Жел энергиясының пайдаланылуы

Жел энергиясының пайдаланылуы — электр энергиясын өндіру үшін және әр түрлі механизмдерді (су сорғысы, ұн тартатын диірмен және т.б.) әрекетке келтіру үшін желдің механикалық энергиясын жел электр станциясы арқылы пайдалану. Энергияның қалпына келетін көзіне жатады. Қуаты 50—100 киловатт (мұнарасының биіктігі 15—25 м) электр станциялары едәуір сенімді және тиімді болып саналады. АҚШ, Дания,Голландия, Германия және т.б. елдерде едәуір арзан электр энергиясын өндіретін көп жел қондырғылары жұмыс істейді. Қытайда жел энергиясын пайдаланатын 120 мыңнан астам шағын жел генераторы және 1600 сорғы жұмыс істейді. Осыған ұқсас жұмыстар біздің елімізде де басталды. Қазақстанда негізінен жел көздері жеткілікті. Олар: Жетісу (Жоңғар) қақпасы, Сөгеті жазығы (Алматы облысы), Қордай (Жамбыл облысы), Бейнеу, Жетібай (Маңғыстау облысы), Атырау, Индер, Мұғалжар өңірлері, Ерейментау , Сілеті (Ақмола облысы), Балқаш, Топар(Қарағанды), Жоталы (Қызылорда облысы), Жалпақтау (Батыс Қазақстан облысы) және т.б. Форт-Шевченкода 45 күн жылдамдығы 15 м/с-тан асатын күшті жел соғады. Бүл өте мол энергия көзі. Сондықтан жел күшін тиімді пайдалану өте маңызды. Алайда энергияның экологиялық таза көзінің де кейбір проблемалары болады (теледидарға бөгет болатын ультра-дыбыстық сәуле шығарады; жануарлар әлеміне, әсіресе құстарға және т.б. теріс өсер етеді). Мысалы, Голландияда теңіз жағасында 3 километр ұзындыққа жел қондырғыларының батареясы орналастырылған. Бұл жерде биіктігі 36 метр, ұшқалақты роторының диаметрі 25 метр болатын конус тәрізді темірбетон мұнара салынған. Голландияда жыл сайын электр берілісі желісінен шамамен 40 мың ірі құс, ал көктемгі және күзгі ауу кезінде, егер электр берілісі сызығы құс қайту жолын қиып өтетін болса жылына 70 мыңға дейін (электр берілісі сызығының 1 километріне шаққаңда) құс өлетіні есептелді. Осыған ұқсас жағдай Калифорнияда да болған. Мұнда АҚШ-та жел агрегаттарымен өндірілетін барлық энергияның шамамен 90%-ын 16 мың жел қондырғылары өндіреді. Алайда, жалпы жел энергиясы бірқатар шетелде өндірілетін электр энергиясының 5-10%-ын ғана береді. Жел энергиясын одан әрі дамыту қазба отын пайдаланылатын дәстүрлі электр станциялары шығаратын ластағыш заттектер шығындыларын болдырмауға мүмкіндік береді.

 

Жел энергетикалық қондырғылардың техникалық базасы тұрақты түрде дамып отырады.

Оны қазіргі кезде қолданыстағы жел қозғалтқыштарының бірнеше түрге жіктелуінен көруге болады.

Жел энергетикалық қондырғылар (ЖЭҚ) жел энергиясын басқа энергия (электр, механикалық,

жылу жəне т.б.) түріне түрлендіруге арналған өзара байланысқан қондырғылар тобы болып табылады.

Жел агрегаты, негізгі бөлігі ЖЭҚ болып табылады, ол жел қозғалтқышынан, жүктеме (тұтынушы) жəне тікелей жел энергиясын тұтынушыларға (электр машиналық генератор, су сорғысы жəне т.б.) жел қуатын беретін жүйеден тұрады.

Жел қозғалтқышы – желдің кинетикалық энергиясын механикалық энергияға түрлендіру үшін арналған құрылғы.Жел қозғалтқышының қалақшалар жүйесі əр түрлі құрылыммен жасалады. Қазіргі заманғы жел қозғалтқыштарының қалақшалар жүйесі қанатшалар сияқты қатты («қанатшалы» немесе пропеллерлі жел қозғалтқыштары) болады.

