Преимущество и недостатки ветровых электростанций по сравнению с тепловыми (ТЭС)

Использование сил природы для извлечения собственной выгоды является показателем развитости человека. В частности это касается применения силы ветра для собственных нужд. Очень давно человек не имел ни малейшего представления о физике и о перемещении воздушных масс вдоль плоскости земной поверхности, но использовать силу ветра в виде тяговой силы для судоходства человек научился вместе с изобретением паруса. Далее закономерным продолжением развития ученой мысли стало появление ветряков или ветряных мельниц.

Следующий глобальный прорыв в процессе контроля воздуха и ветра наступил в конце 19 века, когда на свет появилась первая ветряная электростанция. Проблема, которая привела к поискам альтернативного источника энергии, заключается в желании сэкономить, поскольку каждый год наблюдалось повышение цен на прочие виды топливных ресурсов.

Использование ветрогенераторов сегодня является очень распространенным способом получения электрической энергии, а современный ветряк известен каждому школьнику. Лидерами в количестве применяемых ветряных электростанций являются Соединенные Штаты Америки и Китай, но другие страны также понимают, что преимущество ветровых электростанций заключается в возможности получения дешевой энергии и эта отрасль энергетики получает значительное развитие.

Установка ветряка стоит намного ниже, чем проведение ЛЭП или подключение к уже существующей. При этом невысокая стоимость энергии ветра и простота, позволяющая самостоятельно изготовить простейший ветряк, делает ветряные электростанции популярными среди простых обывателей.

Назначение ветряных электростанций

Для удовлетворения ежедневной потребности потребителя требуется эксплуатация оборудования, которое способно выдавать до 10 кВт электроэнергии. При этом идеально смонтированная ветряная система должна состоять из нескольких ветрогенераторов, которые аккумулируют энергию в общую батарею. Это позволяет корректировать выходную мощность аккумулятора, подключая дополнительные или отключая лишний ветряк.

Бесперебойного снабжения энергией можно добиться при монтировании автономного комплекса. Но тут всплывает проблема и основной недостаток современной ветряной электростанции в сравнении с ТЭС, которая заключается в стабильности потока ветра для вырабатывания энергии постоянной мощности. Во избежание проблем многие комплексы оснащаются дополнительными или резервными источниками питания в виде дизельных или бензиновых генераторов, которые могут автоматически отключаться или подключаться в зависимости от силы ветра.

Принцип действия и конструкция ветряных электростанций

Чтобы понять, какими преимуществами обладают ветровые электростанций, следует знать принцип их работы и конструктивные особенности. В основу работы подобного устройства положено использование силы ветра, посредством которой вращаются лопасти колеса, передающего движение на вал генератора при помощи сложной системы передаточных звеньев. В зависимости от конструктивных особенностей конкретной системы энергия ветра может передаваться на электрический генератор или питать водяной насос. Зная простейшие законы физики, можно сформулировать условие максимизации получаемой энергии.

Количество получаемой от генератора энергии находится в пропорциональной зависимости от диаметра колеса и лопастей ветряка. Иными словами, чем больший поток ветра, тем быстрее начинает крутиться вал генератора и большее количество энергии вырабатывается.

Но руководствоваться лишь одним размером при выборе ветряка было бы ошибочным, поскольку на разных высотах потоки воздуха ведут себя по-разному. Именно в силу этого, при проектировании ветряных электростанций особое внимание уделяется особенностям рельефа местности.

Проблемы эксплуатации ветряных электростанций заключаются в необходимости порой установки очень высоких мачт, поскольку на большей высоте наиболее потоки воздуха более стабильны, а ближе к поверхности земли их сила сокращается. Эксплуатация тепловой электростанции (ТЭС) лишена подобного ограничения, поскольку для ее нормальной работы требуется только наличие топлива.

Конструктивно все ветряные электростанции подразделяются на три типа: пропеллерные, барабанные и карусельные. Различие по типам заключается в расположении стабилизаторных лопастей и вращающегося вала относительно потока ветра. Наиболее экономичным типом является пропеллерный, где лопасти располагаются в горизонтальной плоскости по отношению к направлению ветра. В двух других случаях вал генератора располагается вертикально. Барабанные и карусельные ветряки обычно устанавливаются в местностях, где роза ветров не играет существенной роли.

