+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Альтернативные источники энергии (энергия ветра). Создание ветрогенератора

Альтернативные источники энергии (энергия ветра). Создание ветрогенератора

Галанина С.А. 1

1МБОУ «Лицей № 3» г. Барнаула Алтайского края

Нижебойченко Н.А. 1

1МБОУ «ЛИЦЕЙ №3»

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Развитие альтернативной энергетики и поиск новых источников энергии – одна из главных задач современного мира. Основные причины этому: огромный вред традиционных электростанций и истощение невозобновляемых энергетических ресурсов. Я уже третий год изучаю проблемы экологически чистой энергетики, потому что считаю, что каждый должен стараться сделать как можно больше для защиты нашей планеты, т.к. от каждого из нас зависит ее будущее. В первом классе в ходе эксперимента мне удалось создать источник энергии из овощей и фруктов. С его помощью у меня даже получилось зажечь 1 светодиод. В прошлом году мы сами сделали фонарик, который зажигается водяной батарейкой. Я решила продолжить изучение вопроса получения «зеленой» энергии в новом проекте по созданию ветрогенератора.

Актуальность

Электроэнергия стала важной частью жизни человека. Мировые потребности в электроэнергии постоянно возрастают. В настоящее время эксперты прогнозируют рост потребления электричества из-за перехода на электрическое отопление и электромобили. Так, например, в 2016 году правительство Норвегии выступило с предложением запретить использовать в стране автомобили с двигателем внутреннего сгорания. Шведский производитель автомобилей Volvo сам намерен отказаться от двигателей внутреннего сгорания. С 2019 года компания планирует производить электромобили и гибриды.[11] Правительство России в июле 2017 года внесло изменения в правила дорожного движения. Теперь в них появятся понятия «электромобиль», «гибридный автомобиль», а также специальные дорожные знаки для парковок с зарядкой.[1] Все эти, несомненно, полезные для окружающей среды изменения потребуют увеличения производства электроэнергии. При этом, в настоящее время на возобновляемые (альтернативные) источники приходится 6,3% всей её мировой выработки, что очень мало.[3] Поэтому я считаю, что тема экологичных энергоресурсов становится только актуальнее с каждым годом.

Цель исследования – исследовать получение электроэнергии с помощью ветра; создать возобновляемый и безопасный для окружающей среды источник электроэнергии.

Гипотеза – возобновляемые и безопасные для окружающей среды источники электроэнергии существуют, а создание такого источника возможно в домашних условиях.

Задачи:

1. Изучить актуальные данные об альтернативных источниках энергии;

2. Узнать, что такое ветроэнергетика;

3. Выяснить плюсы и минусы ветряных электростанций;

4. Изучить типы ветрогенераторов;

5. Найти альтернативные источники электроэнергии на Алтае;

6. Провести эксперимент по созданию ветрогенератора; измерить напряжение, вырабатываемое этим ветрогенератором;

6. Проверить возможность использования получившегося ветрогенератора;

7. Сделать вывод о существовании безопасного возобновляемого источника электроэнергии.

Предмет исследования – работа ветрогенератора, безопасность ветрогенератора для экологии.

Объект – создание ветрогенератора.

Практическая ценность – состоит в проведении эксперимента, в результате которого будет доказано существование возобновляемых и безопасных для окружающей среды источников электроэнергии.

Методы исследования:

Теоретические – изучение специальной литературы, обобщение и систематизация материала по данной теме.

Эмпирические – проведение эксперимента и формулирование выводов.

1 Теоретическая часть

1.1 Ветроэнергетика

Работая над прошлыми проектами, я узнала о том, какой вред традиционные электростанции наносят окружающей среде. Ещё я выяснила, что существуют несколько видов альтернативных источников энергии, которые являются возобновляемым природным ресурсом. Они заменяют собой традиционные источники энергии и имеют низкий риск причинения вреда окружающей среде. В данном проекте я решила подробнее остановиться на таком альтернативном источнике, как энергия ветра.

Изучая литературу, я узнала, что ветроэнергетика — отрасль энергетики, связанная с разработкой методов и средств преобразования энергии ветра в механическую, тепловую или электрическую энергию.[6] В рамках проекта, я изучала получение именно электроэнергии. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. В 2014 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 3 % от всей произведённой человечеством электрической энергии.[11] Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику. Дания с помощью ветрогенераторов производит уже около половины всей потребляемой электроэнергии.

1.2 Плюсы и минусы ветряных электростанций

Ветер раскручивает ротор. Выработанное электричество подаётся через контроллер на аккумуляторы. Инвертор преобразует напряжение в пригодное для использования

Работая над проектом, я узнала, что ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию.[17] Ветряная электростанция же – это несколько ВЭУ, объединённых в единую сеть. Крупные ветряные электростанции, их ещё иногда называют «ветряные фермы», могут состоять из 100 и более ветрогенераторов.

В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Существуют и определённые проблемы при эксплуатации ветрогенераторов, но с каждым годом их становится всё меньше.[9] Остановимся на основных положительных и отрицательных сторонах ветроэлектростанций.

Плюсы ветряных электростанций:

Экономия ресурсов. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти, так как для кручения лопастей ВЭУ не требуется никакого топлива.

Высокая экологичность. При работе ВЭУ не происходит выбросов в атмосферу. Кроме этого, такая электростанция никогда не вызовет разрушительные действия, возможные от атомных и гидроэлектростанций.

Простое обслуживание, быстрая установка, низкие затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию.

Сохранение сельскохозяйственных земель. Хотя ветроэлектростанции занимают большие площади, эти же территории могут безопасно использоваться для сельскохозяйственных нужд.

Минусы ветряных электростанций:

Шум и вибрация. В первых моделях ветроустановок шум достигал значительного уровня, поэтому было введено минимальное расстояние до жилых домов — 300 м. Хотя в современных ВЭУ шум работающих лопастей слышен только фоном даже на расстоянии 30 метров.

Обледенение лопастей. В зимний период при высокой влажности воздуха возможно образование льда на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлёт льда на значительное расстояние.

Удары молний могут привести к пожару. На современных ветрогенераторах устанавливаются молниеотводы.

Изменчивость мощности во времени. Производство электроэнергии зависит от силы ветра, на которую человек не может повлиять.

По некоторым данным, ветроустановки представляют опасность для птиц. Хотя последние исследования показывают, что птиц от столкновения с лопастями гибнет намного меньше, чем от столкновений с высоковольтными ЛЭП, современные ВЭС прекращают работу во время сезонного перелёта птиц.

1.3 Типы ветрогенераторов и ветроэлектростанций

Существуют два основных типа ветротурбин:

с вертикальной осью вращения (роторные):

с горизонтальной осью вращения (крыльчатые)

Промышленные ветряки строят, преимущественно, с горизонтальной осью вращения и жесткими лопастями.[3]

Типы ветроэлектростанций:

Наземная ВЭС. Самый распространённый в настоящее время тип ветряных электростанций. Ветрогенераторы стараются устанавливать на холмах или возвышенностях.

Прибрежная ВЭС. Строятся на небольшом удалении от берега моря или океана. Используются суточные движения бриза.

Шельфовая ВЭС. Строят в море на участках с небольшой глубиной, на расстоянии от 10 до 60 километров от берега. Сваи для фундаментов забивают на глубину до 30 метров.

Плавающая ВЭС. Ветрогенераторы устанавливаются в море на плавающей платформе и удерживаются тросами с якорями, закреплёнными на дне.

Горная ВЭС. Возводится в горной местности. Скорость ветра возрастает с высотой, что имеет большое значение для таких станций.

Парящая ВЭС. Так называют ветровые турбины, размещенные высоко над землей, для использования более сильного и стойкого ветра.[18]

1.4 Интересная информация о ветроэнергетике

Изучая литературу для данного проекта, я узнала интересную информацию о развитии альтернативной энергетики. Своими открытиями я хочу поделиться с вами.

Ветропарк «Ульяновский»

В декабре 2016 г. под Ульяновском началось строительство ветропарка мощностью 35 МВт. Это будет первый в России ветропарк такой величины. Риск столкновения птиц с лопастями сведется к нулю, так как в проекте предусмотрены ультразвуковые отпугиватели птиц.[14]

Ветрогенераторы без лопастей

Выше мы уже рассмотрели основные проблемы ВЭС и узнали, что все они постепенно решаются. Но инженеры продолжают поиски таких проектов ветрогенераторов, которые были бы лишены всех основных недостатков. Изучая литературу, я узнала об одном интересном изобретении. Испанская компания разработала вертикальный ветрогенератор без лопастей. Заявляется, что конструкция ветротурбины позволяет сократить затраты на техническое обслуживание на 80% в сравнении с лопастными ветровыми установками. Кроме того, создатели утверждают, что новый ветряк работает тише обычных турбин и представляет гораздо меньшую угрозу для птиц и всей окружающей среды.[10]

Ветрогенератор с магнитной подвеской

Также существует ветротурбина, в устройстве которой применяется магнитная подвеска. Это снижает шум и сводит трение почти к нулю.

