1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

IT-байки: Малая ветроэнергетика — для дома, для семьи

Содержание

Небольшие ветрогенераторы для дома

Энергия ветра — это экологически чистая, неисчерпаемая энергия. Для преобразования энергии ветра в электрическую энергию служат ветряные электростанции (мельницы, ветрогенераторы).

Ветряные мельницы используемые для выработки электрической энергии бывают разных размеров. Большие ветрогенераторы, которые обычно используются на ветряных фермах (электростанциях), могут вырабатывать большое количество электричества — сотни мегаватт, которым можно обеспечивать сотни домов. Небольшие ветряки, которые вырабатывают не больше 100 кВт электроэнергии, используются в частных домах, фермах, подсобных хозяйствах и т.п., служат источником дополнительной электроэнергии, способствуют уменьшению оплаты за основной источник электроэнергии.
Очень маленькие ветряки, мощность которых составляет 20-500 Вт, используются для подзарядки аккумуляторов и др. сферах, где не требуется большое количество электроэнергии.

Небольшие ветроэлектростанции будут экономически эффективны, если будут соблюдены следующие условия:

  • ветер в вашем месторасположении дует стабильно и много дней в году;
  • есть достаточно места для установки ветряка;
  • местными властями разрешена установка ветряков;
  • ваши затраты на электроэнергию высоки;
  • вы не подключены к питающей сети или она находится далеко от вас;
  • вы готовы инвестировать деньги в ветрогенератор;
  • во избежание проблем с соседями, ветряк должен находится не ближе чем 250-300м к ним.

Требования к ветру

Будет ли ваш ветряк для дома экономически целесообразным — больше всего зависит от качества ветра. В большинстве случаев, среднегодовая скорость ветра в 4.0-4.5 м/с (14.4-16.2 км/ч) является тем минимумом, чтобы ветрогенератор был экономически выгоден. В анализе ветра вам помогут сайты, где представлены карты ветров России и других стран.
Также, вам может помочь местная метеорологическая станция, где вы можете посмотреть архив данных по силе ветра. Но следует обратить внимание на расположение станции, т.к. различные препятствия — деревья, строения, возвышенности могут стать причиной искаженных данных о ветре.

Для более точной оценки ветра в вашей местности вам необходимо приобрести устройства измеряющие скорость ветра. Особенно это актуально, если ваша местность холмистая или имеет необычный ландшафт.

Наиболее важной деталью в приборе для измерения скорости ветра является анемометр. Он состоит из чашечной (или лопастной) вертушки укреплённой на оси, которая соединена с измерительным механизмом. Лопасти анемометра вращаются и вырабатывают сигнал, пропорциональный скорости ветра. При покупке анемометра не будет лишним приобрести устройство, записывающее показания с него, а также трипод, кронштейн и т.п., где он будет монтироваться.

Существуют более дорогие цифровые устройства для измерения скорости ветра. Там также используется анемометр, но данные поступают в компьютер, где они обрабатываются и запоминаются. В последнее время данные устройства становятся все более популярными и дешевыми. Пример данных о скорости ветра, снимаемых и отображаемых в реальном времени вы можете посмотреть на сайте gdeduet.ru

Неважно какой измерительный инструмент вы используете для оценки скорости ветра, но хотя бы минимум один раз в год вы должны сравнивать ваши данные с другими. Также важно измерительно оборудование размещать достаточно высоко, чтобы избежать турбулентности, которая создается деревьями, строениями и другими препятствиями. Наиболее оптимальным размещением измерительного прибора является его размещение на уровне центра ротора ветрогенератора.

Место для размещения ветрогенератора

Большое значение имеет место, где вы собираетесь разместить ваш ветряк. Помните, что не следует его размещать вблизи деревьев, домов и т.п., т.к. вы не получите полной отдачи от ветряка.

Также учитывайте что:

  • сила ветра всегда больше на вершине холмов, у береговой линии, в степях, в местах где нет деревьев и строений.
  • деревья могут расти, а ветряк — нет.
  • необходимо заранее информировать соседей о ваших планах, во избежании проблем с ними в будущем.
  • желательно поставить ветряк на достаточном расстоянии от соседей. Обычно достаточно 250-300м.

Не ожидайте, что ваша ветроэлектростанция будет все время вырабатывать достаточное количество электроэнергии. Скорость ветра в одном и том же месте может сильно различаться и как следствие будет и различаться количество вырабатываемой электроэнергии. И если сила ветра будет меняться в пределах 10%, то вырабатываемая электроэнергия будет изменяться в пределах 25%!

Типы ветрогенераторов

Существует 2 основных типа ветрогенераторов: с горизонтальной осью вращения и вертикальной. Горизонтальные ветряки должны быть направлены по ветру. Для этого, в их конструкции предусмотрен так называемый «хвост».
Вертикальные ветрогенераторы работают в любом направлении ветра, но требует больше наземного пространства, т.к. необходимо предусмотреть растяжки для устойчивости ветряка.

Компоненты ветроэлектростанции

Основные компоненты типичной ветряной электростанции показаны на рисунке ниже.

Они включают в себя:

  • ротор с лопастями, которые имеют аэродинамическую форму.
  • редуктор или коробка передач, которые согласует скорость вращения между ротором и генератором. Маленькие ветряки (до 10 кВт) обычно не имеют редуктора.
  • защитный кожух, который защищает от внешних воздействий редуктор, генератор, электронику и другие компоненты ветрогенератора.
  • хвост ветряка — необходим для его поворота по ветру.

Для ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения необходима мачта (вертикальные ветряки обычно устанавливаются прямо на земле).

Мачты бывают различных видов: на растяжках (которые жестко закреплены), поворотная мачта на растяжках (может подниматься и опускаться для обслуживания и ремонта), свободно-стоящая мачта без растяжек (они тяжелые, но зато занимают не так много места на земле).

Очень важным факторов является высота мачты. Энергия ветра пропорциональна скорости ветра в третей степени (в кубе). Т.о. если скорость ветра удвоилась, то энергия ветра возрастет в 8 раз (2х2х2=8) (Рисунок 6). Скорость ветра увеличивается с высотой, т.е. увеличивая высоту мачты можно сильно увеличить энергоэффективность ветряка.

Рекомендуемая высота установки 24-37 метров. Устанавливать ветряк на меньшей высоте — то же самое, что расположить солнечные батареи в тени.

На всякий случай просмотрите местное законодательство на предмет ограничений на высоту мачты для ветроэлектростанций. Используйте конструкцию мачты, одобренной производителем ветряка, иначе вы можете потерять гарантию на него. Обязательно заземлите мачту и предусмотрите молниеотвод.

Для электробезопасности необходимо использовать разъединители и автоматические выключатели. Они также обеспечат безопасный доступ к ветряку для его обслуживания и модернизации.

Также могут понадобиться другие компоненты ветроэлектростанции. Аккумуляторы — смогут накапливать излишки электроэнергии от ветряка. Но, поскольку аккумуляторы используют постоянный ток, то для преобразования его в переменный необходим инвертор.

Если дом, ферма или хозяйство подключены к общей системе энергообеспечения, то в ветренные дни излишек энергии можно продавать электросетям (неактуально для нашей страны). А когда ветер слабый и электроэнергии ветряка не хватает, то нужно будет покупать электроэнергию от общей электросети.

Стоимость ветрогенератора

Стоимость небольшого ветряка $2000-$8000 за 1 кВт. Однако, это только 12-48% от стоимость всех компонентов ветряной электростанции: инверторы, аккумуляторы, зарядные устройства, АВР и т.п.

Но большой плюс ветрогенератора в том, что однажды купив его, вам больше практически ни за что не прийдется платить, кроме планового техобслуживания.

Производительность ветрогенератора обычно описывается производителем как график зависимости выходной мощности к скорости ветра.

