Альтернативные источники энергии в 21 веке дарят миру множество фантастических изобретений. Эта статья подскажет в каких направлениях движется наука и поможет понять с помощью какого оборудования Вы можете экономить, полностью восполнить свои потребности в энергии и даже зарабатывать уже сегодня в Украине.
Солнечная энергия
Излучение Солнца можно использовать как для подогрева горячей воды (используя коллекторы), так и для генерации электричества (используя солнечные батареи).
Альтернативные источники энергии обладают рядом преимуществ:
- возобновляемость данного источника энергии
- бесшумность
- отсутствие вредных выбросов в атмосферу при переработке солнечного излучения в других виды энергии.
- высокую надежность и долговечность
- практическую повсеместность использования
Но существует и область для совершенствования:
- зависимость интенсивности солнечного излучения от суточного и сезонного ритма
- необходимость больших площадей для строительства солнечных электростанций
- существует проблема использования токсичных веществ при изготовлении фотоэлектрических элементов для гелиосистем, что создаёт проблему их утилизации
- Вердикт: эти системы уже досконально изучены и протестирована в течении длительного времени, что приводит к Вариантам использования солнечной энергии:
- Сетевые солнечные электростанции — Экономия и Зароботок
- Автономные, гибридные солнечные станции — Восполнение собственных потребностей, экономия, заработок
- Гелиотермальные системы — Экономия
- Но стоит не забывать и о потенциале, такие системы с каждым днем усовершенствуют и уже есть разработки, которые позволяют использовать солнечные системы практически на всех поверхностях:
- Солнечные панели на окнах
- Betaray – стеклянный шар для аккумуляции солнечной энергии
- Солнечная крыша Tesla
Ветровая энергия
Еще одним перспективным альтернативным источником нергии является ветер. Концепция работы ветрогенераторов очень проста: cила ветра, используется для того, чтобы прокручивать ветроколесо, которое, в свою очередь, передает это вращение ротору электрического генератора.
Преимущества:
- неисчерпаемый источник энергии
- нет вредных выбросов
Область для совершенствования:
- непостоянство силы ветра и малая мощность единичного ветрогенератора
- производство избыточного количества шума, вследствие чего их стараются строить вдали от мест проживания людей
- большое количество подвижных частей вносят свой вклад в надежность данного оборудования
Вердикт: интересный источник альтернативной энергии, но их надежность и не повсеместность использования подойдет не каждому. На них можно как экономить так изарабатывать.
Интересные концепции использования энергии ветра:
Makani Power – электростанция на основе воздушного змея
[embedyt] https://www.youtube.com/watch?v=GSYMHzgLLn8[/embedyt]
Uprise – ветряная турбина на прицепе
Ветряная электростанция дома: благо или блажь?
Геотермальная энергия
Колоссальное количество энергии хранится под Землей, так как температура ядра Земли чрезвычайно высока. Энергию этого геотермального источника используют в качестве альтернативного источника энергии.
Использование может быть различное: одни источники служат для теплоснабжения, другие – для получения электричества из тепловой энергии.
Приемущества:
- геотермальные источники энергии можно отнести к условно неисчерпаемым (постоянный отбор энергии, по последним исследованиям, приводит к охлаждению толщи земли, поэтому для бурения скважин необходимо руководствоваться инженерными расчетами)
- независимость генерации от времени суток и времени года
Область для совершенствования:
- термальные воды сильно минерализованы, а зачастую ещё и насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы
Вердикт: такие альтернативные источники энергии, как тепловые и воздушные насосы, имеют реальную эффективность в пределах от 3 до 6 (подразумевается потребление 1 кВт электрической энергии может принести до 6 кВт тепловой энергии), что является довольно высоким показателем. Системы направлены на экономию.
Доступное для приобретения борудование для использования геотермальной энергии:
- Тепловые насосы
- Воздушные тепловые насосы
Ветряная электростанция дома: благо или блажь? » Электрика в квартире и доме своими руками
С использованием энергии ветра человечество знакомо с незапамятных времен. Когда-то неизвестный изобретатель приладил парус к неказистому плавучему средству, и с его помощью через столетия вся Земля была обследована пытливыми мореплавателями. Ветряные мельницы даже в наше время во многих странах исправно служат человеку.