Самые удивительные проекты ветрогенераторов

Голландское дерево-турбина может вместить до 8 турбин и достигать 120 метров

В этом проекте предлагается вмонтировать ветротурбины в обшивку здания

В Дубае планируется построить небоскрёб в форме гигантской ветровой турбины

1.5 Альтернативные источники энергии Алтая

За два года я обнаружила уже много мест в Алтайском крае и Горном Алтае, где используются альтернативные источники энергии. Напомню вам самые интересные находки прошлых проектов:

Энергоэффективный дом с ветрогенератором и солнечными батареями (бульвар 9 января, г. Барнаул)

Микро ГЭС (туристическая деревня Эстюбе, Телецкое озеро)

В этом году я по традиции продолжила поиски альтернативной энергетики на Алтае.

В районе деревни Крутишка Алтайского края построили объездную дорогу, так как на основной шёл ремонт. Вот такой компактный переносной светофор мы обнаружили, когда поехали в гости к бабушке с дедушкой.

Этим летом мы всей семьей побывали в Горном Алтае. Там часто встречаются вот такие домики с солнечными батареями.

Ещё одна Микро ГЭС, обнаруженная нами (окрестности Камышлинского водопада)

Вот так получают электроэнергию на новой дороге к строящемуся курорту Белокуриха-2:

Вертикальные и горизонтальные ветрогенераторы производят электричество для освещения дороги и подсветки стрелок серпантина.

Даже на огромной надписи «Алтайский край» установлены солнечные батареи для красивой подсветки в темное время суток.

По пути обратно домой мы заметили необычные конструкции. Оказалось, что ведется строительство четвертой в Республике Алтай солнечной электростанции.

Я следила за новостями этой стройки и однажды прочитала, что Майминская СЭС мощностью 20 МВт открылась 19 сентября 2017 года.[12]

2 Практическая часть

2.1 Эксперимент по созданию ветрогенератора

Я уже третий год изучаю альтернативную энергетику. С каждым годом я совершала всё новые открытия и ставила для себя более сложные цели. После изучения литературы, моей мечтой стало построить свой собственный ветрогенератор. На даче у нас есть спортивная площадка, которая не освещается в темное время суток, так как электропроводов там нет. И я решила, что было бы здорово сделать освещение площадки с помощью ветрогенератора. Я рассказала про свою идею папе, и он, с радостью, согласился мне помочь.

Мы решили сделать роторный ветрогенератор, то есть с вертикальной осью вращения.

Сначала мы определились с материалами для исследования, которых понадобилось достаточно много.

1) Мы использовали:

Вольтметр

Паяльник

2 стальных диска

Пластина из оргстекла

Ступица от велосипеда

Медный провод в изоляции

Диоды

24 неодимовых магнита

Преобразователь напряжения

Болты, крепления

Светодиод

2) Собираем основу конструкции генератора

3) С помощью самодельного устройства наматываем 9 катушек по 70 витков

4) Магниты приклеиваем к стальному диску, чередуя полярность; а катушки крепим к пластине из оргстекла

5) На второй стальной диск клеим магниты со смещением

6) Соединяем катушки и собираем выпрямитель на диодах

7) Подключаем к генератору вольтметр

8) Раскручиваем генератор и измеряем напряжение, которое он может вырабатывать. От силы раскручивания диска зависела величина напряжения

9) Зажигаем с помощью генератора светодиод, потребляющая мощность которого 3 В

10) Для прошлого проекта мы с папой собрали повышающий преобразователь напряжения (ферритовое кольцо, медный провод, транзистор, резистор). Это электротехническое устройство позволило зажечь наш водный фонарик. Мы решили использовать его также для ветрогенератора

11) Делаем лопасти для нашего ветрогенератора и дорабатываем изобретение

12) Проводим тестовый запуск устройства около дома

Мы узнали, что площадь, которую может помочь осветить наш ветрогенератор, составляет около 1 кв.м.

2.2 Вывод из эксперимента

Нам удалось создать ветрогенератор. Напряжение, которое мы получили, раскручивая его руками, оказалось достаточным для свечения светодиода. Затем мы усовершенствовали ветрогенератор, установив повышающий преобразователь напряжения. После этого мы проверили наш ветряк с помощью вентилятора, и убедились, что наше изобретение работает. Также мы посчитали экономическую выгоду проекта (Приложение 1). Наше устройство является очень полезным. Оно может выручить в условиях отсутствия электричества. Но самое главное, что изготовленный нами ветрогенератор не вредит окружающей среде и сберегает ценные природные ресурсы. Этой весной мы с папой обязательно установим наше изобретение на даче, пока же мы провели пробную установку около дома. Это позволило нам узнать площадь, которую может помочь осветить наш ветрогенератор. Она составляет около 1 кв.м.

Как было сказано выше, в связи с увеличением количества электромобилей потребуется всё больше мест для их зарядки. Я размышляла над этим и пришла к выводу, что вдоль дорог можно было бы установить зарядные станции, работающие на таких ветрогенераторах, как наш. Получилась бы «экологичная» заправка для «экологичных» автомобилей.

Заключение

Электроэнергия – неотъемлемая часть жизни человека, и потребности в ней постоянно возрастают. Отказаться от благ цивилизации люди не смогут, но они должны отказаться от вредных для окружающей среды традиционных источников энергии в пользу альтернативных возобновляемых ресурсов, безопасных для будущего планеты. Тем более, такие уже есть: это подтверждает наш эксперимент по созданию ветрогенератора и альтернативные источники энергии, обнаруженные нами на Алтае. Это значит, наша гипотеза подтвердилась.

Человечество должно стремиться полностью перейти на производство именно экологичной энергии. Нам дана только одна планета, возможно, единственная во Вселенной, пригодная для жизни, и мы не можем её потерять.

Список литературы:

1. О внесении изменений в постановление Совета Министров — Правительства Российской Федерации от 23 октября 1993 г. № 1090: постановление Правительства Российской Федерации от 12 июня 2017 года № 832 // Собрание законодательства РФ. – 2017. – № 30. – ст. 4666.

2. Баскаков А.П. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Учебное пособие / А.П. Баскаков, В.А. Мунц. – М.: ИД Бастет, 2013. – 368 с.

3. Германович В.Т. Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы / В.Т. Германович, А.В. Турилин. – СПб.: Наука и техника, 2014. – 318 с.

4. Кривченко И.В. Физика. 8 класс: учебник. / И.В. Кривченко. – М.: Бином. Лаборатория знаний, – 2015. – 152 с.

5. Максаковский В.П. Географическая картина мира Кн.1: Общая картина мира. Глобальные проблемы человечества / В.П. Максаковский. – М.: Дрофа, 2008. – 495 с.

6. Рязанцев В.Д. Большая политехническая энциклопедия / В.Д. Рязанцев. – М.: Мир и образование, 2011. – 707 с.

7. Сидорович В. Мировая энергетическая революция: Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир / В. Сидорович. – М.: Альпина Паблишер, 2015. – 208 с.

8. Степанов И. Энергия будущего: черный, голубой, зеленый? / И. Степанов // Эксперт Сибирь. – 2017. – № 29 (497).

9. Чумаков В. Токи ветров / В. Чумаков // Вокруг света. – 2008. – № 8.

10. Такер Б. Энергия ветра без лопастей // Форбс [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.forbes.com/sites/billtucker/2015/05/07/wind-power-without-the-mills/#681581771812.

11. Анализ мирового производства электроэнергии // http://www.unep.org/ru/ — сайт ООН окружающая среда.

12. Две солнечные электростанции открыли в Республике Алтай // Новости Горного Алтая [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gorno-altaisk.info/news/83255.

13. Традиционные и нетрадиционные источники электрической энергии // Об альтернативных источниках энергии, электростанциях и генераторах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://dom-en.ru/sprav2/

14. Начало положено. Fortum приступила к строительству ветропарка в Ульяновской области // Neftegaz.ru [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://neftegaz.ru/news/view/157767-Nachalo-polozheno.-Fortum-pristupila-k-stroitelstvu-vetroparka-v-Ulyanovskoy-oblasti.

15. Традиционная и нетрадиционная электроэнергетика // Все об энергетике [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://energomir.blogspot.ru/p/12.html

16. http://www.ecolife.ru/ — официальный сайт журнала Экология и жизнь.

17. http://dic.academic.ru/ — элекронная энциклопедия

18. http://www.popmech.ru/ — сайт журнала «Популярная механика».

Приложение 1

Экономическое обоснование проекта

Затраты на освещение спортивной площадки с помощью традиционной энергетики:

1) 40 м кабеля по 20 руб/м: 40 Х 20 = 800 руб

2) Плафон с лампой 150 руб

3) Ожидаемую стоимость потребленной электроэнергии за год мы рассчитали исходя из среднего периода освещения (май – сентябрь в течение 4 ч/сутки) при освещении 100 Вт лампой и стоимости электроэнергии 4 руб/кВт: 100 Х 4 Х 153 : 1000 Х 4 = 244 руб 80 коп/год

Итого затрат за 1-й год использования: 800 + 150 + 244,8 = 1194,8 руб; за 2-й год: 1194,8 + 244,8 = 1439,6; за 3-й год 1439,6 + 244,8 = 1684,4

Затраты на освещение спортивной площадки с помощью ветрогенератора:

1) Магниты 900 руб

2) Металл + крепления 210 руб

3) Лампа-прожектор 340 руб

Итого: 900 + 210 + 340 = 1450 руб

Экономия за 3 года:

1684,4 — 1450 = 234,4 руб

Вывод:

Таким образом, окупаемость нашего проекта составит почти 3 года. К концу третьего сезона эксплуатации ветрогенератора мы даже получим экономию 234 руб 40 коп. И, конечно же, полученная нами энергия будет экологически чистой.

