Veterné farmy (veterné farmy) - zariadenia osobitnej konštrukcie, pri ktorých sa veterná energia premieňa na elektrickú energiu. Každý deň sa stávajú populárnejšími. Praktické a jednoduché veterné elektrárne, takzvané veterné mlyny, ktoré využívajú prírodné a predovšetkým obnoviteľné zdroje energie, sú vynikajúcou alternatívou k tradičným elektrárňam, najmä v súkromných domoch.
Využívanie veternej energie
V dvadsiatych rokoch minulého storočia sa na veterné mlyny alebo skôr na princíp ich činnosti zabudlo. Veterná energia sa však ani vtedy nevyužila na získanie elektrickej energie. Poháňala mlynské kamene, používala sa ako hybná sila pre plachetnice a neskôr uviedla na trh čerpadlá na čerpanie vody do nádrží, to znamená na mechanickú energiu.
Koncom šesťdesiatych rokov minulého storočia sa veterná energia začala rýchlo rozvíjať. V tom čase tradične chýbali tradičné energetické nosiče, navyše prudko vzrástli ceny a problémy životného prostredia spojené s ich používaním sa stávali čoraz naliehavejšími.
Podporoval využívanie alternatívnych zdrojov elektrickej energie vrátane veternej energie a technologický pokrok. Objavili sa nové vysokopevnostné a pomerne ľahké materiály, ktoré umožňujú stavbu veží vysokých až 120 metrov a veľkých lopatiek.
Vietor fúkajúce v mnohých oblastiach planéty dokáže rotovať turbíny elektrárne dostatočnou rýchlosťou, aby dodával energiu do súkromných domov, malých fariem alebo škôl vo vidieckych oblastiach.
Ale v každom sude medu je najmenej jedna muška v masti. Vietor sa nedá tlmiť, nie vždy fúka, najmä v rovnakom smere a rovnakou rýchlosťou. Technologický pokrok nezastaví. Ak dnes veterné farmy pre súkromný dom, ktoré vyrábajú stovky kilowattov elektrickej energie, už nie sú raritou, zajtra sa z nich môžu stať desiatky megawattov denné rutiny. V každom prípade už existujú veterné farmy s kapacitou najmenej 5 mW.
Výhody a nevýhody veterných elektrární
Okrem využívania voľnej veternej energie a nezávislosti od vonkajších zdrojov elektrickej energie majú veterné elektrárne niekoľko významných výhod. Neexistuje žiadny environmentálny problém ukladania a zneškodňovania odpadu a spôsob výroby energie je jedným z najekologickejších pre životné prostredie. Nehovoriac o tom, ako veterná turbína esteticky vyzerá proti oblohe, možno považovať za svoju výhodu, že zariadenie môže byť stacionárne aj mobilné.
Okrem toho je už dnes možné vybrať veternú farmu vhodného modelu a kapacity alebo použiť zariadenie kombinujúce použitie viacerých zdrojov energie, tradičných a alternatívnych. Môže to byť dieselová alebo solárna veterná elektráreň.
Nevýhody majú aj veterné farmy. Po prvé, sú tak hlučné, že veľké zariadenia sa musia vypnúť v noci. Po druhé, často narúšajú letovú prevádzku alebo rádiové vlny. Po tretie, musia sa umiestniť na skutočne obrovské oblasti. A existuje ďalšia významná nevýhoda lobovaných štruktúr - musia sa vypnúť počas masových sezónnych letov vtákov.
Typy veterných fariem
Podľa funkčnosti elektrárne možno veterné farmy rozdeliť na stacionárne a mobilné alebo mobilné.Výkonné stacionárne zariadenia si vyžadujú celý rad prípravných prác, sú však schopné akumulovať dostatočné množstvo elektriny na použitie v pokojnom počasí v nabíjateľných batériách.
Konštrukcia mobilných elektrární je jednoduchšia, nenáročná, ľahko sa inštaluje a ľahko sa ovláda. Zvyčajne sa používajú na napájanie elektrických spotrebičov alebo na cestách.