Ветровые электростанции: преимущества и недостатки

При выборе альтернативного источника энергии в виде установки ветряной станции возникает вопрос: Какими преимуществами обладают ветровые электростанции по сравнению с тепловыми?

• Простота конструкции, что позволяет обслуживать и эксплуатировать подобные объекты людям, не имеющим специального образования;
• Неиссякаемость источника вырабатываемой энергии. Самое главное преимущество ветровых электростанции на тепловыми в том, что для их работы используется энергия ветра, который относится к возобновляемым источникам. Эксплуатация тепловых станции (ТЭЦ) требует постоянного использования топлива, а ветер есть всегда;
• Экономичность. Использование ветряной станции это уникальный случай получения максимальной выгоды при минимальных затратах. Один генератор способен выдавать от 10 до 1000 Вт;
• Экологичность. Для работы ветряка не требуется переработки топлива, а соответственно не загрязняется атмосфера.

Преимущества ветровых электростанций по сравнению с ТЭС также включают в себя компактность, автономность, доступность.

Но, несмотря на преимущества ветровых электростанций по сравнению с тепловыми, они обладают рядом недостатков.

Какими недостатками обладают современные ветровые электростанции?

1. Ветряная зависимость. Этот недостаток вытекает из преимущества, поскольку при отсутствии ветра выработка энергии полностью прекратится;
2. Создание помех для радиосвязи и телекоммуникации;
3. Изменение естественного ландшафта;
4. Большая площадь, требуемая для установки целого блока генераторов;

В любом случае, если провести тщательный анализ, то можно прийти к выводу, что применение ветряных электростанций обладает большим количество плюсов, нежели минусов и является на настоящий момент самым простым и эффективным способом получения электрической энергии.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Преимущества ветрогенераторов

Количество природных ресурсов, которые веками играли роль ключевых источников энергии, продолжает неуклонно снижаться. При параллельном повышении их стоимости это вынуждает человечество активно обращаться к поиску альтернативных решений. Ученые и инженеры всего мира десятилетиями пытаются извлечь максимум энергии из солнечных лучей, естественного движения водных массивов рек и каналов, а также порывов ветра.

Одним из наиболее удачных вариантов, позволяющих обеспечить необходимую эффективность на протяжении всего года и практически во всех уголках планеты, являются ветрогенераторы. Они дают возможность обустроить комфортный быт в частном доме, организовать технологические циклы предприятия и даже питание током целого города. Принцип работы этих энергоустановок и их преимущества на фоне других альтернативных источников энергии рассмотрим ниже.

Особенности конструкции ветряной электростанции

Конструкция устройств, использующих безвозмездный источник энергии, достаточно проста. Ветряная электростанция состоит из лопастей, мачты, электрогенератора и дополнительных приборов, обеспечивающих преобразование, накопление и передачу к потребителям электроэнергии.

Размер и конфигурация лопастей определяют эффективность их вращения по соотношению к силе ветра. Турбина играет роль преобразователя механического движения (вращения) в электрическую энергию. Существуют модификации ветровых генераторов, которые предусматривают возможность складывания мачт, что упрощает обслуживание оборудования.

Принцип работы ветряных электрогенераторов

Работа ветряков основана на принципе преобразования механической энергии в электрическое напряжение. При вращении лопастей под воздействием потоков ветра вырабатывается кинетическая энергия, которая приводит в движение элементы генератора, состоящего из подвижной (ротор) и неподвижной (статор) частей. В процессе раскручивания ротора вокруг него формируется магнитное поле, обеспечивающее выработку электрического тока в обмотке статора. Далее напряжение подается на преобразователь, а затем в накопительные батареи или в потребительскую сеть.

Вышеописанный принцип работы лежит в основе практически на всех моделей ветровых генераторов. Наличие в системе АКБ обеспечивает электроснабжение при штиле или недостаточной для воздействия на лопасти силе ветра. Разработчики конструкций стремятся предусмотреть различные эксплуатационные ситуации, чтобы системы работали в максимальном диапазоне непредсказуемых погодных условий.