Сонымен қатар, қалақшаларының орнына айналатын цилиндрлер қолданылады (Магнус эффектісін қолдану арқылы). Одан басқа жұмсақ заттан жасалатын (желкенді) қалақшалар да бар.

Сонымен, қалақша – айналу моментін тудырушы бөлігі жəне жел қозғалтқышының негізгі бөлігі болып табылады.

Жел қозғалтқышының қалақшалар жүйесі айналу осіне қарай көлбеу немесе тік болып бөлінеді. Жел қозғалтқышының айналу осі жел жылдамдығының векторына параллель орналасқан болса, көлбеу ості деп атаймыз (2–сурет).

                              2–сурет. Көлбеу ості жел қозғалтқыш:

                                       1– фундамент; 2–тірек сақина; 3– кірісі;

                                       4–мұнара; 5–жетекті айналатын сақина;

                                       6–қалақша; 7-муфта; 8-редуктор;

                                       9-тежегіш диск; 10-генератор

     Жел қозғалтқышының айналу осі жел жылдамдығына, сонымен қатар жерге перпендикуляр орналасса, онда ол тік ості болып табылады (3–сурет).

 

 

 

            3–сурет. Тік ості жел қозғалтқыш:

    1–  қалақшалары; 2–негізгі білік; 3–редуктор;

    4–генератор; 5–фундамент

 

 

 

Нақты жел қозғалтқышын есептегенде немесе жобалағанда жел қарқындылығына ғана емес, сонымен қатар жел қондырғысының ерекшеліктеріне де байланысты болады. Сондықтан, ЖЭҚ қуат деңгейі, қолдану аймағы, басқару тəсілі, тұтынушыға жел қуатын беру жүйесіне қарай жіктеледі.

ЖЭҚ қуат деңгейіне қарай  төрт топқа бөлінеді: өте аз қуатты, 5кВт дейін; аз қуатты, 5-тен 99 кВт арасы; орташа қуатты, 100-ден 1000 кВт дейін; аса қуатты, яғни қуаты 1 МВт жоғары болады.

Əр топтың жел қондырғылары бір-бірінен құрылымымен, фундамент түрімен, жел агрегатының орнату тəсілімен, реттеу жүйесімен, жел қуатын беру жүйесімен, монтаждау тəсілі жəне қызмет көрсетуімен ерекшеленеді.

Жел қозғалтқыштарының əр түрлі негізгі жəне қосымша белгілері бойынша жіктеуге болады. Негізгі белгілерінің бірі еркін атмосфералық ағындағы жел жылдамдығы V0 векторына қатысты жел қозғалтқышының роторларының бұрыштық айналу жылдамдығының ориентация векторы Ω болып табылады. Сондықтан жел қозғалтқыштар белгілері бойынша коллинеарлы жəне ортогоналды болып бөлінеді. Коллинеарлы – V0 жəне Ω векторлары параллель немесе қарсы параллель болатын жел қозғалтқыштар деп аталады. Ортогональды деп жалпы жағдайда V0 жəне Ω векторлары перпендикуляр болатын жел қозғалтқыштарын айтады. Екеуінің төмендегідей тек дербес екі жағдайы бар:

 

 

1. Айналу векторы Ω жерге перпендикуляр, яғни тік ості жел қозғалтқышы, ол кейдероторлы немесе каруселді деп аталады.

2. Айналу векторы Ω жер бетіне параллель болса, онда ол барабанды деп аталады.

         Векторлар V0 жəне Ω сүйір бұрыш (0 мен 90° арасы) болуы мүмкін, мұндай жел қозғалтқыштар иілген оcті деп аталып, оған мысал ретінде шнек қозғалтқышын айтуға болады (5- сурет, е)

 

Жел қозғалтқышының ауа ағынының қалақшалар жүйесіне бағытталған күштік аэродинамикалық əсерінің принципі бойынша негізгі белгілеріне қарай келесідей бөлуге болады:

1) қозғалысы кезінде қалақшалар жүйесінде (қатты қалақшалар, айналатын цилиндрлер) көтергіш күшті қолданатын жəне айналу моментін тудыратын жел қозғалтқыштар;

2) қозғалысы кезінде қалақшалар жүйесінде аэродинамикалық күш айырмасын

қолданатын, қалақшалар жүйесінің  жұмыс элементтерінде (қанатты қалақшаларда немесе басқа беттерде) жел бағытымен немесе қарама-қарсы бағытта болатын, яғни бетінде аэродинамикалық едергі айырмасы болатын жел қозғалтқыштар.

