínu) a naftový motor. Autonomní sítě s nízkým příkonem od 0,5 do 4 MW ve spojení s naftovým motorem proto mohou pracovat spolehlivě a rovnoměrně.
Moderní zařízení, které ročně ušetří asi 65% tekutého paliva, vám umožní připojit dieselový motor nebo jej v případě potřeby během několika sekund vypnout.
Domovní a průmyslové větrné farmy
Domácí větrné elektrárny mají výkon od 250 W do 15 kW, mohou pracovat ve spojení se solárními panely, s baterií nebo bez ní.
Elektřina vyráběná domácími větrnými farmami je poměrně drahá, ale často se stává, že prostě neexistují žádné jiné zdroje.
Domácí větrné farmy v Rusku jsou vyráběny s generátorem stejnosměrného proudu, který nabíjí baterie až do 800 Ah. Z těchto baterií v domě mohou pracovat všechny domácí spotřebiče: TV, rychlovarná konvice atd.
Proces nabíjení baterií po odpojení zátěže může být poměrně dlouhý, v závislosti na síle větru a výkonu generátoru.
Na ruském trhu jsou také domácí domácí větrné farmy, jsou poměrně drahé, ale obvykle vydávají méně než polovinu jmenovitého výkonu.
Průmyslové větrné farmy se vyznačují výrazně vyšším výkonem a jsou obvykle integrovány do jednotlivých sítí.
Soukromé větrné farmy mají obecně kapacitu 3 až 5, méně často 10 kW. Pokud průměrná roční rychlost větru v regionu dosáhne 3–4 m / s, může taková větrná farma poskytnout elektřinu průměrnému venkovskému domu, čerpací stanici nebo malé kavárně.
Hlavní vlastnosti větrné farmy
Jmenovitý výkon je hlavním ukazatelem, který charakterizuje všechny elektrárny, větrné turbíny nejsou výjimkou. Je určována energií generovanou generátorem při průměrné rychlosti větru 12 m / s, a závisí na typu stanice.
Dalším důležitým ukazatelem je jmenovité napětí větrné farmy, které generátor generuje. Může být buď 220 V nebo 12 V a 24 V.
Elektrická energie generátoru závisí na výkonu turbíny. Protože síla turbíny je vyšší, čím větší je její průměr, a tedy čím je stožár silnější, je tento ukazatel důležitý při výběru a výpočtu konstrukce stěžně.
Větrná turbína má několik dalších charakteristik. Jeho výkon je důležitý - jedná se o množství elektřiny, které zařízení generuje za rok. Při výběru větrné turbíny je nutné znát maximální rychlost větru, kterou turbína vydrží, a její minimální (počáteční) rychlost, při které se začne otáčet. Při výběru rychlosti otáčení turbíny a počtu lopatek hrají roli.
Princip fungování a uspořádání větrné farmy
Ve větrné farmě otáčí proud vzduchu kolo s lopatkami, ze kterého se krouticí moment přenáší na jiné mechanismy. Čím větší jsou rozměry kola, tím větší proudění vzduchu zachycuje, a proto se otáčí rychleji.
V jazyce fyziky je lineární rychlost větru převedena na úhlovou rychlost otáčení osy generátoru, která zase převádí rotační pohyb na elektrickou energii a přenáší jej prostřednictvím ovladače do baterií. Na výstupu ze zařízení je elektřina již vhodná pro domácí použití.
To znamená, že malá větrná farma se skládá z turbíny, lopatek, ocasu (rotačního mechanismu), stožáru s prodlužovacími kabely, baterií, regulátoru nabíjení a střídače, který převádí 12 V na 220 V.
Kromě těchto zařízení obsahuje průmyslová větrná farma také sledovací systémy pro směr větru a jeho rychlost, stav generátoru větru a ochranu před výboji blesku. Kromě toho, stožár nezvládá zatížení většího rozsahu a je nahrazen věží, ve které je umístěno veškeré další vybavení.