Ключевые преимущества ветровых генераторов

• Абсолютная безопасность. Традиционные источники энергии, которые сейчас питают 98% всех городов мира, в качестве побочного эффекта вырабатывают миллиарды кубометров токсичных газов и прочих отходов, которые наносят колоссальный вред экологической обстановке планеты. Ветряк в процессе эксплуатации не выделяет никаких вредных веществ, что делает его абсолютно чистым источником энергии. Его работа остается практически незаметной, он не изменяет силу или направление потоков ветра, аккуратно подстраиваясь под их течение.
• Максимальная эффективность. Ветряной генератор практически не расходует ресурсы, если не считать затрат на периодическое техобслуживание. Ему не нужно топливо, как и прочие иссекаемые запасы. Агрегат генерирует электрическую энергию буквально из воздуха, не используя его при этом как любой другой традиционный ресурс. Благодаря такой особенности ветряки считаются одними из самых перспективных направлений в коммерческой энергетике.
• Надежность. Ветряные электростанции разрабатываются так, чтобы их конструкция могла прослужить десятки и более лет. Для достижения таких целей используются современные сплавы, высокопрочные полимерные композиты, а также комбинации различных износостойких материалов, не поддающихся воздействию коррозии, кислот, солей и прочих агрессивных сред.
• Экономичность. Ветрогенераторы обладают высокими показателями КПД, так как их работа требует минимальных расходов. Сочетание низкой стоимости получаемой энергии и возможных доходов от ее реализации полностью объясняет целесообразность использования этих альтернативных источников.
• Простота сборки и монтажа. Установка бытовых моделей может осуществляться самостоятельно при условии наличия соответствующих знаний и навыков по работе с электросетями и оборудованием. Немаловажным фактором является то, что ветряную электростанцию можно в любое время модернизировать, изменить количество батарей, расширить систему, увеличить число потребителей и скорректировать другие параметры. При этом все работы могут выполняться силами 1–2 квалифицированных специалистов.
• Удобство. Существенным недостатком первых ветрогенераторов была сильная вибрация и шумы, которые они создавали при выработке электрической энергии. Использование современных технических решений позволило свести эти недостатки к минимуму. Современные ветряки отличаются минимальными колебаниями и уровнем помех.
• Отсутствие жестких требований. В отличие от прочего оборудования, вырабатывающего электроэнергию, ветровые генераторы могут устанавливаться на любых открытых частных участках при условии отсутствия помех для воздушных потоков. Для расположения на частной территории вовсе не нужны какие-либо разрешения, исключением являются только слишком крупные конструкции.

Производственная мощность

Современным ветрякам для выработки энергии, достаточной для обеспечения небольшого дома, не нужен сильный ветер. Использование высокопрочных и легких материалов, а также современных наработок в области конструкции лопастей позволили обеспечивать их работоспособность в условиях минимальных воздушных потоков. Для вращения инновационных моделей, соответственно и выработки энергии, достаточно скорости ветра в 1,5–2 м/с. С полной уверенностью можно утверждать, что ветрогенераторы смогут быть эффективными на всей территории России на протяжении всего года.

Характеристики ветряных электростанций непрерывно повышаются, при этом современные модели можно использовать в самых различных целях. Для бытовых нужд чаще всего заказывают генераторы производительностью до 100 кВт. Устройства для промышленных объектов и коммерческой деятельностью способны вырабатывать более 5 МВт. Как правило, это массивные конструкции, размах лопастей которых можете составлять 10 и более метров. Если рассматривать ветровой генератор для индивидуального дома, где присутствует только бытовое оборудование, оптимальным решением будет установка с напряжением 220 В и мощностью порядка 2–10 кВт.

Разновидности ветряных электростанций

По траектории вращения лопастей ветряные электростанции делятся на два вида

1. Горизонтальные ветряные электростанции обладают классической конструкцией, которую можно наблюдать у самолетов или обычных домашних вентиляторов. Большинство моделей оснащается тремя лопастями. Эта разновидность пользуется наибольшей популярностью благодаря оптимальному соотношению цена/производительность. При самой низкой с

Достоинства и недостатки ветрогенераторов | Зелёный дом

Малый ветряных турбин с вертикальной осью отличаются футуристическим дизайном и часто привлекают внимание зрителя. Но все же о фактах, какие технические отличия от обычной ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения?

