Parchi eolici (parchi eolici) - dispositivi di tipo speciale in cui l'energia eolica viene convertita in energia elettrica. Ogni giorno diventano più popolari. Utilizzando fonti di energia naturali e, soprattutto, rinnovabili, centrali eoliche convenienti e semplici, i cosiddetti mulini a vento, sono un'ottima alternativa alle centrali elettriche tradizionali, specialmente nelle case private.
Usando l'energia eolica
I mulini a vento, o meglio il principio della loro azione, furono immeritatamente dimenticati negli anni Venti del secolo scorso. Tuttavia, l'energia eolica non è stata utilizzata nemmeno allora per ottenere energia elettrica. Ha alimentato le macine, è stata utilizzata come motore per le navi a vela, e successivamente ha lanciato pompe per pompare acqua in serbatoi, cioè trasformata in energia meccanica.
L'energia eolica iniziò a svilupparsi rapidamente alla fine degli anni sessanta dell'ultimo XX secolo. A quel tempo, i vettori energetici tradizionali divennero gravemente carenti, inoltre, aumentarono notevolmente di prezzo e i problemi ambientali associati al loro uso divennero sempre più acuti.
Ha promosso l'uso di fonti alternative di elettricità, tra cui l'energia eolica e il progresso tecnologico. Sono comparsi nuovi materiali ad alta resistenza e abbastanza leggeri, che consentono la costruzione di torri alte fino a 120 m e enormi pale.
I venti che soffiano in molte regioni del pianeta sono in grado di ruotare le turbine della centrale elettrica a una velocità sufficiente per fornire energia a case private, piccole fattorie o scuole nelle aree rurali.
Ma in ogni barile di miele c'è almeno una mosca nell'unguento. Il vento non può essere attenuato, non soffia sempre, specialmente nella stessa direzione e alla stessa velocità. Il progresso tecnologico non si ferma. Se oggi i parchi eolici per una casa privata, che generano centinaia di kilowatt di elettricità, non sono più una rarità, allora domani, forse decine di megawatt diventeranno routine quotidiane. In ogni caso, ci sono già parchi eolici con una capacità di 5 mW o più.
Vantaggi e svantaggi dei parchi eolici
Oltre all'uso dell'energia eolica gratuita e all'indipendenza da fonti esterne di elettricità, le centrali eoliche presentano numerosi vantaggi significativi. Non vi sono problemi ambientali di stoccaggio e smaltimento dei rifiuti e il metodo di produzione di energia è uno dei più ecologici. Per non parlare di come una turbina eolica guarda esteticamente contro il cielo, si può considerare il suo vantaggio che l'installazione può essere sia fissa che mobile.
Inoltre, oggi è già possibile selezionare un parco eolico di un modello e una capacità adeguati o utilizzare un impianto che combina l'uso di più fonti energetiche, tradizionali e alternative. Può essere una centrale elettrica diesel o solare.
I parchi eolici hanno anche degli svantaggi. In primo luogo, sono così rumorosi che le grandi installazioni devono essere spente di notte. In secondo luogo, interferiscono spesso con il traffico aereo o le onde radio. In terzo luogo, devono essere posizionati su aree veramente enormi. E c'è un altro svantaggio significativo delle strutture a lobi: devono essere spente durante i voli di massa stagionali degli uccelli.
Tipi di parchi eolici
Secondo la funzionalità della centrale elettrica, i parchi eolici possono essere suddivisi in fissi e mobili o mobili.Le potenti installazioni fisse richiedono tutta una serie di lavori preparatori, ma sono in grado di accumulare una quantità sufficiente di elettricità per l'uso in condizioni di clima calmo nelle batterie ricaricabili.
Le centrali mobili sono di progettazione più semplice, senza pretese, facili da installare e da utilizzare. Di solito sono utilizzati per alimentare apparecchi elettrici o durante i viaggi.
Il design distingue tra parchi eolici a palette e rotori.
Nel luogo di installazione del parco eolico ci sono:
- terra. Sono installati su un'altura e sono oggi più comuni;
- costiera. Sono costruiti nella zona costiera dei mari e degli oceani, dove a causa del riscaldamento irregolare della terra e dell'acqua, i venti soffiano costantemente;
- in mare aperto. Sono costruiti nel mare ad una distanza di 10-15 km dalla costa, dove soffiano costantemente venti del mare;
- galleggiante. Si trovano anche a circa la stessa distanza dalla costa dell'offshore, ma su una piattaforma galleggiante.
Dal campo di applicazione della centrale elettrica, le turbine eoliche sono industriali e domestiche.
Parco eolico alato
I parchi eolici di Vane, leader nel mercato dell'energia eolica, hanno acquisito familiarità. In un sogno elevato, viene installato un meccanismo a lama con un asse di rotazione orizzontale, principalmente a tre pale, e la sua potenza dipende dalla dimensione delle pale. Tale aggregato raggiunge la sua massima velocità di rotazione quando le pale sono perpendicolari al flusso del vento; pertanto, il suo design prevede che il dispositivo ruoti automaticamente l'asse di rotazione sotto forma di un'ala stabilizzatrice su piccoli sistemi elettronici di controllo dell'imbardata nelle stazioni più potenti.
