Нетрадиционные возобновимые источники энергии
ощность агрегата остается небольшой и доля затрат
на его эксплуатацию оказывается значительной. В итоге себестоимость энергии
не позволяет ветрякам с горизонтальной осью оказывать реальную
конкуренцию традиционным источникам энергии.
По прогнозам фирмы Боинг (США) на текущее столетие – длина лопастей
крыльчатых ветродвигателей не превысит 60 метров, что позволит создать
ветроагрегаты традиционной компоновки мощностью 7 М7Вт. Сегодня самые
крупные из них – вдвое «слабее». В большой ветроэнергетике только при
массовом строительстве можно рассчитывать на то, что цена киловатт-часа
снизится до десяти центов.
Маломощные агрегаты могут вырабатывать энергию примерно втрое более
дорогую. Для сравнения отметим, что серийно выпускавшийся в 1991 году НПО
«Ветроэн» крыльчатый ветродвигатель, имел размах лопастей 6 метров и
мощность 4 кВт. Его киловатт-час обходился в 8...10 копеек.
Типы ветродвигателей
Большинство типов ветродвигателей известны так давно, что история
умалчивает имена их изобретателей. Основные разновидности ветроагрегатов
изображены на рис. 8. Они делятся на две группы:
1.ветродвигатели с горизонтальной осью вращения (крыльчатые) (2-5);
2.ветродвигатели с вертикальной осью вращения (карусельные: лопастные
(1) и ортогональные (6)).
Типы крыльчатых ветродвигателей отличаются только количеством лопастей.
[pic]
Рис8 Типы ветродвигателей
Крыльчатые
Для крыльчатых ветродвигателей, наибольшая эффективность которых
достигается при действии потока воздуха перпендикулярно к плоскости
вращения лопастейкрыльев, требуется устройство автоматического поворота оси
вращения. С этой целью применяют крыло-стабилизатор. Карусельные
ветродвигатели обладают тем преимуществом, что могут работать при любом
направлении ветра не изменяя своего положения.
Коэффициент использования энергии ветра (см. рис. 9.) у крыльчатых
ветродвигателей намного выше чем у карусельных . В то же время, у
карусельных – намного больше момент вращения. Он максимален для
карусельных лопастных агрегатов при нулевой относительной скорости ветра.
Распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется величиной
скорости их вращения. Они могут непосредственно соединяться с генератором
электрического тока без мультипликатора. Скорость вращения крыльчатых
ветродвигателей обратно пропорциональна количеству крыльев, поэтому
агрегаты с количеством лопастей больше трех практически не используются.
[pic] [pic]
Рис. 9. Коэффициенты использования
Рис.10. Однолопастной карусельный
энергии ветра и вращающие моменты
двигатель
различных типов ветродвигателей
Карусельные
Различие в аэродинамике дает карусельным установкам преимущество в
сравнении с традиционными ветряками. При увеличении скорости ветра они
быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения стабилизируется.
Карусельные ветродвигатели тихоходны и это позволяет использовать простые
электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска
потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно
ограничивающее требование – использование многополюсного генератора
работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого
распространения, а использование мультипликаторов (Мультипликатор [лат.
multiplicator умножающий] – повышающий редуктор не эффективно из-за
низкого КПД последних.
Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее
способность без дополнительных ухищрений следить за тем «откуда дует
ветер», что весьма существенно для приземных рыскающих потоков.
Ветродвигатели подобного типа строятся в США, Японии, Англии, ФРГ, Канаде.
Карусельный лопастный ветродвигатель наиболее прост в эксплуатации.
Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя
и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в
процессе работы. С увеличением нагрузки уменьшается скорость вращения и
возрастает вращающий момент вплоть до полной остановки.
Ортогональные Ортогональные ветроагрегаты, как полагают специалисты,
перспективны для большой энергетики. Сегодня перед ветропоклонниками
ортогональных конструкций стоят определенные трудности. Среди них, в
частности, проблема запуска.