Для больших ветрогенераторов в мегаваттном класса развивающихся на протяжении десятилетий, преобладает тип конструкции с горизонтальной осью и тремя лопастями.

Для малых ветровых турбин, есть гораздо более широкий диапазон конструкций. Совершенно иной тип конструкции представляют так называемые вертикальные ветровые турбины, вал ротора расположен вертикально к земле. Но каковы технические различия между горизонтальными ветрогенераторами, каковы преимущества и недостатки?

Основным недостатком вертикальных ветровых турбин является их низкой эффективности. Однако растения с вертикальной осью также имеют преимущества, которые объясняются в первую очередь.

Преимущества и недостатки ветрогенераторов с вертикальной и горизонтальной осью вращения

Преимущества вертикальных ветровых турбин

Нет необходимо ориентации на ветер:
Вертикальные ветряные турбины не должна быть снабжена управления, который поворачивало бы ротор на ветер. Горизонтальные установки имеют обычно флюгер и системы слежения.

Больше подходит для турбулентных ветровых условий:
На участках с сильной турбулентностью воздуха системы работают с вертикальной осью зачастую более надежны, чем горизонтальные конструкции. При длительных турбулентных ветровых условиях, ставит под вопрос установку малого ветрогенератора с горизонтальной осью вращения.

Скорость ветра при которой ветрогенератор запускается и производит энергию:

Вертикальная установки уже работает на низких скоростях ветра и способны производить электроэнергии.

Простота в обслуживании:
Техническое обслуживание подвижных компонентов, такие как генератор расположены на уровне земли. В горизонтальных сооружений, детали машин находятся в гондоле. Когда мачта не может быть наклонена, нужен подъемник или кран.

Низкая скорость вращения и низкий уровень загрязняющего шума:
Вертикальные ветряные турбины тише и поэтому подходят для жилых районов и городов.

Тени и отрицательный визуальный эффект:
Растения с горизонтальной осью ротора может вызвать солнце находится низко неприятные тени в вертикальной системы могут быть практически исключены.

Недостатки вертикальной небольших ветровых турбин

Низкая эффективности:
Основным недостатком вертикальной небольших ветровых турбин связано с низкой эффективностью. В то время как горизонтальные системы способны забирать у ветра до 50% энергии, значение для вертикального ротора составляет максимум 40%.Горизонтальное часто производят значительно больше энергии, чем вертикальные установки.

Высокие вибрации и нагрузки:
Вертикальная установка может вызвать сильные резонансы.

Низкая высота:
Роторы, как правило, близко к земле. Ветрогенераторы с Горизонтальная ось расположены на мачты или башнях в более высоких слоях атмосферы.

Проникновение строительство типов

Исследование, проведенное Университетом Касселя и института Фраунгофера для ветроэнергетики и технологии Энергетические системы IWES даже при небольших ветрогенераторы имеет горизонтальный ротор с тремя лопастями в настоящее время является наиболее распространенным. Из в общей сложности 118 видов конструкций рассмотрено 88% горизонтальной оси и 12% вертикальной оси.

Прогноз

Снижение эффективности вертикальной системы не означает, что концепция не в долгосрочной перспективе может утратиться. В фотоэлектрической промышленности технология относительно низкой эффективностью может преобладать в течение длительного времени.Производитель солнечных модулей First Solar может претендовать на лидирующие позиции на рынке, хотя эффективность ее тонкопленочных модулей была значительно ниже, чем у обычных модулей с кремниевых солнечных элементов. Причиной сильные позиции на рынке были существенной экономии издержек производства, так что конкретные инвестиционные расходы и связанные с этим расходы производства электроэнергии более низкие.

В настоящее время большинство малых ветрогенераторов реализованы с горизонтальной осью вращения, поскольку более высокая эффективность будет иметь положительное влияние на экономику. Вертикальная установка может принести свои сильные стороны, чтобы опереться на конкретные достоинства конструкции, такие как низкий уровень шума.