Одной из проблем при выборе и сравнении ветрогенераторов является отсутствие единного стандарта измерения выходной мощности.
Производители сами выбирают при какой скорости ветра указывать выходную мощность. Возьмем к примеру «Wind-o-matic» и «Mighty-wind» — у обоих заявленная мощность 1000 Ватт. Но у «Wind-o-matic» это мощность при скорости ветра 5 м/с, в то время как у «Mighty-wind» это мощность при 10 м/с. Вследствии того, что энергия ветра пропорциональна скорости ветра в кубе, то ветряк выдающий 1 кВт при при 10 м/с, даст только 1/8 от максимальной мощности при 5 м/с. Т.о. при скорости ветра 5 м/с «Wind-o-matic» будет выдавать честные 1000 кВт, в то время как «Mighty-wind» всего 125 Ватт!

Более правильным является сравнение ветрогенераторов по площади и размеру лопастей. Чем больше площадь, тем больше энергии может вырабатывать ветряк. При удвоении площади солнечных батарей — мощность увеличивается вдвое. Также и в ветрогенераторе — при увеличении площади лопастей возрастает выходная мощность.

Если вы не знаете площадь лопастей ветряка, то вы можете сравнивать по диаметру ротора. Незначительное увеличение диаметра ротора ведет к значительному увеличению отдаваемой электроэнергии от ветрогенератора (см. рисунок ). Значения указанные на рисунке являются ориентировочными и на них опираться не следует, т.к. генерируемая мощность ветряка зависит от множества других факторов.

Выбор размера ветрогенератора

Для определения подходящего размера ветряка для начала посмотрите сколько электроэнергии вы потребляете в месяц. Затем полученное значение умножьте на 12 месяцев.
Примерное количество электроэнергии вырабатываемое ветряком вы можете получить по формуле:
AEO = 1.64 * D*D * V*V*V
Где: AEO — электроэнергия за год (кВт*ч/год), D — диаметр ротора (в метрах), V — среднегодичная скорость ветра (м/сек)
Т.о. вы можете выбрать оптимальный размер ветрогенератора, вырабатывающий необходимую мощность для вашего дома или хозяйства. И возможно сэкономить на покупке.

Отношения с соседями

Многие люди требуют бережного отношения к окружающим их вещам: ландшафту, виду, исторически местам, тишине, соседям и т.п. Обязательно переговорите с соседями о ваших планах установить ветроэлектростанцию. Также вы должны понимать, что людям свойственен страх перед чем-то новым и неизвестным.

Многие люди думают, что ветряки наносят вред птицам. Но на самом деле раздвижные двери более опасные для птиц, чем небольшие ветряки. Также ветрогенераторы оказывают ничтожное влияние на радио и телевизионное вещание. Лопасти всех современных ветряков сделаны из стекловолокна или дерева. Эти материалы прозрачны для электромагнитных волн.

Соседи не приемлят шум от ветрогенератора. Прежде чем установить ветроэлектростанцию, ознакомьте ваших соседей с теми шумами, которые она может производить:

  • аэродинамические шумы — возникают из-за потоков воздуха производимыми лопастями. Шумы увеличиваются со скоростью вращения ротора. Иногда из-за воздушных турбулентностей, некоторые виды лопастей могут издавать свистящий звук.
  • механические шумы — могут возникать в других компонентах ветряка (генератор, редуктор и т.п.)

Сколько шума может производить ветроэлектростанция?

В 250-ти метрах, от типичной ветроэлектростанции уровень звукового давления составляет приблизительно 45 дБ. Небольшие ветряки производят не больше шума, чем кондиционеры.

Лопасти небольшого ветряка вращаются со средней скоростью 175-500 оборотов в минуту, максимум 1150 об/мин. Большие ветряки вращаются с постоянной скоростю 50-15 об/мин

Обслуживание

Ветроэлектростанции требуется постоянное техническое обслуживание — регулярные осмотры, смазка трущихся частей и т.п. Ежегодно проверяйте болтовые соединения и электрические контакты, подтягивайте их, если необходимо. Также проверяйте ваш ветряк на наличие коррозии и натяженность растяжек мачты.

Если лопасти сделаны из дерева, то наносите краску для защиты. На кромки лопастей наклейте прочную ленту для защиты от абразивной пыли и летающих насекомых. Если краска растрескается, а пленка отклеится, то незащищенное дерево быстрее прийдет в негодность. Влажность, проникшая в дерево лопастей, может вызвать дисбаланс ротора. Ежегодно проверяйте лопасти ветряка.

После 10 лет эксплуатации лопасти и подшипники должны быть заменены. При правильной установке и эксплуатации ветроэлектростанция может прослужить 30 и более лет. Правильное обслуживание также минимизирует уровень шума от вашего ветряка.

Безопасность

Все ветрогенераторы имеют максимальную скорость вращения ветра, выше которой они не могут работать. Когда скорость ветра превышает это значение, то в ветрогенераторе должен сработать тормозной механизм не допускающий превышения критического значения.

При использовании ветряка в холодных районах, необходимо позаботиться о проблеме обледенения, а также размещать аккумуляторный блок в изолированном месте.

Установка ветряка на крышу здания не рекомендуется. Но если он маленькой мощности (до 1 кВт), то можно сделать и исключение. Дело в том, что ветрогенератор может давать вибрацию, которая может передаваться на поверхность, на которой он установлен.

Малая энергетика

Малая энергетика — направление энергетики, связанное с получением независимых от централизованных сетей тепла и электричества. Характерной чертой установок в малой энергетике являются компактные размеры генераторных блоков и, как правило, мобильность конструкций.

На 2011 год большинство из предлагаемых решений в малой энергетике недоступны её главным потребителям — малым удаленным предприятиям и малым населенным пунктам России, по цене, по эффективности отношения производимой мощности к массе оборудования. К тому же, предлагаемое, как элементы малой энергетики, серийно поставляемое импортное оборудование, как правило, не нацелено на использование источников энергии, имеющихся на местах.

В этой статье не рассматриваются бытовые микроэнергоустановки на базе ДВС. Эта тема достаточно широко освещается в статьях производителей.

Содержание

Актуальность

Новые возможности

Новые технологии и материалы позволяют сегодня делать компактные энергетические установки доступными для небольших производств и населенных пунктов. Массовое производство генераторов дает возможность создавать на их основе новые, интересные решения, используя при этом тот источник энергии, который всегда был рядом, но ещё вчера не приносил никакой «энергетической пользы».

Независимость от сетей тепло- и электроснабжения

По разным оценкам, от 60 до 70 % территории России не охвачены централизованным электроснабжением. На этой огромной территории проживает более 20 млн человек [1] [неавторитетный источник?] и жизнедеятельность людей обеспечивается главным образом средствами малой энергетики.

Децентрализация источников снабжения

Прокладка линий электропередачи при подключении новых потребителей к электросетям сегодня один из главных сдерживающих факторов к появлению новых независимых производств. В не самых дорогих регионах России, например, в Ульяновской области, километр новых линий обходится потребителю более 300 тысяч рублей, и это далеко не все расходы при подключении [2] . И это не единственный аргумент для отказа от централизованного электроснабжения — при наличии на местах источника и его эксплуатации с помощью компактного автономного оборудования отпадает необходимость осуществлять его доставку к месту выработки энергии.

Например , турбина ТЭЦ вырабатывает 20 МВт, потребляя тепло, сжигаемых в печах отходов лесопереработки, свозимых на ТЭЦ в радиусе 100 км. Эта централизованная схема требует и прокладки сетей электроснабжения, и наличия персонала для ТЭЦ и парка грузовиков для перевозки горючих отходов. Тогда как, 20 малых предприятий могут сжигать отходы на местах, вырабатывая на малых энергоустановках по 100 кВт для собственных нужд и не оплачивать услуги ТЭЦ и парк грузовиков.

Читать еще:  Интернет не для работы: сайты для хорошего настроения

Возможность и необходимость утилизировать отходы

Использование горючих отходов сегодня приводит к дополнительному развитию современной экономики. Их неиспользование — к интенсивному загрязнению окружающей среды.

Жителям городов знакома проблема «полигонов» — огромных свалок мусора, который не был отсортирован и утилизирован современными способами. Между тем от 20 до 40 % объёма отходов — это ГБО (горючие бытовые отходы). В крупных городах сегодня и ставят заводы по переработке мусора, а в малых населенных пунктах? Здесь необходимы решения малой энергетики. Цель данной публикации — изучение опыта решения проблем выделения ГБО и их эффективной утилизации.

