Farmy wiatrowe (farmy wiatrowe) - urządzenia o specjalnej konstrukcji, w których energia wiatru jest przekształcana w energię elektryczną. Z każdym dniem stają się bardziej popularne. Wykorzystanie naturalnych, a co najważniejsze odnawialnych źródeł energii, wygodnych i prostych elektrowni wiatrowych, tzw. Wiatraków, stanowi doskonałą alternatywę dla tradycyjnych elektrowni, zwłaszcza w domach prywatnych.
Korzystanie z energii wiatru
Wiatraki, a raczej zasada ich działania, zostały niezaprzeczalnie zapomniane w latach dwudziestych ubiegłego wieku. Jednak wówczas energia wiatru nie była wykorzystywana do pozyskiwania energii elektrycznej. Zasilała kamienie młyńskie, była używana jako motorower dla żaglowców, a później uruchomiła pompy do pompowania wody do zbiorników, czyli zamienione w energię mechaniczną.
Energia wiatrowa zaczęła gwałtownie rozwijać się pod koniec lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku. W tym czasie tradycyjnym nośnikom energii bardzo brakowało, ponadto gwałtownie wzrosły ceny, a problemy środowiskowe związane z ich stosowaniem stawały się coraz bardziej dotkliwe.
Promował wykorzystanie alternatywnych źródeł energii elektrycznej, w tym energii wiatrowej i postępu technologicznego. Pojawiły się nowe, bardzo wytrzymałe i dość lekkie materiały, umożliwiające budowę wież o wysokości do 120 m i ogromnych łopat.
Wiatry wiejące w wielu regionach planety są w stanie obracać turbiny elektrowni z wystarczającą prędkością, aby dostarczyć energię do domów prywatnych, małych gospodarstw lub szkół na obszarach wiejskich.
Ale w każdej beczce miodu jest co najmniej jedna mucha w maści. Wiatr nie może być stłumiony; nie zawsze wieje, szczególnie w tym samym kierunku i z tą samą prędkością. Postęp technologiczny nie stoi w miejscu. Jeśli dzisiaj farmy wiatrowe dla prywatnego domu, wytwarzające setki kilowatów energii elektrycznej, nie są już rzadkością, to jutro może dziesiątki megawatów staną się codziennością. W każdym razie istnieją już farmy wiatrowe o mocy co najmniej 5 mW.
Zalety i wady farm wiatrowych
Oprócz wykorzystania bezpłatnej energii wiatrowej i niezależności od zewnętrznych źródeł energii elektrycznej elektrownie wiatrowe mają kilka istotnych zalet. Nie ma środowiskowego problemu przechowywania i usuwania odpadów, a metoda wytwarzania energii jest jedną z najbardziej przyjaznych dla środowiska. Nie wspominając już o tym, jak turbina wiatrowa estetycznie wygląda na tle nieba, można uznać za jej zaletę, że instalacja może być stacjonarna i mobilna.
Ponadto dzisiaj można już wybrać farmę wiatrową o odpowiednim modelu i wydajności lub użyć elektrowni łączącej wykorzystanie kilku źródeł energii, tradycyjnej i alternatywnej. Może to być elektrownia na olej napędowy lub wiatrowo-wiatrowy.
Farmy wiatrowe mają również wady. Po pierwsze, są tak głośne, że duże instalacje muszą być wyłączone w nocy. Po drugie, często zakłócają ruch lotniczy lub fale radiowe. Po trzecie, należy je umieścić na naprawdę dużych obszarach. I jest jeszcze jedna znacząca wada struktur klapowanych - należy je wyłączyć podczas masowych sezonowych lotów ptaków.
Rodzaje farm wiatrowych
W zależności od funkcjonalności elektrowni farmy wiatrowe można podzielić na stacjonarne i mobilne lub mobilne.Potężne stacjonarne instalacje wymagają całego zakresu prac przygotowawczych, ale są w stanie zgromadzić wystarczającą ilość energii elektrycznej do wykorzystania przy spokojnej pogodzie w akumulatorach.