Dizajn rozlišuje medzi veternými a rotorovými veternými farmami.
V mieste inštalácie veternej farmy sú:
- zem. Sú inštalované na zemi a sú najbežnejšie dnes;
- prímorský. Sú postavené v pobrežných zónach morí a oceánov, kde v dôsledku nerovnomerného zohrievania pôdy a vody vetrie stále;
- offshore. Sú postavené v mori vo vzdialenosti 10-15 km od pobrežia, kde morské vetry neustále fúkajú;
- plávajúce. Nachádzajú sa tiež približne v rovnakej vzdialenosti od pobrežia ako na mori, ale na plávajúcej plošine.
Z pohľadu elektrárne sú veterné turbíny priemyselné a domáce.
Krídlová veterná farma
Veterné farmy, ktoré sú lídrami na trhu s veternou energiou, sa zoznámili. Pri vysokom sne je čepeľový mechanizmus nainštalovaný s vodorovnou osou rotácie, hlavne trojlistou, a jeho sila závisí od veľkosti čepele. Takáto zostava dosahuje svoju maximálnu rýchlosť otáčania, keď sú čepele kolmé na prúdenie vetra, preto jej konštrukcia umožňuje automatické zariadenie na rotáciu osi otáčania vo forme stabilizačného krídla na malých a elektronických systémoch riadenia otáčania na výkonnejších staniciach.
Veterné farmy s krídlami sa líšia hlavne počtom lopatiek. Môžu byť multi-blade, 2-blade, dokonca aj s jedným kotúčom a protizávažím.
Rotačné veterné farmy
Rotačné alebo rotačné veterné elektrárne majú zvislú os otáčania a sú nezávislé od smeru vetra. Toto je dôležitá výhoda pri použití povrchových stáčacích prúdov vzduchu. Nevýhodou tejto veternej farmy je použitie viacpólových generátorov, ktoré pracujú pri nízkych rýchlostiach a nie sú rozšírené.
Tieto inštalácie sa pohybujú pomaly a v dôsledku toho nevytvárajú veľa hluku. Ich výhodou je navyše jednoduchosť elektrických obvodov, ktoré nie sú narušené náhodnými nárazmi vetra.
Odborníci sa domnievajú, že rotačné veterné farmy sú najsľubnejšie pre veľkú veternú energiu. Je pravda, že na podporu takéhoto zariadenia musí byť naň použitá vonkajšia energia. Len keď dosiahne určitý aerodynamický výkon, prejde z motorového režimu do generátora.
Kombinovaný systém vetra a nafty
Nevýhoda veterných turbín - nerovnomerné dodávky elektrickej energie - vo veľkých sieťach je kompenzovaná veľkým počtom zariadení.
Túto nevýhodu môžete tiež kompenzovať kombinovanými systémami, v ktorých existujú špeciálne zariadenia, ktoré rozdeľujú zaťaženie medzi veternou elektrárňou (veternou turbínou) a naftovým motorom. Autonómne siete s nízkym príkonom od 0,5 do 4 MW spojené s dieselovým motorom preto môžu pracovať spoľahlivo a rovnomerne.
Moderné vybavenie, ktoré ročne ušetrí asi 65% tekutého paliva, vám umožní v prípade potreby pripojiť naftový motor alebo ho vypnúť za pár sekúnd.
Domáce a priemyselné veterné farmy
Domáce veterné elektrárne majú výkon od 250 W do 15 kW, môžu pracovať v spojení so solárnymi panelmi, s batériou alebo bez batérie.
Elektrina vyrábaná z domácich veterných elektrární je pomerne drahá, často sa však stáva, že jednoducho neexistujú žiadne iné zdroje.
Domáce veterné farmy v Rusku sa vyrábajú s jednosmerným generátorom, ktorý nabíja batérie až do 800 Ah. Všetky domáce spotrebiče môžu pracovať z takýchto batérií v dome: televízor, rýchlovarná kanvica atď.