Но сегодня использование ветра подразумевает, прежде всего, получение электроэнергии. Попытаемся разобраться, насколько это просто, дешево и удобно. Для тех, кто хочет сразу услышать итог, вывод: ветряная электроэнергия никогда не станет дешевле энергии, полученной из других источников: тепловых, атомных или гидроэлектростанций.
Поэтому заниматься ветряными электростанциями для дома имеет смысл только тем, у кого руки чешутся приспособить доставшийся «по случаю» готовый генератор, или энтузиастам экологически чистой энергии, фанатично желающим спасти планету от экологической катастрофы. Других причин использовать ветряную энергию при подведенном питании от внешних электрических сетей просто не придумаешь.
Для начала немного сведений о возможностях использования энергии ветра. При воздействии ветра на лопасти турбины, эффективность отбора энергии (КПД) не может превышать 59%. Это значение получили в своих работах ряд ученых (Ланчестер, Бец, Жуковский) еще в 1920 г. С тех пор оно известно как «предел Беца».
Есть ли смысл считать КПД ветряного генератора, если он приводится в действие дармовым источником неограниченной мощности? Конечно, есть! Зная КПД преобразования, можно оценить необходимую мощность электростанции, а затем — насколько похудеет ваш кошелек после ее приобретения.
Предельная мощность, которую можно «отнять» у ветра, равна площади, на которую он воздействует (площадь обмаха пропеллера), умноженной на скорость ветра в кубе и на упомянутый выше КПД, равный 0,6.
Выразив все величины в системе СИ, получим, что 1м2 турбины при скорости ветра 2 м/сек отбирает мощность аж …4,8 Вт.
При скорости ветра 8 м/сек (номинальная скорость большинства ветряных генераторов), отбор с единицы площади возрастет до 307 Вт.
Теперь информация к размышлению: реальный КПД для домашних установок нужно брать не более 0,3. Время работы ветряных электростанций при оптимальной скорости ветра колеблется от 10 до 15% в год в климатических условиях стран СНГ.
Поэтому полученную из формулы мощность ветряной электростанции необходимо увеличить еще в 4-5 раз.
На практике рекомендуют устанавливать ветряную электростанцию, ориентируясь не столько на технические показатели, сколько на финансовые возможности, по принципу: «Чем больше, тем лучше».
С мечтой установить мощную и, одновременно, компактную установку необходимо сразу расстаться. Одно другому противоречит в принципе.
Конструкция ветряной электростанции, в общем случае, состоит из генератора, выпрямительного устройства, аккумуляторной батареи и инвертора для преобразования напряжения в привычное значение 220В. Контроль и управление всеми блоками и элементами электростанции выполняет микропроцессорный контроллер или более простые логические схемы.
Изучая технические характеристики ветряных электростанций, предпочтение необходимо отдавать тем, у которых скорость начала движение ротора, начальная скорость зарядки аккумуляторов и скорость, при которой они выходят на рабочий режим, минимальны. Чем шире диапазон рабочих скоростей ветра, тем больше вероятность получить энергию. Стоимость в этом случае играет вторичную роль: зачем брать установку дешевле, если она в вашем регионе будет работать несколько дней в году?
Теперь пришло время прицениться к продукции фирм, предлагающих готовые комплекты оборудования. О самодельных ветряных электростанциях здесь вообще не будем говорить. Даже лучшие образцы промышленного изготовления имеют КПД не более 30%, а самодельные конструкции из подсобных материалов смогут производить разве что шум.
Все разнообразие конструкций ветряных генераторов можно свести к двум большим группам: с горизонтальным расположением ротора генератора и генераторы с ротором вертикального типа.
Горизонтальные генераторы флюгерного типа обладают более высоким КПД, меньшей материалоемкостью. Но требуют применения мачт большей высоты, имеют сложную механическую часть и неудобны в обслуживании. Станции вертикального типа менее экономичны, они имеют большую материалоемкость, но работают в большем диапазоне скоростей ветра и более компактны.
Рассмотрим по одному образцу из наиболее интересных представителей ветряных электростанций каждой группы. Наибольший интерес из электростанций с горизонтальным расположением ротора представляет безредукторный контурный генератор «Windtronics».