I parchi eolici a palette differiscono principalmente per il numero di pale. Possono essere multi-lama, due pale, anche con una lama e contrappeso.
Parchi eolici rotativi
Le centrali eoliche rotanti o rotanti hanno un asse verticale di rotazione e sono indipendenti dalla direzione del vento. Questo è un vantaggio importante quando si usano correnti d'aria di imbardata superficiale. Lo svantaggio di un parco eolico di questo design è l'uso di generatori multipolari che funzionano a bassa velocità e non sono molto diffusi.
Queste installazioni si muovono lentamente e, di conseguenza, non creano molto rumore. Inoltre, il loro vantaggio è la semplicità dei circuiti elettrici, che non sono violati da raffiche improvvise casuali di vento.
Gli esperti ritengono che i parchi eolici rotanti siano i più promettenti per l'energia eolica di grandi dimensioni. È vero, al fine di promuovere tale installazione, è necessario applicare energia esterna ad esso. Solo quando raggiunge determinate prestazioni aerodinamiche si passa in modalità generatore dalla modalità motore.
Sistema combinato vento-diesel
Lo svantaggio delle turbine eoliche - la fornitura irregolare di elettricità - nelle reti di grandi dimensioni è compensato da un gran numero di installazioni.
È inoltre possibile compensare questo inconveniente utilizzando sistemi combinati in cui sono presenti dispositivi speciali che distribuiscono il carico tra la centrale eolica (turbina eolica) e diesel. Pertanto, le reti autonome di bassa potenza da 0,5 a 4 MW accoppiate a un motore diesel possono funzionare in modo affidabile e uniforme.
Le attrezzature moderne, che consentono di risparmiare circa il 65% di carburante liquido all'anno, consentono di collegare un motore diesel o spegnerlo in pochi secondi, se necessario.
Parchi eolici domestici e industriali
Le centrali eoliche domestiche hanno una potenza da 250 W a 15 kW, possono funzionare in combinazione con pannelli solari, con o senza batteria.
L'elettricità generata dai parchi eolici domestici è piuttosto costosa, ma spesso capita che semplicemente non ci siano altre fonti.
I parchi eolici domestici in Russia sono fabbricati con un generatore di corrente continua che carica batterie fino a 800 Ah. Tutti gli elettrodomestici possono funzionare da tali batterie in casa: una TV, un bollitore elettrico, ecc.
Il processo di ricarica delle batterie dopo aver scollegato il carico può essere piuttosto lungo, a seconda dell'intensità del vento e della potenza del generatore.
Esistono anche parchi eolici domestici sul mercato russo, sono piuttosto costosi, ma di solito erogano meno della metà della potenza nominale.
I parchi eolici industriali si distinguono per una potenza significativamente maggiore e di solito sono integrati in singole reti.
I parchi eolici privati hanno generalmente una capacità da 3 a 5, meno spesso 10 kW. Se la velocità media del vento annuale nella regione raggiunge 3-4 m / s, un tale parco eolico può fornire elettricità a una casa di campagna, a una stazione di servizio o a un piccolo caffè medi.
Le principali caratteristiche del parco eolico
La potenza nominale è l'indicatore principale che caratterizza tutte le centrali elettriche, le turbine eoliche non fanno eccezione. È determinato dalla potenza generata dal generatore ad una velocità media del vento di 12 m / s, e dipende dal tipo di stazione.
Il prossimo indicatore importante è la tensione nominale del parco eolico generata dal generatore. Può essere 220 V o 12 V e 24 V.
La potenza elettrica del generatore dipende dalla potenza della turbina. Poiché la potenza della turbina è maggiore, maggiore è il suo diametro e, quindi, più forte è l'albero, questo indicatore è importante quando si sceglie e si calcola il design dell'albero.
La turbina eolica ha molte più caratteristiche. Le sue prestazioni sono importanti: questa è la quantità di elettricità che il dispositivo genera ogni anno. Quando si sceglie una turbina eolica, è necessario conoscere la velocità massima del vento che la turbina può sopportare e la sua velocità minima (iniziale) alla quale inizia a ruotare. Quando si sceglie una velocità di rotazione della turbina, il numero di pale gioca un ruolo.
Principio di funzionamento e sistemazione di un parco eolico
In un parco eolico, un flusso d'aria ruota una ruota con pale, da cui viene trasmessa la coppia ad altri meccanismi. Maggiore è la dimensione della ruota, maggiore è il flusso d'aria che cattura e quindi ruota più velocemente.