Просмотров работы: 1100

school-science.ru

готовые решения и проблемы, существующие в ветроэнергетике

Электроэнергия в России

Обеспеченность пользователей электроэнергией в России далеко не стопроцентная, хотя страна является энергоизбыточной и способна поставлять ресурс на экспорт. Причины такого положения в большой площади, создающей большие трудности в доставке электроэнергии.

Отдаленные регионы, труднодоступные участки до сих пор не имеют централизованного снабжения энергией и вынуждены использовать дизельные и бензиновые генераторы, обходящиеся дорого и требующие постоянного обслуживания, ремонта, снабжения топливом и прочих действий.

Для жителей таких районов крайне необходимо использование альтернативных источников, менее требовательных к топливным ресурсам и позволяющим получить автономные устройства, производящие электроэнергию. Среди этих источников наиболее предпочтительными являются ветровые электростанции или установки, имеющие большие возможности.

Важность освоения альтернативных источников энергии

Освоение и широкое использование альтернативных источников энергии крайне важно для всех современных людей, независимо от мест проживания и близости к действующим энергоресурсам. Причины этого:

  • чем больше источников энергии, тем меньше загруженность магистральных линий
  • состояние многих электростанций требует срочной модернизации, реконструкции или ремонта. Срок службы многих сооружений подходит к концу, вынуждая задумываться о способах замещения старых источников новыми
  • возможность иметь свой, независимый источник электроэнергии освобождает пользователя от зависимости от ресурсоснабжающих компаний
  • экологическая чистота альтернативных источников намного предпочтительнее, чем опасность радиоактивных загрязнений или прорыва плотины с непредсказуемыми последствиями

Кроме этих неоспоримых достоинств ветроэнергетики, существует еще одно важное обстоятельство: обеспеченность отдаленных и труднодоступных регионов есть и будет под большим вопросом. Экономическое обоснование возможности проведения линии электропередач в эти места крайне отрицательное, отсутствие промышленных объектов или важных военных, исследовательских центров низводит вероятность создания магистрали до нуля.

Вынужденный характер применения альтернативных вариантов усиливается постоянным ростом использования электроприборов как для связи, так и для прочих бытовых, медицинских или иных целей, необходимых для нормальной жизни в современном мире.

Перспективы и возможности ветрогенераторных установок

Ветроэнергетика переживает второе рождение. Из экзотических видов, применяемых в отдельных регионах планеты, где нет возможности применять другие способы производства электричества, ветроэнергетика становится полноценным видом добычи энергии.

Кроме того, весьма привлекателен сам источник. Потоки ветра обладают огромными запасами кинетической энергии, который никогда не иссякнет. В отличие от углеводородов или радиоактивных источников, ветер будет существовать всегда, пока на Земле есть атмосфера. Пользование таким источником абсолютно бесплатно, ограничивается только возможностями оборудования. Привлекательность источника, имеющего такие свойства, бесспорна и не требует никаких дополнительных аргументов.

Современные ветрогенераторы имеют достаточную производительность, чтобы обеспечивать большие количества потребителей. Такие страны, как Дания, Германия, США, Индия и Китай обладают крупными ветровыми электростанциями, играющими важную роль в энергообеспеченности этих стран.

Так, Китай имеет самую мощную на сегодня ВЭС, способную по производительности соперничать с гидроэлектростанциями, лидирующими среди всех разновидностей электростанций. Немного отстают индийские станции, имеющие несколько мощных станций с большим количеством ветроагрегатов.

Между тем активно ведутся разработки небольших установок, позволяющих снабжать энергией отдельные пункты, дома, экспедиционные отряды и т.д. Возможность автономного обеспечения энергией от устройства, перевозимого с собой или установленного рядом с домом, дает полную независимость от поставщиков энергии, роста тарифов и иных неудобств централизованного энергоснабжения.

Готовые решения

В качестве готовых устройств, предлагаемых для пользователя в настоящее время, могут быть использованы различные варианты ветроустановок. Они имеют массу вариантов конструкции, размеров, могут быть использованы для отдельных потребителей или обеспечивать энергией целые участки с множеством пользователей.

Виды ветрогенераторов

В первую очередь, все известные конструкции делятся на две большие группы:

  • горизонтальные. Это устройства, ось вращения ротора у которых находится в горизонтальной плоскости. Они более эффективны, чем вертикальные ветряки, но нуждаются в постоянной коррекции положения в зависимости от направления ветра. Вследствие большей эффективности активно используются в качестве крупных промышленных моделей, способных вырабатывать большие объемы энергии. Все устройства, используемые в качестве элементов крупнейших ветроэлектростанций, имеют горизонтальный тип конструкции
  • вертикальные. Ось вращения этих конструкций расположена по вертикали. Преимущество таких устройств в том, что необходимость установки на ветер у них отсутствует. При этом, особенностью конструкции является одновременное воздействие потока ветра на рабочую и обратную стороны лопастей, что создает как полезную, так и паразитную нагрузку, противодействующую вращению. Для устранения от останавливающих воздействий разработано множество вариантов конструкции, в той или иной степени снижающих вредное действие на задние части лопастей

Вертикальные конструкции, в силу меньшей эффективности, используются как небольшие ветроустановки для частного пользования. В этом качестве они оказались намного предпочтительнее, чем горизонтальные устройства, так как обладают большей независимостью от направления ветра и не нуждаются в подъеме на большую высоту.

Примечательно, что большинство самодельных конструкций, создаваемых для личного пользования, имеют вертикальный тип. Они просты и устойчивы к различным нагрузкам, позволяют в широких пределах изменять конструкцию, добавлять или удалять элементы, менять форму лопастей и т.д.

Существует большое количество типов вертикальных турбин:

Это только некоторые из множества типов вертикальных конструкций. Одни существуют уже очень давно, другие появились в течение последнего десятилетия. Постоянно ведется поиск новых, более удачных конструкций, невосприимчивых к отрицательному воздействию потока и способных развивать большую мощность. Большинство из них известны только как теоретически существующие разновидности, используемые самодеятельными производителями как основа для собственных разработок и устройств, собранных для обеспечения своих нужд.

Выбор оборудования

Выбор готового устройства — непростая задача, требующая серьезных исследований. Для того, чтобы приобрести оптимальный вариант, надо узнать направление и силу преобладающего в регионе ветра, выяснить возможность шквальных порывов, их частоту и силу потока.

Кроме того, надо подсчитать собственные потребности, сложив потребляемую мощность всех приборов в доме или на определенном участке и увеличив полученное значение на 15-20 %. Этот запас поможет организовать работу установки в более свободном режиме, обеспечивающем большую долговечность.

Сравнение возможностей устройства, потребностей пользователя и предоставляемых местностью параметров воздушных потоков дает значение наиболее предпочтительной мощности ветроустановки.

Все исследования и расчеты следует произвести как можно более тщательно, поскольку цены на ветрогенераторы весьма высоки, и приобретение неподходящего устройства крайне нежелательно. Долговечность агрегата в среднем составляет 20-25 лет, поэтому приобретать надо установку с некоторым запасом мощности. Количество потребляемой энергии из года в год возрастает, это надо учитывать и предвидеть рост требуемых мощностей на время службы устройства.

Проблемы, существующие в ветроэнергетике

Основная проблема, которая упоминается противниками ветроэнергетики в первую очередь — нестабильность и неравномерность воздушных потоков. Эта проблема — единственная, не поддающаяся регулированию или снижению какими-либо методами, техническими или научными. Мало того, территории многих стран, в частности — России, имеют огромный ветровой потенциал, но он базируется лишь на большой территории государства.

Показатели ветра в отдельно взятых регионах чаще всего тяготеют к средним и слабым, что создает некоторые сложности для конструкторов. Приходится проектировать модели, оптимизированные для слабых ветров, но имеющих большой запас прочности на случай редких, но возможных шквалистых порывов, грозящих разрушить неподготовленную конструкцию.

Еще одной проблемой является низкий КПД или, для ветроустановок, КИЭВ. Этот показатель ограничен, теоретические исследования показывают максимальное значение в 59,3 %. Большинство ныне ведущихся разработок призваны максимально увеличить КПД и, по возможности, перешагнуть расчетные пределы, опираясь на изменения в конструкции.