Бірінші типтің жел қозғалтқыштарына 2-суретте көрсетілген жел қозғалтқышы жатады. Ал екінші жел қозғалтқыштарына жел жылдамдығын өлшейтін анемометрі бар ожаулы роторлы жел қозғалтқыштары мысал бола алады.

Барлық мүмкін болатын жел қозғалтқыштарының əр түрлі құрылымдық сұлбалары 4-6- суреттерде көрсетілген.

Коллинеарлы көлбеу ості жел қозғалтқыштар қанат бетіндегі айнала ағу кезінде болатын, көтергіш күшті қолданады (4-сурет, а-в, д-и), сонымен қатар, айналмалы цилиндр бойындағы ағын кезіндегі Магнус эффектісіне негізделген көтергіш күш болады (4-сурет, г).

 

 

                4-сурет. Көлбеу ості коллинеарлы жел қозғалтқыштары:

              а – бір дөңгелекті, қалақшалары аз; б – бір дөңгелекті, қалақшалары көп; в – велосипед типті;

             г –Флетнер роторы; д – желкенді; е – екі қарама-қарсы айналатын роторлар;

             ж –дөңгелек генератор; з – көп дөңгелекті, көп ості; и – пневматикалы редуктор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Ортогональды тік ості жел қозғалтқыштарда көтергіш күші (5-сурет, а-г), сонымен қатар аэродинамикалық кедергі күші де (5-сурет, д - з) қолданылады

 

 

 

 

                  5-сурет. Ортогональды тік ості жел қозғалтқыштар:

а – Дарье роторы; б – Н-типті ротор; в – Масгроув роторы; г – «жиромилл» роторы; д – Савониус роторы

(жоғарыдан қарағанда); е – шнек роторы; ж – ожаулы ротор (анемометр, жоғарыдан қарағанда);

з – пластикалық экраны бар ротор (жоғарыдан қарағанда); и – бағытталғыш щиттері бар ротор.

 

 

 

 

 

Ортогональды көлбеу ості жел қозғалтқыштарында көтергіш күшті пайдалатын (6-сурет, а) жəне аэродинамикалық кедергі күшін (6-сурет, б – г) қолданылатын түрі болады.

 

     6-сурет. Көлбеу ості ортогональды жел қозғалтқыштар:

а – Лафонд роторы; б – бұрылмалы қалақшалы ротор; в – пластинкалы экранды ротор

(барабанды); г – Савониус роторы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ауа ағынын жинағыш құрылғыларды қолдану арқылы жел ауа ағынымен жел қозғалтқышының бетімен əсерлесуін жоғарылатады. Ол жел қозғалтқышы арқылы ауаның мөлшерін барынша көп қолдану мақсатында жасалған (7-сурет).

            7-сурет. Ауа жинағыш құрылғысы бар көлбеу жəне тік ості жел қозғалтқыштар:

 а – қамтамасы бар ротор,

б - ауа қабылдағыш құрылғысы бар, в – торнадо мұнарасы бар,г – гелиоконцентраторлы жел қондырғысы

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті

География және табиғатты пайдалану факультеті

 

                                  Пәннің аты: Альтернативті энергия көздері

 

 

                                     СОӨЖ 7

Тақырыбы: Жел энергиясы және қондырғылары

 

	Жұмыстың орындалу сапасы	Бағалау сипаттамасы	Баға
1	Орындалған жоқ
2	Орындалған
3	Материалды өз бетімен  жүйелеу
4	Жұмысты орындау талабына сай уақыты мен көлемі
5	Қосымша әдебиеттерді пайдалану
6	Орындалған тапсырманың  дәйектілігі
7	Қорғау

 

 

                                                               

                                                                                    Оқытушы: Каримов А.Н.

                                                                  Орындаған: Мағазова А.

 

 

 

 

                                                          Алматы,2013