В нем аэродинамическое сопротивление снижено за счет особой конструкции турбины, в которой на концах лопастей закреплены сильные постоянные магниты, а по ободу смонтировано 68 статорных катушек.
При таком решении ротор одновременно является и генератором электрической энергии. Специальные закрылки на лопастях позволяют турбине начать движение при скорости ветра 0,2 м/сек.
На сегодня это значение является рекордным для генераторов.
При скорости 0,9 м/сек. турбина начинает вырабатывать электричество. Другие типы генераторов при этих значениях скорости ветра даже не могут сдвинуться с места. Вес изделия около 110 кг, диаметр 1,8 метра, уровень шумов — не более 35 дБ.
Ветряной генератор «Windtronics»
Благодаря жесткой конструкции, турбина выдерживает скорость ветра до 62,6 сек. Годовая производительность от 1500 до 2750 кВт/ч электроэнергии.
Американской фирмой «Honeywell Wind Turbine» в комплекте с турбиной поставляется вся необходимая электроника, рассчитанная на подключение 2 генераторов или солнечной дополнительной панели.
Серьезным и единственным недостатком ветряной электростанции является ее цена — 5750 долларов при номинальной мощности генератора всего 1,5 кВт.
Многообещающим представителем электростанций с генератором вертикального типа можно считать турбины «Eddy» компании «Urban Green Energy». Генераторы очень компактны, почти бесшумны и могут монтироваться даже в городских условиях. При весе генератора 95 кг он занимает площадь чуть больше 2,5 м2.
Турбину можно смонтировать за час, а служит она до 20 лет. Генератор выдерживает ветровые нагрузки до 193 км/час и вырабатывает, в зависимости от модификации, от 2000 до 4000 кВт/ч энергии в год. Главным недостатком является высокая начальная скорость ветра для турбины — 3,2 м/сек. Информации о стоимости генератора пока нет.
- Ветряной генератор «Eddy»
- Оригинальная форма турбины, напоминающая лепестки розы, натолкнула архитекторов на идею создать электростанцию в виде дерева, на ветвях которого смонтировано от 3 до 12 турбин, Проект получил название «Power Flowers» — «цветочное дерево» и привлек широкое внимание общественности, создав неплохую рекламу генераторам «Eddy» и фирме UGE.
- Ветряная электростанция «Power Flowers» с генераторами «Eddy»
О различных конструкциях и моделях электростанций можно очень долго говорить, но объединяет их одно: очень высокая цена. Из анализа предложений фирм можно вывести некую удельную стоимость 1кВт мощности оборудования.
Она составляет приблизительно 2000 долларов без монтажных работ.
Добавив еще около 500 долларов на монтаж и наладку, мы получим усредненную величину затрат на оборудование, которое произведет вам 2000-3000кВт/ч электрической энергии за год.
По оценкам специалистов, электроэнергия, полученная от экологически чистых источников, дороже обычной в 3-4 раза. При использовании маломощных ветряных электростанций, стоимость энергии может на порядок (в 10 раз) превышать полученную из традиционных источников. Это связано с большими разовыми затратами на оборудование и работами по установке, наладке и обслуживанию ветряных электростанций.
Для того, что бы скрыть этот факт, часто используют утверждение, что с ростом цены на энергоносители экологически чистые источники станут рентабельными.
При этом игнорируется то соображение, что с ростом расценок на энергию будет расти и стоимость оборудования, которое обладают значительной материалоемкостью.
И перспектив к сокращению подобной «вилки» не предвидится даже в отдаленном будущем.
Если есть непреодолимое желание установить ветряную электростанцию, то сначала необходимо познакомиться с архивом сводок погоды за несколько последних лет в вашем регионе. Подобная информация сейчас доступна в сети и сразу прояснит реальные возможности по использованию ветровой энергии.
|
Ветряная электростанция
Ветроэнергетика: общемировая годовая динамика установленной мощности ВЭС[1].
Прибрежная ветровая электростанция Миддельгрюнден, около Копенгагена, Дания. На момент постройки она была крупнейшей в мире
ВЭС Перевал Сан-Горгонио (англ.) 615 МВт, США
Ветряная электростанция — это несколько ВЭУ, собранных в одном или нескольких местах и объединённых в единую сеть. Крупные ветровые электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветровые электростанции называют «ветровыми фермами» (от англ. Wind farm).
