V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке. Установка ветряных источников энергии
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
Альтернативные источники энергии (энергия ветра). Создание ветрогенератора
Альтернативные источники энергии (энергия ветра). Создание ветрогенератора
Галанина С.А. 11МБОУ "Лицей № 3" г. Барнаула Алтайского края
Нижебойченко Н.А. 11МБОУ "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: 92
school-science.ru
Ветряки для выработки электрической энергии. Использование ветряных мельниц
Сила ветра это один из древнейших используемых человечеством источников энергии, которое, бесспорно, является одним из самых экономичных. Мореплаватели использовали силу ветра для морских путешествий под парусами еще за 3500 лет до новой эры. Простые мельницы были широко распространены в Китае 2200 лет назад. На Среднем Востоке, в Персии около 200 года до н.э. стали использоваться ветряки с вертикальной осью для перемалывания зерна. Первые персидские ветряки изготавливались из вязанок камыша, которые прикреплялись к деревянной раме, которая вращалась, когда дул ветер; стена вокруг мельницы направляла поток ветра против лопастей.
В XI веке в Европе начали распространяться ветряки завозились странствующими купцами и рыцарями из крестовых походов. Эти первые мельницы постоянно совершенствовались, сначала голландцами, затем англичанами, и наконец получили конструкции с горизонтальной осью. Жители Голландии обнаружили, что ветром очень удобно пользоваться для откачки воды, чтобы осушить землю, что для этой страны, расположенной в низовьях и поэтому страдает от наводнений, является очень актуальным. Наиболее активно в промышленному Европе мельницы использовались в XVIII веке, когда только в одной Голландии их было более ста тысяч. С их помощью мололи зерно, качали воду и пилили дрова. Впоследствии большинство ветряков, способных конкурировать с дешевым и надежным ископаемым топливом, были заменены паровыми двигателями. Однако и сегодня ветряки используются достаточно широко.
В истории Соединенных Штатов мельницы сыграли очень важную роль в освоении Запада Америки в конце XIX века.
Они были жизненно необходимы первым поселенцам Великих равнин. Ветряки поставляли воду на дорогу и пастбища, в места, удаленные от рек и источников воды. Позже ветряки стали использовать в удаленных от населенных пунктов хозяйствах для выработки электрической энергии. За последние 100 лет американцы создали более 8 миллионов ветровых установок для водопидняття, назначенных в большинстве случаев для пастбищ и скота.
В старых мельниц лопасти были деревянными и могли использовать около 7% энергии ветра. Благодаря новаторской работы Томас Перги, который в конце XIX века провел около 5000 экспериментов с разными видами «колеса» (т.е. ротора), деревянные лопасти уступили место лопастям из изогнутого металла, что увеличило эффективность установок вдвое — до 15%.
Энергия ветра вечно возобновляемая и неисчерпаемая, пока греет солнце. Ветер образуется на земле в результате неравномерного нагрева ее поверхности Солнцем.
Воздух над водной поверхностью в течение светлой части суток остается сравнительно холодным, так как энергия солнечного излучения расходуется на испарение воды и поглощается ею. Над сушей воздух нагревается благодаря тому, что она поглощает солнечную энергию меньше, чем поверхность воды. Нагретый воздух расширяется и поднимается вверх, а его заменяет холодный воздух от поверхности воды. Ночью суша охлаждается быстрее, чем вода, и температура над водой будет выше, чем над сушей. Поэтому ветры меняют свое направление, и холодный воздух суше вытесняет нагретый воздух водной поверхности.Аналогично происходят изменения направления ветров в горной местности, где в течение дня теплый воздух поднимается вдоль склонов, а ночью холодный воздух спускается в долины.Воздух циркулирует и вследствие вращения Земли: движение происходит в направлении, противоположном направлению движения часовой стрелки в северном полушарии, и по направлению движения часовой стрелки — в южном.
Что такое энергия ветра?
Часть солнечной энергии, которая достигает внешних слоев земной атмосферы, превращается в кинетическую энергию частиц воздуха, движущихся есть ветра. Кинетическая энергия ветрового потока равна
A = (m • v2) / 2,
где m — масса воздуха, движущегося кгv — скорость ветра, м / с.
Энергия ветра имеет ряд специфических особенностей: малую концентрацию, отнесенную к единице объема воздушного потока; случайный характер изменения скорости, с другой стороны, повсеместное распространение этого источника энергии, слишком совершенные технические средства ветроэнергетики и их экономическая эффективность позволяют рассматривать его как дополнение к » большой «энергетики, прежде всего для обеспечения энергией потребителей в труднодоступных районах, удаленных от источника централизованного энергоснабжения.
Мощность ветрового потока определяется как
P = A /? =? ((F • v3) / 2),
где? — Плотность воздуха, кг / м;F — площадь, которую пересекает ветровой поток, м2;v — скорость ветра, м / с.
Ветровое колесо, размещенное в потоке воздуха, может в лучшем случае теоретически преобразовать в мощность на его валу 16/27 = 0,59 (критерий Бетца) мощности потока воздуха, проходящего через площадь сечения, охватываемую ветровым колесом Этот коэффициент можно назвать теоретическим КПД идеального ветрового колеса. В действительности КПД ниже и достигает для лучших ветровых колес примерно 0,45. Это означает, например, что ветровое колесо с длиной лопасти 10 м при скорости ветра 10 м / с в лучшем случае может иметь мощность на валу 85 кВт.