Рекомендуемые товары

energo.house

Ветроэнергетика — Википедия

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Ветропарк в Эстонии

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием активности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. К началу 2016 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 432 гигаватта[1] и, таким образом, превзошла суммарную установленную мощность атомной энергетики (однако на практике использованная в среднем за год мощность ветрогенераторов (КИУМ) в несколько раз ниже установленной мощности, в то время как АЭС почти всегда работает в режиме установленной мощности). В 2014 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 706 тераватт-часов (3 % всей произведённой человечеством электрической энергии)[2]. Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2015 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 42 % всего электричества; 2014 год в Португалии — 27 %; в Никарагуа — 21 %; в Испании — 20 %; Ирландии — 19 %; в Германии — 18,8% [3]; в ЕС в целом — 7,5 %[4]. В 2014 году 85 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе. По итогам 2015 года в ветроэнергетике занято более 1 000 000 человек во всем мире[5] (в том числе 500 000 в Китае и 138 000 в Германии)[6].

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии[7][8][9]. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

История использования энергии ветра[править | править код]

Мельница со станиной

Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в XIII веке принесены в Европу крестоносцами[10].

Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI века единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашёл способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле.

Маркс К. Машины: применение природных сил и науки.

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых.

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы: Толедо — 1526 год, Глостер — 1542 год, Лондон — 1582 год, Париж — 1608 год и так далее.

В Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в XIX веке в Дании. Там в 1890 году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908 году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 метра и четырёхлопастные роторы диаметром 23 метра. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 метров. К 1941 году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт.

В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги.

Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1970-х после нефтяного кризиса 1973 года. Кризис продемонстрировал зависимость многих стран от импорта нефти и привел к поиску вариантов снижения этой зависимости. В середине 1970-х в Дании начались испытания предшественников современных ветрогенераторов. Позднее чернобыльская катастрофа также стимулировала интерес к возобновляемым источникам энергии. Калифорния осуществила одну из первых программ стимулирования ветроэнергетики, начав предоставление налоговых льгот для производителей электроэнергии из ветра[10].

В России[править | править код]

В середине 1920-х годов ЦАГИ разрабатывал ветро-электрические станции и ветряки для сельского хозяйства. Конструкция «крестьянского ветряка» могла быть изготовлена на месте из доступных материалов. Его мощность варьировалась от 3 л. с., 8 л. с. до 45 л. с. Такая установка могла освещать 150—200 дворов или приводить в действие мельницу. Для постоянства работы был предусмотрен гидравлический аккумулятор[11]. В 1931 году в Курске была построена ветроэлектростанция Уфимцева, первая в мире ветроэлектрическая станция с инерционным аккумулятором, она является объектом культурного наследия федерального значения. В том же году в Балаклаве вошла в строй ветроэлектростанция мощностью 100 киловатт, на тот момент самая мощная в мире, разрушена в 1941 году во время боёв Великой Отечественной войны[12].

Технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 млрд кВт⋅ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт⋅ч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России[13].

Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Чёрного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале.

Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период — период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле. Около 30 % экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14 % — в Северном экономическом районе, около 16 % — в Западной и Восточной Сибири.

Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составляет 17-18 МВт.

Самые крупные ветроэлектростанции России находятся в Крыму и построены украинскими предпринимателями: Донузлавская ВЭС (суммарная мощность 18,7 МВт), Останинская ВЭС («Водэнергоремналадка») (26 МВт), Тарханкутская ВЭС (15,9 МВт) и Восточно-Крымская ВЭС. В общей сложности они располагают 522 ветроагрегатами мощностью 59 МВт.

Ещё одна крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Зеленоградская ВЭУ состоит из 21 установки датской компании SEAS Energi Service A.S.

На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт). Годовая выработка в 2011 году не превысила 0,2 млн кВт⋅ч.

В Республике Башкортостан действует ВЭС Тюпкильды мощностью 2,2 МВт, располагающаяся около одноимённой деревни Туймазинского района[13]. ВЭС состоит из четырёх ветроагрегатов немецкой фирмы Hanseatische AG типа ЕТ 550/41 мощностью по 550 кВт. Годовая выработка электроэнергии в 2008—2010 годах не превышала 0,4 млн кВт⋅ч.

В Республике Калмыкия в Приютненском районе, компанией ООО «АЛТЭН» была построена ветровая электростанция мощностью 2,4 МВт, суммарной выработкой 10 млн кВт⋅ч в год. ООО «АЛТЭН» управляет активами установленного ветропарка, а также проводит мероприятия по его обслуживанию и эксплуатации совместно с компанией Vensys-Elektrotechnik.

В Республике Коми вблизи Воркуты недостроена Заполярная ВДЭС мощностью 3 МВт. На 2006 действуют 6 установок по 250 кВт общей мощностью 1,5 МВт.

На острове Беринга Командорских островов действует ВЭС мощностью 1,2 МВт.

Успешным примером реализации возможностей ветряных установок в сложных климатических условиях является ветродизельная электростанция на мысе Сеть-Наволок Кольского полуострова мощностью до 0,1 МВт. В 17 километрах от неё в 2009 году начато обследование параметров будущей ВЭС работающей в комплексе с Кислогубской ПЭС.

Существуют проекты на разных стадиях проработки Ленинградской ВЭС 75 МВт Ленинградская область, Ейской ВЭС 72 МВт Краснодарский край, Калининградской морской ВЭС 50 МВт, Морской ВЭС 30 МВт Карелия, Приморской ВЭС 30 МВт Приморский край, Магаданской ВЭС 30 МВт Магаданская область, Чуйской ВЭС 24 МВт Республика Алтай, Усть-Камчатской ВДЭС 16 МВт Камчатская область, Новиковской ВДЭС 10 МВт Республика Коми, Дагестанской ВЭС 6 МВт Дагестан, Анапской ВЭС 5 МВт Краснодарский край, Новороссийской ВЭС 5 МВт Краснодарский край, Валаамской ВЭС 4 МВт Карелия, Приютненской ВЭС 51 МВт Республика Калмыкия.

Ветряной насос «Ромашка» производства СССР

Как пример реализации потенциала территорий Азовского моря можно указать Новоазовскую ВЭС, действующей на 2010 год мощностью в 21,8 МВт, установленную на украинском побережье Таганрогского залива.

В 2003—2005 годах в рамках РАО ЕЭС проведены эксперименты по созданию комплексов на базе ветрогенераторов и двигателей внутреннего сгорания, по программе в посёлке Тикси установлен один агрегат. Все проекты начатые в РАО, связанные с ветроэнергетикой переданы компании РусГидро. В конце 2008 года РусГидро начала поиск перспективных площадок для строительства ветряных электростанций[14].

Предпринимались попытки серийного выпуска ветроэнергетических установок для индивидуальных потребителей, например водоподъёмный агрегат «Ромашка».

В последние годы увеличение мощностей происходит в основном за счет маломощных индивидуальных энергосистем, объём реализации которых составляет 250 ветроэнергетических установок (мощностью от 1 кВт до 5 кВт).

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра[править | править код]

Мощность ветрогенератора зависит от площади, ометаемой лопастями генератора, и высоты над поверхностью. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.

Воздушные потоки у поверхности земли/моря являются турбулентными — нижележащие слои тормозят расположенные выше. Этот эффект заметен до высоты 2 км, но резко снижается уже на высотах больше 100 метров.[15] Высота расположения генератора выше этого приземного слоя одновременно позволяет увеличить диаметр лопастей и освобождает площади на земле для другой деятельности. Современные генераторы (2010 год) уже вышли на этот рубеж, и их количество резко растёт в мире.[16] Ветрогенератор начинает производить ток при ветре 3 м/с и отключается при ветре более 25 м/с. Максимальная мощность достигается при ветре 15 м/с. Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра: при увеличении ветра вдвое, от 5 м/с до 10 м/с, мощность увеличивается в восемь раз.[17]

В августе 2002 года компания Enercon построила прототип ветрогенератора E-112 мощностью 4,5 МВт. До декабря 2004 года турбина оставалась крупнейшей в мире. В декабре 2004 года германская компания REpower Systems построила свой ветрогенератор мощностью 5,0 МВт. Диаметр ротора этой турбины 126 метров, масса гондолы — 200 тонн, высота башни — 120 м. В конце 2005 года Enercon увеличил мощность своего ветрогенератора до 6,0 МВт. Диаметр ротора составил 114 метров, высота башни 124 метра. В 2009 году турбины класса 1,5 — 2,5 МВт занимали 82 % в мировой ветроэнегетике[18].

В январе 2014 года датская компания Vestas начала тестировать турбину V-164 мощностью 8 МВт. Первый контракт на поставку турбин был заключен в конце 2014 года. На сегодняшний день V-164 — наиболее мощный ветрогенератор в мире. Ведутся разработки генераторов мощностью более 10 МВт.

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малой скоростью ветровых потоков признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, т. н. роторные, или карусельного типа. Сейчас все больше производителей переходят на производство таких установок, так как далеко не все потребители живут на побережьях, а скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. В таком ветрорежиме эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны, и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с.