В лесном секторе России занято около 2 млн человек (свыше 3 % трудоспособного населения страны). Жизнь сотен тысяч людей проживающих в северных областях России, практически полностью зависима от лесных ресурсов [3] . Опилками, корой, стружкой завалены огромные территории, прилегающие к предприятиям лесопереработки.

В сельском хозяйстве проблема утилизации отходов сельскохозяйственной переработки и животноводства стоит не так остро, как в лесной отрасли, но энергия, которую можно получить, может значительно снизить стоимость производимых продуктов.

Направления применения

Удалённые населенные пункты

Огромные территории страны и в ХХI веке не подключены к централизованным сетям электроснабжения, а ещё больше населенных пунктов не имеют магистрального газа. До 1991 года проблемы решались — регулярный «северный завоз» и подобные дорогостоящие мероприятия — привоз бочки солярки часто обходился в тонну авиационного керосина. С 90-х годов такая помощь резко сократилась. Многие удаленные малые населенные пункты либо просто исчезли, либо поставлены на грань выживания. Их судьба сегодня зависит от развития малой энергетики. В шести направлениях «энергоэффективной политики» [4] , утвержденной в 2009 году. Пятый пункт — это «малая комплексная энергетика» и шестой пункт — «инновационная энегетика» ( Материалы Комиссии по Энергоэффективности при Президенте РФ ). Задача — как использовать ресурсы, находящиеся на месте для получения тепла и электричества — решается сегодня многими независимыми производителями печей, котлов, микротурбин, генераторов и другого энергетического оборудования. Новые выставки, такие как «Альтернативная энергетика» на ВВЦ и «Energy Fresh» в Гостином дворе Москвы показывают заметный рост предложений предприятий в сфере малых энергомощностей.

Независимые малые производства

Россия обладает более чем 20 % процентами мировых запасов деловой древесины. Компактные и доступные решения в малой энергетике, позволяющие решать проблему утилизации отходов лесопереработки, выработки тепла и электричества необходимы для развития новых малых производств, для увеличения доли переработки леса на местах.

Альтернативные поставки в сеть

На 2011 год поставки в централизованную сеть в России энергии независимыми малыми производителями никак не поощряются. В то же самое время, в странах Евросоюза покупка электроэнергии у независимых «альтернативных» производителей — это важнейший рычаг развития малой и альтернативной энергетики. К примеру, в республике Литва покупка электроэнергии у малых источников генерации производится по тарифам, вдвое превышающим их отпуск предприятиям и населению. Благодаря существенным дотациям и постоянному росту цены углеводородов, расширение альтернативных малых энергопроизводств уже более 10 лет выгодно, и большое количество предприятий находит свою нишу в производстве компактного и доступного оборудования, помогающего получать энергию из энергии ветра, воды, солнца или при сжигании горючих отходов.

Источники энергии

Каждый год открываются новые возможности получения небольшими установками тепловой и электрической энергии. В этом разделе перечисляются основные и будут добавляться новые, интересные решения.

Энергия малых рек

Сегодня серийно выпускаются гидротурбины для малого, среднего и высокого давления потока воды. Даются рекомендации и предлагается рядом предприятий технические решения для сооружения объектов, предполагающих установку гидротурбин. Здесь будет подробно рассмотрен опыт отечественных предприятий и зарубежных компаний, выпускающих подобную продукцию. Развитие малой гидроэнергетики в России сегодня сталкивается с рядом административных барьеров: «Российская газета» Карелия готова сделать ставку на развитие малой гидроэнергетики

Горючие отходы

Отходы лесопереработки, сельского хозяйства, ГБО — «горючие бытовые отходы» — всё что горит должно быть сожжено! И сожжено эффективно. Наука сжигания опилок сегодня значительно опережает науку сжигания дров! [5] [неавторитетный источник?]

Кратко о применимости процессов пиролиза:

В Советском Союзе Институт Электрификации Сельского Хозяйства ВИЭСХ разработал множество установок по сжиганию лесных и сельскохозяйственных отходов переработки. Главный упор делался и делается на процессы пиролиза — это когда опилки нагревают до 700 С, получая недоокисленный газ СО, а его уже сжигают на выходе интенсивной подачей воздуха, попутно сжигая всё остальное, что выделилось из опилок. СО и другие горючие газы, называемые вместе «пиролизный газ», планировалось подавать на ДВС, в том числе и на дизели. Однако, в ходе экспериментов в лабораториях ВИЭСХ было выявлено серьёзное выделение из пиролизного газа смол, закоксовывающих двигатели, что свидетельствует о нерентабельности данного процесса, несмотря на периодическое появление в СМИ информации о новых фильтрах, с помощью которых пиролизный газ можно сделать «безопасным» для ДВС. Делая вывод из работ учёных института, следует рассматривать полезным процесс сжигания горючих отходов с целью получения давления нагретых газов, в частности паров воды.

Опилки и сельскохозяйственные отходы сегодня сжигают и с применением процессов пиролиза, и в «кипящем слое» (сноска) и смешивая с подаваемым воздухом и другими способами (фото установок, фото схемы Тамбовского института сельского хозяйства) — главное при сжигании — это получение тепла и давления нагретого рабочего газа, который, в дальнейшем, очевидно, должен подаваться на Двигатели Внешнего Сгорания, в частности, турбины. Применению турбин и «микротурбин» в комплексах малой энергетики пишется много, но информация собранная автором у производителей котлов, таких как «Heizomat» Германия, «Экодрев» Тверь и «Ковровские котлы» говорит об отрицательном опыте применения паровых турбин в комплексах, утилизирующих лесо- и сельхоз- отходы. Турбины, по отзывам специалистов, очень чувствительны к перепадам давления пара на входе и к нагрузке на выходе, имеют дорогостоящую систему управления и очень дорогое обслуживание. Совместимы ли эти качества сегодня с понятием «малая энергетика»? Автор считает правильным согласиться с мнением практиков, затратившим немалые средства на покупку зарубежных турбин и давшим отрицательное заключение.

Последнее время много пишется о разработке на базе поршневых ДВС «паропоршневых двигателей», которые продолжают эффективно работать и при значительных перепадах давления пара. Это новое слово в двигателестроении означает принятый за основу стандартный ДВС и снижение его эффективности до 10-15 %, а также новый виткок борьбы с коррозией в непредназначенных для работы с паром двигателях. Очевидно что, все меры по защите ДВС от коррозии приближают «паропоршневой» двигатель к стоимости турбин, но оставляют массу ДВС, снижая ещё отдачу по мощности в разы. Однако, набрав в любом поисковике запрос по «паропоршневым двигателям» можно прочитать у производителей более лестные отзывы.

Вышесказанное подлежит обсуждению при получении новой информации от эксплуатирующих различные двигательные установки организаций. Очевидно, что работа над двигательными установками, предназначенными для малых энергетических комплексов, сжигающих отходы, сегодня продолжается.

Ветроэнергетика

До начала 1990-х годов европейское первенство удерживала страна — родоначальник ветроэнергетики — Дания. Тем не менее во второй половине 1990-х гг. Дания уступила его Германии, мощности ветроустановок которой в 1999 году достигли 4 млн кВт, а выработка электроэнергии на них — б млрд кВт•ч. К тому же в отличие от Дании, где преобладают мелкие автономно работающие установки, для Германии более характерны крупные «ветровые фермы». Больше всего их на самом «продуваемом» участке её территории — побережье Северного моря в пределах земли Шлезвиг-Гольштейн [6] [уточнить] .

В России ветроэнергетика сегодня и является малой энергетикой. Потому, что никак не субсидируется. Большое количество IT-коллективов разрабатывают темы тихоходных электрогенераторов и высокотехнологичных редукторов, придумывают разные формы ветро турбин и производят отдельные экземпляры [7] .

Тепло Земли

Средний рост температуры близ поверхности Земли оценивается в 20oС на 1 км. вглубь от поверхности. Наиболее достоверные температурные данные относятся к самой верхней части земной коры, вскрываемой шахтами и буровыми скважинами до максимальных глубин- 12 км (Кольская скважина).Основы геологии Н.В.Короновский, А.Ф.Якушова Преобразование этого тепла в электрическую энергию сложная и дорогостоящая задача. Большинство машин, созданных для этой цели используют принцип тепловых насосов Основная статья .
Однако, во многих регионах тепло Земли подходит к поверхности так близко, что требует сопоставимых с традиционной энергетикой затрат на освоение. Наиболее известные примеры Курильские острова и Исландия, которая смогла превратить альтернативную энергетику в серьёзную отрасль национальной экономики. По различным данным, более 25% всей электроэнергии в стране производится на гелиотермальных электростанциях.

