Альтернативные источники питания

5. Какое количество аккумуляторов  необходимо, и какой мощности?  
Мощность и количество аккумуляторных батарей зависит от мощности ВЭС и ваших потребностей. Другими словами, этот вопрос поможет решить компания-специалист при проектировании.

6. Что происходит с ветрогенератором  при штормовом ветре?  
При скорости ветра более 20-25 м / с ветроколесо останавливается с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение. Таким образом, нагрузка на ветроколеса снижается. Это наиболее безопасный вариант защиты ВЭУ. Другие варианты уменьшения скорости вращения, связанные с созданием противодействия за счет торможения генератором, являются потенциально опасными как для ВЭУ, так и для жизни.

7. Существуют ли правила установки  ВЭС?  
* Турбулентность. Ветротурбина должна располагаться на 10 метров выше, чем высший объект в радиусе 100 метров (включая ЛЭП);  
* По возможности, ВЭС должны располагаться на открытых участках (берегах рек, морей, озер);  
* Орография местности. Следует учитывать, что в природных ущельях, каньонах поток воздуха имеет свойства сжиматься, в результате чего увеличивается скорость воздушного течения.

8. Какое дополнительное оборудование  необходимо для работы ВЭС?  
* Инвертор - важное звено системы, преобразует напряжение в 220 или 380 вольт пригодные для электроприборов;  
* Аккумуляторы - объекты, в которых накапливается электроэнергия;  
* Средство управления (контроллер) - прибор, позволяющий управлять ВЭС;

9. Какие требования к месту  установки дополнительного оборудования  для ВЭС?  
Для установки инвертора, контроллера и аккумуляторных батарей особых требований нет, но помещение должно вентилироваться и температура воздуха должна всегда быть плюсовой.

10. Почему в схожих по мощностям  ВЭС скорость вращения ротора  отличается в разы?  
Старые модели маломощных ВЭС используют генераторы с мультипликатором, который повышает скорость вращения ротора до требуемого значения, чтобы в дальнейшем происходило генерирование электромагнитного поля (а затем и самого тока). В более новых моделях используются генераторы на постоянных магнитах, для эффективной работы им достаточно 200-500 оборотов в минуту.

11. Необходимо ли частным лицам  получать разрешение на установку  ВЭС?  
Ситуация для Украине: согласно пункту 5 Постановления Кабинета Министров Украины от 15.07.98 № 1094 «О государственной экспертизе по энергосбережению» и дополнение № 3 «Инструкции о порядке передачи документации и осуществления государственной экспертизы по энергосбережению» ветроэнергетические установки энергоемкостью до 75 кВт не подлежат обязательной государственной комиссии по энергосбережению. Импортные ветроэнергетические установки также не подлежат сертификации. Но следует помнить, что в каждой стране существуют свои законы.

12. Влияет ли работа ветрогенераторов  на работе ТВ и радиоприемников?  
Нет

13. Безопасно ли жить рядом  с работающим ветрогенератором?  
Да, малые ветряные установки (до 100 кВт) абсолютно безопасны для жизни.

14. Какой расчетный срок службы  ВЭУ?  
В зависимости от условий эксплуатации срок службы ВЭУ составляет от 15 до 25 лет.

15. Как определить среднегодовую  скорость ветра в том месте, где будет установлен ветряк?  
Для получения таких данных необходимо проводить исследования в течение года.

16. Какова стоимость монтажа  ветряной установки?  
Стоимость монтажа зависит от многих факторов и составляет 10-20% от суммарной стоимости.

17. Как должна быть расположена  ось ветроколеса: горизонтально  или вертикально? Какое оптимальное  количество лопастей должен иметь  ветрогенератор?  
Существует множество вариантов конструкции ветровых установок, но на сегодня 95% всех выпущенных в мире ветрогенераторов - трехлопастные с горизонтальной осью.

18. Можно комбинировать ветрогенераторы  с другими источниками энергоснабжения?  
Ветрогенераторы могут быть связаны с солнечными батареями, а также с дизельным, бензиновым или газовым генераторами

Энергия ветра: вчера, сегодня, завтра.

Еще с незапамятных времен люди использовали энергию ветра. Первоначально человек научился преобразовывать кинетическую энергию воздушного потока (ветра) в механическую. Появилось огромное разнообразие ветряных мельниц, значительно облегчивших жизнь людей того времени. Идея ветрогенератора для выработки электрической энергии с использованием энергии ветра появилась чуть более 100 лет назад.