Дания, Нидерланды и Германия собираются заложить искусственный остров в Северном море для выработки ветровой энергии. Проект планируется реализовывать на самой крупной отмели Северного моря Доггер-банка (в 100 километрах от восточного побережья Англии), так как здесь удачно сочетаются следующие факторы: относительно низкий уровень моря и мощные потоки воздуха. Остров площадью в шесть квадратных километров будет оборудован ветряными фермами с тысячами мельниц, также там будут построены взлетно-посадочная полоса и порт. Главная инновация данного строительства заключается в концентрации на максимально низкой стоимости транзита энергии. Основной целью проекта является создание ветропарка, который может вырабатывать до 30 Гвт дешевой электроэнергии. Долгосрочные планы предполагают увеличение этого количества до 70-100 Гвт, что позволит обеспечивать энергией около 80 миллионов жителей Европы, в том числе Германии, Нидерландов и Дании. [19]

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. Но стоимость инвестиций по сравнению с сушей выше в 1,5-2 раза. В море, на расстоянии 10-12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Также оффшорная электростанция включает распределительные подстанции и подводные кабели до побережья.

Помимо свай для фиксации турбин могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания. Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

5 июня 2009 года компании Siemens AG и норвежская Statoil объявили об установке первой в мире коммерческой плавающей ветроэнергетической турбины мощностью 2,3 МВт, производства Siemens Renewable Energy.[20]

Несмотря на снижение затрат на строительство ветрогенераторов в море в 2010-х годах, офшорная ветроэнергетика является одним из наиболее дорогих источников электричества. Стоимость производства электричества на офшорных ветроэлектростанциях колеблется от 200 до 125 долларов США / МВт*ч. MHI-Vestas, Siemens и DONG Energy подписали соглашение, в соответствии с которым компании стремятся снизить к 2020 году стоимость офшорного электричества ниже 120 долларов США / МВт*ч.

Статистика по использованию энергии ветра[править | править код]

К началу 2019 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов превысила 600 гигаватт. Среднее увеличение суммы мощностей всех ветрогенераторов в мире, начиная с 2009 года, составляет 38-40 гигаватт за год и обусловлено бурным развитием ветроэнергетики в США, Индии, КНР и ЕС [21].

Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов[22][23].

В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44 % установленных ветряных электростанций, в Азии — 31 %, в Северной Америке — 22 %.

Суммарные установленные мощности, МВт по данным блога WWEA.[источник не указан 134 дня]
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2017 2018
7475 9663 13696 18039 24320 31164 39290 47686 59004 73904 93849 120791 157000 196630 237227 282400 318529 546380 600278

В 2014 году 39 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра.

В 2014 году ветряные электростанции Германии произвели 8,6 % от всей произведённой в Германии электроэнергии.

В 2009 году в Китае ветряные электростанции вырабатывали около 1,3 % электроэнергии страны. В КНР с 2006 года действует закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагается, что к 2020 году мощности ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт.[24]

В декабре 2014 года ветроэнергетика обеспечила 164 % электричества, потребляемого домохозяйствами Шотландии[25][нет в источнике]. 28 октября 2013 в 2 часа ночи ветрогенераторы Дании произвели в пике 122 процента от потребляемой мощности электричества в стране[26]. Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20 % электроэнергии[27]. 22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8 % всей электроэнергии страны[28].

Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.

Германия планирует к 2025 году производить 40-45 % электроэнергии из возобновляемых источников энергии. Ранее Германия устанавливала цель 12 % электричества к 2010 году. Эта цель была достигнута в 2007 году.

Дания планирует к 2020 г. 50 % потребности страны в электроэнергии обеспечивать за счет ветроэнергетики[29].

Франция планирует к 2020 году построить ветряных электростанций на 25 000 МВт, из них 6000 МВт — офшорных[30].

В 2008 году Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить ветрогенераторов на 40 тыс. МВт, а к 2020 году — 180 тыс. МВт. Согласно планам Евросоюза общее количество электрической энергии, которую выработают ветряные электростанции, составит 494,7 Тв-ч.[31][32].

В Китае принят Национальный План Развития. Планируется, что установленные мощности Китая должны вырасти до 5 тыс. МВт к 2010 году и до 30 тыс. МВт к 2020 году[33]. Однако бурное развитие ветроэнергетического сектора позволило Китаю превысить порог в 30 ГВт установленной мощности уже в 2010 году.[34]

Индия планировала к 2012 году увеличить свои ветряные мощности в 2 раза (на 6 тысяч МВт) в сравнении с 2008 годом[35]. Эта цель была достигнута.

Венесуэла за 5 лет с 2010 года намеревалась построить ветряных электростанций на 1500 МВт.[36]. Цель не была достигнута.

Экономические аспекты ветроэнергетики[править | править код]

Лопасти ветрогенератора на строительной площадке.

Основная часть стоимости ветроэнергии определяется первоначальными расходами на строительство сооружений ВЭУ (стоимость 1 кВт установленной мощности ВЭУ ~$1000).

Экономия топлива[править | править код]

Ветряные генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.

Себестоимость электроэнергии[править | править код]

Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра[37].

Скорость ветра Себестоимость (для США, 2004 год)
7,16 м/c 4,8 цента/кВт·ч;
8,08 м/с 3,6 цента/кВт·ч;
9,32 м/с 2,6 цента/кВт·ч.

Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на угольных электростанциях США, 9 — 30 цента/кВт·ч. Средняя стоимость электричества в Китае 13 цента/кВт·ч.

При удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15 %. Ожидается, что себестоимость ещё снизится на 35—40 % к концу 2006 г. В начале 80-х годов стоимость ветряного электричества в США составляла $0,38.

В марте 2006 года Earth Policy Institute (США) сообщил о том, что в двух районах США стоимость ветряной электроэнергии стала ниже стоимости традиционной энергии. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость ветряного электричества стала ниже стоимости электроэнергии, произведённой из традиционных источников. Компании Austin Energy из Техаса и Xcel Energy из Колорадо первыми начали продавать электроэнергию, производимую из ветра, дешевле, чем электроэнергию, производимую из традиционных источников.

Экономика ветроэнергетики в России[править | править код]

Солнечный ветрогенератор для уличного освещения

В большинстве регионов России среднегодовая скорость ветра не превышает 5 м/с[источник не указан 2641 день], в связи с чем привычные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения практически не применимы — их стартовая скорость начинается с 3-6 м/с, и получить от их работы существенное количество энергии не удастся. Однако на сегодняшний день все больше производителей ветрогенераторов предлагают т. н. роторные установки, или ветрогенераторы с вертикальной осью вращения. Принципиальное отличие состоит в том, что вертикальному генератору достаточно 1 м/с чтобы начать вырабатывать электричество. Развитие этого направления снимает ограничения по использованию энергии ветра в целях электроснабжения. Наиболее прогрессивная технология — сочетание в одном устройстве генераторов двух видов — вертикального ветрогенератора и солнечных батарей. Дополняя друг друга, совместно они гарантируют производство достаточного количества электроэнергии на любых территориях и в любых климатических условиях. Достаточных, например, для уличного освещения или питания объектов инженерно-технической инфраструктуры (базовые станции сотовой связи[источник не указан 2582 дня], пункты наблюдения, погодные и метеостанции и так далее).

Другие экономические проблемы[править | править код]

Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезах. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать.

Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов начинаются после достижения ими доли в 20-25 % от общей установленной мощности системы. Для России это будет показатель, близкий к 50 тыс. — 55 тыс. МВт.

По данным испанских компаний «Gamesa Eolica» и «WinWind» точность прогнозов выдачи энергии ветростанций при почасовом планировании на рынке «на день вперёд» или спотовом режиме превышает 95 %.

Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередачи и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляемую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередачи оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше.

Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 метров является сложным и дорогостоящим мероприятием.

В России считается, что применение ветрогенераторов в быту для обеспечения электричеством малоцелесообразно из-за:

  • Высокой стоимости инвертора ~ 50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в ~ 220В 50Гц (и синхронизации его по фазе с внешней сетью при работе генератора впараллель)
  • Высокой стоимости аккумуляторных батарей — около 25 % стоимости установки (используются в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети)
  • Для обеспечения надёжного электроснабжения к такой установке иногда добавляют дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой.

В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительной величины у основной массы производств по сравнению с другими затратами; ключевыми для потребителя остаются надёжность и стабильность электроснабжения.

Основными факторами, приводящими к удорожанию энергии, получаемой от ветрогенераторов, являются:

  • Необходимость получения электроэнергии промышленного качества ~ 220В 50 Гц (требуется применение инвертора)
  • Необходимость автономной работы в течение некоторого времени (требуется применение аккумуляторов)
  • Необходимость длительной бесперебойной работы потребителей (требуется применение дизель-генератора)

В настоящее время наиболее экономически целесообразно получение с помощью ветрогенераторов не электрической энергии промышленного качества, а постоянного или переменного тока (переменной частоты) с последующим преобразованием его с помощью ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды. Эта схема имеет несколько преимуществ:

  • Отопление является основным энергопотребителем любого дома в России.
  • Схема ветрогенератора и управляющей автоматики кардинально упрощается.
  • Схема автоматики может быть в самом простом случае построена на нескольких тепловых реле.
  • В качестве аккумулятора энергии можно использовать обычный бойлер с водой для отопления и горячего водоснабжения.
  • Потребление тепла не так требовательно к качеству и бесперебойности: температуру воздуха в помещении можно поддерживать в широких диапазонах 19—25 °C, а в бойлерах горячего водоснабжения 40—97 °C без ущерба для потребителей.

Экологические аспекты ветроэнергетики[править | править код]

Выбросы в атмосферу[править | править код]

Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота[38].

