Vjetroelektrane (vjetroelektrane) - uređaji posebnog dizajna u kojima se energija vjetra pretvara u električnu. Svakog dana postaju sve popularniji. Korištenje prirodnih, i što je najvažnije, obnovljivih izvora energije, prikladnih i jednostavnih vjetroelektrana, takozvanih vjetrenjača, izvrsna je alternativa tradicionalnim elektranama, posebno u privatnim kućama.
Koristeći snagu vjetra
Vjetrenjače, točnije princip njihovog djelovanja, nezasluženo su zaboravljeni u dvadesetim godinama prošlog stoljeća. Međutim, energija vjetra se tada nije koristila za dobivanje električne energije. Pokretala je mlinski kamen, koristila se kao pokretač za jedrenje brodova, a kasnije su pokretala pumpe za ispumpavanje vode u tenkove, tj. Pretvarale se u mehaničku energiju.
Energija vjetra počela se naglo razvijati krajem šezdesetih godina prošlog stoljeća, XX. Stoljeća. U to su vrijeme tradicionalnim energetskim nosačima vrlo nedostajali, a osim toga naglo su porasli, a ekološki problemi povezani s njihovom uporabom postajali su sve akutniji.
Promicao je korištenje alternativnih izvora električne energije, uključujući vjetroelektrane i tehnološki napredak. Pojavili su se novi vrlo čvrsti i prilično lagani materijali koji omogućuju izgradnju kula visine do 120 m i ogromnih noževa.
Vjetrovi koji pušu u mnogim dijelovima planete u stanju su rotirati turbine elektrane dovoljnom brzinom da daju energiju privatnim kućama, malim farmama ili školama u ruralnim područjima.
Ali u bilo kojoj bačvi meda postoji barem jedna muha u mast. Vjetar se ne može prigušiti, ne puše uvijek, pogotovo u istom smjeru i istom brzinom. Tehnološki napredak ne miruje. Ako danas vjetroelektrane za privatnu kuću, koje proizvode stotine kilovata električne energije, više nisu rijetkost, sutra će možda deseci megavata postati svakodnevna rutina. U svakom slučaju, već postoje vjetroelektrane snage 5 mW ili više.
Prednosti i nedostaci vjetroelektrana
Osim korištenja besplatne energije vjetra i neovisnosti od vanjskih izvora električne energije, vjetroelektrane imaju i nekoliko značajnih prednosti. Ne postoji ekološki problem skladištenja i odlaganja otpada, a način proizvodnje energije jedan je od ekološki najprihvatljivijih. A da i ne spominjemo kako vjetroturbina estetski izgleda prema nebu, može se smatrati da je njegova prednost to što instalacija može biti i nepomična i pokretna.
Pored toga, danas je već moguće odabrati vjetroelektranu prikladnog modela i kapaciteta ili koristiti postrojenje koje kombinira uporabu nekoliko izvora energije, tradicionalnih i alternativnih. To može biti dizelska ili solarna vjetroelektrana.
Vjetroelektrane također imaju nedostatke. Prvo, oni su toliko bučni da velike instalacije moraju biti isključene noću. Drugo, oni često ometaju zračni promet ili radio valove. Treće, treba ih postaviti na zaista ogromne površine. Tu je i još jedan značajan nedostatak lobedovih struktura - one se moraju isključiti tijekom masovnih sezonskih letova ptica.
Vrste vjetroelektrana
Prema funkcionalnosti elektrane, vjetroelektrane se mogu podijeliti na stacionarne i mobilne ili mobilne.Snažne stacionarne instalacije zahtijevaju čitav niz pripremnih radova, ali one mogu akumulirati dovoljnu količinu električne energije za mirno vrijeme u punjivim baterijama.
Mobilne elektrane su jednostavnijeg dizajna, nepretenciozne, jednostavne za instaliranje i jednostavne za rukovanje. Obično se koriste za napajanje električnih uređaja ili tijekom putovanja.
Dizajn razlikuje vjetroelektrane od krilca i rotora.
Na mjestu postavljanja vjetroelektrane nalaze se:
- tlo. Instalirani su na uzvisini i najčešće su danas;
- Obalni. Grade se u obalnom pojasu mora i oceana, gdje zbog neravnomjernog zagrijavanja kopna i vode stalno pušu vjetrovi;
- offshore. Grade se u moru na udaljenosti od 10-15 km od obale, gdje morski vjetrovi stalno pušu;
- plutajući. Oni se također nalaze na približno istoj udaljenosti od obale kao i na obali, ali na plutajućoj platformi.
Vjetroelektrane su po djelokrugu elektrane industrijske i kućne.