Планирование
Исследование скорости ветра
Ветровые электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше.
Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного—двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра.
Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.
Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветровых электростанций, так как эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.
Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами, или с государственной помощью.
Например, в Канаде Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005 году Программа Развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран.
Высота
Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветровые электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т. д.
Экологический эффект
При строительстве ветровых электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветровой энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.
Современные ветровые электростанции прекращают работу во время сезонного перелёта птиц.
Наземная ветровая электростанция в Испании. Построена по вершинам холмов.
Наземная ветряная электростанция возле Айнажи, Латвия.
Самый распространённый в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.
Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой электростанции может занимать год и более.
Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.
Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.
Крупнейшей на данный момент ветровой электростанцией является электростанция Альта, расположенная в штате Калифорния, США. Полная мощность — 1550 МВт.
Прибрежная
Строительство прибрежной электростанции в Германии.
Прибрежные ветровые электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.
Шельфовая
Шельфовые ветровые электростанции строят в море: 10—60 километров от берега. Шельфовые ветровые электростанции обладают рядом преимуществ:
- их практически не видно с берега;
- они не занимают землю;
- они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.
Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям.
Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.
В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей. Крупнейшей шельфовой станцией в 2009 году являлась электростанция Миддельгрюнден (Дания) с установленной мощностью 40 МВт[2]. В 2013 году крупнейшей стала London Array (Великобритания) с установленной мощностью 630 МВт[3].
Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмные суда.
Плавающая
Строительство первой плавающей электростанции. Норвегия. Май 2009 года.
Первый прототип плавающей ветровой турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.
Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года[4]. Турбина под названием Hywind весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.
Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м.
Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне.
Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.
Компания в 2017 году довела мощность турбины до 6 МВт, а диаметр ротора — до 154 метра[5].
Парящая
Парящей называют ветровые турбины, размещенные высоко над землей, для использования более сильного и стойкого ветра[6]. Концепция разработана в 1930-е годы в СССР инженером Егоровым[7].
Текущим рекордсменом считается «Парящая ветровая турбина Altaeros» (Altaeros Buoyant Airborne Turbine (BAT)), которая будет установлена на высоте 1000 футов (304,8 м) над землей.
Этот пилотный проект промышленного масштаба будет находиться на высоте 275 футов выше, чем текущий рекордсмен — Vestas V164-8.0-MW.
Последний совсем недавно установил свой прототип в Датском национальном центре тестирования больших турбин (Danish National Test Center for Large Wind Turbines) в Остерильде (Østerild). Высота расположения оси Vestas 460 футов (140 метров), лопасти турбин в высоту более 720 футов (220 метров).
У Altaeros мощность турбины 30 кВт. этого достаточно для обеспечения энергией 12 домов.
Для поднятия на такую высоту Altaeros использует невоспламеняемую надувную оболочку, наполненную гелием.
Проводником для произведенной энергии служат высокопрочные канаты.[источник не указан 1332 дня]
Горная
Кордайская ВЭС на юго-востоке Казахстана
Первая на постсоветском пространстве горная ВЭС мощностью 1,5 МВт была запущена на Кордайском перевале в Жамбылской области Казахстана в 2011 году[8]. Высота площадки — 1200 метров над уровнем моря. Среднегодовая скорость ветра 5,9 м/сек. В 2014 году количество ветротурбин «Vista International» мощностью по 1,0 МВт на «Кордайской ВЭС» было доведено до 9 агрегатов при проектной мощности 21 МВт[9]. В дальнейшем планируется введение в строй Жанатасской (400 МВт) и Шокпарской (200 МВт) ветряных электростанций.
В феврале 2015 года в Восточных Карпатах у города Старый Самбор запущена в работу первая в Западной Украине горная ВЭС «Старый Самбор 1» мощностью в 13,2 МВт. Общая мощность 79,2 МВТ. Она представлена ветротурбинами VESTAS V-112 датского производства номинальной мощностью 6,6 МВт[10]. Высота площадки 500 — 600 м над уровнем моря, среднегодовая скорость ветра 6,3 м/сек[11].