По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн[39].

Влияние на климат[править | править код]

Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например, в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным за счет того, что медленно движущиеся воздушные массы успевают сильнее нагреться летом и охлаждаться зимой. Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат, однако позволяют заключить, что оно может быть не столь пренебрежимо малым, как полагали ранее[40][41].

Согласно моделированию Стэнфордского университета, большие оффшорные ветроэлектростанции могут существенно ослабить ураганы, уменьшая экономический ущерб от их воздействия[42].

Шум[править | править код]

Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:

  • механический шум — шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)
  • аэродинамический шум — шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)

В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчётными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не даёт информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно.

Источник шума Уровень шума, дБ
Болевой порог человеческого слуха 120
Шум турбин реактивного двигателя на удалении 250 м 105
Шум от отбойного молотка в 7 м 95
Шум от грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении в 100 м 65
Шумовой фон в офисе 60
Шум от легковой автомашины при скорости 64 км/ч 55
Шум от ветрогенератора в 350 м 35—45
Шумовой фон ночью в деревне 20—40

В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ.

Примером подобных конструктивных просчётов является ветрогенератор Гровиан. Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100 часов и была демонтирована.

Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

Низкочастотные вибрации[править | править код]

Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса.

ru.wikipedia.org

Энергия ветра как альтернативный источник энергии

Человечество постоянно продолжает искать новые источники энергии. Постоянной проблемой, и причиной для этого становится невозможность постоянного использования одного вида сырья. Естественно, причиной этому послужило истощение ресурсов нашей планеты. Нефть, газ и прочие источники энергии совсем скоро закончатся, и человечеству придется уже более плотно осваивать альтернативные и совсем новые источники получения желанной энергии.

Естественно в нашем мире существуют неиссякаемые источники энергии, однако, у них есть один минус, но о нем мы говорим немного позже. К таким неиссякаемым источникам энергии относят океанические течения, солнечную энергию и ветер. Вы можете сказать, что первые два вида рано или поздно могут закончится, но возьмите во внимание то, что, если потухнет солнце, или остановятся течения в океанах, то мы столкнемся с проблемой хуже, чем отсутствие света в вашей квартире, и невозможность читать наш блог, потому что выключился роутер. Тогда мы столкнемся с катаклизмами, которые приедут к окончанию жизни человечества в принципе. Поэтому мы можем смело утверждать, что они – вечные.

Энергия ветра, как альтернативный источник энергии, также имеет свой огромный минус. Она катастрофически непостоянна. Мы не можем быть уверенными в том, что завтра на той или иной территории может быть сильный ветер. Да, существуют отдельные участки Земли, где они дуют постоянно, но прелесть альтернативных источников питания в том, чтобы они могли служить не массово, а по одиночке. Децентрализация источников поставки электричества – вот основная цель ветряных и солнечных электростанций.

Оптимальная скорость ветра, при которой ветряная электростанция функционирует на полную, в среднем равна 20-25 м/с.

Вы знаете много мест на планете Земля, где постоянно дуют такие сильные ветра?

На самом деле, такую скорость ветра требуют те агрегаты по адаптации его энергии в электрическую, которые могут снабдить током не обыкновенный одноэтажный частный дом, а огромный небоскреб.

Вам же потребуется небольшой, можно сказать, вентилятор, который с легкостью даст вам то, чего вы потребуете.

Принцип работы ветряной электростанции

Всем известно, что ветер, как источник энергии, используется в мире довольно давно. На рынок стран постсоветского пространства он пришел в начала 2010-х годов, однако завоевал огромную популярность не только у фермеров и других бизнесменов, но и у обычных людей, которые проживают в частных домах.

Но мало кто понимает, каким образом работает данное устройство.

Первым, что необходимо для использования данного устройства – это, естественно ветер. Если его не будет, вы можете сам крутить лопасти, чтобы получить электричество в дом.

Итак, основные составляющие любой ветряной электростанции:

  1. лопасти;
  2. первичный вал;
  3. тормоз;
  4. коробка передач;
  5. генератор;
  6. вал генератора;
  7. поворотный механизм с мотором;
  8. числовое программное управление;
  9. ротор.

Ветер приводит в действие лопасти, которые, в свою очередь начинают вращать первичный вал. Для чего нужна коробка передач? Она позволяет минимизировать нагрузку на детали, что помогает избегать преждевременного изнашивания всего механизма, так как скорость дуновения ветра бывает разной, а постоянно ветер не дует.

Самым главным предметом в данном устройстве является числовое программное управление. Именно оно, в содействии с датчиком ветра определяют направление всего механизма, что позволяет вам, без никаких механических вмешательств, наблюдать за работой ветряной электростанции.

Генератор – этот тот прибор, который, собственно, и создает электричество за счет вращения лопастей. Его устройство – это более сложная тема, поэтому говорить о ней мы не будем.

Как вы можете подумать, собрать такую ветряную электростанцию в домашних условия, если вы хоть что-то понимаете в технике, довольно не сложно, но. Оснастить ее специальным числовым программным управлением, которое будет упрощать использование, у вас получится вряд ли.

К тому же, не стоит забывать, что любое устройство, которое позволяет добывать электричество альтернативным путем, не может быть подключено к сети без соответствующего разрешения от местных органов, контролирующих деятельность данной отрасли. Мы очень сомневаемся, что вам позволят добывать ток при помощи несертифицированной продукции.

К тому же, стоит заметить, что установка данной техники требует больших физических усилий, и людей, которые имеют соответствующую квалификацию. Люди, у которых нет опыта в установке такой техники, могут привести ее в негодность за считанные секунды.

Берегите свои средства, и добывайте энергию правильно!

altenergiya.ru

Энергия ветра: преимущества, недостатки, перспективы развития

Ветер – это не просто сложное физическое явление. В современном мире он используется как источник энергии и представляет собой экономически ценный продукт. Ветроэнергетика в мире становится всё более востребованной, над развитием этой отрасли работают учёные различных специальностей.

Насколько велик потенциал ветроэнергетики? Какими достоинствами и недостатками она обладает? Где применяется? Пришло время ответить на эти вопросы.

С чего всё начиналось

Существует общераспространённое заблуждение, что ветроэнергетика зародилась лишь в XVII–XIX столетиях. Однако на самом деле ветер как источник энергии активно использовался представителями древних цивилизаций. Вот несколько красноречивых примеров из истории:

  1. Уже в III–II веках до н. э. жители Месопотамии изобрели первые прототипы ветряных мельниц для размола зерна. Лопасти таких устройств, вращаясь под действием ветра, приводили в движение массивный жернов. Он, в свою очередь, растирал зерно в муку. Так энергия ветра позволила сэкономить силы и время нескольких сотен рабочих.
  2. В Древнем Египте ветряные мельницы появились примерно в тот же период.
  3. В Древнем Китае с помощью ветра производилась откачка водных масс с рисовых полей.
  4. В XII веке технологии, базирующиеся на использовании воздушных потоков, стали распространяться по Европе.

Долгое время ветряная энергетика не могла похвалиться хорошими результатами. Она немного облегчала жизнь и работу человека, но не могла послужить на благо всего человечества.

И только в XX веке технический прогресс коснулся этой отрасли. Учёные начали разрабатывать оборудование, позволяющее преобразовывать энергию воздушных потоков в электроэнергию.

Востребованность

Сегодня энергия ветра используется человеком всё активнее.

По состоянию на 2015 год ветроэнергетика занимает в общем энергобалансе:

  • Дании – 42%;
  • Португалии – 27%;
  • Испании – 20%;
  • Германии – 8,6%.

Перечисленные страны являются лидерами по получению электроэнергии из ветра. К данному списку стремятся примкнуть Индия, США, Китай.

Ведущие государства мира строят планы по увеличению количества ветропарков. В Китае и некоторых странах ЕС принимаются законы об использовании возобновляемых источников энергии и повышении мощностей. Всё это способствует развитию ветроэнергетики.

Применение

Использование энергии ветра является одним из самых перспективных направлений в современной энергетике. Наглядное сравнение: потенциал ветра более чем в 100 раз превышает потенциал всех рек Земли.

Ветропарки бывают:

  1. Крупные.Обеспечивают электричеством города и промышленные предприятия.
  2. Небольшие.
  3. Вырабатывают электроэнергию для удалённых жилых районов, частных ферм.

Набирает популярность офшорное строительство: ветроустановки возводятся прямо на воде, в 10–12 км от береговой линии океана. Такие парки приносят больше прибыли, чем традиционные. Связано это с тем, что скорость ветра над океаном в несколько раз выше, чем на суше.