Design větrné farmy
Hlavním ukazatelem, který vám umožňuje rozhodnout se o použití větrné farmy, je průměrná roční rychlost větru, která by měla být alespoň 5 m / s. Je pravda, že dnes již existují snadno rozptýlené větrné farmy určené k napájení soukromých domácností, které začínají pracovat s minimální rychlostí vzduchu 3,5 m / s.
K určení tohoto ukazatele se používají speciální větrné mapy.
V různých klimatické zóny Ruska byla provedena měření rychlosti větru, aby se zjistilo, jak efektivní jsou větrné farmy. Větrné turbíny a stanice již fungují v Kaliningradské oblasti, na velitelských ostrovech, v Murmansku, v Sakha (Jakutsku) a Baškortostánu.
Při rozhodování, zda instalovat větrnou elektrárnu nebo soukromou větrnou farmu, stojí za to začít s odborníky, kteří provedou výzkum směru a síly větru pomocí anemometrů a sestaví mapy dostupnosti jeho energie.Na základě těchto údajů se vypočítá a rozvine návrh větrné turbíny nebo návrh několika zařízení, její technické a geometrické parametry.
Je nemožné postavit průmyslovou větrnou farmu s dostatečnou kapacitou bez investorů a dobře provedené výpočty a dokončený projekt pomohou určit dobu návratnosti projektu a přilákat další finanční prostředky.
Soukromé větrné farmy
Podle výrazně podceňovaných statistik, které neberou v úvahu oddělené vzdálené budovy a struktury, nemá asi 30% soukromých domácností ve venkovských oblastech, kde je z ekonomických důvodů nemožné pokládat elektrické sítě, elektřinu. Ne všude jsou dokonce i generátory tekutého paliva. A to je v 21. století!
Studie ukázaly, že větrné elektrárny různých kapacit lze instalovat v mnoha oblastech na severu a na Dálném severu, na Sachalin a Kamčatka, v dolním Volze, Sibiři, Karélii a na severním Kavkaze.
Volba instalace je ovlivněna potřebami zákazníka. Pokud je nutné zajistit provoz zemědělských strojů, bude s touto úlohou zvládat nízkoenergetický větrný generátor. Pokud potřebujete elektrifikovat celou budovu, zřídit pouliční osvětlení, zajistit vytápění domu, musíte provést projekt větrné elektrárny.
Kromě průměrné měsíční rychlosti větru a jeho směru je nutné vypočítat průměrnou měsíční spotřebu a špičkové zatížení elektřiny. Tyto výpočty, pokud je to žádoucí, lze snadno provádět nezávisle.
Existuje další ukazatel, který ovlivňuje náklady na vybavení a instalaci větrných turbín. Toto je výška stožáru. Čím vyšší je struktura, tím větší je rychlost větru a dražší to stojí. Optimální je podle odborníků výška stožáru o 10 větší než nejvyšší strom nebo budova v okruhu 100 m.
DIY větrná farma
Pro provoz elektrického čerpadla, televize, osvětlení nebo jiných nízkoenergetických elektrických spotřebičů v chalupě je možné provést větrnou energii vlastní rukou, pokud existují nějaké znalosti o elektrotechnice.
Existují referenční data a doporučení pro výběr výkonu větrného generátoru, velikosti a počtu jeho lopatek a poměrně podrobné pokyny, jak vyrobit větrnou elektrárnu z vlastních rukou, z jakých materiálů a součástí.
Dnes v Evropě rostou investice do výstavby velkých větrných farem. Masová konstrukce snižuje náklady na jeden kilowatt a přibližuje ji ceně elektřiny získané z tradičních zdrojů.
Konstrukce větrných farem se neustále zlepšuje, zlepšují se aerodynamické a elektrické ukazatele, snižují se ztráty.
Ekonomové odhadují, že domácí větrné farmy jsou nákladově nejefektivnější energetické projekty. V budoucnu slibují nezávislost na negativních trendech na tomto trhu.