Proces nabíjania batérií po odpojení záťaže môže byť pomerne dlhý, v závislosti od sily vetra a sily generátora.
Na ruskom trhu sú aj domáce domáce veterné farmy, ktoré sú dosť drahé, ale zvyčajne vydávajú menej ako polovicu menovitého výkonu.
Priemyselné veterné farmy sa vyznačujú výrazne väčším výkonom a sú zvyčajne integrované do jednotlivých sietí.
Súkromné veterné farmy majú vo všeobecnosti kapacitu 3 až 5, menej často 10 kW. Ak priemerná ročná rýchlosť vetra v regióne dosiahne 3 - 4 m / s, potom môže takáto veterná farma poskytnúť elektrickú energiu priemernému vidieckemu domu, čerpacej stanici alebo malej kaviarni.
Hlavné charakteristiky veternej farmy
Menovitý výkon je hlavným ukazovateľom, ktorý charakterizuje všetky elektrárne, veterné turbíny nie sú výnimkou. Je určovaná energiou generovanou generátorom pri priemernej rýchlosti vetra 12 m / s a závisí od typu stanice.
Ďalším dôležitým ukazovateľom je menovité napätie veternej farmy, ktoré generátor generuje. Môže byť buď 220 V alebo 12 V a 24 V.
Výkon generátora závisí od výkonu turbíny. Pretože výkon turbíny je vyšší, čím väčší je jej priemer, a teda čím je stožiar silnejší, je tento ukazovateľ dôležitý pri výbere a výpočte konštrukcie stožiara.
Veterná turbína má niekoľko ďalších charakteristík. Jeho výkon je dôležitý - je to množstvo elektrickej energie, ktorú zariadenie ročne vyrába. Pri výbere veternej turbíny je potrebné poznať maximálnu rýchlosť vetra, ktorú turbína vydrží, a jej minimálnu (počiatočnú) rýchlosť, pri ktorej sa začne otáčať. Pri výbere rýchlosti otáčania turbíny a počtu lopatiek hrajú rolu.
Princíp činnosti a usporiadanie veternej farmy
Vo veternej farme prúd vzduchu otáča kolesom s lopatkami, z ktorých sa krútiaci moment prenáša na iné mechanizmy. Čím väčšie sú rozmery kolesa, tým väčší je prúd vzduchu, ktorý zachytáva, a preto sa otáča rýchlejšie.
V jazyku fyziky sa lineárna rýchlosť vetra prevádza na uhlovú rýchlosť rotácie osi generátora, ktorá následne prevádza rotačný pohyb na elektrickú energiu a prenáša ju cez ovládač na batérie. Na výstupe zo zariadenia je elektrina už vhodná na použitie v domácnosti.
To znamená, že malá veterná farma sa skladá z turbíny, lopatiek, chvosta (otočný mechanizmus), stožiara s predlžovacími káblami, batériami, regulátora nabíjania a invertora, ktorý prevádza 12 V na 220 V.
Okrem týchto zariadení obsahuje priemyselná veterná farma tiež systémy sledovania smeru vetra a jeho rýchlosti, stavu generátora vetra a ochrany proti výbojom blesku. Stožiar sa okrem toho nezaoberá bremenom väčšieho rozsahu a je nahradený vežou, v ktorej je umiestnené všetko ďalšie vybavenie.
Dizajn veternej farmy
Hlavným ukazovateľom, ktorý vám umožňuje rozhodnúť sa o použití veternej farmy, je priemerná ročná rýchlosť vetra, ktorá by mala byť aspoň 5 m / s. Je pravda, že dnes už existujú ľahko rozptýliteľné veterné farmy určené na napájanie súkromných domácností, ktoré začínajú pracovať s minimálnou rýchlosťou vzduchu 3,5 m / s.
Na určenie tohto ukazovateľa sa používajú špeciálne veterné mapy.