Энергия Солнца

В настоящее время активно развиваются два направления преобразования энергии Солнца в электрическую. Это «Фотовольтаника» и «Концентрированная солнечная энергия».
Первое направление принято отождествлять с солнечными батареями — пластинами, несущими на себе на себе множество фотоэлементов, преобразующих падающий свет в электрический импульс. Это направление активно развивается — КПД «солнечных батарей» постоянно растет, а стоимость снижается, и они всё чаще применяются в быту и на производстве, покрывая всё больше крыш в Западной Европе. У этого направления появился альтернатива — набор «наноспиралей», объединенных на тонких пленках — инфракрасное излучение сразу преобразуется в электрический импульс [1]
«Концентрированная солнечная энергетика» CSP — более давний способ извлечения энергии Солнца — использует принцип концентрации и направления лучей Солнца на элементы, в котором теплоноситель приобретает более высокую температуру (например нагревается газ), либо меняет физическое состояние (например закипает вода) и далее энергоноситель поступает в расширительную машину, в которой отдает свою энергию электрогенератору (схема). В этих технологиях есть отдельные направления:
— применение солнечных коллекторов — наборов стеклянных трубок с задней зеркальной поверхностью, возвращающей лучи на трубку с теплоносителем, находящуюся внутри стеклянной трубки (как правило в вакууме). Это направление активно развивается — коллекторы становятся всё надежнее, доступнее по цене и составляют активную конкуренцию пластинам с фотоэлементами. Лидерство в производстве солнечных коллекторов прочно держит Китай
— применение зеркал. Существует множество форм современных малых и больших установок, в которых солнечные лучи концентрируются зеркалами самой разнообразной формы на точечные или трубчатые носители нагреваемого газа или жидкости. Огромное внимание этому направлению солнечной энергетики уделяется в Испании, которая стала здесь признанным лидером Бизнес-Испания 2010
— линзы и другие, пока малоприменимые варианты.
Развитие технологий часто приводит к резкому удешевлению ранее дорогостоящих методов. На сегодня первые два направления наиболее применимы. Фотовольтаника имеет явное преимущество, особенно ценное для малой энергетики — непосредственное получение электроэнергии на малых установках, без каких-либо трудоемких преобразований. Направление CSP преобразует энергию Солнца обычно в перегретый пар, который затем направляется на турбину для вращения электрогенераторов. Высокая цена турбин пока сдерживает это направление в малой энергетике, однако множество Европейских программ развития науки и техники время от времени предлагают гранты за создание «Маломощного парового двигателя для устройств Концентрированной Солнечной Энергетики» Cordis

Тенденции развития малой ветроэнергетики

Что есть?
Малые ветрогенераторы. Оборудование до 10-20 кВт с показателем средней выработки до 100 кВт ч /сутки. Предназначены для электроснабжения небольших потребителей и объектов (сотовых станций пр.).
Ветрогенераторы средней мощности от 20 до 500 кВт со средним значением выработки до 3000 кВт ч в сутки. Оборудование снабжает энергией гостиницы, небольшие производства, военные базы и т.д.
Крупные ветрогенераторы мощностью от 500 кВт до 5 МВт. Используются в ветропарках и монтируются на площадках, где скорость ветра 8-15 м / с. Используется для промышленного производства электроэнергии.

Как сообщает energefficiency, Китай, США и островная Великобритания являются наиболее децентрализованными странами с точки зрения автономного выработки электроэнергии: 689 000, 159 и 28 600 турбин соответственно. Распределение мировых производственных мощностей по этим странам выглядит так: 41%, 27% и 16%.
Китай – лидер малой ветрогенерации. Здесь установлено 72% мирового парка ветрогенераторов.
Самый сильный игрок европейского рынка малой ветроэнергетики — Италия, за которой следуют Германия, Украина, Канада, Польша. Страны Африки и Ближнего Востока также осваивают этот сегмент.

Малая ветроэнергетика Украины
Если в странах-лидерах счет на тысячи установленных турбин, то в Украине счет лишь сотнями. С 2011 до 2014 появилось всего 149 новых малых ветроустановок.
К началу 2015 всего в нашей стране было установлено 1709 малых ветрогенераторов, суммарной мощностью 14580 кВт.

Эксперты Украинской ветроэнергетической ассоциации (УВЭА) считают, что около 7 тыс. кв. км территории страны имеют ветроэнергетический потенциал для использования в масштабных ветроэнергетических проектах, здесь ветер имеет среднюю скорость более 10 м / с — прибрежные территории юга, востока Украины и Прикарпатья. Но гораздо больше территорий с ветром от 4-4,5 м / с, где можно было бы устанавливать малые ветротурбины.

Еnergefficiency проанализировал базы данных суточных и среднегодовых скоростей ветра на 33 метеостанциях Украины, которые выложили архивы ежедневных метеонаблюдений в свободный доступ.
По данным 2015 года оказалось, что лидером по Украине по средней скорости ветра среди крупных населенных пунктов оказался город Мариуполь Донецкой области — 4,8 м / с.
Звание наиболее «тихого» города получил Могилев-Подольский Винницкой области — 1,3 м / с. Срединный показатель в определении среднегодовой скорости ветра в Чернигов — 2,9 м / с.

Оказалось, что сила ветра меняется в зависимости от времени года — самая среднемесячная скорость наблюдалась в 2015 году в марте и апреле, а наиболее «бедными» на ветер были июль и август.
Имея предварительные наблюдения, можно выявить потенциальные регионы для развития малой энергетики. В условиях политики децентрализации и энергетической независимости территорий такое направление может быть очень перспективным и эффективным.

IT-байки: Малая ветроэнергетика — для дома, для семьи

Приступая к работе над очередным материалом раздела «IT-байки», посвящённым энергосбережению и использованию альтернативной энергетики на практике, каждый раз приходится спрашивать в первую очередь самого себя: насколько эта тематика интересна нашим читателям? Насколько она актуальна именно сейчас — когда мировой финансовый и экономический кризис, хоть и находится на этапе определённого «излома», но пока явно не закончился, и неизвестно сколько продлятся его последствия? Стоит ли заводить разговор об очередных «зелёных» проектах, традиционно требующих значительных финансовых вложений, когда гораздо более актуальными кажутся вопросы восстановления традиционных отраслей, борьбы с безработицей, неплатежами и прочими нынешними напастями экономики?

Безусловно, говорить стоит, и причин тому множество. Нынешний кризис прекрасно продемонстрировал на практике, что отныне ничто в этом мире уже не останется константой — ни незыблемые доселе финансовые институты, ни курсы валют, ни тем более цены на энергоносители. И если в начале эпохи кризиса кто-то ещё обольщался, что с трёхкратным падением цен на нефтяное сырьё цены на бензин также снизятся в сравнимой пропорции, сегодня такой наивности места уже нет. Цены на энергоносители, хоть и просели на время изрядно, стремительно возвращают утраченные позиции по мере снижения остроты кризисной ситуации.

Читать еще:  Обзор Apple Watch Series 2: терпение вознаграждается

Словом, мир никогда уже не будет прежним.

Думаю, в рамках этой статьи не стоит загибать пальцы, тщательно перечисляя выгоды внедрения альтернативной энергетики даже вопреки кризису. Приведу лишь один, но достаточно красноречивый факт. Предыдущие экономические кризисы, сопровождавшиеся значительным снижением цен на энергоносители, автоматически приводили к сворачиванию программ развития альтернативной энергетики и оживлялись лишь по мере возрастания цен на нефть.

Нынешний кризис развивается совсем по другому сценарию. Да, в некоторых отраслях наблюдается определённое снижение расходов на исследовательскую деятельность, и в то же время – обратите внимание на ленту наших новостей, практически не проходит и недели без сообщения о разработке, начале производства или продаж новой модели электромобиля, выпуске высокоэффективных солнечных батарей с рекордным КПД и т.д.