_________________________________

Так, что мы имеем в итоге:

Достоинстива

1. Использование энергии ветра имеет тысячелетнюю историю. Энергия ветра использовалась еще в Древнем Риме для доставки воды и помола зерна.

2. Энергия ветра – возобновляемая энергия, что означает, что Земля производит ветер постоянно, бесплатно и без ущерба для окружающей среды.

3. Энергия ветра может быть достаточно дешевой, если будет использоваться в широких масштабах и на начальном этапе при поддержке государства. По некоторым оценкам цена КВт-часа может быть ниже 4-6 центов.

4. Энергией ветра замещает энергию, вырабатываемую тепловыми электростанциями, тем самым уменьшая выбросы парниковых газов.

5. Энергия ветра доступна практически в любом месте на планете. Где-то ветер слабее, где-то сильнее, но он есть практически везде.

6. Ветрогенераторы не производят вредных выбросов в процессе эксплуатации.

7. Ветряные турбины расположены на мачтах, и занимают очень мало места, что позволяет размещать их совместно с другими строениями и объектами.

8. Энергия ветра будет особенно востребована в удаленных местах, куда доставка электричества другими привычными способами затруднена.

9. Производство и эксплуатация ветряных турбин – это новые рабочие места.

10. Как и другие альтернативные источники энергии, ветряные электростанции снижают зависимость компаний и частных лиц от монополии нефтегазовых кампаний, т.е. создают конкуренцию, от которой должны выиграть конечные потребители.

Недостатки.

1. Сила ветра весьма переменчива и зачастую непредсказуема, что требует использования дополнительного буфера для накапливания избыточной электроэнергии или дублирования источника для подстраховки. Эта проблема должна решиться с внедрением технологии Smart Grid – интеллектуальной системы распределения электроэнергии производимой гетерогенными источниками между потребителями в зависимости это потребностей.

2. Многие люди считают, что ветряки, торчащие здесь и там, портят природный вид местности.

3. В разных частях Земли в разное время ветер дует по-разному. При строительстве ветряных электростанций необходимо предварительное исследование и разработка карты ветров.

4. Высокая начальная стоимость. Стоимость установки производящей 1 МВт составляет сегодня 1 миллион долларов.

5. Ветряные электростанции, как правило, простираются на обширные территории и находятся в отдалении от потребителя, что создает дополнительные расходы на транспортировку энергии.

6. Сохранение избыточной энергии, выработанной ветряными турбинами, требуют дополнительных решений: аккумуляторов или преобразователей в другие виды энергии.

7. Некоторые исследователи утверждают, что ветряки принуждают некоторые виды птиц менять пути миграции.

8. Ветряные турбины создают шум сравнимый с шумом автомобиля движущегося со скоростью 70 км/ч, что создает дискомфорт для людей и отпугивает животных.

9. Вращающиеся лопасти турбины представляют потенциальную опасность для некоторых видов живых организмов. Согласно статистике, лопасти каждой установленной турбины являются причиной гибели не менее 4 особей птиц в год.

10. Есть мнение, что турбины могут создавать помехи ухудшающие прием радио- и теле- передач.

Ветряные электростанции для дома плюсы и минусы данного электричества.

Приобретение ветряной электростанции для дома – наиболее подходящее решение в случае отсутствия единой подачи электроэнергии. Также установка домашней станции выгодна, если стоимость подведения линий электропередач неоправданно завышена. Для поселков, расположенных на большом расстоянии от центрального электроснабжения, оптимально использование ветроэнергетических станций с увеличенным показателем мощности, которой будет достаточно для снабжения энергией сразу нескольких объектов.

Ветряные станции для автономного энергоснабжения

Для обеспечения ежедневных бытовых потребностей в электроэнергии (использование электрических приборов, освещение) потребуется ветроэнергетическая установка мощностью более 10 кВт. Целесообразнее оборудовать систему из нескольких станций с невысокой мощностью, которые будут аккумулировать энергию на общую батарею. В случае необходимости мощность данной системы можно регулировать, изменяя количество и емкость батарей или устанавливая дополнительные генераторы энергии.