Krilata vjetroelektrana
Vjetroelektrane, koje su vodeće na tržištu energije vjetra, postale su poznate. U visokom snu ugrađuje se mehanizam noža s vodoravnom osi rotacije, uglavnom s tri oštrice, a njegova snaga ovisi o veličini lopatica. Takav sklop postiže svoju najveću brzinu vrtnje kada su lopatice okomite na protok vjetra, stoga njegov dizajn predviđa uređaj za automatsko okretanje osi rotacije u obliku stabilizacijskog krila na malim i elektroničkim sustavima upravljanja zijevanjem na moćnijim stanicama.
Vjetroelektrane se razlikuju uglavnom po broju lopatica. Mogu biti višeslojni, dvorezni, čak i s jednom oštricom i protuteže.
Vrtne vjetroelektrane
Vjetroelektrane s rotacijskim ili rotacijskim djelovanjem imaju okomitu os rotacije i neovisne su o smjeru vjetra. To je važna prednost pri uporabi površinskih zračenja strujama zraka. Nedostatak vjetroelektrane ovog dizajna je uporaba višepolnih generatora koji rade pri malim brzinama i nisu široko rasprostranjeni.
Ove su instalacije usporene i, kao rezultat, ne stvaraju mnogo buke. Osim toga, njihova prednost je jednostavnost električnih krugova, koji nisu narušeni slučajnim naglim naletima vjetra.
Stručnjaci vjeruju da su rotacijske vjetroelektrane najperspektivnije za velike vjetroelektrane. Istina, da bi se promicala takva instalacija, na nju se mora primijeniti vanjska energija. Tek kad dosegne određene aerodinamičke performanse, on iz modusa motora prelazi u generator.
Kombinirani vjetro-dizelski sustav
Nedostatak vjetroagregata - neravnomjerna opskrba električnom energijom - u velikim se mrežama nadoknađuje velikim brojem instalacija.
Taj nedostatak možete nadoknaditi i kombiniranim sustavima u kojima postoje posebni uređaji koji raspoređuju opterećenje između vjetroelektrane (vjetroturbina) i dizelaša. Stoga, autonomne mreže male snage od 0,5 do 4 MW uparene s dizelskim motorom mogu raditi pouzdano i ravnomjerno.
Moderna oprema koja štedi oko 65% tekućeg goriva godišnje, omogućava vam da priključite dizelski motor ili ga isključite u samo nekoliko sekundi.
Vjetroelektrane za domaćinstvo i industriju
Vjetroelektrane u kućanstvu snage od 250 W do 15 kW, mogu raditi zajedno sa solarnim pločama, sa ili bez baterije.
Električna energija koju proizvode vjetroelektrane u domaćinstvima prilično je skupa, ali često se dogodi da drugih izvora jednostavno nema.
Domaće vjetroelektrane u Rusiji proizvode se generatorom istosmjerne struje koji puni baterije do 800 Ah. Svi kućanski uređaji mogu raditi iz takvih baterija u kući: televizor, električni čajnik itd.
Proces punjenja baterija nakon odvajanja tereta može biti prilično dug, ovisno o jačini vjetra i snazi generatora.
Na ruskom tržištu postoje i domaće vjetroelektrane, prilično su skupe, ali obično daju manje od polovine nazivne snage.
Industrijske vjetroelektrane odlikuju se znatno većom snagom i obično su integrirane u jedinstvene mreže.
Privatne vjetroelektrane uglavnom imaju kapacitet od 3 do 5, rjeđe 10 kW. Ako prosječna godišnja brzina vjetra u regiji dosegne 3-4 m / s, tada takva vjetroelektrana može osigurati struju prosječnoj seoskoj kući, benzinskoj postaji ili malom kafiću.
Glavne karakteristike vjetroelektrane
Nazivna snaga glavni je pokazatelj koji karakterizira sve elektrane, a vjetroturbine nisu iznimka. Određuje ga snaga koju generira generator pri prosječnoj brzini vjetra od 12 m / s, a ovisi o vrsti stanice.
Sljedeći važan pokazatelj je nazivni napon vjetroelektrane koju generator generira. Može biti 220 V ili 12 V i 24 V.
Električna snaga generatora ovisi o snazi turbine. Budući da je snaga turbine veća, što je veći i njen promjer, a samim tim što je jači jarbol jači, ovaj je pokazatelj važan pri odabiru i proračunu dizajna jarbola.
Vjetrenjača ima još nekoliko karakteristika. Važne su njegove performanse - ovo je količina električne energije koju uređaj godišnje proizvede. Prilikom odabira vjetroagregata potrebno je znati maksimalnu brzinu vjetra koju turbina može izdržati, te njezinu minimalnu (početnu) brzinu kojom se počinje okretati. Prilikom odabira brzine vrtnje turbine, te broj lopatica igra ulogu.
Princip rada i uređenje vjetroelektrane
U vjetroelektrani zračni tok rotira kotač s lopaticama, odakle se okretni moment prenosi na druge mehanizme. Što su veće dimenzije kotača, to je veći protok zraka koji ga zahvaća i zbog toga se brže okreće.