Мир и в трудные времена с упорством продолжает искать топливные альтернативы. С той лишь разницей, что ранее, до кризиса, всё это чаще проводилось под флагом охраны окружающей среды. Сейчас же можно говорить, скорее, о последствиях основательного испуга от угрозы энергетической нестабильности.

Сегодня речь пойдёт об использовании энергии ветра, но не в том привычном ключе, в котором принято писать об этом вопросе. За сравнительно короткий век развития ветряной энергетики — если, конечно, не брать в расчёт многовековую историю ветряных мельниц, мы привыкли, что ветроэнергетика – это бескрайние поля огромных ветряков или хотя бы «ветряные фермы», установленные в предгорьях, на морских и океанических побережьях или где-нибудь в прериях, где круглый год или хотя бы сезонно наблюдаются стабильно сильные ветра.

О малой ветряной энергетике, тем более в безветренных районах пишут гораздо реже. Персональные ветряки и вовсе чаще упоминались в связи с чьими-то чудачествами.

Однако времена меняются.

Собственно говоря, поводом для развития сегодняшней темы «малой» ветровой энергетики послужил анонс американской компании WindTronics из штата Мичиган, которая объявила о разработке уникальной компактной ветровой установки, ориентированной на применение в частных хозяйствах и способной генерировать электричество при рекордно низкой скорости ветра – порядка 3 километров в час.

Что ж такого особенного предлагает WindTronics, подразделение компании EarthTronics? Начиная с октября 2009 года в американской торговой сети Ace Hardware появятся ветровые турбины Windgate под брендом Honeywell Wind Turbine по цене $4500. Разработчиком технологии является WindTronics, а производственный гигант Honeywell, соответственно, изготавливает сами ветровые установки.

С виду турбина Windgate больше всего напоминает гигантский вентилятор. Ключевые характеристики установки таковы:

  • Система: Высокоэффективная ветровая турбина
  • Диаметр ротора: 1,7 м
  • Материалы: нержавеющая сталь, пластик
  • Мощность генератора при скорости ветра 42 мили в час (18,9 м/с): 2,0 кВт
  • Минимальная скорость ветра для запуска генератора: 2 мили в час (0,9 м/с)
  • Среднегодовой выход энергии при работе в районе ветров класса 4: 2000 кВт*год
  • Годовая экономия выбросов CO2: 2,2 тонны
  • Расчётный ресурс (срок службы): 20 лет
  • Тип генератора: запатентованный электрогенератор с постоянными магнитами
  • Крепление: стандартная тренога из оцинкованной стали для монтажа на крыше
  • Вес: 43 кг
  • Шумовые характеристики: порядка 35-45 дБ Сертификация по нормам электромагнитного излучения: BS EN 6100
  • Система управления: запатентованная электронная система с возможностью заряда батарей
  • Интерфейсы: RS-232, опционально – Ethernet, Wireless
  • Дизайн предусматривает нулевой ущерб окружающей среде

Основная «инженерная хитрость», делающая генератор Windgate уникальным предложением на рынке, заключается в использовании турбинной крыльчатки там, где обычные ветрогенераторы используют всего три лопасти. Такая безредукторная крыльчатка — Blade Tip Power System (BTPS), позволяет значительным образом снизить механическое сопротивление и вес турбины. Но главное преимущество BTPS в том, что такая система работает в гораздо более широком диапазоне скоростей ветра чем традиционные ветрогенераторы.

Однако перед тем как перейти непосредственно к рассказу об особенностях чудо-установки WindTronics, хотелось бы в целом описать современную ситуацию с развитием ветровой энергетики в мире — особенно в части сложностей, возникающих на пути энтузиастов практической реализации частных ветряных электростанций.

Проблем на самом деле великое множество, особенно побочных – от эрозии почвы до судьбы налетающих на лопасти птичек. Но одной из главных проблем ветровой энергетики считают нестабильность ветрового потока, затрудняющую создание на базе ветряков крупных энергетических сетей. Помимо этого, далеко не каждый регион пригоден для создания крупных промышленных ветровых установок в силу преимущественно незначительной силы ветров. Так, среди уже реализованных успешных российских проектов ветростанций можно припомнить Воркутинский ветроэлектрический парк «Заполярный», Башкирскую ВЭС «Тюпкильды», Калининградскую ВЭС «Куликово» и Ростовскую ВЭС и другие. Однако во всех этих случаях речь идёт о регионах арктического побережья, прибрежных районах, степных районах Поволжья, уральских степях или Северном Кавказе.

Обычно, говоря о силе ветра, подразумевают 12-балльную Шкалу Бофорта, применяемую для примерной оценки скорости ветра. По этой шкале нулю соответствует полный штиль, трём баллам – слабый ветерок со скоростью 3,4 — 5,4 м/с, шести баллам – сильный ветер (10,8 — 13,8 м/с); девять баллов – это уже шторм (20,8 — 24,4 м/с), а все 12 баллов – это ураган со скоростью ветра более 32,6 м/с (117 км/ч).

Приведённая ниже табличка с сайта Датской ассоциации ветровой индустрии позволяет приблизительно оценить потенциал энергии ветра при разной его скорости (при плотности воздуха 1,225 кг/м³, сухом воздухе при стандартном атмосферном давлении на уровне моря при температуре +15°C).

Небольшие ветрогенераторы для дома

Энергия ветра — это экологически чистая, неисчерпаемая энергия. Для преобразования энергии ветра в электрическую энергию служат ветряные электростанции (мельницы, ветрогенераторы).

Ветряные мельницы используемые для выработки электрической энергии бывают разных размеров. Большие ветрогенераторы, которые обычно используются на ветряных фермах (электростанциях), могут вырабатывать большое количество электричества — сотни мегаватт, которым можно обеспечивать сотни домов. Небольшие ветряки, которые вырабатывают не больше 100 кВт электроэнергии, используются в частных домах, фермах, подсобных хозяйствах и т.п., служат источником дополнительной электроэнергии, способствуют уменьшению оплаты за основной источник электроэнергии.
Очень маленькие ветряки, мощность которых составляет 20-500 Вт, используются для подзарядки аккумуляторов и др. сферах, где не требуется большое количество электроэнергии.

Небольшие ветроэлектростанции будут экономически эффективны, если будут соблюдены следующие условия:

  • ветер в вашем месторасположении дует стабильно и много дней в году;
  • есть достаточно места для установки ветряка;
  • местными властями разрешена установка ветряков;
  • ваши затраты на электроэнергию высоки;
  • вы не подключены к питающей сети или она находится далеко от вас;
  • вы готовы инвестировать деньги в ветрогенератор;
  • во избежание проблем с соседями, ветряк должен находится не ближе чем 250-300м к ним.

Требования к ветру

Будет ли ваш ветряк для дома экономически целесообразным — больше всего зависит от качества ветра. В большинстве случаев, среднегодовая скорость ветра в 4.0-4.5 м/с (14.4-16.2 км/ч) является тем минимумом, чтобы ветрогенератор был экономически выгоден. В анализе ветра вам помогут сайты, где представлены карты ветров России и других стран.
Также, вам может помочь местная метеорологическая станция, где вы можете посмотреть архив данных по силе ветра. Но следует обратить внимание на расположение станции, т.к. различные препятствия — деревья, строения, возвышенности могут стать причиной искаженных данных о ветре.

Для более точной оценки ветра в вашей местности вам необходимо приобрести устройства измеряющие скорость ветра. Особенно это актуально, если ваша местность холмистая или имеет необычный ландшафт.

Наиболее важной деталью в приборе для измерения скорости ветра является анемометр. Он состоит из чашечной (или лопастной) вертушки укреплённой на оси, которая соединена с измерительным механизмом. Лопасти анемометра вращаются и вырабатывают сигнал, пропорциональный скорости ветра. При покупке анемометра не будет лишним приобрести устройство, записывающее показания с него, а также трипод, кронштейн и т.п., где он будет монтироваться.

