Дәстүрлі емес , сарқылмайтын энергия көзі - жел энергиясын пайдалану. Желқондырғы

Жел күшінен өндірілетін  энергия мөлшері желдің тығыздығына,  жел турбинасының қалақшаларының ауданына, жел жылдамдығының кубына  тәуелді  болады. Ендеше, осыларға жеке-жеке тоқталайық.

 

1.2. Ауа тығыздығы.

 

Желқондырғылардың қалақшалары ауа массасының қозғалысының әрекетінен айналады. Ауа қабатының массасы үлкен болса, соғұрлым жел двигателінің қалақшалары жылдам қозғалып, электр энергиясын көп өндіреді. Физика курсынан мынаны білеміз, қозғалатын дененің кинетикалық энергиясы оның массасына тура пропорционал, ендеше жел энергиясы ауа қабатының тығыздығына тура пропорционал. Тығыздық бірлік көлемге келетін молекулалар санына тәуелді. Қалыпты атмосфералық қысымды температура 15⁰С болған кезде, ауаның тығыздығы 1,225кг/м³. Ылғалдылық өскен сайын ауаның тығыздығы азаяды. Қыс мезгілінде тығыздық жоғары  болғандықтан, желдің бірдей жылдамдығына қарамастан, жазбен салыстырғанда жел генераторы  көп эенргия береді.

 

                                         1.3. Ротор ауданы.

 

Желтурбинасының қозғалатын бөлігін ротор деп атаймыз. Ротор жел ағының энергиясын көп қамтыса, соғұрлым көп электро энергия өндіреді. Ротордың ауданы ротордың диаметрінің ауданының квадратына тура пропорционал, жел- қондырғысының өлшемдерін екі есе арттырып, төрт есе энергия өндіріп алуға болады. Желқондырғысының өлшемдерін өзгерте отырып, энергияны қалағанымызша өндіреміз деп айтуға жеңіл, практикада басқаша. Айналдыру барысындағы қамтитын қалақшаларының ауданын біртіндеп үлкейту арқылы, біз істейтін жүйеге артық күш, салмақ түсіреміз. Осындай асқын салмақты көтеру үшін жүйенің кейбір механикалық құрамдас бөліктеріне зақым келмеуін ескеру өте маңызды.

 

                                      1.4. Жел жылдамдығы.

 

Жел жылдамдығы – желқондырғысының энергия өндіруіне әсер ететін маңызды өлшемі болып табылады. Желдің үлкен жылдамдығы ауа массасының ағынының көлемін үлкейтеді. Жел энергиясы жел жылдамдығының кубына тура пропорционал өзгереді. Ендеше, ротордың кенетикалық энергиясы жел жылдамдығын екі есе үлкейткенде 8 есе артады. Мына төмендегі кестеде жел жылдамдығының жел энергиясына тәуелділігі көрсетілген. (құрғақ  ауаның ты-

ғыздығы – 1.225 кг/м³, атмосфералық қысымның шамасы 760 мм.сын. бағанасы кезіндегі қалыпты жағдай).

 

 

 

м/с	Вт/м²
1	1
3	17
5	77
9	477
11	815
15	2067
18	3572
21	5672
23	7452

 

 

 

 

 

Энергия мөлшері мына формуламен есептеледі:

 

                                                      Е_ĸ=ρυ³/2

                               

                              υ-желдің жылдамдығы ,

                              ρ-ауаның тығыздығы

 

Энергия өлшем бірлігі ретінде (В/м²) алып отырмыз. Табиғи жағдайларға байланысты, желдің жылдамдығы да өзгеріп отырады. Желқондырғылардың конструкциялары жел жылдамдығының 3-30 м/с диапазон аралықтарында жұмыс істейтіндей етіп жабдықталған. Үлкен дауылдар желқондырғасын бүлдірмеу мақсатында, үлкен желқондырғысын тежеуіш механизммен жабдықтайды. Кішкентай желқондырғысы жел жылдамдығы 3 м/с  кем болған жағдайда жұмыс істей береді.

 

 

 

                                  Жел жылдамдығының шкаласы:

 

Жел жылдамдығы, м\с.	Жел түрлері
0-1.8	Жел жоқ кезде
1.8-5.8	Әлсіз
5.8-8.5	Қоңырсалқын
8.5-11	Әдеттегі
11-17	Күшті
17-25	Өте күшті
25-43	Теңіз дауылы
43 – тен жоғары	Құйын дауыл

 

 

1.5. Жер пішінінің кедір-бұдырлығы.