Достоинства

Ветровая энергетика обладает рядом значимых преимуществ, таких как:

  1. Общедоступность.
    Ветер – возобновляемое «сырьё». Он будет существовать, пока есть солнце.
  2. Безопасность для природы и человека.
    Как и все альтернативные источники энергии, ветер экологически безопасен. Оборудование, преобразующее ветряную энергию, не создаёт выбросов в атмосферу, не является источником вредного излучения. Пути накопления, передачи и использования энергии ветра – экологичные. Производственная техника безопасна для человека, пока он использует её по прямому назначению, соблюдая при этом все правила безопасности.
  3. Успешная конкурентоспособность.Ветряная энергия – хорошая альтернатива атомной. Эти отрасли борются за первенство в возобновляемой энергетике. Но АЭС несут серьёзную угрозу для человечества. В то же время ещё не зарегистрирован ни один случай неисправности ветряного энергокомплекса, сопровождающийся массовой смертностью рабочих и простых жителей.
  4. Обеспечение людей большим количеством рабочих мест.Статистика зафиксировала, что уже в 2015 году отрасль обслуживает 1 млн человек. Развитие ветроэнергетики всё ещё продолжается, поэтому данная сфера народного хозяйства ежегодно предоставляет людям тысячи рабочих мест по всему миру. Это повышает процент занятости населения и благотворно влияет на экономику отдельного региона, всей страны и целого мира.
  5. Лёгкость в работе и управлении.Оборудование требует лишь периодических ТО. Ремонт турбин или их замена – задача средней сложности. Хорошо обученные специалисты без труда обеспечивают работу ветрогенераторов, их исправность. Для этого нужны лишь базовые навыки.
  6. Перспективность.Ветроэнергетика находится только на середине своего пути. Потенциал данной отрасли не раскрыт на все 100%, а значит – всё ещё впереди. Современные научно-технические открытия позволят повысить эффективность ветровой энергетики, сделать ее более прибыльной.
  7. Экономическая выгода.Любое предприятие в начале своей работы требует больших вложений. И в отрасли ветроэнергетики расходы на оборудование стабильны, в то время как цены на электроэнергию увеличиваются. Следовательно, доходы производства постоянно растут.

Все эти характеристики способствуют развитию и глобализации ветроэнергетики.

Недостатки

Ветроэнергетика не имеет каких-либо серьёзных недостатков, но и в этом аспекте есть проблемы:

  1. Высокий стартовый капитал.Запустить такой бизнес очень сложно, ведь закупка и монтаж оборудования требуют больших инвестиций.
  2. Выбор территории.Не все регионы Земли подходят для строительства ветроэнергетических комплексов. Подбор местности осуществляется на основе высокоточных расчётов.
      При этом учитываются:
    • количество ветреных дней;
    • скорость воздушных потоков;
    • частота их изменения;
    • прочее.
  3. Отсутствие точных прогнозов.Невозможно точно предсказать, что характеристики ветра в данной местности останутся стабильными на 10/20/100 лет. Сложно рассчитать, какое количество энергии будут вырабатывать ветрогенераторы.

Люди не могут «приручить» ветер, поэтому говорить о стабильности в работе ветрокомплексов невозможно. Впрочем, это относится ко всем возобновляемым источникам энергии.

Ложные теории

Противники ветроэнергетики придумывают различные лжетеории:

  1. Шум, создаваемый ветрогенераторами, вредит экосистеме.Ветряные станции и правда издают шум, однако на расстоянии 30–40 метров он уже воспринимается как фон (естественный уровень шума), поэтому никакого ущерба экологии не наносит.
  2. Ветрогенераторы убивают птиц.Да, это действительно так. Однако от ветряных станций умирает столько же птиц, сколько от высоковольтных сетей и автомобилей.
  3. Вблизи ветряных комплексов портится сигнал ТВ. Оборудование никак не влияет на качество сигнала спутникового, цифрового и аналогового ТВ.

Основная задача таких выдумок – привлечение большего количества людей на сторону традиционной энергетики, которая является более прибыльной для современных предпринимателей.

Заключение

Резкий скачок в развитии ветроэнергетики сделал жизнь человека проще. Энергия ветра используется на крупных промышленных предприятиях и в маленьких сельскохозяйственных комплексах. Именно эта отрасль энергетики является самой востребованной и перспективной.

‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘

ekoenergia.ru

Альтернативная энергия | источники, виды, использование

Ухудшение экологии и истощение природных ресурсов заставляет задумываться о том, как получать электричество и тепло из возобновляемых источников.

В этой статье рассказываем, как работает альтернативная энергия и почему многие страны делают выбор в её пользу.

 

Что такое альтернативная энергия?

Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (традиционной).

Альтернативные источники энергии – это обычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, которые вырабатываются естественным образом. Такая энергия ещё называется регенеративной или «зелёной».

Невозобновляемые источники – это нефть, природный газ и уголь. Им ищут замену, потому что они могут закончиться. Ещё их использование связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.


Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.


Ресурсы возобновляемой энергии


  • Солнечный свет
  • Водные потоки
  • Ветер
  • Приливы
  • Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
  • Геотермальная теплота (недра Земли)

 

Альтернативные виды энергии


1. Солнечная энергия

Один из самых мощных видов альтернативных источников энергии. Чаще всего её преобразуют в электричество солнечными батареями. Всей планете на целый год хватит энергии, которую солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%.

Основные недостатки – зависимость от погоды и времени суток. Для северных стран извлекать солнечную энергию невыгодно. Конструкции дорогие, за ними нужно «ухаживать» и вовремя утилизировать сами фотоэлементы, в которых содержатся ядовитые вещества (свинец, галлий, мышьяк). Для высокой выработки необходимы огромные площади.

Солнечное электричество распространено там, где оно дешевле обычного: отдалённые обитаемые острова и фермерские участки, космические и морские станции. В тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию, оно может покрывать нужны обычного дома. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.

Батареи также устанавливают на беспилотные автомобили, самолёты, дирижабли, поезда Hyperloop.

 

2. Ветроэнергетика

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.

 

3. Гидроэнергия

Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.

Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.

 

4. Волновая энергетика

Есть много способов генерации электричества из волн, но эффективно работают только три. Они различаются по типу установок на воде. Это камеры, нижняя часть которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.

Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.

Этот вид используется мало – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Системы тоже дорогие и для них нужен удобный выход к воде, который есть не у каждой страны.

 

5. Энергия приливов и отливов

Эту энергию берут от естественного подъёма и спада уровня воды. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.

Приливы и отливы хорошо изучены, поэтому этот источник более предсказуем относительно других. Но освоение технологий было медленным и их доля в глобальном производстве мала. Кроме того, приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.

 

6. Энергия температурного градиента (гидротермальная энергия)

Морская вода имеет неодинаковую температуру на поверхности и в глубине океана. Используя эту разницу, получают электроэнергию.

Первая установка, которая даёт электричество за счёт температуры океана была сделана ещё в 1930 году. Сейчас есть океанические электростанции закрытого, открытого и комбинированного типа в США и Японии.

 

7. Энергия жидкостной диффузии

Это новый вид альтернативного источника энергии. Осмотическая электростанция, установленная в устье реки, контролирует смешение солёной и пресной воды и извлекает энергию из энтропии жидкостей.

Выравнивание концентрации солей даёт избыточное давление, которое запускает вращение гидротурбины. Пока есть только одна такая энергетическая установка в Норвегии.

 

8. Геотермальная энергия

Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их ставят в вулканических районах, где вода у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).

Извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный блок. Ещё её перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.

Недостатки: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Больше всего геотермальных станций в США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

 

9. Биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

  • Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.
  • Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).
  • Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.

Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

 

Плюсы и минусы альтернативной энергии

Главная перспектива альтернативных источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.


Преимущества:


  • Доступность – не нужно обладать нефтяными или газовыми месторождениями. Правда, это относится не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.
  • Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов в окружающую среду.
  • Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

Недостатки и проблемы:


  • Траты на этапе строительства и обслуживание – оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Сейчас главная задача разработчиков снизить себестоимость установок.
  • Зависимость от внешних факторов: невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии зависит от географии страны.
  • Низкий КПД и маленькая мощность установок (кроме ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.
  • Влияние на климат. Например, спрос на биотопливо привёл к сокращению посевных площадей для продовольственных культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.

 

Возобновляемая энергия в мире

Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.


Германия


40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.


Исландия


У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.


Швеция


После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.

Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.

Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.


Китай


В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это крупнейшее по массе сооружение. Её сплошная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция произвела рекордные для мира 98,8 млрд кВт⋅ч.

Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.

Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.

 

Альтернативная энергия в России

Разное географическое положение регионов и специфика климатических поясов в России не позволяют развивать эту отрасль равномерно. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.

 

Виды возобновляемой энергии в России


Солнечная энергия


Используется и в промышленных масштабах, и у местного населения как резервный или основной источник тепла и электричества. Мощность всех солнечных установок – 400 МВт, из них самые крупные в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму. Самая мощная СЭС – «Владиславовка» (Крым). Ещё разрабатываются проекты для Сибири и Дальнего Востока.


Ветровая энергетика


Ветровая возобновляемая энергия в России представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя и здесь есть промышленные установки. Общая мощность ветровых генераторов в нашей стране – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы). Больше всего установок – в Крыму, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».


Гидроэнергетика


Это самый популярный вариант альтернативного источника энергии в России. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в стране. В заливе Кислая губа в Мурманской области с 1968 года есть приливная электростанция – «Кислогубская ПЭС». Самая крупная ГЭС стоит на реке Енисей – «Саяно-Шушенская».


Геотермальная энергетика


За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.


Биотопливо


Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

 

Компании, которые занимаются возобновляемыми источниками энергии

Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает многим компаниям успешно вести бизнес.