Nel linguaggio della fisica, la velocità del vento lineare viene convertita nella velocità angolare di rotazione dell'asse del generatore, che a sua volta converte il movimento di rotazione in energia elettrica, trasmettendolo attraverso il controller alle batterie. All'uscita del dispositivo, l'elettricità è già adatta per l'uso domestico.
Cioè, un piccolo parco eolico è costituito da una turbina, pale, coda (meccanismo rotante), un albero con prolunghe, batterie, un regolatore di carica e un inverter che converte da 12 V a 220 V.
Oltre a questi dispositivi, un parco eolico industriale contiene anche sistemi di localizzazione per la direzione del vento e la sua velocità, lo stato del generatore eolico e la protezione contro i fulmini. Inoltre, l'albero non affronta i carichi di una scala più grande e viene sostituito da una torre, in cui si trova tutta l'attrezzatura aggiuntiva.
Progettazione del parco eolico
L'indicatore principale che consente di decidere l'utilizzo di un parco eolico è la velocità media annuale del vento, che dovrebbe essere di almeno 5 m / s. È vero, oggi ci sono già parchi eolici facilmente dispersibili progettati per alimentare le famiglie, che iniziano a funzionare con una velocità dell'aria minima di 3,5 m / s.
Per determinare questo indicatore, vengono utilizzati grafici del vento speciali.
In vari zone climatiche della Russia sono state eseguite misurazioni della velocità del vento per determinare l'efficienza dei parchi eolici. Le turbine eoliche e le stazioni stanno già funzionando nella regione di Kaliningrad, sulle Isole Comandanti, a Murmansk, nella Repubblica di Sakha (Yakutia) e nel Bashkortostan.
Quando si decide se installare una centrale eolica o un parco eolico privato, vale la pena iniziare con gli specialisti per condurre ricerche sulla direzione e la forza del vento utilizzando anemometri e costruire mappe della disponibilità della sua energia.Sulla base di questi dati, della progettazione di una turbina eolica o della progettazione di diversi impianti, i suoi parametri tecnici e geometrici vengono calcolati e sviluppati.
È impossibile costruire un parco eolico industriale di capacità sufficiente senza investitori, e calcoli ben eseguiti e un progetto completato aiuteranno a determinare il periodo di rimborso del progetto e ad attrarre finanziamenti aggiuntivi.
Parchi eolici privati
Secondo statistiche significativamente sottostimate, che non tengono conto di edifici e strutture remote distaccate, circa il 30% delle abitazioni private nelle zone rurali, dove la posa di reti elettriche è impossibile per motivi economici, non ha elettricità. Non ovunque ci sono nemmeno generatori di combustibile liquido. E questo è nel 21 ° secolo!
Gli studi hanno dimostrato che le centrali eoliche di varie capacità possono essere installate in molte aree del nord e dell'estremo nord, su Sakhalin e Kamchatka, nella regione del Basso Volga, in Siberia, in Carelia e nel Caucaso settentrionale.
La scelta dell'installazione è influenzata dalle esigenze del cliente. Se è necessario garantire il funzionamento delle macchine agricole, un generatore eolico a bassa potenza farà fronte a questo compito. Se è necessario elettrificare l'intero edificio, stabilire l'illuminazione stradale, fornire il riscaldamento per la casa, è necessario eseguire il progetto di una centrale eolica.
Oltre alla velocità del vento mensile media e alla sua direzione, è necessario calcolare il consumo mensile medio e il carico di picco dell'elettricità. Tali calcoli, se desiderato, sono facili da eseguire indipendentemente.
Esiste un altro indicatore che influisce sul costo delle attrezzature e dell'installazione delle turbine eoliche. Questa è l'altezza dell'albero. Maggiore è la struttura, maggiore è la velocità del vento e più costoso è. L'ottimale, secondo gli esperti, è un'altezza dell'albero di 10 maggiore dell'albero o dell'edificio più alto in un raggio di 100 m.
Parco eolico fai-da-te
Per il funzionamento di una pompa elettrica, televisione, illuminazione o altri apparecchi elettrici a bassa potenza in un cottage estivo, è possibile eseguire un'installazione di energia eolica con la propria mano, se c'è una certa conoscenza dell'ingegneria elettrica.
Ci sono dati di riferimento e raccomandazioni per scegliere la potenza del generatore eolico, le dimensioni e il numero delle sue pale e istruzioni abbastanza dettagliate su come realizzare una centrale eolica con le tue mani, da quali materiali e componenti.
Oggi, gli investimenti nella costruzione di grandi parchi eolici stanno crescendo in Europa. La costruzione in serie riduce il costo di un chilowatt e lo avvicina al prezzo dell'elettricità ricevuta da fonti tradizionali.
Il design dei parchi eolici viene costantemente migliorato, gli indicatori aerodinamici ed elettrici sono migliorati, le perdite sono ridotte.
Gli economisti domestici stimano che i parchi eolici domestici siano i progetti energetici più convenienti. In futuro, promettono l'indipendenza dalle tendenze negative in questo mercato.