Пытливая мысль изобретателей создала огромное разнообразие конструкций ветроустановок: 
- по расположению оси вращения лопастей (горизонтальная, вертикальная, наклоненная);  
- по количеству лопастей (одна, две, три и более); 
- по мощности (от десятков Ватт до нескольких МВатт); 
- по форме лопастей, по конструкции генераторов и т.д. и т.п.

Но погоня за увеличением мощности привела к появлению и новых проблем: 
1. Габариты современных ветроустановок и динамические нагрузки, воспринимаемые ими, привели к тому, что прочностные характеристики материалов, из которых они строятся, стали сдерживающим фактором. Дальнейшее наращивание мощности (габаритов) ветроустановки возможно только с применением самых новых, а значит и более дорогих, материалов. Это соответственно сказывается на росте и без того высоких цен вырабатываемой ими электроэнергии.  
2. Более мощные ветроустановки требуют больших скоростей ветра. В наше время все более сложно найти места для размещения ветроустановок, а энергии человечеству нужно все больше и больше.

Сегодня ветроэнергетика переживает период бурного роста. Темпы роста достигают 30 % в год. Но, наравне с энтузиастами ветроэнергетики, в последнее время все больше появляется и скептиков. Это и понятно. Ветроэнергетика, обладая такими достоинствами, как экологическая чистота производства электроэнергии и использование возобновляемого источника энергии, имеет и ряд существенных недостатков. Это низкое качество производимой энергии, создание всевозможных помех теле- и радиосигналам, негативное воздействие в звуковом диапазоне на фауну, необходимость в дополнительных резервных энергогенерирующих мощностях традиционной конструкции и т.д.

Все больше людей, обеспокоенных негативными тенденциями в ветроэнергетике, совершенно обоснованно задают вопросы: Какова перспектива у ветроэнергетики? Займет ли ветроэнергетика экономически значимое место в мировой энергетике? Оправдаются ли инвестиции в ветроэнергетику? и т.п.

Ситуация на мировом рынке нефти и газа подталкивают к развитию видов генерации, использующих возобновляемые источники энергии. Но высокая цена такого электричества и его низкое качество не прибавляют оптимизма в оценке перспектив ветроэнергетики.

Человечеству крайне необходим новый надежный источник электроэнергии, отвечающий требованиям нашего времени: 
1. Низкая цена производимой электроэнергии. 
2. Высокое качество производимой электроэнергии. 
3. Объем производимой энергии должен удовлетворять постоянно растущей потребности. 
4. Экологическая чистота производства электроэнергии. 
Один из вариантов производства электроэнергии, во многом удовлетворяющим перечисленным требованиям, представлен ниже.

Все новое – хорошо забытое старое.

Принципиально, вся ветроэнергетика построена на двух элементах: источнике энергии (ветер) и приемнике энергии (ветроустановка). 
С первых шагов освоения энергии ветра и до нашего времени изобретатели занимались совершенствованием приемника энергии, а источник энергии (ветер) воспринимался ими как данное природой и не поддающееся управлению.  
Во многом именно это обусловило проявление большинства недостатков, присущих современной ветроэнергетике.

 

Рис. 1. Техническая система «ветер – ветроустановка».

 

Но в технической системе «ветер – ветроустановка», оба составляющих элемента одинаково значимы. Только управление всеми элементами системы позволяет получить высокую эффективность ее работы.

Совершенствуя приемник энергии, человек откинул идею управления воздушным потоком прочь за ненадобностью. А зря! При современном уровне технического развития управление такими системами может быть организовано очень эффективно.

Но развитие ветроэнергетики пошло другим путем. В настоящее время практически все ветроустановки работают на одном принципе: снятия энергии со свободно набегающего воздушного потока.

Мы решили разработать принципиально новую техническую систему, которая позволила бы управлять как источником энергии, так и ее приемником. Таким образом, используя опыт и знания, накопленные человечеством в области строительства и эксплуатации ветроустановок, мы сможем значительно повысить их эффективность работы за счет управления параметрами воздушного потока (источника энергии).

Одним из результатов наших многолетних исследований стала ветроустановка башенного типа. Она позволяет, с той или иной степенью эффективности, управлять всеми элементами системы «ветер – ветроустановка».

Ветроустановка башенного типа состоит из следующих основных элементов: аппарата сбора энергии, генератора, аппарата концентрации энергии и системы управления.

 

Рис. 2. Принципиальная схема конструкции башенной ветроустановки (БВУ).