Чтобы получить возможность бесперебойного энергоснабжения, вне зависимости от климатических условий, целесообразно создать комплекс, который будет действовать автономно и включает ветряную установку и дополнительный источник энергии. В качестве такого источника можно эксплуатировать бензо-генератор, солнечные батареи или дизельный генератор. При высокой силе ветра генератор должен находится в отключенном состоянии. Когда для функционирования электроприборов и заряда батареи будет недостаточно энергии, производимой ветряной станцией, осуществляется запуск резервного источника в автоматическом режиме.

Технические параметры ветряных установок

Конструкция стандартной ветряной станции включает ряд неотъемлемых элементов. Для функционирования системы используются:

1. Генератор
2. Выпрямительное устройство
3. Аккумуляторная батарея
4. Инвертор

Для осуществления мониторинга и контроля за всей системой применяется микропроцессорный контроллер либо другие логические схемы.

Определяясь с техническими характеристиками ветряной электростанции следует отдать предпочтение тем установкам, у которых скорости запуска ротора и перехода на рабочий режим являются минимальными. Чем больше область рабочих скоростей ветра, тем выше вероятность стабильной выработки энергии. Большое разнообразие ветряных установок сводится к двум основным категориям:

• с горизонтальным размещением ротора генератора
• генераторы с ротором вертикального типа

Горизонтальные установки обладают повышенным КПД и невысокой материалоемкостью. В то же время, данная разновидность ветровых электростанций имеет сложно устроенный механизм и менее удобна в эксплуатации. Вертикальные станции являются менее экономичными, но способны функционировать в широком диапазоне скоростей ветра и отличаются компактностью.

Выбор генератора

Существует несколько вариантов генератора для ветряной установки, каждый из которых имеет собственные преимущества и недостатки. Наиболее распространенным вариантом является использование генератора переменного тока. К его положительным чертам относится сравнительная дешевизна и отсутствие необходимости монтажа. Однако зачастую генератору переменно тока недостаточно скорости вращения, которую создает поток ветра. В таком случае потребуется установить шкив или зубчатую передачу, что потребует дополнительных затрат.

Еще один способ – собранный вручную генератор с использованием постоянных магнитов в конструкции. Для сооружения такого генератора необходимо разработать детальный проект и выполнить ряд расчетов. В то же время подобное устройство отличается высокой эффективностью, прочностью конструкции и низкой стоимостью одного кВт.

Также для домашней ветряной электростанции подходит генератор постоянного тока. К достоинствам его эксплуатации можно отнести простоту конструкции и стабильное функционирование. Используя данную разновидность генератора важно правильно рассчитать требуемый показатель мощности и на основе этих сведений сделать выбор устройства. По ряду характеристик генераторы постоянного тока уступают аналогам на переменно токе и кроме того их передающий механизм нуждается в периодическом обслуживании.

Преимущества ветряных установок

Ветряные мельницы для электричества обладают рядом положительных свойств, которые обусловливают рост их востребованности. Среди преимуществ ветровых установок можно выделить:

1. Они являются одними из наиболее экологически чистых разновидностей электростанций, которые в ходе функционирования не выбрасывают ядовитые вещества и не вредят окружающей атмосфере
2. Ветряные электростанции изготавливаются из качественных материалов, что позволяет предотвратить процесс коррозии и существенно продлить эксплуатационный срок. При надлежащей эксплуатации ветряная установка способна прослужить несколько десятков лет
3. Простота монтажа позволяет легко установить ветро-генератор в любом доме без использования специальных приспособлений
4. Современные ветряные электрические станции работают практически бесшумно и не создают вибрации. Даже с учетом большого размаха лопастей установки избавлены от колебаний и при использовании изолирующих материалов создают магнитное поле в пределах допустимых значений
5. Устанавливая ветряные электростанции для дома не требуется проводить согласование с властными органами за исключением тех случаев, когда выработанную электроэнергию предполагается реализовывать центральным электросетям.

Используя ветряные электростанции для дома, цены которых на сегодняшний день довольно невысокие, вы сможете экономить на потреблении электричества на протяжение всего срока работы установок. Правильно рассчитав мощность станции реально обеспечить снабжение энергией как один объект, так и группу домов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.