 

Жердің   кедір – бұдыр құрылымы мен ондағы өсімдіктер жел жылдамдығы-

ның төмендеуіне ықпалын  тигізеді. 1 км. жоғары қабатта кедір – бұдыр желдің жылдамдығына әсерін де тигізбейді. Жел жылдамдығының кемуі, атмосфераның төменгі қабаттарында жел ағынының жер бетінің кедір – бұдырының үйкелеуінен туындайды. Жел жылдамдығы орман –тоғайлы аудандарда, үлкен қалалы жерлер-

де кемісе, ал сулы аудандарда, аэропорт территориясында жел жылдамдығы баяуламайды. Үй, ғимараттар,  орман – тоғайлар және басқа объектілер жер жыл-

дамдығын баяулатып қана қоймайды, сонымен қатар турбулентті ағыстар туғызады.

Желқондырғысын орналастыру үшін, мамандар сол аймақтың жарамды-

лығын бағалай отырып, жер бетінен кедір – бұдырын классификациялау үшін жел потенциалын енгізді. Мысалы, жер бетінің кедір – бұдырын жоғары класс ретінде теңіз беті есептелінеді.

Жер бетінің кедір  – бұдыр классификациаларын төмендегідей бағалаймыз.

 

1. 0 – су беті ;
2. 0,5 – аэропорт ашық алаңы ;
3. 1 – ашық ауыл шаруашылық алқабы ;
4. 1,5 – алыс ораласқан үйлерден тұратын ауыл ;
5. 2-2,5 – үйлері бар, аздаған ағаштары бар ауыл ;
6. 3 – поселок, үлкен ауыл ;
7. 4 – үлкен қалалар.

 

Жел ығысуы деген түсінік  бар, ол жер бетіне жақындағанда, жел  жылдамдығының өзгерісін (төмендеуін) сипаттайды. Жел турбинасының диаметрі үлкен болып, мұнараның биіктігі онша үлкен болмаса, жел ығысуы кезінде жоғары позицияда тұрған қалақшаның жылдамдығы жоғары болып, төменгі позициядағы қалақшаның жылдамдығы төмендеп, желқондырғысының бүлінуіне әкеп соғады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1. Желэнергетикасының  пайдаланудың  даму тарихы.

 

 

  Бірнеше мыңдаған жылдар бойы адамдар      желді – энергия көзі ретінде пайдаланған. Қоғам мәдениетінің жаңа қалыптасқан кезінде жел энергиясын теңіз саяхатында пайдаланған. Ертедегі мысырлықтар 5 мың жыл бұрын жел энергиясын пайдаланып желкен көмегімен жүзген. Біздің заманымыздың 700 жылдары қазіргі Ауғанстан жерінде тік бекітілген осі бар жел машинасымен дақылдарды ұнтақтау үшін қолданған. Жерорта теңізінде орналасқан Крит аралында ұзын мұнараға бекітілген жел күшімен қозғалатын диірмен жер суландыру жүйесінің жұмысын атқарған. 14 ғасырда голландықтар жел диірменін жетілдіріп, дәнді-дақыл өнімдерін ұнтақтау үшін қолданды.

1854 жылы АҚШ-та жел  энергиясымен жұмыс істейтін  су тарту насосы іске қосылды. Су тарту насосының моделі жел диірменінен қалақшалар санының көптігімен және жел бағыты мен жылдамдығын анықтайтын аспап флюгердің болуымен ерекшеленеді. 1940 жылдары осындай жел күшімен қозғалатын диірменнің саны 6 миллиондай еді, оларды су тарту және электроэнергия алу мақсатында қолданды.

Осындай жел диірмендер мал шаруашылық фермасын сумен қамтамасыз етіп тұрды. 20 ғасырдың ортасында жел энергиясын қазіргі заман энергия қоры – мұнай орнын басты. Дүние жүзінің бірнеше рет мұнай дағдарысынан соң, қайтадан жел энергетикасына көпшіліктің қызығушылығы оянды. 70 жылдары мұнай бағасының өсуіне байланысты, энергетика сарапшылары жел энргиясын пайдалану шараларын ұсынды. Мемлекет қаржыландыру қолдауымен өткізілген зерттеулер мен эксперименттердің нәтижелері, жел энергиясын пайдаланудың жаңа технологиясының дамуына жол ашылды.

1981-1984 жылдары Калифорнияның  өзінде 6870 жел турбинасы іске  қосылды. Бірақ 31 желтоқсан 1985 жылы мұнайдың бағасы баррельге шыққанда 10 долларға түсті, осыған байланысты желқондырғысын шығаратын көптеген шағын компаниялар жойыла бастады. Ал 1998 жылы АҚШ-та желэнергетикасы дамуы қайтадан даму сатысына көтерілді.

 

 

 

      

 

 

 

 

2.2.Қазіргі кездегі жел энергиясын пайдаланудың дамуы.