Окрестности, пригодные для размещения ветроагрегатов делятся на несколько классов (по типам неровностей). Такое разделение (см. табл. 1,) демонстрирует возможности обеспечения энергией ветроустановок в условных единицах (10 баллов соответствует отсутствию неравенств, то есть 0-й класс поверхности), по методике европейской практики строительства ветростанций.
Таблица 1 — Классификация ветрового потенциала местности по характеру неравенств
| Класс нериввности | Топография местности | Энергопотенциал |
| 1 | Открытая местность без высокой растительности и лесов | 6,8 |
| 2 | Отдельные здания с расстоянием 1000м между ними | 4,6 |
| 3 | Застроенный район, леса, пересеченная местность | 2,4 |
Оценка энергообеспеченности по баллам в зависимости от характера не всегда однозначна. Известно, что после застройки местности или после посадки деревьев ее аэродинамика может резко измениться, может увеличиться количество ветрового времени и вырасти сила ветра. То же касается и горной местности. Несмотря на значительные завалы в отдельных местах, пересеченность местности может образовывать нечто вроде каналов, в которых скорость ветра гораздо выше, чем на открытой местности.
Кроме среднегодовой скорости для каждой местности есть свой профиль скоростей, который, влияет на величину скоростного напора. Вот почему для эффективного улавливания ветра есть своя оптимальная высота расположения ветроагрегата над уровнем земли. Так же, как и для среднегодовой скорости, предварительно делаются исследования эффективной высоты расположения ветроагрегата при различных ветровых нагрузках и мощностях самого ветроагрегата.
Есть две принципиально разные конструкции ветроустановок: с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Более распространены ветроустановки с горизонтальной осью.
Основными элементами ветроэнергетических установок являются витроприймальний устройство (лопасти), редуктор передачи крутящего момента к электрогенератора, электрогенератор и башня. Витроприймальний устройство вместе с редуктором передачи крутящего момента образует ветродвигатель. Благодаря специальной конфигурации витроприймального устройства в воздушном потоке возникают несимметричные силы, создающие крутящий момент. В зависимости от мощности генератора ветроустановки делятся на классы, их параметры и назначение приведены в табл. 2.
Таблица 2 — Классификация ветроустановок
| Класс установки | Мощность, кВт | Диаметр колеса, м | Количество лопастей | Назначение |
| Малой мощности | 15-50 | 3-10 | 3-2 | Зарядка аккумуляторов, насосы, бытовые нужды |
| Средней мощности | 100-600 | 25-44 | 3-2 | Энергетика |
| Большой мощности | 1000-4000 | > 45 | 2 | Энергетика |
Поскольку ветер может менять свою силу и направление, ветровые установки оборудуются специальными устройствами контроля и безопасности. Эти устройства состоят из механизмов разворота оси вращения по ветру, наклона лопастей относительно земли при критической скорости ветра, системы автоматического контроля мощности и аварийного отключения для установок большой мощности.
Ветроэнергетические установки с вертикальной осью вращения имеют преимущество перед установками с горизонтальной осью, которая заключается прежде всего в том, что исчезает необходимость в устройствах для ориентации на ветер, упрощается конструкция и снижаются гироскопические нагрузки, которые предопределяют дополнительное напряжение в лопастях, системе передач и других элементах установки .
Разновидностью ветроустановок с вертикальной осью является так называемая ветровая плотина, где сконцентрирован воздушный поток направляется на установку с помощью направляющих в виде лесополос, искусственных перегородок в виде панелей, надувных конструкций, соломенных блоков и т.п.
Понравилось это:
Нравится Загрузка...
Похожее
vetrodvig.ru
| 10.03.2014 | |
 Вопрос о том, где лучше установить ветрогенератор, пожалуй, один из немаловажных вопросов, который вам придется решить перед его покупкой. От силы и характера ветра зависит эффективность ветрогенератора. Чем сильнее будет ветер, тем больше вы получите энергии от ветряной электростанции. К тому же, энергия эта будет превышать энергию ветра аж в два раза! Это необходимо для бесперебойной работы вашей системы.
Поэтому вам нужно установить ветрогенератор в таком месте, где можно получить максимально мощный поток ветра. Самое идеальное место для ветрогенератора – это возвышенность на открытом участке, где нет препятствий для воздушного потока. В городе почти нерентабельно устанавливать ветряные электростанции, так как там много высотных зданий, которые препятствуют ветру.
Для установки ветрогенератора выбирайте максимально открытую площадку. Если на участке, где вы собрались устанавливать ветряную электростанцию, много деревьев и кустов, то лучше установите ее на какой-нибудь башне. Эта башня должна быть выше всех имеющихся вокруг препятствий для ветра. В идеале ветряк должен быть установлен выше всех рядом стоящих домов и деревьев. Ветрогенератор можно так же установить на крыше дома. Помните о том, что чем выше, тем ветер сильнее.
Не забывайте о том, что для установки ветряной электростанции необходимо согласовать этот вопрос с нужными инстанциями и получить от них разрешение на установку ветрогенератора.
Монтаж ветряной электростанции, мощность которой не превышает 75 кВт, не требует специального разрешения на строительство. Но все равно, даже в этом случае, согласуйте вопрос по установке ветрогенератора с соседями, так как даже такой ветрогенератор будет создавать небольшой, но все-таки шум. Лучше заранее поговорите со своими соседями и, скорей всего, они не будут против.
У небольшие бытовых ветрогенераторов нагрузка и вибрация совсем небольшая, поэтому риска отрицательного влияния на крышу и все здание в целом нет. Но каждое здание устроено по-своему, поэтому лучше все-таки проконсультироваться со специалистом перед установкой и монтажом ветряной электростанции.
Советуем также почитать:
|
energiya-yar.ru