Mobilne elektrownie są prostsze w projektowaniu, bezpretensjonalne, łatwe w instalacji i obsłudze. Są one zwykle używane do zasilania urządzeń elektrycznych lub podczas podróży.
Projekt rozróżnia farmy wiatrowe łopatkowe i wirnikowe.
W miejscu instalacji farmy wiatrowej znajdują się:
- ziemia. Są instalowane na dużych wysokościach i są dziś najbardziej powszechne;
- przybrzeżne. Są budowane w strefie przybrzeżnej mórz i oceanów, gdzie z powodu nierównomiernego nagrzewania się ziemi i wody wiatry stale wieją;
- na morzu. Są zbudowane w morzu w odległości 10-15 km od wybrzeża, gdzie stale wieją wiatry morskie;
- pływający. Znajdują się również w mniej więcej tej samej odległości od wybrzeża, co na morzu, ale na platformie pływającej.
W zakresie elektrowni turbiny wiatrowe są przemysłowe i domowe.
Vane Wind Farm
Farmy wiatrowe łopatkowe, które są liderami na rynku energii wiatrowej, stały się znane. Na wysokim marzeniu zainstalowany jest mechanizm ostrza z poziomą osią obrotu, głównie z trzema ostrzami, a jego moc zależy od wielkości ostrzy. Taki agregat osiąga maksymalną prędkość obrotową, gdy łopatki są prostopadłe do strumienia wiatru; dlatego jego konstrukcja zapewnia automatyczne obracanie osi obrotu w postaci skrzydła stabilizatora w małych i elektronicznych systemach sterowania odchylaniem w mocniejszych stacjach.
Łopatkowe farmy wiatrowe różnią się głównie liczbą łopat. Mogą być wieloostrzowe, dwuostrzowe, nawet z jednym ostrzem i przeciwwagą.
Rotacyjne farmy wiatrowe
Obrotowe lub obrotowe elektrownie wiatrowe mają pionową oś obrotu i są niezależne od kierunku wiatru. Jest to ważna zaleta przy stosowaniu prądów ziewających na powierzchni. Wadą farmy wiatrowej tego projektu jest zastosowanie generatorów wielobiegunowych, które działają przy niskich prędkościach i nie są powszechne.
Instalacje te pracują powoli, w związku z czym nie powodują dużego hałasu. Ponadto ich zaletą jest prostota obwodów elektrycznych, które nie są naruszane przez przypadkowe nagłe podmuchy wiatru.
Eksperci uważają, że obrotowe farmy wiatrowe są najbardziej obiecujące dla dużych elektrowni wiatrowych. To prawda, że aby promować taką instalację, należy do niej zastosować energię zewnętrzną. Dopiero po osiągnięciu pewnej wydajności aerodynamicznej sam przechodzi w tryb generatora z trybu silnika.
Połączony układ wiatr-olej napędowy
Wadę turbin wiatrowych - nierównomierne dostawy energii elektrycznej - w dużych sieciach kompensuje duża liczba instalacji.
Możesz także zrekompensować tę wadę, stosując połączone systemy, w których istnieją specjalne urządzenia, które rozkładają obciążenie między elektrownię wiatrową (turbinę wiatrową) a silnikiem Diesla. Dlatego autonomiczne sieci o niskiej mocy od 0,5 do 4 MW w połączeniu z silnikiem Diesla mogą działać niezawodnie i równomiernie.
Nowoczesne wyposażenie, które oszczędza około 65% paliwa płynnego rocznie, umożliwia podłączenie silnika Diesla lub wyłączenie go w ciągu kilku sekund, jeśli to konieczne.
Domowe i przemysłowe farmy wiatrowe
Domowe elektrownie wiatrowe mają moc od 250 W do 15 kW, mogą współpracować z panelami słonecznymi, z baterią lub bez.
Energia elektryczna wytwarzana przez domowe farmy wiatrowe jest dość droga, ale często zdarza się, że po prostu nie ma innych źródeł.