Существуют более дорогие цифровые устройства для измерения скорости ветра. Там также используется анемометр, но данные поступают в компьютер, где они обрабатываются и запоминаются. В последнее время данные устройства становятся все более популярными и дешевыми. Пример данных о скорости ветра, снимаемых и отображаемых в реальном времени вы можете посмотреть на сайте gdeduet.ru

Неважно какой измерительный инструмент вы используете для оценки скорости ветра, но хотя бы минимум один раз в год вы должны сравнивать ваши данные с другими. Также важно измерительно оборудование размещать достаточно высоко, чтобы избежать турбулентности, которая создается деревьями, строениями и другими препятствиями. Наиболее оптимальным размещением измерительного прибора является его размещение на уровне центра ротора ветрогенератора.

Место для размещения ветрогенератора

Большое значение имеет место, где вы собираетесь разместить ваш ветряк. Помните, что не следует его размещать вблизи деревьев, домов и т.п., т.к. вы не получите полной отдачи от ветряка.

Также учитывайте что:

  • сила ветра всегда больше на вершине холмов, у береговой линии, в степях, в местах где нет деревьев и строений.
  • деревья могут расти, а ветряк — нет.
  • необходимо заранее информировать соседей о ваших планах, во избежании проблем с ними в будущем.
  • желательно поставить ветряк на достаточном расстоянии от соседей. Обычно достаточно 250-300м.

Не ожидайте, что ваша ветроэлектростанция будет все время вырабатывать достаточное количество электроэнергии. Скорость ветра в одном и том же месте может сильно различаться и как следствие будет и различаться количество вырабатываемой электроэнергии. И если сила ветра будет меняться в пределах 10%, то вырабатываемая электроэнергия будет изменяться в пределах 25%!

Типы ветрогенераторов

Существует 2 основных типа ветрогенераторов: с горизонтальной осью вращения и вертикальной. Горизонтальные ветряки должны быть направлены по ветру. Для этого, в их конструкции предусмотрен так называемый «хвост».
Вертикальные ветрогенераторы работают в любом направлении ветра, но требует больше наземного пространства, т.к. необходимо предусмотреть растяжки для устойчивости ветряка.

Компоненты ветроэлектростанции

Основные компоненты типичной ветряной электростанции показаны на рисунке ниже.

Они включают в себя:

  • ротор с лопастями, которые имеют аэродинамическую форму.
  • редуктор или коробка передач, которые согласует скорость вращения между ротором и генератором. Маленькие ветряки (до 10 кВт) обычно не имеют редуктора.
  • защитный кожух, который защищает от внешних воздействий редуктор, генератор, электронику и другие компоненты ветрогенератора.
  • хвост ветряка — необходим для его поворота по ветру.

Для ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения необходима мачта (вертикальные ветряки обычно устанавливаются прямо на земле).

Мачты бывают различных видов: на растяжках (которые жестко закреплены), поворотная мачта на растяжках (может подниматься и опускаться для обслуживания и ремонта), свободно-стоящая мачта без растяжек (они тяжелые, но зато занимают не так много места на земле).

Очень важным факторов является высота мачты. Энергия ветра пропорциональна скорости ветра в третей степени (в кубе). Т.о. если скорость ветра удвоилась, то энергия ветра возрастет в 8 раз (2х2х2=8) (Рисунок 6). Скорость ветра увеличивается с высотой, т.е. увеличивая высоту мачты можно сильно увеличить энергоэффективность ветряка.

Рекомендуемая высота установки 24-37 метров. Устанавливать ветряк на меньшей высоте — то же самое, что расположить солнечные батареи в тени.

На всякий случай просмотрите местное законодательство на предмет ограничений на высоту мачты для ветроэлектростанций. Используйте конструкцию мачты, одобренной производителем ветряка, иначе вы можете потерять гарантию на него. Обязательно заземлите мачту и предусмотрите молниеотвод.

Для электробезопасности необходимо использовать разъединители и автоматические выключатели. Они также обеспечат безопасный доступ к ветряку для его обслуживания и модернизации.

Также могут понадобиться другие компоненты ветроэлектростанции. Аккумуляторы — смогут накапливать излишки электроэнергии от ветряка. Но, поскольку аккумуляторы используют постоянный ток, то для преобразования его в переменный необходим инвертор.

Если дом, ферма или хозяйство подключены к общей системе энергообеспечения, то в ветренные дни излишек энергии можно продавать электросетям (неактуально для нашей страны). А когда ветер слабый и электроэнергии ветряка не хватает, то нужно будет покупать электроэнергию от общей электросети.

Стоимость ветрогенератора

Стоимость небольшого ветряка $2000-$8000 за 1 кВт. Однако, это только 12-48% от стоимость всех компонентов ветряной электростанции: инверторы, аккумуляторы, зарядные устройства, АВР и т.п.

Но большой плюс ветрогенератора в том, что однажды купив его, вам больше практически ни за что не прийдется платить, кроме планового техобслуживания.

Производительность ветрогенератора обычно описывается производителем как график зависимости выходной мощности к скорости ветра.

Одной из проблем при выборе и сравнении ветрогенераторов является отсутствие единного стандарта измерения выходной мощности.
Производители сами выбирают при какой скорости ветра указывать выходную мощность. Возьмем к примеру «Wind-o-matic» и «Mighty-wind» — у обоих заявленная мощность 1000 Ватт. Но у «Wind-o-matic» это мощность при скорости ветра 5 м/с, в то время как у «Mighty-wind» это мощность при 10 м/с. Вследствии того, что энергия ветра пропорциональна скорости ветра в кубе, то ветряк выдающий 1 кВт при при 10 м/с, даст только 1/8 от максимальной мощности при 5 м/с. Т.о. при скорости ветра 5 м/с «Wind-o-matic» будет выдавать честные 1000 кВт, в то время как «Mighty-wind» всего 125 Ватт!

Более правильным является сравнение ветрогенераторов по площади и размеру лопастей. Чем больше площадь, тем больше энергии может вырабатывать ветряк. При удвоении площади солнечных батарей — мощность увеличивается вдвое. Также и в ветрогенераторе — при увеличении площади лопастей возрастает выходная мощность.

Если вы не знаете площадь лопастей ветряка, то вы можете сравнивать по диаметру ротора. Незначительное увеличение диаметра ротора ведет к значительному увеличению отдаваемой электроэнергии от ветрогенератора (см. рисунок ). Значения указанные на рисунке являются ориентировочными и на них опираться не следует, т.к. генерируемая мощность ветряка зависит от множества других факторов.

Выбор размера ветрогенератора

Для определения подходящего размера ветряка для начала посмотрите сколько электроэнергии вы потребляете в месяц. Затем полученное значение умножьте на 12 месяцев.
Примерное количество электроэнергии вырабатываемое ветряком вы можете получить по формуле:
AEO = 1.64 * D*D * V*V*V
Где: AEO — электроэнергия за год (кВт*ч/год), D — диаметр ротора (в метрах), V — среднегодичная скорость ветра (м/сек)
Т.о. вы можете выбрать оптимальный размер ветрогенератора, вырабатывающий необходимую мощность для вашего дома или хозяйства. И возможно сэкономить на покупке.

Отношения с соседями

Многие люди требуют бережного отношения к окружающим их вещам: ландшафту, виду, исторически местам, тишине, соседям и т.п. Обязательно переговорите с соседями о ваших планах установить ветроэлектростанцию. Также вы должны понимать, что людям свойственен страх перед чем-то новым и неизвестным.

Многие люди думают, что ветряки наносят вред птицам. Но на самом деле раздвижные двери более опасные для птиц, чем небольшие ветряки. Также ветрогенераторы оказывают ничтожное влияние на радио и телевизионное вещание. Лопасти всех современных ветряков сделаны из стекловолокна или дерева. Эти материалы прозрачны для электромагнитных волн.

Соседи не приемлят шум от ветрогенератора. Прежде чем установить ветроэлектростанцию, ознакомьте ваших соседей с теми шумами, которые она может производить:

  • аэродинамические шумы — возникают из-за потоков воздуха производимыми лопастями. Шумы увеличиваются со скоростью вращения ротора. Иногда из-за воздушных турбулентностей, некоторые виды лопастей могут издавать свистящий звук.
  • механические шумы — могут возникать в других компонентах ветряка (генератор, редуктор и т.п.)
Читать еще:  Как сделать измеритель светового потока за 87 рублей

Сколько шума может производить ветроэлектростанция?