В ортогональных установках используется тот же профиль крыла, что и в
дозвуковом самолете (см. рис. 8. (6)). Самолет, прежде чем «опереться» на
подъемную силу крыла, должен разбежаться. Так же обстоит дело и в случае
с ортогональной установкой. Сначала к ней нужно подвести энергию –
раскрутить и довести до определенных аэродинамических параметров, а уже
потом она сама перейдет из режима двигателя в режим генератора.
Отбор мощности начинается при скорости ветра около 5 м/с, а
номинальная мощность достигается при скорости 14-16 м/с. Предварительные
расчеты ветроустановок предусматривают их использование в диапазоне от 50
до 20 000 кВт. В реалистичной установке мощностью 2000 кВт диаметр кольца,
по которому движутся крылья, составит около 80 метров.
У мощного ветродвигателя большие размеры. Однако можно обойтись и
малыми – взять числом, а не размером. Снабдив каждый электрогенератор
отдельным преобразователем можно просуммировать выходную мощность
вырабатываемую генераторами. В этом случае повышается надежность и
живучесть ветроустановки.
Неожиданные проявления и применения Реально работающие ветроагрегаты
обнаружили ряд отрицательных явлений. Например, распространение
ветрогенераторов может затруднить прием телепередач и создавать мощные
звуковые колебания. Появление экспериментального ветродвигателя на
Оркнейских островах (Англия) в 1986 году вызвало многочисленные жалобы от
телезрителей ближайших населенных пунктов . В итоге около ветростанции
был построен телевизионный ретранслятор. Лопасти крыльчатой ветряной
турбины были выполнены из стеклопластика, который не отражает и не
поглощает радиоволны. Помехи создавал стальной каркас лопастей и имеющиеся
на них металлические полоски, предназначенные для отвода ударов молний.
Они отражали и рассеивали ультракоротковолновый сигнал. Отраженный сигнал
смешивался с прямым, идущим от передатчика, и создавал на экранах помехи.
Построенная в 1980 году в городке Бун (США) ветроэлектростанция, дающая 2
тысячи киловатт, действовала безотказно, но вызывала нарекания жителей
городка. Во время работы ветряка в окнах дребезжали стекла и звенела
посуда на полках [17]. Было установлено, что шестидесятиметровый винт при
определенной скорости вращения издавал инфразвук. Он не ощущается
человеческим ухом, но вызывает низкочастотные колебания предметов и
небезопасен для человека. После доработки лопастей от инфразвуковых
колебаний удалось избавиться. Ветродвигатели могут не только вырабатывать
энергию. Способность привлекать внимание вращением без расходования энергии
используется для рекламы. Наиболее простой – однолопастный карусельный
ветродвигатель представляет собой прямоугольную пластинку с отогнутыми
краями (рис. 4.18). Закрепленный на стене он начинает вращаться даже при
незначительном ветре. На большой площади крыльев карусельный трех-четырех
лопастный ветродвигатель может вращать рекламные плакаты и небольшой
генератор. Запасенная в аккумуляторе электроэнергия может освещать крылья с
рекламой в ночное время, а в безветренную погоду и вращать их.
ТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗЕМЛИ.
Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии,
таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о
катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих
жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность
извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она
многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок,
созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании
энергии вулканических извержений говорить не приходится-нет пока у людей
возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью,
извержения эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии,
таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой
энергии находит выход через огнедышащие жерла вулканов. Маленькая
европейская страна Исландия- "страна льда" в дословном переводе-
полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами!
Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли- других
местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато очень богата
эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей
воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя не исландцам
принадлежит приоритет в использовании тепла под- земных источников (еще
древние римляне к знаменитым баням-термам Каракаллы- подвели воду из-под
земли), жители этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную
котельную очень интенсивно. Столица - Рейкьявик, в которой проживает
половина населения страны, отапливается только за счет подземных
источников. Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин
земли. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные
источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была
построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло, названном
так в честь французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 году
составил проект использования многочисленных в этом районе горячих
источников. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали
все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши
дни мощность станции достигла уже внушительной величины-360 тысяч
киловатт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе
| |  скачать работу |
Нетрадиционные возобновимые источники энергии |