Domowe farmy wiatrowe w Rosji są produkowane z generatorem prądu stałego, który ładuje akumulatory do 800 Ah. Wszystkie urządzenia gospodarstwa domowego mogą pracować z takich baterii w domu: telewizor, czajnik elektryczny itp.
Proces ładowania akumulatorów po odłączeniu obciążenia może być dość długi, w zależności od siły wiatru i mocy generatora.
Na rynku rosyjskim istnieją również krajowe krajowe farmy wiatrowe, są one dość drogie, ale zwykle dają mniej niż połowę mocy znamionowej.
Przemysłowe farmy wiatrowe wyróżniają się znacznie większą mocą i zwykle są zintegrowane w pojedyncze sieci.
Prywatne farmy wiatrowe mają zazwyczaj moc od 3 do 5, rzadziej 10 kW. Jeśli średnia roczna prędkość wiatru w regionie osiągnie 3-4 m / s, wówczas taka farma wiatrowa może dostarczyć prąd do przeciętnego wiejskiego domu, stacji obsługi lub małej kawiarni.
Główne cechy farmy wiatrowej
Moc znamionowa jest głównym wskaźnikiem charakteryzującym wszystkie elektrownie, turbiny wiatrowe nie są wyjątkiem. Jest to określane przez moc generowaną przez generator przy średniej prędkości wiatru 12 m / s i zależy od rodzaju stacji.
Kolejnym ważnym wskaźnikiem jest napięcie nominalne farmy wiatrowej wytwarzanej przez generator. Może to być 220 V lub 12 V i 24 V.
Moc elektryczna generatora zależy od mocy turbiny. Ponieważ moc turbiny jest większa, im większa jest jej średnica, a zatem tym silniejszy maszt, wskaźnik ten jest ważny przy wyborze i obliczaniu konstrukcji masztu.
Turbina wiatrowa ma kilka innych cech. Jego wydajność jest ważna - jest to ilość energii elektrycznej wytwarzanej przez urządzenie rocznie. Wybierając turbinę wiatrową, należy znać maksymalną prędkość wiatru, którą turbina może wytrzymać, oraz jej minimalną (początkową) prędkość, przy której zaczyna się obracać. Przy wyborze prędkości obrotowej turbiny i liczby łopat odgrywają rolę.
Zasada działania i układ farmy wiatrowej
W farmie wiatrowej strumień powietrza obraca koło z łopatami, z których moment obrotowy jest przenoszony na inne mechanizmy. Im większe wymiary koła, tym większy przepływ powietrza wychwytuje, a zatem obraca się szybciej.
W języku fizyki liniowa prędkość wiatru jest przekształcana na prędkość kątową obrotu osi generatora, który z kolei przekształca ruch obrotowy w energię elektryczną, przekazując go przez sterownik do akumulatorów. Przy wyjściu z urządzenia energia elektryczna jest już odpowiednia do użytku domowego.
Oznacza to, że mała farma wiatrowa składa się z turbiny, łopat, ogona (mechanizm obrotowy), masztu z przedłużaczami, akumulatorów, kontrolera ładowania i falownika, który przekształca 12 V na 220 V.
Oprócz tych urządzeń przemysłowa farma wiatrowa zawiera również systemy śledzenia kierunku wiatru i jego prędkości, stanu generatora wiatru oraz ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi. Ponadto maszt nie radzi sobie z obciążeniami o większej skali i zastępuje go wieża, w której znajduje się całe wyposażenie dodatkowe.
Projekt farmy wiatrowej
Głównym wskaźnikiem, który pozwala zdecydować o użytkowaniu farmy wiatrowej, jest średnia roczna prędkość wiatru, która powinna wynosić co najmniej 5 m / s. To prawda, że dziś istnieją już łatwo dyspergujące farmy wiatrowe przeznaczone do zasilania prywatnych gospodarstw domowych, które zaczynają działać przy minimalnej prędkości powietrza 3,5 m / s.
Aby określić ten wskaźnik, stosuje się specjalne wykresy wiatru.