Jezikom fizike, linearna brzina vjetra pretvara se u kutnu brzinu vrtnje osi generatora, koja zauzvrat pretvara rotacijsko gibanje u električnu energiju, prenosijući ga preko regulatora na baterije. Na izlazu uređaja struja je već prikladna za kućnu upotrebu.
Odnosno, mala vjetroelektrana sastoji se od turbine, lopatica, repa (rotacijski mehanizam), jarbola s produžnim kablovima, baterijama, regulatora naboja i pretvarača koji pretvara 12 V u 220 V.
Osim ovih uređaja, industrijska vjetroelektrana također sadrži sustave praćenja smjera vjetra i njegove brzine, stanja generatora vjetra i zaštite od udara groma. Osim toga, jarbol se ne nosi s opterećenjima veće razmjera, a zamjenjuje ga toranj u kojem se nalazi sva dodatna oprema.
Dizajn vjetroparka
Glavni pokazatelj koji vam omogućava da odlučite o korištenju vjetroelektrane je prosječna godišnja brzina vjetra, koja bi trebala biti najmanje 5 m / s. Istina, danas postoje već lako disperzibilne vjetroelektrane dizajnirane za napajanje privatnih kućanstava koja počinju raditi s minimalnom brzinom zraka 3,5 m / s.
Za određivanje ovog pokazatelja koriste se posebne karte vjetra.
U raznim klimatske zone Rusije mjerenja brzine vjetra uzeta su kako bi se utvrdilo koliko su učinkovite vjetroelektrane. Vjetroelektrane i stanice već rade u regiji Kalinjingrad, na Komandskim otocima, u Murmansku, Republici Saha (Yakutia) i Baškortostanu.
Kada odlučujete o ugradnji vjetroelektrane ili privatne vjetroelektrane, vrijedi započeti sa stručnjacima koji će voditi istraživanje smjera i snage vjetra pomoću anemometra i izrađivati karte raspoloživosti njegove energije.Na temelju tih podataka izračunava se i razvija dizajn vjetroagregata ili dizajn više postrojenja, njegovi tehnički i geometrijski parametri.
Nemoguće je izgraditi industrijsku vjetroelektranu dovoljnog kapaciteta bez investitora, a dobro izvedeni proračuni i gotov projekt pomoći će u određivanju razdoblja povrata projekta i privući dodatna financijska sredstva.
Privatne vjetroelektrane
Prema značajno podcijenjenim statistikama, koje ne uzimaju u obzir samostojeće udaljene zgrade i građevine, oko 30% privatnih domaćinstava u ruralnim područjima, gdje je postavljanje električnih mreža nemoguće iz ekonomskih razloga, nema struju. Nisu svugdje čak ni generatori za tekuće gorivo. I to u 21. stoljeću!
Studije su pokazale da se vjetroelektrane različitih kapaciteta mogu instalirati u mnogim područjima sjevera i krajnjeg sjevera, na Sahalinu i Kamčatki, u regiji Donja Volga, Sibiru, Kareliji i sjevernom Kavkazu.
Na izbor instalacije utječu potrebe kupaca. Ako je potrebno osigurati rad poljoprivrednih strojeva, generator vjetra male snage će se nositi s tim zadatkom. Ako trebate elektrificirati cijelu zgradu, uspostaviti uličnu rasvjetu, osigurati grijanje za kuću, morate provesti projekt vjetroelektrane.
Pored prosječne mjesečne brzine vjetra i njegovog smjera, potrebno je izračunati prosječnu mjesečnu potrošnju i najveće opterećenje električne energije. Takve proračune, po želji, lako je samostalno izvesti.
Postoji još jedan pokazatelj koji utječe na troškove opreme i ugradnje vjetroagregata. Ovo je visina jarbola. Što je struktura veća, veća je brzina vjetra i skuplji. Optimalna je, prema stručnjacima, visina jarbola za 10 većih od najvišeg stabla ili građevine u krugu od 100 m.
Napravite vjetroelektranu
Za rad električne crpke, televizora, rasvjete ili drugih električnih uređaja male snage u ljetnoj kućici, instalacija vjetroelektrana može se napraviti vlastitom rukom, ako postoje određena znanja iz elektrotehnike.
Postoje referentni podaci i preporuke za odabir snage generatora vjetra, veličine i broja njegovih lopatica te prilično detaljne upute o tome kako izraditi vjetroelektranu vlastitim rukama, iz kojih materijala i komponenata.
Danas u Europi rastu ulaganja u izgradnju velikih vjetroelektrana. Masovna gradnja smanjuje troškove jednog kilovata i približava ga cijeni električne energije dobivene iz tradicionalnih izvora.
Dizajn vjetroelektrana neprestano se poboljšava, poboljšavaju se aerodinamički i električni pokazatelji, smanjuju se gubici.
Ekonomisti procjenjuju kućne vjetroelektrane kao najisplativije energetske projekte. U budućnosti će obećati neovisnost od negativnih trendova na ovom tržištu.