 

Аппарат сбора энергии выполнен в виде вертикального цилиндра, стенки которого собраны из профилированных поверхностей, образующих сквозные каналы, соединяющие внешнюю поверхность цилиндра с его внутренним вертикальным каналом (входные конфузорные каналы). Их задача - «захватить» набегающий воздушный поток, развернуть его вверх вдоль вертикальной оси установки и направить на лопасти генератора.

Генератор с лопастями размещен внутри аппарата концентрации энергии. Генератор преобразует кинетическую энергию воздушного потока в электрическую энергию.

Аппарат концентрации энергии конструктивно выполнен в виде вертикальной трубы, внутреннее сечение которой плавно уменьшается к центру, где и расположен генератор. Внутренний объем этой трубы является продолжением внутреннего вертикального канала аппарата сбора энергии. Такая конструкция данного узла позволяет повысить концентрацию кинетической энергии воздушного потока на лопастях генератора.

Система управления (на рисунке не показана) обеспечивает своевременное открытие конфузорных каналов башни со стороны набегания внешнего воздушного потока и закрытие всех остальных конфузорных каналов.

Чем принципиально отличается башенная конструкция от ветроустановок, преобразующих энергию свободно набегающего воздушного потока?  
1. Она позволяет управлять энергией воздушного потока, путем ее концентрации на лопастях генератора.  
2. Отпадает необходимость в настройке лопастей ротора генератора «на ветер». Генератор, с вертикальной осью вращения, стационарно установлен в верхней части установки. Ветер сам «настраивается» на генератор благодаря конструкции аппарата сбора энергии.  
3. Значительно повышается мощность воздушного потока, приходящая на лопасти ротора генератора. Конструкция аппарата концентрации энергии позволяет повышать скорость воздушного потока во внутреннем вертикальном канале установки и соответственно, повышать его мощность. 
Проведенные экспериментальные исследования моделей в аэродинамической трубе (рис. 6) показали увеличение выработки энергии генератором, установленным в башне более чем в 4 раза, а для малых скоростей воздушного потока – более чем в 10 раз. (рис. 7 и 8).

 

Рис. 6. Схема сравнительных лабораторных испытаний ветроустановки башенного типа.

 

 

Рис. 7. Выработка электрической энергии генератором

 

 

Рис. 8. Относительное увеличение выработки энергии при размещении генератора в башне.

 

Для подтверждения полученных лабораторных результатов была построена опытно-экспериментальная установка в масштабе 20:1. Схема испытаний – сравнительная (аналогична используемой в лаборатории), представлена на рис. 9.

В сравнительных испытаниях на полигоне мы использовали генераторы на постоянных магнитах СВ-1.2/30.

 

 

Рис. 9. Схема сравнительных испытаний в условиях полигона

 

 

Рис. 10. Выработка электрической энергии генераторами

 

 

Рис. 11. Относительное увеличение выработки энергии генератором в башне.

 

Анализ полученных результатов показывает значительный рост эффективности работы генератора при его размещении в башне – концентраторе:  
- Стартовая скорость ветра в два раза ниже по сравнению с традиционными конструкциями; 
- Скорость ветра, при которой генератор работает в номинальном режиме – в 2 раза ниже; 
- Коэффициент использования установленной мощности может достигать значения 0,6…0,7 (получено расчетным путем); 
- В 2–3 раза выше объем вырабатываемой энергии; 
- Объем выработанной энергии с единицы площади ометаемой поверхности, для всех диапазонов скоростей воздушного потока, вырос более чем в 5 раз, а в диапазоне низких скоростей - более чем в 10 раз.  
- Отвод земли на единицу установленной мощности, у ветроустановки башенного типа, самый низкий из всех видов генерации. 

Конструктивные особенности новой ветроустановки позволяют устранить многие недостатки, присущие ветроустановкам традиционной конструкции: 
1. Шумы и вредные для человека излучения, которые могут возникать в процессе работы генератора башенной ветроустановки, не выходят за конструктивные габариты установки. Это достигается благодаря тому, что генератор с лопастями расположен внутри ее вертикального канала. Современные материалы позволяют эффективно гасить или поглощать все вредные шумовое и вибрационное излучение. По этой же причине генератор и лопасти башенной ветроустановки не будут помехой распространению теле – и радиосигналам. 
2. Установка не наносит вред птицам. Предотвращение попадания птиц на лопатки генератора можно предотвратить за счет установки защитных сеток на входе в конфузорные каналы. Для предотвращения столкновения птиц с БВУ в ночное время суток, ее внешняя поверхность освещается. Это позволит улучшить и зрительное восприятие башни ВУ.