W różnych strefy klimatyczne Rosji pomiary prędkości wiatru zostały przeprowadzone w celu ustalenia, jak wydajne są farmy wiatrowe. Turbiny wiatrowe i stacje działają już w obwodzie kaliningradzkim, na Wyspach Dowódcy, w Murmańsku, Republice Sacha (Jakucja) i Baszkortostanie.
Decydując się na instalację elektrowni wiatrowej czy prywatnej farmy wiatrowej, warto zacząć od specjalistów, którzy przeprowadzą badania kierunku i siły wiatru za pomocą anemometrów i zbudują mapy dostępności jego energii.Na podstawie tych danych, projektu turbiny wiatrowej lub projektu kilku elektrowni, oblicza się i opracowuje jej parametry techniczne i geometryczne.
Bez inwestorów nie można zbudować przemysłowej farmy wiatrowej o wystarczającej mocy, a dobrze przeprowadzone obliczenia i zakończony projekt pomogą określić okres zwrotu z projektu i przyciągną dodatkowe finansowanie.
Prywatne farmy wiatrowe
Według znacznie niedocenianych statystyk, które nie biorą pod uwagę oddalonych budynków i budowli, około 30% prywatnych gospodarstw domowych na obszarach wiejskich, gdzie układanie sieci elektrycznych jest niemożliwe z przyczyn ekonomicznych, nie ma elektryczności. Nie wszędzie są nawet generatory paliwa ciekłego. I to jest w 21 wieku!
Badania wykazały, że elektrownie wiatrowe o różnych mocach mogą być instalowane w wielu obszarach północy i Dalekiej Północy, na Sachalinie i Kamczatce, w regionie Dolnej Wołgi, Syberii, Karelii i Północnego Kaukazu.
Wybór instalacji zależy od potrzeb klienta. Jeśli konieczne jest zapewnienie działania maszyn rolniczych, generator wiatrowy małej mocy poradzi sobie z tym zadaniem. Jeśli chcesz zelektryfikować cały budynek, ustanowić oświetlenie uliczne, zapewnić ogrzewanie domu, musisz przeprowadzić projekt elektrowni wiatrowej.
Oprócz średniej miesięcznej prędkości wiatru i jego kierunku konieczne jest obliczenie średniego miesięcznego zużycia i szczytowego obciążenia energii elektrycznej. Takie obliczenia, w razie potrzeby, można łatwo wykonać niezależnie.
Jest jeszcze jeden wskaźnik, który wpływa na koszt wyposażenia i instalacji turbin wiatrowych. To jest wysokość masztu. Im wyższa konstrukcja, tym większa prędkość wiatru i droższe. Według ekspertów optymalna jest wysokość masztu o 10 większa niż najwyższe drzewo lub budynek w promieniu 100 m.
Farma wiatrowa DIY
W przypadku eksploatacji pompy elektrycznej, telewizora, oświetlenia lub innych urządzeń elektrycznych małej mocy w domku letniskowym, instalacja wiatrowa może być wykonana własnoręcznie, o ile istnieje wiedza z zakresu elektrotechniki.
Istnieją dane referencyjne i zalecenia dotyczące wyboru mocy generatora wiatrowego, wielkości i liczby jego łopat, a także dość szczegółowe instrukcje, jak zbudować elektrownię wiatrową własnymi rękami, z jakich materiałów i komponentów.
Dziś w Europie rosną inwestycje w budowę dużych farm wiatrowych. Konstrukcja masowa zmniejsza koszt jednego kilowata i zbliża go do ceny energii elektrycznej otrzymywanej z tradycyjnych źródeł.
Konstrukcja farm wiatrowych jest stale ulepszana, wskaźniki aerodynamiczne i elektryczne są ulepszane, straty są zmniejszane.
Domowe farmy wiatrowe są oceniane przez ekonomistów jako najbardziej opłacalne projekty energetyczne. W przyszłości obiecują niezależność od negatywnych trendów na tym rynku.