Панорамы ВЭС
ВЭС Лиллгрунд (англ.) 110 МВт, Швеция
Вэс в россии
На 2008 год общая мощность ВЭС в стране исчислялась 16,5 МВт[12].
Одна из крупнейших ветровых станций России — Зеленоградская ВЭУ, расположенная в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Её суммарная мощность составляет 5,1 МВт.
Состоит из ВЭУ датской компании SЕАS Energy Service A.S. (1 новая мощностью 600 кВт и 20 отработавших 8 лет в Дании мощностью 225 кВт каждая).
Мощность Анадырской ВЭС составляет 2,5 МВт.
Мощность ВЭС Тюпкильды (Башкортостан) составляет 2,2 МВт.
Заполярная ВЭС, находящаяся около города Воркута в Коми, имеет мощность 1,5 МВт, построена в 1993 году. Состоит из шести установок АВЭ-250 российско-украинского производства мощностью 250 кВт каждая.
Около Мурманска строится опытная демонстрационная ВЭУ мощностью 250 кВт[13]. В селе Пялица, в мае 2014 года, открыта первая в Мурманской области ветровая электростанция. Так же до 2016 года предусматривается дальнейшее введение ветропарков в Ловозерском и Терском районах области[14].
См. также
Примечания
Литература
- Методы разработки ветроэнергетического кадастра. — АН СССР, ГЛАВНИИ при Госэкономсовете Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского. Изд-во АН СССР, 1963.
Ссылки
с вертикальной осью цены ветряная мельница
- 12V 24V 48V 300W 400W 500W Фонарь Вертикальный ветрогенератор Ветряная мельница Ветрогенератор с вертикальной осью вращения 2 кВт
- Ветряная мельница — устройство, принцип работы, . вокруг вертикальной . на ветряные мельницы, чем на другие . на островах
- Ветрогенератор с вертикальной осью вращения 5 кВт 12V 24V 48V 300W 400W 500W Фонарь Вертикальный ветрогенератор Ветряная мельница
- Электрическая ветряная мельница или просто ветряк — это вариант для тех, Ветрогениратор с вертикальной осью вращения
- 2018-10-16 · «Классическая» ветряная мельница с горизонтальным ротором и Ещё один вид мельниц с вертикальной осью вращения известен
- Беларусии 49 товаров от 9 компаний c доставкой в Беларусь с фотографиями, ценами и условиями поставки Ветряная установка
- вертикальной мельницы в x47 5. вертикальной мельницы с цементом в Китае . цены .валковые мельницы вмл галереяшаровые
- 2017-4-10 · Ветряная электростанция «Power Flowers» с генераторами «Eddy» О различных конструкциях и моделях электростанций можно очень
- В Народе его еще называют ветряк или ветряная мельница. Как уже было сказано, ветряки бывают с вертикальной
- Мельницы с вертикальной осью вращения использовались и в древнем Китае (в значительной степени как ветряная мельница
- вертикальная ветряная турбина Китай 300w/1kw/2kw/3kw/5kw/10kw ветряная мельница 2015 китай richuan Ветрогенераторы с вертикальной осью
- 2014-4-2 · почти полностью вытеснили из Европы мельницы с вертикальной осью. Ветряная мельница Браша занимает важное место в
- горизонтальнойосью практически полностью вытеснили из Европы установки с вертикальной осью. Ветряная мельница Браша
- 2018-8-13 · 400 года нашей эры в Индии в буддистских храмах появляются ветряки с вертикальной осью ветряная мельница упомянута в
- Ветряки с вертикальной осью вращения известны человечеству с что ветряная мельница была изобретена в Кнр больше
- Продажа, поиск, поставщики и магазины, цены в Казани Ветряные электростанции, ветроэлектростанции, ветряные генераторы
- как самому можно выстроить маленький самодельный ветрогенератор с вертикальной осью Ветряная мельница вчера ,сегодня и
- 12V 200W Трехфазный вертикальный ветрогенератор Ветряная мельница Контроллер Ветрогенератор с вертикальной осью вращения
- 2018-10-29 · Ветрогенератор с вертикальной осью более компактный, однако, отличается дорогой стоимостью. Их конструктивные
- Ветрогенератор с вертикальной осью вращения 2 кВт 12V 24V 48V 300W 400W 500W Фонарь Вертикальный ветрогенератор Ветряная мельница