V rôznych klimatické zóny Ruska Boli vykonané merania rýchlosti vetra, aby sa zistilo, aké efektívne sú veterné farmy. Veterné turbíny a stanice už fungujú v Kaliningradskej oblasti, na veliteľských ostrovoch, v Murmansku, v Sakhskej republike (Jakutsko) a Baškortostane.
Pri rozhodovaní o inštalácii veternej elektrárne alebo súkromnej veternej farmy je vhodné začať s odborníkmi, ktorí pomocou anemometrov vykonajú výskum smeru a sily vetra a zostavia mapy dostupnosti svojej energie.Na základe týchto údajov je vypočítaná a vyvinutá konštrukcia veterných turbín alebo konštrukcia niekoľkých zariadení, jej technické a geometrické parametre.
Nie je možné vybudovať dostatočnú kapacitu priemyselnej veternej farmy bez investorov a dobre vykonané výpočty a dokončený projekt pomôžu určiť dobu návratnosti projektu a prilákať ďalšie finančné prostriedky.
Súkromné veterné farmy
Podľa výrazne podceňovaných štatistík, ktoré nezohľadňujú samostatné vzdialené budovy a stavby, asi 30% súkromných domácností vo vidieckych oblastiach, kde nie je možné z elektrických dôvodov položiť elektrické siete, nemá elektrinu. Nie všade sú dokonca aj generátory tekutého paliva. A to je v 21. storočí!
Štúdie ukázali, že veterné elektrárne rôznych kapacít môžu byť inštalované v mnohých oblastiach severného a ďalekého severu, na Sachalin a Kamčatka, v regióne Dolného Volhy, Sibíri, Karélii a na severnom Kaukaze.
Výber inštalácie je ovplyvnený potrebami zákazníka. Ak je potrebné zabezpečiť prevádzku poľnohospodárskych strojov, bude sa s touto úlohou vyrovnať nízkoenergetický veterný generátor. Ak potrebujete elektrifikovať celú budovu, vytvoriť pouličné osvetlenie, zabezpečiť vykurovanie domu, musíte vykonať projekt veternej elektrárne.
Okrem priemernej mesačnej rýchlosti vetra a jej smeru je potrebné počítať aj priemernú mesačnú spotrebu a špičkové zaťaženie elektrinou. Ak je to potrebné, takéto výpočty sa dajú ľahko vykonať nezávisle.
Existuje ďalší ukazovateľ, ktorý ovplyvňuje náklady na vybavenie a inštaláciu veterných turbín. Toto je výška stožiara. Čím vyššia je štruktúra, tým vyššia je rýchlosť vetra a sú drahšie. Podľa odborníkov je optimálna výška stožiaru 10 väčšia ako najvyššia strom alebo budova v okruhu 100 m.
Veterná farma pre domácich majstrov
Na prevádzku elektrického čerpadla, televízie, osvetlenia alebo iných nízkoenergetických elektrických spotrebičov v letnej chate sa dá veterná elektráreň vykonať vlastnou rukou, ak existujú nejaké znalosti o elektrotechnike.
Existujú referenčné údaje a odporúčania na výber výkonu veterného generátora, veľkosti a počtu jeho lopatiek a pomerne podrobné pokyny o tom, ako vyrobiť veternú elektráreň vlastnými rukami, z ktorých materiálov a komponentov.
V Európe dnes rastú investície do výstavby veľkých veterných elektrární. Masová výstavba znižuje náklady na jeden kilowatt a približuje ju k cene elektrickej energie získanej z tradičných zdrojov.
Konštrukcia veterných fariem sa neustále zdokonaľuje, zlepšujú sa aerodynamické a elektrické ukazovatele, znižujú sa straty.
Ekonómovia odhadujú, že domáce veterné farmy sú nákladovo najefektívnejšie energetické projekty. V budúcnosti sľubujú nezávislosť od negatívnych trendov na tomto trhu.