First Solar Inc.


Эта американская компания была образована в 1990 году и стала известной благодаря производству солнечных батарей. Сейчас это крупнейшая фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и отвечает за технический сервис.


Vestas Wind Systems A/S


Старейший производитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана в 1898 году и на сегодняшний день ей удалось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах. Vestas продаёт отдельные генераторы, комплексные станции и обслуживает устройства.


Atlantica Yield PLC


Эта компания с офисом в Лондоне владеет классическими линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.


ABB Ltd. Asea Brown Boveri


Шведско-швейцарская компания, известная автомобильными двигателями, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии. В 2013 году компания стала мировым лидером в области оборудования фотоэлектрической энергии.


Читайте: Персональный мир и полная автоматизация. Что такое четвёртая промышленная революция?


invlab.ru

Альтернативная энергия готовые решения на завтра

Содержание:

Сегодня люди не могут и не хотят зависеть от единственного источника электроэнергии. Это неудобно и неприятно, поэтому они ищут источники альтернативной энергии, которые смогут бесперебойно поставлять ее в дома, защищая их от холода, делая проживание  комфортным и безопасным. Запускаться они могут вручную или автоматически, когда происходит обесточивание основного фидера.

Об альтернативных энергии, которые к тому же смогут очистить планету от продуктов работы двигателей, сделав жизнь экологически безопасной, думают и в мировом масштабе. В Швеции, например, до 60% частных домов уже сегодня используют альтернативные источники энергии, которые являются резервным безотказным дополнением основному. Думается, что, как и во всем цивилизованном мире, в нашей стране они также получат долгожданную популярность.

В первую очередь к таким источникам относится энергия Солнца, воды, ветра, тепла и биомассы. Солнечные батареи и ветрогенераторы  уже перестали быть экзотикой, о внедрении которых можно говорить лишь как о далекой перспективе. Их используют во многих странах мира, в том числе и у нас, хотя в незначительном пока количестве.

Ветер, как альтернативный источник энергии

Энергию ветра использовали еще наши предки, которым принадлежит такое изобретение, как ветряная мельница,  при помощи которой зерно без затрат превращали в муку, сбивали масло, изготавливали бумагу. В Голландии даже с их помощью производили осушение болотистых почв. Несмотря на то, что в далекие годы в энергетической гонке победу одержали нефтепродукты, сегодня вновь возвращаются к реализации этого замысла, поскольку,  сегодня  многие понимают, что пришло время, когда пора задуматься об экологической безопасности. Если генератор подсоединить к ветряку, то, поскольку дует ветер практически всегда, можно  получить бесшумный  источник альтернативной энергии, работающий на использовании энергии ветра.

Уже разработаны модели ветрогенерторов, у которых различная ориентация осей вращения по отношению к ветру:

  • С горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветра.
  • С вертикальной осью, перпендикулярной направлению ветрового потока.
  • Без использования движущихся  частей – устройство, использующее термоэлектрический эффект Томсона.
  • С горизонтальной осью вращения с фиксированным, относительно направления ветра, направлением, которые применяют при единственном направлении ветра (господствующем).
  • Лопастей у ветроколеса может быть от одной до пятидесяти и больше.

Обычно, большой системой, на которой крепится ветроколесо, управляет электроника. Малые ветрогенераторы, как правило, для ориентации по направлению ветра снабжаются хвостовым оперением. Для того, чтобы ограничить вращение ветроколеса используются различные методы: установка лопастей в положение флюгерное, применение клапанов на лопастях и пр. Помимо этого, у таких генераторов, использующих силу ветра, могут быть лопасти различной формы: S-образной, в виде чаши, пластины и др.

Видео: Ветрогенераторы — альтернативная энергия

Современные ветрогенераторы, какими бы мощными не были, пока не могут обеспечить альтернативной энергией потребности крупных городов. Зато в небольших хозяйствах они уже сегодня являются отличными помощниками. В США, например,  они используются для освещения городов, находящихся  в труднодоступной местности, и небольших ферм. В Германии много лет такую установку используют для опреснения морской воды. У нас они применяются в основном для механизации подъема воды в южных животноводческих хозяйствах. Это позволяет сэкономить: в десять раз в сравнении с подвозом воды на машинах и в четыре раза, по сравнению с дизельными установками.

Ученые понимают, что альтернативная энергия ветра – это миллиарды мегаватт в час. Если даже использовать ее небольшую часть, все равно  миллионы жителей планеты могут быть обеспечены электричеством. Вот почему вновь завертелись повсеместно ветряки, а рынок ветряной энергетики стал одним из самых развивающихся.  По статистике, за 2001 год количество получаемой в мире  энергии ветряков составило двадцать четыре тысячи мегаватт. Имеются, пусть пока незначительные, подвижки и в нашей стране – это ветроэлектрические установки малой мощности. Производят их за рубежом, но они удобны в транспортировке, недороги, просты в монтаже и эксплуатации. И чисты экологически.

Способны же они не просто обеспечить электроэнергией (для освещения, например), но и стать для бытовых приборов, насосов, электрического инструмента источником, обеспечивающим их бесперебойную работу. Установка УВЭ500М, например, при средней скорости ветра 4 метра в секунду, может в месяц выдавать до 30 кВтч энергии. Добавив несколько агрегатов, можно  увеличить выработку. Поскольку, установка укомплектована аккумулятором, способным накапливать электричество, то даже тогда, когда нет ветра, подача света в дом не прекратится. Чем не альтернативная энергия? Готовые решения, которыми можно пользоваться уже сегодня, не ограничиваются ветрогенераторами, но они, к сожалению, пока не находят массового спроса, поэтому остаются дорогими.

Солнце – бесплатный и вечный источник альтернативной энергии

Другим основным источником альтернативной энергии  служит Солнце. Все более целесообразным становится эксплуатация солнечных батарей, сфера применения которых очень широка. Это сельское хозяйство и промышленность, частный сектор и космос, т.е. везде, где отсутствует централизованное энергоснабжение. Помимо того, что солнечные батареи – это чистый экологический источник энергии, они характеризуются длительным сроком службы, работают бесшумно и дают возможность наращивать мощность. Им не нужно системное обслуживание. Единственное, что может снижать их эффективность  — загрязненные панели.

Они эффективно служат туристам, рыбакам, путешественникам, т.е. тем, кто длительно находится в условиях отсутствия коммуникаций. Солнечные батареи способны заряжать различные мобильные устройства: планшеты, мобильные телефоны, ноутбуки, фотоаппараты и видеокамеры. Главное правильно подобрать мощность этих компактных современных устройств. В сфере бизнеса применяются они не только как аварийный источник питания (или дополнительный), но и как источник заработка. Для развития солнечной энергетики введен «зеленый тариф», который позволяет сгенерированную солнечными, тепловыми, водяными и ветряными электростанциями энергию, по высокой цене продавать государству.

Видео: Солнечные батареи для дома — альтернативная энергия

Солнечные батареи альтернативной энергии, параллельно массе преимуществ, имеют один, но весомый недостаток – цену. Они очень дорогое удовольствие. Несколько лучше  с ними обстоит дело на Западе, где несколько компаний наладили их производство и занимаются продвижением на рынке своего продукта. Так производители Дании – компания «ТермоСол» рекламировали недавно свои вакуумные солнечные батареи, специально разработанных для регионов с прохладным климатом. Кроме того, не первый год компания занимается производством систем тепло- и водоснабжения, работающих на солнечной энергии.

Батареи альтернативной энергии, работающие на солнечном свете, и в пасмурную погоду, и во время низкого солнцестояния будут надежным источником энергии. Не помешает сбору энергии низкая температура и ветер.

Тепло земли можно использовать во благо человеку

Еще один альтернативный источник   тепло земли, реализованный в тепловых насосах, которые давно функционируют в домах дальнего зарубежья, а у нас появились совсем недавно. Основаны они на том, что для отопления используется тепло, забираемое из окружающей среды – воздуха, воды, почвы. В том числе и в холодное время года. Кажется, откуда зимой тепло?

Оказывается, его можно получать из грунта, температура которого на глубине постоянна. А благодаря испарителю, имеющемуся в установке,  тепло небольшого теплового потенциала (грунта) передается фену. Компрессором полученный пар сжимается, что приводит к повышению температуры пара до нужного уровня, которое и передается в системы отопления и водоснабжения. Насос, как видим, выполняет работу по трансформации тепловой энергии с низкого уровня до того, который необходим потребителю. Работает эта неприхотливая конструкция в диапазоне температуры 25 — +50 градусов. Монтируется она легко и является экологичной.

Видео: Тепло из-под земли — альтернативная энергия

Вывод

Отечественные производители предлагают в альтернативной энергии также использовать гибриды – ветрогенераторы, снабженные солнечными батареями, чтобы солнечные батареи занимались производством энергии  в солнечный день, а ветряки тогда, когда на улице пасмурно.

Подводя итоги, видим, что традиционный источник энергии (электричество) – далеко не единственный. И выбор за человеком, который может воспользоваться любым существующим или дождаться, пока откроют что-то новое.

motocarrello.ru

Разное

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о