В 250-ти метрах, от типичной ветроэлектростанции уровень звукового давления составляет приблизительно 45 дБ. Небольшие ветряки производят не больше шума, чем кондиционеры.

Лопасти небольшого ветряка вращаются со средней скоростью 175-500 оборотов в минуту, максимум 1150 об/мин. Большие ветряки вращаются с постоянной скоростю 50-15 об/мин

Обслуживание

Ветроэлектростанции требуется постоянное техническое обслуживание — регулярные осмотры, смазка трущихся частей и т.п. Ежегодно проверяйте болтовые соединения и электрические контакты, подтягивайте их, если необходимо. Также проверяйте ваш ветряк на наличие коррозии и натяженность растяжек мачты.

Если лопасти сделаны из дерева, то наносите краску для защиты. На кромки лопастей наклейте прочную ленту для защиты от абразивной пыли и летающих насекомых. Если краска растрескается, а пленка отклеится, то незащищенное дерево быстрее прийдет в негодность. Влажность, проникшая в дерево лопастей, может вызвать дисбаланс ротора. Ежегодно проверяйте лопасти ветряка.

После 10 лет эксплуатации лопасти и подшипники должны быть заменены. При правильной установке и эксплуатации ветроэлектростанция может прослужить 30 и более лет. Правильное обслуживание также минимизирует уровень шума от вашего ветряка.

Безопасность

Все ветрогенераторы имеют максимальную скорость вращения ветра, выше которой они не могут работать. Когда скорость ветра превышает это значение, то в ветрогенераторе должен сработать тормозной механизм не допускающий превышения критического значения.

При использовании ветряка в холодных районах, необходимо позаботиться о проблеме обледенения, а также размещать аккумуляторный блок в изолированном месте.

Установка ветряка на крышу здания не рекомендуется. Но если он маленькой мощности (до 1 кВт), то можно сделать и исключение. Дело в том, что ветрогенератор может давать вибрацию, которая может передаваться на поверхность, на которой он установлен.

Малая энергетика

Малая энергетика — направление энергетики, связанное с получением независимых от централизованных сетей тепла и электричества. Характерной чертой установок в малой энергетике являются компактные размеры генераторных блоков и, как правило, мобильность конструкций.

На 2011 год большинство из предлагаемых решений в малой энергетике недоступны её главным потребителям — малым удаленным предприятиям и малым населенным пунктам России, по цене, по эффективности отношения производимой мощности к массе оборудования. К тому же, предлагаемое, как элементы малой энергетики, серийно поставляемое импортное оборудование, как правило, не нацелено на использование источников энергии, имеющихся на местах.

В этой статье не рассматриваются бытовые микроэнергоустановки на базе ДВС. Эта тема достаточно широко освещается в статьях производителей.

Содержание

Актуальность

Новые возможности

Новые технологии и материалы позволяют сегодня делать компактные энергетические установки доступными для небольших производств и населенных пунктов. Массовое производство генераторов дает возможность создавать на их основе новые, интересные решения, используя при этом тот источник энергии, который всегда был рядом, но ещё вчера не приносил никакой «энергетической пользы».

Независимость от сетей тепло- и электроснабжения

По разным оценкам, от 60 до 70 % территории России не охвачены централизованным электроснабжением. На этой огромной территории проживает более 20 млн человек [1] [неавторитетный источник?] и жизнедеятельность людей обеспечивается главным образом средствами малой энергетики.

Децентрализация источников снабжения

Прокладка линий электропередачи при подключении новых потребителей к электросетям сегодня один из главных сдерживающих факторов к появлению новых независимых производств. В не самых дорогих регионах России, например, в Ульяновской области, километр новых линий обходится потребителю более 300 тысяч рублей, и это далеко не все расходы при подключении [2] . И это не единственный аргумент для отказа от централизованного электроснабжения — при наличии на местах источника и его эксплуатации с помощью компактного автономного оборудования отпадает необходимость осуществлять его доставку к месту выработки энергии.

Например , турбина ТЭЦ вырабатывает 20 МВт, потребляя тепло, сжигаемых в печах отходов лесопереработки, свозимых на ТЭЦ в радиусе 100 км. Эта централизованная схема требует и прокладки сетей электроснабжения, и наличия персонала для ТЭЦ и парка грузовиков для перевозки горючих отходов. Тогда как, 20 малых предприятий могут сжигать отходы на местах, вырабатывая на малых энергоустановках по 100 кВт для собственных нужд и не оплачивать услуги ТЭЦ и парк грузовиков.

Возможность и необходимость утилизировать отходы

Использование горючих отходов сегодня приводит к дополнительному развитию современной экономики. Их неиспользование — к интенсивному загрязнению окружающей среды.

Жителям городов знакома проблема «полигонов» — огромных свалок мусора, который не был отсортирован и утилизирован современными способами. Между тем от 20 до 40 % объёма отходов — это ГБО (горючие бытовые отходы). В крупных городах сегодня и ставят заводы по переработке мусора, а в малых населенных пунктах? Здесь необходимы решения малой энергетики. Цель данной публикации — изучение опыта решения проблем выделения ГБО и их эффективной утилизации.

В лесном секторе России занято около 2 млн человек (свыше 3 % трудоспособного населения страны). Жизнь сотен тысяч людей проживающих в северных областях России, практически полностью зависима от лесных ресурсов [3] . Опилками, корой, стружкой завалены огромные территории, прилегающие к предприятиям лесопереработки.

В сельском хозяйстве проблема утилизации отходов сельскохозяйственной переработки и животноводства стоит не так остро, как в лесной отрасли, но энергия, которую можно получить, может значительно снизить стоимость производимых продуктов.

Направления применения

Удалённые населенные пункты

Огромные территории страны и в ХХI веке не подключены к централизованным сетям электроснабжения, а ещё больше населенных пунктов не имеют магистрального газа. До 1991 года проблемы решались — регулярный «северный завоз» и подобные дорогостоящие мероприятия — привоз бочки солярки часто обходился в тонну авиационного керосина. С 90-х годов такая помощь резко сократилась. Многие удаленные малые населенные пункты либо просто исчезли, либо поставлены на грань выживания. Их судьба сегодня зависит от развития малой энергетики. В шести направлениях «энергоэффективной политики» [4] , утвержденной в 2009 году. Пятый пункт — это «малая комплексная энергетика» и шестой пункт — «инновационная энегетика» ( Материалы Комиссии по Энергоэффективности при Президенте РФ ). Задача — как использовать ресурсы, находящиеся на месте для получения тепла и электричества — решается сегодня многими независимыми производителями печей, котлов, микротурбин, генераторов и другого энергетического оборудования. Новые выставки, такие как «Альтернативная энергетика» на ВВЦ и «Energy Fresh» в Гостином дворе Москвы показывают заметный рост предложений предприятий в сфере малых энергомощностей.

Независимые малые производства

Россия обладает более чем 20 % процентами мировых запасов деловой древесины. Компактные и доступные решения в малой энергетике, позволяющие решать проблему утилизации отходов лесопереработки, выработки тепла и электричества необходимы для развития новых малых производств, для увеличения доли переработки леса на местах.

Альтернативные поставки в сеть

На 2011 год поставки в централизованную сеть в России энергии независимыми малыми производителями никак не поощряются. В то же самое время, в странах Евросоюза покупка электроэнергии у независимых «альтернативных» производителей — это важнейший рычаг развития малой и альтернативной энергетики. К примеру, в республике Литва покупка электроэнергии у малых источников генерации производится по тарифам, вдвое превышающим их отпуск предприятиям и населению. Благодаря существенным дотациям и постоянному росту цены углеводородов, расширение альтернативных малых энергопроизводств уже более 10 лет выгодно, и большое количество предприятий находит свою нишу в производстве компактного и доступного оборудования, помогающего получать энергию из энергии ветра, воды, солнца или при сжигании горючих отходов.

Источники энергии

Каждый год открываются новые возможности получения небольшими установками тепловой и электрической энергии. В этом разделе перечисляются основные и будут добавляться новые, интересные решения.