 

 

      Желэнергетикасының күннен-күнге дамуы қарқындап өсуде. 31 желтоқсан 2005 жылы бүкілдүниежүзілік желэнергетикасының өндірілетін қуаты 58 982 МВт болды. Осындай қарқынды өсу сатысында Бүкіләлемдік желэнергетика ассоциациясы 2010 жылы жел энергиясын қуатын 120 000 МВт-қа өсіруді жоспарлап отыр. Желэнергетика ассоциация -сының мәліметтерін негіздей отырып, алдыңғы қатарлы 10 елдің жел энергия даму қуатының көрсеткіштеріне назар аударайық.

 

Кесте 1

 

Мемлекет	2005 жылы ғана іске  қосылған желагрегат өндірілген қуат, МВт	2005 ж өсуі, %	2005 жылғы барлық өндірілген қуат, МВт
Германия	1798.8	10.8	18427.5
Испания	1764.0	21.3	10027.0
АҚШ	2424.0	36.0	9149.0
Индия	1430.0	47.7	4430.0
Дания	4.0	0.1	3128.0
Италия	452.4	35.8	1717.4
Біріккен король ұйымындағы мемлекет	465.0	52.4	1353.0
Қытай	496.0	64.9	1260.0
Нидерланды	141.0	13.1	1219.0
Жапония	143.8	16.0	1040.0
Европа бойынша	6174.0	18.0	40932.0
Барлығы	11310.0	24.0	58982.0

 

 

Кесте 2

 

Жыл	Бүкіл әлемдегі өндірілетін  қуат, МВт	Европадағы өндірілетін  қуат, МВт
1980	10	-
1995	4821	2515
1999	13 594	9307
2001	23 857	17 241
2004	47 671	34 758
2005	58 982	40 932

 

Жел қондырғылардың жетілдіруі мен көп жылғы тәжірибе, жұмсалатын шығын мөлшерінің төмендеуіне мүмкіндік  туғызды, ал бұл АҚШ-та электроэнергия құнының 1986 ж 1кВт. сағ – 14 центке, 1999 ж - 5 центке төмендегенінен көрінеді. Ал Европа елдері желэнергиясын дамытуда жетекші, алдыңғы шептегі жаңа технология өндірісінің орталығы десек те артық айтпаған болар едік.

 

 

 

3. Желқондырғысының электр энергиясын өндіру технологиясы.

 

Жел қондырғыларда жел ағынының кинетикалық энергиясы генератор роторларының айналу процесі кезінде электр энергиясына айналады. Конструкциясы жағынан желқондырғылардың генераторлары электростанция -дағы отын жаққанда ток өндіретін генераторларға ұқсайды. XX ғасырдың басында Н.Е. Жуковский жел двигателі теориясының негізін қалады, осы теорияны негіздей отырып әлсіз желдің ырғағынан жұмыс істелетін жоғары өнімді жетілдірілген желагрегаттардың конструкциялары жасалынды, барлық елдің ғалымдары мен самолет жасаушы конструктор мамандары өз үлестерін қосты.

          Барлық жел двигателінің жұмыс  істеу принципі біреу-ақ,онда желдің әсерінен қозғалатын желдоңғалағының қалақшаларының қозғалысы электр энергиясын өндіретін генераторының айналып тұратын білігіне беріледі.

          Желдоңғалағының диематрі үлкен болған сайын соққан желдің үлкен ағысын қамтиды және агрегат түрлеріне қарап неғұрлым үлкен энергия өндіреді. Жел двигателін екі топқа бөледі:

1. тік осьпен айналатын жел двигателі,оларға карусель типтес,қалақшалы, ортогональді.
2. горизонталь осьпен айналатын жел двигателі (қанатты деп аталады – қанаттарының санына байланысты).

          Қалақшалы жел двигателінің айналу  жылдамдығы олардың қалақшалар  санына кері пропорционал, сондықтан агрегаттың қалақшаларын үштен артық жасамайды.

Горизонталь айналдыру  осі бар екі немесе үш қалақшадан тұратын мұнараның басына бекітілген қондырғылар – желқондырғылардың ең көп тараған түрі болып табылады. Горизонталь айналдыру осі бар турбинаның роторының басқарушы білігі де көлденең орналасқан. Ал көп қалақшалардан тұратын горизонталь осі бар моделін монолиттік деп атайды. Бұл қондырғылар төменгі жылдамдықта жұмыс істейтіндіктен, су тарту насосында пайдаланады.

Тік осьпен айналатын  жел двигателінің (Н - типтес) роторының  жетекші білігі вертикаль орналасқан. Турбиналарының қалақшалары өте ұзын, пішіні доға тәрізді, мұнараның үстіңгі және астыңғы жағына берік орнатылған. Осындай жел қондырғыларын әлемнің бірнеше компаниясы ғана жасайды.