Энергия малых рек

Сегодня серийно выпускаются гидротурбины для малого, среднего и высокого давления потока воды. Даются рекомендации и предлагается рядом предприятий технические решения для сооружения объектов, предполагающих установку гидротурбин. Здесь будет подробно рассмотрен опыт отечественных предприятий и зарубежных компаний, выпускающих подобную продукцию. Развитие малой гидроэнергетики в России сегодня сталкивается с рядом административных барьеров: «Российская газета» Карелия готова сделать ставку на развитие малой гидроэнергетики

Горючие отходы

Отходы лесопереработки, сельского хозяйства, ГБО — «горючие бытовые отходы» — всё что горит должно быть сожжено! И сожжено эффективно. Наука сжигания опилок сегодня значительно опережает науку сжигания дров! [5] [неавторитетный источник?]

Кратко о применимости процессов пиролиза:

В Советском Союзе Институт Электрификации Сельского Хозяйства ВИЭСХ разработал множество установок по сжиганию лесных и сельскохозяйственных отходов переработки. Главный упор делался и делается на процессы пиролиза — это когда опилки нагревают до 700 С, получая недоокисленный газ СО, а его уже сжигают на выходе интенсивной подачей воздуха, попутно сжигая всё остальное, что выделилось из опилок. СО и другие горючие газы, называемые вместе «пиролизный газ», планировалось подавать на ДВС, в том числе и на дизели. Однако, в ходе экспериментов в лабораториях ВИЭСХ было выявлено серьёзное выделение из пиролизного газа смол, закоксовывающих двигатели, что свидетельствует о нерентабельности данного процесса, несмотря на периодическое появление в СМИ информации о новых фильтрах, с помощью которых пиролизный газ можно сделать «безопасным» для ДВС. Делая вывод из работ учёных института, следует рассматривать полезным процесс сжигания горючих отходов с целью получения давления нагретых газов, в частности паров воды.

Опилки и сельскохозяйственные отходы сегодня сжигают и с применением процессов пиролиза, и в «кипящем слое» (сноска) и смешивая с подаваемым воздухом и другими способами (фото установок, фото схемы Тамбовского института сельского хозяйства) — главное при сжигании — это получение тепла и давления нагретого рабочего газа, который, в дальнейшем, очевидно, должен подаваться на Двигатели Внешнего Сгорания, в частности, турбины. Применению турбин и «микротурбин» в комплексах малой энергетики пишется много, но информация собранная автором у производителей котлов, таких как «Heizomat» Германия, «Экодрев» Тверь и «Ковровские котлы» говорит об отрицательном опыте применения паровых турбин в комплексах, утилизирующих лесо- и сельхоз- отходы. Турбины, по отзывам специалистов, очень чувствительны к перепадам давления пара на входе и к нагрузке на выходе, имеют дорогостоящую систему управления и очень дорогое обслуживание. Совместимы ли эти качества сегодня с понятием «малая энергетика»? Автор считает правильным согласиться с мнением практиков, затратившим немалые средства на покупку зарубежных турбин и давшим отрицательное заключение.

Последнее время много пишется о разработке на базе поршневых ДВС «паропоршневых двигателей», которые продолжают эффективно работать и при значительных перепадах давления пара. Это новое слово в двигателестроении означает принятый за основу стандартный ДВС и снижение его эффективности до 10-15 %, а также новый виткок борьбы с коррозией в непредназначенных для работы с паром двигателях. Очевидно что, все меры по защите ДВС от коррозии приближают «паропоршневой» двигатель к стоимости турбин, но оставляют массу ДВС, снижая ещё отдачу по мощности в разы. Однако, набрав в любом поисковике запрос по «паропоршневым двигателям» можно прочитать у производителей более лестные отзывы.

Вышесказанное подлежит обсуждению при получении новой информации от эксплуатирующих различные двигательные установки организаций. Очевидно, что работа над двигательными установками, предназначенными для малых энергетических комплексов, сжигающих отходы, сегодня продолжается.

Ветроэнергетика

До начала 1990-х годов европейское первенство удерживала страна — родоначальник ветроэнергетики — Дания. Тем не менее во второй половине 1990-х гг. Дания уступила его Германии, мощности ветроустановок которой в 1999 году достигли 4 млн кВт, а выработка электроэнергии на них — б млрд кВт•ч. К тому же в отличие от Дании, где преобладают мелкие автономно работающие установки, для Германии более характерны крупные «ветровые фермы». Больше всего их на самом «продуваемом» участке её территории — побережье Северного моря в пределах земли Шлезвиг-Гольштейн [6] [уточнить] .

В России ветроэнергетика сегодня и является малой энергетикой. Потому, что никак не субсидируется. Большое количество IT-коллективов разрабатывают темы тихоходных электрогенераторов и высокотехнологичных редукторов, придумывают разные формы ветро турбин и производят отдельные экземпляры [7] .

Тепло Земли

Средний рост температуры близ поверхности Земли оценивается в 20oС на 1 км. вглубь от поверхности. Наиболее достоверные температурные данные относятся к самой верхней части земной коры, вскрываемой шахтами и буровыми скважинами до максимальных глубин- 12 км (Кольская скважина).Основы геологии Н.В.Короновский, А.Ф.Якушова Преобразование этого тепла в электрическую энергию сложная и дорогостоящая задача. Большинство машин, созданных для этой цели используют принцип тепловых насосов Основная статья .
Однако, во многих регионах тепло Земли подходит к поверхности так близко, что требует сопоставимых с традиционной энергетикой затрат на освоение. Наиболее известные примеры Курильские острова и Исландия, которая смогла превратить альтернативную энергетику в серьёзную отрасль национальной экономики. По различным данным, более 25% всей электроэнергии в стране производится на гелиотермальных электростанциях.

Энергия Солнца

В настоящее время активно развиваются два направления преобразования энергии Солнца в электрическую. Это «Фотовольтаника» и «Концентрированная солнечная энергия».
Первое направление принято отождествлять с солнечными батареями — пластинами, несущими на себе на себе множество фотоэлементов, преобразующих падающий свет в электрический импульс. Это направление активно развивается — КПД «солнечных батарей» постоянно растет, а стоимость снижается, и они всё чаще применяются в быту и на производстве, покрывая всё больше крыш в Западной Европе. У этого направления появился альтернатива — набор «наноспиралей», объединенных на тонких пленках — инфракрасное излучение сразу преобразуется в электрический импульс [1]
«Концентрированная солнечная энергетика» CSP — более давний способ извлечения энергии Солнца — использует принцип концентрации и направления лучей Солнца на элементы, в котором теплоноситель приобретает более высокую температуру (например нагревается газ), либо меняет физическое состояние (например закипает вода) и далее энергоноситель поступает в расширительную машину, в которой отдает свою энергию электрогенератору (схема). В этих технологиях есть отдельные направления:
— применение солнечных коллекторов — наборов стеклянных трубок с задней зеркальной поверхностью, возвращающей лучи на трубку с теплоносителем, находящуюся внутри стеклянной трубки (как правило в вакууме). Это направление активно развивается — коллекторы становятся всё надежнее, доступнее по цене и составляют активную конкуренцию пластинам с фотоэлементами. Лидерство в производстве солнечных коллекторов прочно держит Китай
— применение зеркал. Существует множество форм современных малых и больших установок, в которых солнечные лучи концентрируются зеркалами самой разнообразной формы на точечные или трубчатые носители нагреваемого газа или жидкости. Огромное внимание этому направлению солнечной энергетики уделяется в Испании, которая стала здесь признанным лидером Бизнес-Испания 2010
— линзы и другие, пока малоприменимые варианты.
Развитие технологий часто приводит к резкому удешевлению ранее дорогостоящих методов. На сегодня первые два направления наиболее применимы. Фотовольтаника имеет явное преимущество, особенно ценное для малой энергетики — непосредственное получение электроэнергии на малых установках, без каких-либо трудоемких преобразований. Направление CSP преобразует энергию Солнца обычно в перегретый пар, который затем направляется на турбину для вращения электрогенераторов. Высокая цена турбин пока сдерживает это направление в малой энергетике, однако множество Европейских программ развития науки и техники время от времени предлагают гранты за создание «Маломощного парового двигателя для устройств Концентрированной Солнечной Энергетики» Cordis

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector