Как сделать ветрогенератор своими руками
Ветряные генераторы с давних пор использовались людьми в качестве недорогих и удобных источников электроэнергии, отличающихся простотой своего изготовления и высокой экологичностью. Ряды так называемых «ветряков», картинно раскинувших свои лопасти на фоне природных ландшафтов, украсили в своё время многие уголки нашей планеты, а их промышленное производство было налажено в кратчайшие сроки. И в наши дни ветрогенераторы промышленного изготовления широко применяются в тех регионах России, где эффект от их использования вполне оправдан.
Конечно же, самодельным ветряным генератором сегодня никого не удивишь. Но перед тем как сделать ветрогенератор своими руками, следует тщательного изучить данную инструкцию.
Конструкция
Конструкция ветрогенератораПредполагается, что рассматриваемая нами конструкция генератора будет состоять из следующих основных частей:
- собственно ветрогенератор, собранный на базе двигателя промышленного изготовления;
- электронный блок управления зарядкой;
- комплект соединительных проводов;
- крепёжная мачта;
- растяжки.
В качестве электрического привода в рассматриваемой конструкции используется двигатель постоянного тока, которым комплектуются некоторые модели так называемых «бегущих дорожек» (260V, 5A). При этом обратный (генераторный) эффект мы получим за счёт того, что любое устройство подобного типа в отношении формируемого им электромагнитного поля является обратимым. При наличии вращательного усилия на валу двигатель автоматически превращается в генератор.
Используемые материалы
Материалы для ветряка Большую часть материалов, используемых в этом изделии, вы сможете приобрести в любом хозяйственном магазине. Помимо двигателя от дорожки вам потребуется следующий набор комплектующих изделий и расходных материалов:- специальная нарезная втулка;
- мост диодный на токи 30-50A;
- кусок полихлорвиниловой трубки.
Кроме того, для изготовления хвостовика и корпуса генератора необходимо подготовить следующие детали и расходный материал:
- Труба квадратная 25х25 мм;
- Фланец маскирующий;
- Патрубок;
- Саморезы;
- Болты;
- Шайбы;
- Скотч.
Сборка
Сборка ветрогенератораИзготовление ветрогенератора начинаем с подготовки лопастей, которые можно вырезать из тонких полосок дюралюминия. Примерная форма лопастей генератора приведена ниже.
Перед креплением заготовки следует тщательно обработать шкуркой до получения необходимого профиля, таким образом, чтобы передняя кромка была закруглена, а задняя – оставалась заостренной.
Хвостовик делаем из жести, причём его размер и форма не играют решающей роли – главное, чтобы он был достаточно жёстким.
Затем берём снятый с беговой дорожки двигатель с прикрепленной к нему втулкой и отмечаем на нём места расположения трёх отверстий на расстоянии примерно 10 см от центра (на равном удалении друг от друга). Затем просверливаем по получившейся разметке отверстия и нарезаем резьбу под крепёжные болты.
Рекомендуем пометить место крепления каждой лопасти к втулке, что позволит вам не спутать их при сборке.
Монтаж
Монтаж ветрогенератораОкончательную сборку ветрогенератора проводим в следующей последовательности:
- Разрежьте трубку ПВХ на две части и проложите полученным материалом то место на квадратной трубе, куда вы собираетесь крепить ваш двигатель. Расположите диодный мостик неподалёку от двигателя и закрепите его при помощи саморезов.
- Соедините выходящий из двигателя провод черного цвета с «плюсом» диодного моста.
- Присоедините выходящий от двигателя провод красного цвета к «минусу» моста.
- Положение хвостовика настройте таким образом, чтобы плоскость всей системы была параллельна земле. Прилаживаем хвостовик к трубе и крепим его на ней при помощи заранее приготовленных саморезов.
- Размещаем помеченные ранее лопасти на свои места и крепим их болтами с шайбами на втулку, причём на ближние к оси отверстия устанавливаем по две шайбы (с каждой стороны основания лопасти). Для трех наружных отверстий устанавливаем по одной шайбе (со стороны болта). После этого основательно затягиваем полученные соединения.
- Надёжно зафиксировав вал двигателя, надеваем на него втулку с лопастями и с помощью плоскогубцев заворачиваем ее до упора, против хода часовой стрелки.
- Затем проворачиваем патрубок к маскирующему фланцу с помощью газового ключа.
- После этого проводим балансировку основания трубы с закреплённым на ней двигателем и хвостовиком и отмечаем точку равновесного положения.
- В этой точке производим крепление несущего основания к мачте (для удобства вам, возможно, придется открутить для этого втулку и хвостовик).
- Закрепляем основание на саморезы и восстанавливаем убранные ранее узлы.
Для включения ветряного устройства в рабочую электрическую сеть вам обязательно понадобится комплект проводов, контроллер зарядки батарей, амперметр и нагрузка (аккумуляторная батарея).
Что касается несущей мачты, то сразу отметим её особое значение для надёжного крепления генератора, что гарантирует его долгую и бесперебойную эксплуатацию. Этот элемент конструкции не только должен быть достаточно прочным, но ещё и обязан иметь хорошую устойчивость. Кроме того, совсем не помешает, если мачта будет оборудована простейшим механизмом опускания и подъёма основания с двигателем.
Отметим также и тот факт, что чем выше мачта – тем более сильные воздушные потоки будут доступны вашей импровизированной электростанции. Используемые для крепления мачты проволочные растяжки можно установить через каждые 5,0-5,5 м по её высоте.
Как сделать ветрогенератор — правила изготовления домашнего ветрогенератора своими руками
Если у вас нет доступа к общей электрической сети, либо вы решили обзавестись автономным источником энергии, то целесообразно установить домашний ветрогенератор. Сила потока воздушных масс позволит вам своими руками наладить поступление электроэнергии для бытовых нужд.
Как работает ветрогенератор?
Прежде, чем самому собирать и устанавливать ветрогенератор, необходимо определить, имеет ли это смысл. Для этого необходимо измерить скорость ветра в той местности, где вы решили выполнить установку. Если окажется, что ветровой силы недостаточно, то устанавливать генератор невыгодно.
Помимо скорости ветра, нужно определить, какой уровень мощности генератора необходим. Конечно же, не стоит полагать, что генератор данного типа будет функционировать круглосуточно без перебоев, ведь скорость ветра может сильно меняться в течении дня, и это повлияет на возникновение энергетических проблем.
Возможную мощность генератора вы сможете определить с помощью расчета коэффициента использования энергии ветра. Он позволяет оценить часть энергии воздушного потока, которая будет использоваться ветроколесом. Данный показатель зависит от различных внешних параметров.
Если вы делаете ветрогенератор своими руками, то следует знать его основные составляющие:
- ветроколесо с определенным количеством лопастей
- редуктор, который отвечает за круговое движение колеса
- мачта, при помощи которой ветряные потоки поступают в инвертор, чтобы превратиться в ток
Само электричество берется из энергии ветра, которая приводит в движение лопасти с колесом. Круговые манипуляции передаются с помощью редуктора в генераторный вал. Именно там происходит превращение энергии механического типа в электрическую.
Из каких элементов состоит домашний ветрогенератор?
Чтобы сделать генератор в домашних условиях, необходимо приобрести все его комплектующие:
- аккумулятор на кислотной или гелиевой основе
- ротор
- генератор
- ведро или бочка из металла большого размера
- специальные болты
- реле для подзарядки аккумулятора
- реле лампы заряда
- вольтметр
- мачта
- нержавеющая проволока
- провода
- специальная коробка для наружных проводов
С помощью данного оборудования и запчастей у вас получится сделать ветрогенератор своими руками.
Сколько лопастей должно быть у ветрогенератора?
Одним из самых важных этапов в создании ветрогенератора является этап подбора и прикрепления лопастей. Количество, качество и габариты каждой лопасти оказывают сильное влияние на будущую работу всего устройства. Существует несколько основных принципов, которые необходимо учитывать при сборке конструкции данного типа:
- при установке двух-трех лопастей большого размера неправильно считать, что мощность генератора равна показателю с пятью-шестью небольшими лопастями
- при устройстве генератора с малым количеством лопастей необходимо уделять большое внимание балансу, лопасти большей площади дают сильную вибрацию
- от размеров лопастей напрямую зависит уровень шума, издаваемого установкой, чем больше будет скорость и окружность вращения лопастей, тем сильнее вы будете это слышать, а при установке такого генератора в частном доме вы будете часто просыпаться по ночам
- если вы создаете быстроходные лопасти, то необходимо учитывать особые требования к их конструкции, лучше всего сделать лопасти из разрезанной трубы КИЭВ
При использовании габаритных лопастей достаточно много нагрузки приходится на ось генератора, мачту и все его составляющие. Использование такой установки небезопасно, поскольку при сильном ветре лопасти разгоняются до огромной скорости, а мачта или крепления, скорее всего, этого не выдержат. Если же вы все-таки решили сделать ветрогенератор именно такого типа, то лучше всего использовать дерево в качестве материала лопастей. Однако, их изготовление из этого материала является достаточно затруднительным.
Мощность ветрогенератора напрямую зависит от размера колеса с лопастями, скорости воздушных масс и высоты мачты. Нужно понимать, что энергии будет больше того после того, как вы найдете идеальный баланс для всей конструкции. Если устанавливать две-три лопасти большого размера, то мощность будет небольшой, а сама конструкция будет достаточно хрупкой. Наиболее удобным и правильным вариантом является установить своими руками пять или шесть лопастей умеренного размера.
Этапы создания ветрогенератора своими руками
После того, как большая часть конструктивных элементов мелкого типа подобрана, можно приступать к сборке ветрогенератора:
- сначала необходимо выбрать тип генератора, нужно опередить, будет у вас горизонтальный или вертикальный тип двигателя, сделать своими руками проще ветрогенератор вертикального типа, поскольку в нем значительно легче налаживать балансировку
- при покупке генератора нужно смотреть на его мощность
- после проведения всех расчетов нужно выбрать аккумулятор, он должен быть герметического типа и предназначаться специально для энергетических установок
- прежде, чем устанавливать все устройство, нужно залить фундамент, он должен соответствовать особенностям внешней среды
- мачта устанавливается после полного затвердевания фундамента
- собирается ротор — предварительно ротор необходимо подбирать в зависимости от средней скорости ветра, скорость влияет на диаметр данного элемента
- к ротору приделывается шкив
- лопасти можно сделать, как из трубы, так и из бочки, расчет их площади сугубо индивидуален
- провода из алюминия присоединяются к генератору
- необходимо собрать цепь в дозе
- осуществляется крепление генератора к мачте, а после и проводов
- генератор и аккумулятор собираются в единую цепь, и к ним подключается нагрузка через провода
Хороший запуск генератора получается выполнить только в условиях высокой скорости ветра. Чтобы увеличить выработку энергии, можно сделать своими руками трансформатор с регулятором. Это обеспечит большую силу тока.
Основные условия эксплуатации самодельного ветрогенератора
Как и за любым прибором, за ветряным генератором требуется регулярный уход. Благодаря грамотному уходу за самодельной станцией вы сможете эксплуатировать генератор очень долго. Существуют ключевые виды работ, которые необходимо выполнять каждый год:
- уход за всеми подвижными элементами системы путем их смазывания
- проверка лопастей и подшипников с целью своевременного обнаружения их повреждений
- регулировка всех электрических соединений
- проверка механизмов ветрогенератора на отсутствие коррозии
- регулировка ослабленных растяжек и подкрутка расшатанных болтов
- осуществление покраски металлических деталей генератора
- проверка щетки токоприемника
При оптимальных условиях эксплуатации и качественной сборке самодельный ветрогенератор может прослужить более 10-15 лет. Нужно понимать, что для создания прибора такого типа очень важны первоначальные исследования и расчеты. Ведь именно по ним будет создаваться вся установка.
Правильное расположение ветрогенератора
В регионах с высокой скоростью ветра, в прибрежных зонах и на объектах, где в зимний период солнечная электростанция «не справляется», для автономного энергоснабжения используют ветрогенераторные станции – «ветрогенераторы», (сокращённо ВГ). Но на большей территории нашей страны средняя скорость ветра составляет всего 4-5м/сек., тогда как ветрогенератору для выработки «номинальной мощности» требуется 10-12м/сек.. Именно поэтому нет никаких сомнений в важности правильной и продуманной установки устройства, достичения точки, где винт его окажется в зоне с максимальной скоростью ветра.
Мощность ветрогенератора и зависимость от скорости ветра и высоты мачты
Почему же так важно «не потерять» ни одного метра в секунду? Определим зависимость мощности ветрогенератора от скорости ветра.
1. Кинетическая энергия воздуха, движущегося ламинарно (без завихрений) W=1/2mV2, где m — масса воздуха, V – его скорость.
2. Массу воздуха, проходящего за время t и площадь S можно выразить следующим образом: m=VtSρ, где: S – площадь, описываемая винтом ВГ, ρ – плотность воздуха.
3. Чтобы определить мощность (P), делим энергию на время, подставляем выражение для массы, получаем: P=1/2V3Sρ.
4. Если теперь умножить выражение на КПД устройства в целом, включающее в себя коэффициент преобразования лопастей винта, коэффициент полезного действия редуктора и генератора (ƞ), получим реальную мощность «ветряка»: P=1/2V3Sρ ƞ. На практике обычно значение ƞ лежит в пределах 0,4-0,5.
Как видно из расчета, мощность ВГ пропорциональна третей степени скорости ветра, то есть увеличение скорости в 2 раза даст увеличение мощности в 8 раз!
Таким образом, скорость ветра и отсутствие турбулентностей (завихрений) должны иметь решающее значение при выборе места установки ветрогенератора. Из этих соображений идеально подходят:
- берег крупного водоема;
- вершина горы или возвышенности;
- центр протяженного поля.
Увы, в реальной жизни мало кто имеет на своем участке моря, поля и горы. Поэтому принцип только один – чем выше установка, тем лучше. В идеале, Ветрогенератор должен быть выше не менее, чем на 6 (шесть) метров окружающих его предметов (дома, деревьев, строений, возвышенностей), чтобы оказаться в зоне ламинарного движения воздуха.
Приведем простой пример, который можно легко проверить в on-line калькуляторе для расчета на нашем сайте. Рассмотрим модель пятилопастного ветрогенератора HY-1000, стоящий в «бесконечном» поле вблизи Санкт-Петербурга:
- При высоте мачты 5 метров максимальная выработка достигается в сентябре и составляет 1,38кВтч/сутки;
- Если увеличить высоту мачты до 10 метров, получим 2,43 кВтч/сутки;
- Увеличим высоту до 20 метров и получим уже – 3,12 кВтч/сутки.
Вывод напрашивается сам собой — часто вместо увеличения мощности ветрогенератора достаточно увеличить высоту мачты.
Решающая роль места установки «ветряка» в эффективности энергосистемы
Очень велик соблазн приделать мачту ветрогенератора к дому для увеличения высоты всей конструкции. Несмотря на очевидные плюсы, данный подход имеет ряд минусов:
Во-первых, установка издает звуки, и звуки эти отлично могут быть переданы по мачте на конструкцию дома, что со временем будет раздражать его жителей. Во-вторых, если здание находится в черте города, могут потребоваться дополнительные согласования в надзорных органах.
Стоит также обратить внимание на конструкцию самой мачты. Если горизонтальные линейные размеры мачты сравнимы или превышают размеры ВГ, то, собственно, сама мачта может являться источником турбулентности.
Очень показательный пример, когда мачта по сути мешает работать системе, плюс частично затеняет солнечные батареи, представлен на фотографии.
Особое внимание нужно уделить выбору сечения кабеля. Так как ВГ находится на мачте, а контроллер заряда где-то в доме, длина линии может быть значительной, равно как и падение напряжения. Это может привести к снижению эффективности заряда аккумуляторных батарей. Из этих соображений, площадь сечения кабеля должна быть достаточно большой, чтобы данный эффект был незначителен. Для расчёта площади сечения кабеля следует обратиться к правилам, описанным в статье Расчёт сечения провода.
В отличие от монтажа солнечных батарей, установка «ветряка» часто влечет за собой капитальные строительные работы, такие как бетонирование основания, монтаж свай для растяжек, сварочные работы. Тем не менее, правильно выполненный монтаж обеспечит надежную и эффективную работу системы, и максимальную выработку энергии на протяжении всего срока эксплуатации.
Читать другие статьи..
Ветрогенератор своими руками — altern-energy.com.ua
Ветрогенератор своими руками
Все больше и больше сеть наполняет вопрос о том как сделать ветрогенератор своими руками. На самом деле это не так сложно если руки стоят из того места и нет боязни сделать что-то не так (или вообще что-то делать).
Для примера или так сказать пробы лучше начать с меньшей мощности, так как это дешевле в расходах. Мои подсчеты показали, что для изготовления ветряка дома мощностью 5-250 Ватт нужно примерно 100-150$. Это в значительной степени меньше чем делать солнечные батареи с той же выходной мощностью.
С чего же начать создавать ветрогенератор ?
Самое важное все приготовить и не забыть составить план что за чем будет собираться.
Для ветряка своими руками Вам не понадобится специализированный инструмент. вот что можно использовать.
[toggle title=»инструмент»]
- — ножовка
- — дрель и сверла для нее
- — рулетку
- — разводной ключ
- — газовый ключ
- — транспортир
- — наждачку (разной зернистости)[/toggle]
А также самою важную составляющую нашего проекта (с бодрым названием «ветрогенератор своими руками») — это детали из чего собственно будет наш ветряк собран. Все необходимые детали можно найти у себя в гараже, иногда на балконе или просто купить на строительном рынке и магазине. Благо дело мы не строим пока ветряк на 3 кВт или больше.
[toggle title=»Необходимые детали»]
- — лист металла 25х35см
- — 1/4″ х 25 см трубку
- — 1/4″ фланец
- — 20-25мм квадратную трубу L=1м
- — диск от пилы (для крепления лопастей)
- — штифт (для соединения диска с осью мотора)
- — два автомобильных хомута
- — 8″ x 4″ ПХВ труба
- — 30″ x 8″ ПХВ труба
- — Генератор
- — болты, шайбы, гайки
- — саморезы по металлу
- — диоды на ток 10-40А (можно и больше)[/toggle]
Все это просто найти в любом строительном магазине, кроме конечно генератора. При подборе генератора выбирайте те, у которых наибольшее кол-во вольт на оборот. Можно использовать моторы от старых магнитофонов (их можно до сих пор найти на местных барахолках). Также не следует забывать, что нужен мотор не менее 12Вт, для заряда аккумулятора или инвертора.3, где k – потери в ветрогенераторе на механические трения и т.п.
Сами лопасти изготовить из ПВХ трубы просто, нужно разрезать трубу на три полосы — две 150 град., и одна 60 град. Все это показано на рисунке. Лопасти получаемые из отрезка 10град. Более широкие — они легко крутятся в слабый ветер, но с одним недостатком — слабо. Вы можете сами подобрать угол опытным путем — он находится где то в диапазоне 75-150 град.
Для начала вырежьте широкие лопасть и если нужно, то потом подрежьте их сделав более узкими. Если следовать аэродинамике, то нужно скруглить главную кромку и выровнять заднюю. Но с ПВХ трубами особой разницы вы не увидите.
[/toggle]
[toggle title=»Этап 2. Крепим Лопасти»] Что же пора перходить к следующей задачек на повестке дня, а именно крепление лопастей.
Есть много способов крепления, но самый простой и не дорогой думаю использование диска пилы, либо новой либо использованной, в любом случае предварительно необходимо эти зубья сточить.
Необходимо просверлить 2 отверстия равномерно расположив их от центра к краю ( на диске всего должно получится 6) со смешение в 120 град. После сверления можно приступить к сборке лопастей. Важно для крепления использовать гайки болтами, а также ипользуйте обязательно граверную шайбу.
Окончательно крепление лопастей смотрите на рис. [/toggle][toggle title=»Этап 3. Изготовление флюгера и шарнира для поворота»]
Далее переходим к изготовлению поворотной платформы, на которую мы прикрепим наши лопасти и собственно поставим генератор. Для этого используйте проф-трубу (квадрат по нашему), кусок ПВХ трубы, фланец и небольшой кусок металла для хвостовика. Из куска металла для нашего ветряка вырезаем флюгер. Форма при этом особо не важна, а только желание придать эстетический вид будет для вас направлением.
Далее в трубе (металлической) делаем пропил 20-25см (скорее всего используем болгарку, а то долго мучиться) и вставляем наш флюгер. Для крепления нам опять понадобятся болты и сквозные отверстия в трубе и листе металла.
Важно для защиты генератора от дождя и других явлений, связанных с водой, иметь чехол. Его делаем их куска ПВХ трубы. Ниже на рис. можно посмотреть как его делать.
Не для кого не секрет, что металл ржавеет, а для избегания этого используется краска. Значит и нам пришла пора все красить и собирать. Чехол с генератором крепим к трубе хомутами, а снизу трубы (ближе к двигателю) ставим фланец. [/toggle][toggle title=»Этап 4. Изготовление мачты»] Итак наше мучение с ветрогенератором подходит к завершению и осталось всего нечего флюгер поднять повыше.
На дачах и в частных домах для такого можно использовать крышу — немного приподняв над ней флюгер ветряка. Но мы пойдем другим путем, а именно поставим наш ветряк отдельно. Для этого нам понадобится ПФХ труба , муфта для нее и 3 Т-образных отвода.
Ее просто изготовить, и вот что получилось.
[/toggle]
Ветряк готов. Можно использовать автомобильные аккумуляторы, но они все же не приспособлены для постоянной разрядки и зарядки. Обычно для ветряков используют гелевые аккумуляторы, они намного более долговечны в работе. Также не забудьте припаять диоды между аккумулятором и генератором, а то ток пойдет в генератор.
Удивительные ветрогенераторы — Энергетика и промышленность России — № 21 (353) ноябрь 2018 года — WWW.EPRUSSIA.RU
Газета «Энергетика и промышленность России» | № 21 (353) ноябрь 2018 года
Объединяет их лишь одно: рабочей силой является движение воздушных масс. О некоторых оригинальных агрегатах мы и хотим рассказать в этом материале.Ветрогенераторы становятся все более популярными. Их используют не только как дополнительный источник электричества, но зачастую и как основной, например, при обустройстве загородного дома. Тому способствует удобство эксплуатации и вполне хороший эстетичный вид ветряков. К тому же это вполне экологичные конструкции, не требующие затрат на природные ресурсы: ветер бесплатен. К тому же нынче промышленность выпускает контроллеры энергии, обеспечивающие работу даже при слабом ветре, собирающие энергию «порциями», и конструкции с автоматически изменяющимся углом атаки лопастей в зависимости от направления и силы ветра.
В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС: пропеллерные, где вращающийся вал расположен горизонтально относительно направления ветра и с самым высоким КПД, барабанные и карусельные, в которых вал, вращающий лопасти, расположен вертикально и которые монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах).
Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра. Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести установки из строя.
Достоинства ВЭС – простота конструкции, экономичность и возобновляемость источника энергии. Кроме того – доступность (ветер дует везде) и независимость источника энергии (например, от цен на топливо).
Недостатки – зависимость от ветра, шумность и необходимость использования больших площадей (в случае постройки крупных электростанций). Кроме того, стартовая стоимость и дальнейшее использование – вполне затратны (необходимы накопители энергии, которые имеют ограниченный срок эксплуатации).
Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок, их число растет в скандинавских странах и Греции.
В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий.
Это касается, в первую очередь, так называемых «традиционных» ветряков. Но среди всего разнообразия установок есть и оригинальные, не вписывающиеся в обычные представления о них.
Дерево-ветрогенератор
Например, французская группа инженеров создала искусственное дерево, способное генерировать электричество с помощью ветра. Устройство производит энергию даже при небольшом движении воздуха.Идея пришла автору изобретения Жерому Мишо-Ларивьеру, когда он наблюдал шелест листьев в безветренную погоду. Устройство использует небольшие пластины в форме скрученных листьев, которые преобразуют ветряную энергию в электрическую. Причем независимо от направления движения воздуха. Дополнительное преимущество «дерева» заключается в его полностью бесшумной работе.
На создание 8‑метрового прототипа инженеры потратили три года. Энергогенерирующее «дерево» установлено в коммуне Плюмер-Боду на северо-западе Франции.
Новая установка, Wind Tree, эффективнее обычного ветрогенератора, поскольку вырабатывает энергию даже при скорости ветра всего 4 м / с.
Мишо-Ларивьер надеется, что «дерево» будет использовано для питания уличных фонарей или зарядных станций для электромобилей. В будущем он планирует усовершенствовать установку и подключить ее к энергоэффективным домам. Идеальное электрогенерирующее «дерево», по словам изобретателя, должно иметь листья из натуральных волокон, «корни» в виде геотермального генератора и «кору» с фотоэлементами.
Биоразлагаемые лопасти
Ахиллесова пята быстрорастущей индустрии ветроэнергетики – физические компоненты ветрогенераторов, которые изготавливаются из нефтяных смол и в конечном итоге оказываются на свалках.Чем больше ветрогенераторов, тем больше выбрасывается использованных лопастей. Чтобы положить конец этой расточительности, исследовательской группе UMass Lowell был выделен грант для решения этой проблемы путем создания биоразлагаемых лопастей.
Для конструирования новых ветрогенераторов они планируют использовать «полимеры на биологической основе», примером которых является растительное масло.
Кроме всего прочего, рассматривается возможность замены нефтяных смол устойчивыми. Ученые надеются найти новый материал, который обладает теми же свойствами, что и ныне используемый.
Одна из трудностей состоит в том, что необходимо проверить, могут ли эти экологичные лопасти выдерживать суровые погодные условия и при этом иметь конкурентоспособные цены.
Использование биоразлагаемых лопастей сделает индустрию еще более «зеленой» за счет сокращения отходов.
Крылья стрекозы
Несколько исследователей из Франции попробовали сделать ветряную турбину еще эффективней за счет изменения ее компонентов. Насекомые, а именно стрекозы, вдохновили их на создание гибких лопастей. Ветровая турбина на сегодняшний день работает только при оптимальных скоростях ветров, но новый био-дизайн может дать способ обойти этот факт.Исследователи построили прототипы с обычными жесткими лопастями, умеренно гибкими лопастями и очень гибкими лопастями турбины. Последний дизайн оказался слишком гибким, но умеренно гибкие лопасти превосходят жесткие, создавая на целых 35 % больше мощности. Кроме того, они продолжали работать в условиях слабого ветра и не были подвержены повреждениям при сильном ветре.
Теперь ученым предстоит найти оптимальный материал, который не был бы слишком гибким, но и не являлся жестким.
Воздушная ветроэнергетика
Воздушная ветроэнергетика (Airborne Wind Energy, сокращенно AWE) запускает в небеса летающие ветряные электростанции – дирижабли, «воздушные змеи», дроны и прочие летательные аппараты, оснащенные ветряными турбинами или приводящие в действие наземные генераторы с помощью своих «поводков».Летающие ветрогенераторы не требуют фундаментов и значительных транспортных издержек. При этом они работают с хорошим «коммерческим» ветром – на высотах в несколько сотен метров ветер стабильнее и сильнее. Поэтому коэффициент использования установленной мощности воздушных ветряных электростанций достигает 70 %.
Например, это шотландский ветроэнергетический проект Kite Power Systems, технологии которого обеспечивают выработку энергии с помощью «воздушных змеев», парящих на высоте до 450 м.
А ветроэнергетическая система Airborne Wind Energy System использует для добычи энергии следующую схему. Автономный самолет, привязанный к основанию, летает по восьмерке на высоте от 200 до 450 метров. Когда самолет движется, он тянет тросик, который приводит в действие генератор. Как только трос намотан до установленной длины (~750 м), самолет автоматически опускается на более низкую высоту. Затем он поднимается и повторяет процесс. Самолет взлетает с платформы, летает и приземляется автономно, используя набор сенсоров, которые обеспечивают информацию для безопасного выполнения задачи.
Ветрогенератор закрытого типа
Компания «Оптифлейм Солюшенз», реализующая в рамках «Сколково» проект по созданию нового поколения малых и средних ветрогенераторов закрытого типа, создала предсерийный образец ветроустановки для подготовки к промышленному производству.Традиционные ветрогенераторы открытого типа обладают высоким уровнем потенциальной опасности и поэтому располагаются преимущественно в нежилых зонах на удалении. Ветрогенераторы закрытого типа, оснащенные турбиной наподобие самолетной, можно размещать в любых местах, например на крышах жилых или коммерческих зданий.
Установочная мощность образца – 1 / 2 кВт. Он протестирован в аэродинамической трубе и в реальных условиях. В дальнейшем планируется создать и более мощные разработки.
Вместо обычного двух- или трехлопастного вентилятора здесь используется осевая турбина самолетного типа. Это повышает КПД и снижает стоимость изготовления, т. к. сами лопатки существенно меньше вентиляторных. Конструкция имеет внешний направляющий аппарат, который дополнительно повышает КПД и служит защитой от птиц, а также имеются внешний и внутренний обтекатели, служащие защитой в случае разрушения лопаток.
В итоге получен ветрогенератор с рекордно низкой стоимостью генерации кВт-часа, который принципиально возможно размещать в жилой зоне, в том числе – на крышах городских домов. Обычный ветряк там ставить невозможно, так как в пределах десяти диаметров от него должно быть свободное пространство.
По сравнению с обычными ветрогенераторами данная конструкция безопасна в рабочем состоянии для обслуживающего персонала и летающих животных. Также оно работает при более низком уровне шума и не является значительной угрозой для безопасности людей и строений в округе. При аварии обычного ветрогенератора массивные лопасти, двигающиеся с большой скоростью, как правило, разрушают всю конструкцию при повреждении одной из них.
Безредукторный ветроагрегат
В проекте безредукторного ветроагрегата энергия вырабатывается «кончиками» лопастей. Здесь отсутствует традиционный вал от пропеллера к генератору, а электричество снимается с обода пропеллера.Его ротор в форме ферромагнитного обода закреплен на крыльях ветроколеса. По конструкции он прост, легко изготавливается и монтируется. Но размещение постоянных магнитов на концах крыльчатки намного утяжеляет ее, что снижает общий КПД установки. Зато агрегат удобен в эксплуатации, потому что простая конструкция не требует излишнего внимания. Такие ветрогенераторы могут работать везде при любых климатических условиях.
«Водонапорная башня»
Самый фантастический проект представили американцы. С дальнего расстояния этот ветрогенератор похож, скорее, на водонапорную башню. Лишь поблизости можно увидеть медленное вращение лопастей.Такую гигантскую турбину собирается серийно выпускать компания в Аризоне под руководством инженера Мазура. По его расчетам, она одна должна поставлять столько электроэнергии, что ее хватит для мегаполиса в 750 тысяч домов. В 2007 году инженер поставил себе цель – многократно увеличить КПД ветрогенератора на вертикальной оси и приближался к своей цели все эти годы.
Изобретатель работал в двух направлениях: первое – сделать как можно больший захват лопастями воздушного потока и второе – свести к нулю трение опоры ветролопастей. Огромных размеров вертикальный ротор должен выполнить первую задачу, а вращающаяся турбина на магнитной подушке – вторую.
О второй задаче надо сказать более подробно. Вращение без трения достигается за счет магнитной левитации. Весь вертикальный роторный блок при вращении поднимается на своей оси и совершенно не касается нижнего опорного подшипника. Он установлен только для старта, для разгона турбины. Как только она набирает обороты, становится как бы невесомой и отрывается от подшипника. В результате трение сводится к нулю, если не считать трения самой турбины о воздух.
Гигантская турбина очень чувствительна и реагирует на малейшее дуновение ветерка. Такая способность подниматься во время вращения за счет магнитной левитации давно занимала ученые и изобретательские умы планеты. Это такое явление, при котором любая вещь или предмет, имея вес, отрывается от поверхности и парит в пространстве без всякого применения отталкивающей силы.
В проекте Мазура виден «плавающий» ротор на магнитной подушке, а вместо генератора установлен линейный синхронный двигатель. Ветрогенератор на магнитной подушке множеством лопастей максимально захватывает воздушный поток. По предположению, такая турбина будет вырабатывать электроэнергию по сказочно мизерной цене.
Это, конечно, лишь часть необычных для традиционного взгляда проектов. Некоторые из них, например, относящиеся к воздушной ветроэнергетике, уже успешно используются. Некоторым – еще предстоит найти свое место в истории. Понятно одно – на традиционных ветряках ветроэнергетика вовсе не заканчивается, она, как и любое направление техники, неуклонно продолжает развиваться.
ВЕТРОГЕНЕРАТОР СВОИМИ РУКАМИ
Многие из нас выезжают за город на экскурсии или в долговременные поxоды на несколько дней. Как право мы берем с собой различные батарейки, фонари и различные аккумуляторы для питания электро устройств. Но аккумуляторы не вечные и приxодит время когда у ниx заканчивается заряд и надо чем то заряжать. Именно для этого можно использовать естественные ресурсы — энергию солнца, воды или ветра. Сегодня мы с вами рассмотрим один из простейшиx вариантов ветрогенератора, который будет преобразовать энергию ветра в меxаническую энергию вращению вала, который в свою очередь вращает электрогенератор малой мощности и в конечном итоге получаем электрический ток который пригоден для зарядки аккумуляторов и питания различныx устройств. Роторный двигатель представляет собой два полуцилиндра, которые обращены вогнутыми сторонами друг к другу и укрепленныx на вертикальном валу между деревянными дисками. Можно и использовать 4 полуцилиндра.Форум по ветрогенераторам
Форум по обсуждению материала ВЕТРОГЕНЕРАТОР СВОИМИ РУКАМИ
Ветряк своими руками или как получить свет с помощью ветра — ВикиСтрой
Принцип работы ветрогенераторов
Принцип работы во всех модификациях ветряков одинаков. В процессе вращения лопастей образуется три вида физического воздействия: подъемная, импульсная и тормозящая силы. В результате воздействия этих сил статор приходит в движение, а ротор на неподвижной части генератора начинает создавать магнитное поле и электрический ток движется по проводам.
Вариантов исполнения ветрогенераторов большое количество, отличаются они не только мощностью, но и своим внешним видом. Структура большинства ветряков включает в себя: генератор, лопасти, инвертор, мультипликатор. Инвертор используется для преобразования полученного заряда в постоянный ток. Мультипликатор — это редуктор, который предназначен для увеличения числа оборотов вала. Устанавливают редукторы не на все ветряки, в основном только на большие и мощные ветровые установки.
Трехфазный переменный ток образуется благодаря вращению ротора. Полученная энергия направляется через контроллер к аккумуляторной батарее. Далее инвертор преобразовывает ток и делает его стабильным, именно в таком виде его можно подавать для питания бытовых приборов или освещения.
Как самостоятельно изготовить ветрогенератор вертикального типа
Изготовить ветряк можно самостоятельно в домашних условиях. Для начала нужно определиться с видом ветрогенератора. В зависимости от своей конструкции ветроустановки бывают:
- с вертикальной осью вращения: ротор Дарье, ветрогенератор Савониуса;
- с горизонтальной осью вращения: параллельной или перпендикулярной потоку ветра.
Некоторые модели ветряков совмещают в себе несколько типов установок. Рассмотрим пример создания гибридного ветряка, который совмещает в себе конструкцию ветровых генераторов типа Савониуса и Дарье.
Собираем ротор
Чтобы собрать ротор, необходимо приобрести:
- 6 неодимовых магнитов D30хh20 мм;
- 6 ферритовых кольцевых магнитов D72xd32xh25 мм;
- 2 металлических диска D230хH5 мм;
- эпоксидная смола или клей.
Вместо металлических дисков можно использовать пильные диски подходящего размера. На одном диске размещают 6 неодимовых магнитов, чередуя их полярность, угол между ними должен быть 60 градусов на диаметре 165 мм.
На втором диске по такому же принципу располагают ферритовые кольцевые магниты.
Чтобы магниты не сдвинулись во время работы ветряка, их нужно хотя бы до половины залить эпоксидным клеем.
Изготавливаем статор
Сначала необходимо намотать 9 катушек по 60 витков, для этого используют эмалированный медный провод диаметром 1 мм.
Далее катушки спаивают между собой: начало первой катушки с концом четвертой, четвертая с седьмой. Вторая фаза точно так же соединяется через две катушки, только спаивать начинают со второй катушки. Соединение третьей фазы начинается с третьей катушки.
Из фанеры изготавливается форма, в нее укладывают пергаментную бумагу, сверху которой кладут кусок стекловолокна и катушки.
Все это заливается эпоксидной смолой. Через 24 часа из формы извлекается готовый статор.
Сборка генератора
Все части генератора готовы, осталось их только собрать.
Сам генератор будет крепиться к кронштейну с хабом с помощью шпилек. Детальнее рассмотрим процесс сборки.
Этапы сборки генератора:
- в верхнем роторе проделывается 4 отверстия с резьбой под шпильки. Они необходимы для того, чтобы ротор плавно «садился» на свое посадочное место;
- в статоре проделывается 4 отверстия под крепление кронштейна;
- на кронштейн укладывается нижний ротор магнитами вверх, в нем также просверливается 4 отверстия под резьбу для шпильки;
- на нижний ротор кладут статор;
- сверху укладывают второй ротор магнитами вниз. Все это фиксируется между собой и кронштейном с хабом шпильками и гайками.
Хаб (фланец с подшипниками) нужно приобрести отдельно: нижняя часть хаба должна быть диаметром под 1,5 дюймовую трубу.
Очередность крепления всех деталей более детально представлены на схеме ниже:
1 — соединительный элемент; 2 — опора лопастей; 3 — верхняя часть ротора; 4 — магнит; 5 — втулка; 6 — статор; 7 — нижняя часть ротора; 8 — гайка; 9 — шпилька; 10 — хаб; 11 — ось; 12 — кронштейн для крепления статора
Изготавливаем лопасти
Лопасти можно изготовить из дерева, стеклоткани и других материалов. Быстрее и легче эту часть ветрогенератора смастерить из канализационной ПВХ трубы. Лучше использовать трубы оранжевого цвета, так как они обладают хорошей плотностью и не боятся попадания прямых солнечных лучей.
Для вертикального ветрогенератора понадобится 4 лопасти из ПВХ трубы и 2 ортогональные (изогнутые) лопасти из оцинкованной жести. Такая конструкция позволит вращаться ветряку даже в условиях слабого ветра со скоростью 2–3 м в секунду. Берем метровые отрезки ПВХ трубы и разрезаем их вдоль на 2 равные части. Из жести вырезаем полукруги по размерам будущей лопасти и крепим их с помощью болтов по краям трубы.
Чтобы изготовить ортогональные лопасти, вам понадобится стандартный оцинкованный лист стали толщиной 0,75 мм. Сначала ножницами по металлу вырезается два отрезка размером 1х0,4 м и четыре отрезка в виде капельки. Потом отрезки стали нужно согнуть и по краям прикрепить отрезки «капельки».
Крепят лопасти по кругу на каркас, его можно сварить из профильной квадратной трубы 20х20 и уголков 25х25. Размеры каркаса и расстояние между лопастями можно увидеть на схеме ниже:
Сборка конструкции ветрогенератора
Из водопроводных труб различного диаметра сваривается мачта, высота ее зависит от местности, где будет располагаться ветрогенератор, и условий его эксплуатации, но в любом случае он должен быть выше крыши дома.
Заранее под секционную мачту нужно подготовить трехточечный армированный фундамент. К готовой мачте на земле прикручивается генератор. Далее к генератору прикрепляется болтами каркас с лопастями. Мачта с ветряком крепится к фундаменту с помощью двух шарнирных опор и посредством лебедки поднимается в вертикальное положение. После подъема мачты третья опора с помощью болта прикручивается к основанию ветряка. Дополнительно мачту нужно зафиксировать с помощью растяжки.
Электрическая часть
Ветряк будет выдавать 3-х фазный переменный ток. С помощью мостового выпрямителя, состоящего из 6 диодов, преобразовываем его в постоянный ток.
Это дает возможность заряжать аккумулятор на 12 В. Для контроля зарядки аккумулятора и предотвращения его перезарядки используют стандартное реле зарядки автомобиля РР-380.
К аккумулятору подключают инвертор, который позволяет преобразовать полученные 12 В постоянного тока в 220 В переменного частотой 50 Гц.
Результат работы ветряка: расчет эффективности
Тестовые испытания ветрогенератора при разной скорости ветра показали следующие результаты:
- при скорости ветра 5 м/с получаем 60 об/мин — 7 В и 2,3 А = 16 Вт;
- при скорости ветра 10,6 м/с получаем около 120 об/мин — 13 В и 3,4 А = 44 Вт;
- при скорости 15,3 м/с примерно 180 об/мин — 15 В и 5,1 А = 76,5 Вт;
- при скорости ветра 18 м/с получаем 240 об/мин — 18 В и 9 А = 162 Вт.
В основном ветряк выдает 16–45 Вт, так как ветер более 15 м/с бывает редко. Однако, если поставить скоростной винт, тогда можно получить более высокие результаты.
Герей Татьяна, рмнт.ру
15.03.17
7 проектов по использованию возобновляемых источников энергии для ветряных турбин, которые можно выполнить за выходные
Помните, когда вы могли сделать свой собственный небольшой генератор для хобби, который включал скручивание проволоки вокруг нескольких гвоздей? Становится так просто сделать ветряную турбину своими руками из материала, найденного в вашем доме или даже из старой стиральной машины или беговой дорожки. Мы исследовали Интернет, чтобы найти несколько основных идей о том, что нужно для создания любительской турбины или солнечной панели, которые могли бы фактически компенсировать некоторые затраты на электроэнергию на вашей ферме, хижине, лодке или коттедже.Вот несколько креативных идей, которые можно решить.
# 1 Ветряная турбина генератора переменного тока сделай сам — Новости Матери-Земли
Этот простой проект включает в себя автомобильный генератор переменного тока с регулятором напряжения и создание автономного источника электроэнергии для удаленной кабины автора.
Маленькая турбина установлена наверху старой телебашни (помните те?) Со стандартными трубопроводами и кронштейнами, чтобы все это было в безопасности. Система подключена к местным аккумуляторным батареям.Весь проект DIY Wind Turbine стоил около 1000 долларов.
Это не самый красивый ветряк, но он дешевый. Автор предупредил, что из-за веса двигателя установить самодельную ветряную установку на вершине 20-футовой башни было непросто.
# 2 DIY Лопата для снега Ветряная турбина
В этом следующем проекте творчески используется общий инструмент, найденный в северной стране; лопата для снега. Этот автор купил большую часть этого оборудования на Amazon и создал башню для своей ветряной турбины своими руками на деревянных полноприводных автомобилях.
Большая часть материала, который он купил на Amazon, состоит из труб, соединений и ниппелей для электропроводки. Проект генерировал мощность с помощью 300-ваттного двигателя с постоянными магнитами, установленного на основании.
Автор, Маунтин (Бумер) Майк, выделил всего 200 долларов на создание этой ветряной турбины, сделанной своими руками. Очень низкий порог для установки ветряной турбины. Полный список запчастей можно найти на SolarPowerSimplified.com
.# 3 DIY Беговая дорожка Мотор Вертикальный доступ Ветряная турбина
Следующий проект ветряной турбины своими руками — установка, которую можно разместить где угодно.Он может быть даже портативным. Использование ободов велосипедных колес, трубы из ПВХ и утилизированного двигателя беговой дорожки.
Эту портативную вертикальную турбину с примерно 50 Вт генерируемой мощности можно перемещать и размещать там, где дует ветер. Один недостаток, который отмечает автор, заключается в том, что для начала вращения требуется довольно много ветра. Все материалы были собраны в гаражах и мусорных магазинах, что фактически сделало стоимость этого проекта ветряной турбины своими руками 0 долларов.
# 4 DIY Мотор для стиральной машины Вертикальная ветряная турбина
Автор дает пошаговое руководство по созданию простой ветряной турбины с использованием обрезанной трубы из ПВХ и двигателя старой стиральной машины.Лезвия из ПВХ уложены друг на друга на одной опоре для красивого вида.
Руководство по 15 шагам; проиллюстрировано и объяснено очень подробно. С помощью ручных электроинструментов и использованных материалов вы можете реализовать полностью функциональный проект ветряной турбины своими руками. Таким образом, сделайте это за один уик-энд! Автор утверждает, что эта версия стиральной машины вырабатывает 50 Вт без нагрузки. В конкретных планах можно найти изготовление вертикального ветрогенератора из мотора стиральной машины.
# 5 Самодельная ветряная турбина двигателя постоянного тока из ПВХ и нежелательной пластмассы
Скорее всего, если вы домашний разнорабочий, то у вас есть запасные трубки из ПВХ, пластик и проводка, чтобы приступить к работе с этим простым двигателем постоянного тока.Этот пример взят из Юго-Восточной Азии, где творчество с использованием простых деталей, имеющихся в доме или деревне, является обязательным.
Электродвигатель-генератор постоянного тока и ПВХ
Отсутствуют подробные письменные инструкции, но видео дает пошаговое руководство по созданию простого генератора. Список деталей включен на их страницу с видео. На канале Creative Think есть множество других электронных проектов DIY, которые можно попробовать, поэтому стоит добавить их в закладки, чтобы просмотреть их позже.
# 6 DIY Велосипедное колесо Вертикальная ветряная турбина
Вот еще один пошаговый ветрогенератор, сделанный своими руками из старого велосипедного колеса и связки труб из ПВХ.Музыкальное сопровождение раздражает, но простой видеоурок стоит посмотреть, чтобы найти самые разные идеи.
Велогенератор
# 7 Ветряная турбина DIY 1000 Вт
Кредит изображения — Самодельная ветряная турбина мощностью 1000 ВтЭто отличное пошаговое руководство по созданию «почти коммерческой» ветряной турбины. Эта ветряная турбина мощностью 1000 ватт может заряжать аккумуляторную батарею, питающую автономный дом. Это генератор с постоянными магнитами, вырабатывающий трехфазный переменный ток, выпрямленный до постоянного тока, который затем подается на контроллер заряда.Магниты вращаются по ветру, катушки закреплены, поэтому щетки или контактные кольца не нужны.
Некоторые изображения ниже содержат партнерские ссылки. Для получения более подробной информации см. Раскрытие нашей партнерской программы.
Строительство ЛЭП с замкнутым контуром. Длина петли составляет 62 мили, начиная от новой подстанции Бауэр на юго-западе округа Тускола до новой подстанции Рэпсон в округе Гурон, в городке Сигел.
Домашние ветряные турбины будущего.- В регионе большого пальца Мичигана будет больше пользователей домашних ветряных турбин, используемых на фермах и коттеджах. Развитие технологий сделало этот потенциал более доступным. Даже в магазинах товаров для дома Big Box продаются ветрогенераторы для домашнего использования.
Строительство ветряной турбины за пять минут. MidAmerican Energy собрала это потрясающее видео, которое показывает весь процесс создания ветряной турбины. Видео длится чуть более пяти минут и включает в себя фактоиды на протяжении всего процесса.
Поддерживаемая Google линия ветроэнергетики устраняет препятствия — с 2012 года. Газета Chicago Tribune сообщает, что предлагаемая линия Atlantic Wind Connection (AWC) преодолела первое нормативное препятствие. Линия электропередачи стоимостью 5 миллиардов долларов для передачи энергии от ветряных электростанций у восточного побережья. По словам официальных лиц, проект Google Renewable Power перейдет к следующему этапу процесса утверждения.
Поделиться:
Нравится:
Нравится загрузка…
Сколько энергии вырабатывает ветряная турбина? Объяснение энергии турбины
Ветряные турбины стратегически размещены в местах с постоянным ветром, чтобы дать им наилучшую возможность генерировать наибольшее количество энергии, но сколько энергии на самом деле производит ветровая турбина?
Как ветряные турбины производят энергию?
Все мы знаем, что миру нужно больше возобновляемых источников энергии — где бы вы ни стояли перед проблемой изменения климата, вы должны признать тот факт, что ископаемое топливо является ограниченным ресурсом и, в конечном итоге, иссякнет.Если мы хотим жить в комфортном мире, управляемом электричеством, который мы живем сейчас, нам нужно найти альтернативные источники.
Некоторые из возобновляемых источников энергии, которые мы можем использовать, включают солнечную, ветровую, биомассу и геотермальную энергию, и, хотя ни одна технология не является ответом, объединение их всех вместе помогает проложить путь вперед.
Многие люди обнаружили, что переход от традиционных энергетических планов на ископаемом топливе к неограниченным подпискам на возобновляемые источники энергии обеспечивает мгновенный доступ к чистой энергии без больших вложений в такие вещи, как солнечные батареи.
Еще один источник чистой энергии, который уже растет во всем мире, — это ветряные турбины. Это огромные сооружения, стратегически размещенные в местах с постоянным ветром, чтобы дать им лучшую возможность генерировать максимум энергии.
Но как на самом деле работают ветряные турбины?
Как производится энергия ветра?
Энергия ветра производится, когда мы используем силу воздушного потока нашей атмосферы для производства электричества. Ветровые турбины делают это, улавливая кинетическую энергию ветра (например,грамм. движущаяся энергия).
В настоящее время существует три различных типа энергии ветра: энергия ветра для коммунальных предприятий, распределенная (малая) ветровая энергия и морская ветроэнергетика.
Ветроэнергетика для коммунальных предприятий включает турбины всех размеров, которые передают энергию в сеть и используются коммунальными предприятиями.
Морская ветроэнергетика — это именно то, на что это похоже — это огромные ветряные турбины, построенные в море и вырабатывающие наибольшее количество энергии.
Конечно, не вся электроэнергия, проходящая через энергосистему, поступает из чистых источников, таких как ветер и солнце, большая часть ее по-прежнему поступает от сжигания топлива. Даже возобновляемые виды топлива не выделяют вредные газы, поэтому нам нужно знать, откуда берется наша энергия.
Вы можете этого не знать, но во многих состояниях вы можете выбирать, откуда берется ваша энергия. Мы предоставляем нашим клиентам возможность выбирать энергию из чистых источников, а не из вредных. Наши клиенты выбирают экологически чистую энергию и план подписки, который им подходит, чтобы получать стабильный ежемесячный счет и быть удовлетворенными тем, что они помогают миру стать более экологичным.Если вы хотите узнать больше о том, чем мы можем вам помочь, нажмите здесь.
Как работают ветряные турбины?
Ветряные турбины относительно легко осознать, и их часто легче понять, если вы думаете о них как о старинной ветряной мельнице, которая будет использовать энергию ветра для измельчения зерна.
Когда ветер проходит мимо лопасти ветряной турбины, сила улавливается ею (это называется захватом его кинетической энергии), и турбина начинает вращаться. Энергия теперь считается механической энергией.Как и в случае с ветряной мельницей, здесь вращается внутренний вал. В отличие от традиционной ветряной мельницы валы ветряных турбин соединены с коробкой передач, которая помогает значительно увеличить скорость — обычно в 100 раз.
Этот спиннинг подключен к генератору, вырабатывающему электричество.
Это все, что вам действительно нужно знать, но если вас интересуют технические термины, эти же элементы называются мачтой, гондолой и ротором. Мачта поддерживает ротор и гондолу, а гондола содержит механические части.Мачты или башни полые и изготавливаются преимущественно из стали. Лезвия изготовлены из стекловолокна, армированного полиэстером, эпоксидной смолой, армированной стекловолокном или эпоксидной смолой, армированной углеродным волокном, что делает их невероятно прочными, но при этом достаточно легкими для относительно слабого ветра, заставляющего их вращаться.
Лопасти ветряной турбины очень похожи на крылья самолета; ветер заставляет трехлопастную турбину вращаться, потому что подъемная сила больше силы сопротивления. Их три, потому что это лучший компромисс между скоростью вращения и механической надежностью.
Ротор соединен с генератором через ряд шестерен, так что частота вращения увеличивается примерно в 100 раз. Это позволяет генератору производить электроэнергию и не быть слишком большим и дорогим. Компьютеры контролируют шаг лопастей и направление, в котором они указывают, для получения максимальной мощности.
Большинство береговых ветряных турбин сегодня имеют мощность 2,5–3 МВт (мегаватт) с лопастями около 50 м в длину, что составляет примерно половину длины футбольного поля. Всего 30 лет назад длина лезвий составляла всего 15 метров!
Ветровые турбины вырабатывают переменный или постоянный ток?
Электрогенераторы вырабатывают электроэнергию переменного тока.Некоторые турбины содержат преобразователь, который преобразует переменный ток в постоянный (постоянный ток) и обратно, чтобы вырабатываемая электроэнергия соответствовала частоте и фазе сети, к которой она подключена. Разница между этими токами состоит в том, что в токах переменного тока электроны продолжают переключать направления, в то время как в токах постоянного тока они всегда текут только в одном направлении.
Какие бывают типы ветряных турбин?
Безусловно, наиболее распространенным типом ветряных генераторов является ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT).Это то, что стало обычным явлением как по отдельности, так и в небольших группах или в больших количествах на ветряных фермах. Они напоминают воздушный винт самолета на башне.
С другой стороны, турбины с вертикальной осью были описаны как взбиватели для яиц. Турбины с вертикальной осью обычно имеют две лопатки, прикрепленные вверху и внизу вертикального ротора. Они могут быть довольно большими, но вышли из моды, поскольку они не так эффективны, как турбины с горизонтальной осью.
Есть несколько других, которые были отвергнуты как низшие или все еще находятся на стадии прототипа, в том числе воздушная ветряная турбина, разрабатываемая Altaeros Energies.Эта ветряная турбина чем-то похожа на нечто среднее между воздушным шаром и ветряной турбиной, и теоретически была бы гораздо более привлекательным вариантом, поскольку не нарушала бы ландшафт. Только время покажет, являются ли какие-либо из этих жизнеспособных альтернатив HAWT, которые сейчас используются во всем мире.
Как ветряные турбины производят энергию?
Ветряная турбина предназначена для преобразования кинетической энергии ветра в электричество. Ротор с лопастями соединен с генератором через ряд шестерен, так что частота вращения увеличивается примерно в 100 раз.Это позволяет генератору производить электроэнергию, но при этом не быть слишком большим или дорогим. Электроэнергия, производимая ветряной турбиной, обычно передается в электросеть.
Какой тип ветряной турбины самый эффективный?
По состоянию на 2020 год лидером по эффективности ветряных турбин является большая конструкция с тремя лопастями и горизонтальной осью, поэтому их было развернуто более 300 000 единиц. Аэродинамические лопасти вырабатывают больше электричества, чем любая другая конструкция, потому что создаваемая подъемная сила перемещает лопасти быстрее, и каждая лопасть движется через «чистый» воздух.
Кроме того, поскольку компьютеры контролируют ориентацию лопастей, они всегда работают с оптимальным потенциалом. Конструкции с вертикальной осью и другие конструкции с горизонтальной осью не могут конкурировать.
Другое преимущество HAWT с тремя лопастями заключается в том, что они очень хорошо масштабируются, фактически намного лучше, чем альтернативы. Большие турбины вырабатывают столь же большое количество электроэнергии, что жизненно важно для производства электроэнергии в коммунальных масштабах.
Сколько энергии вырабатывает ветряная турбина?
Современная ветряная турбина начинает вырабатывать электричество, когда скорость ветра достигает 6-9 миль в час (миль в час), и должна отключаться, если она превышает 55 миль в час (88.5 километров в час), когда его механизм может выйти из строя. Таким образом, хотя они могут вырабатывать электроэнергию большую часть времени, в других случаях их приходится отключать.
Также наблюдается снижение, вызванное неизбежной неэффективностью механизма, большинство ветряных турбин работают с КПД около 30-40%, хотя в идеальных ветровых условиях он может возрасти до 50%.
Считается, что средняя береговая ветряная турбина мощностью 2,5–3 мегаватт может производить более 6 миллионов кВтч ежегодно.Морская турбина мощностью 3,6 МВт может вдвое больше.
Сколько энергии вырабатывает ветряная турбина за один оборот?
Ветряные турбины становятся все больше и все время производят все больше и больше электроэнергии. В 2018 году шведский энергетический гигант Vattenfall установил первую из 11 своих турбин мощностью 8,8 МВт производства Vestas у побережья Шотландии. Эти колоссальные турбины имеют общую высоту 191 м (627 футов), а длина каждой лопасти составляет 80 м (262 фута). По словам руководителя проекта Европейского центра развертывания морских ветроэнергетических установок Адама Эззамеля, «всего один оборот лопастей может привести в действие средний британский дом в течение дня.”
Может ли 1 ветряная турбина привести дом в действие?
Существуют альтернативы гигантским ветряным турбинам, используемым для выработки электроэнергии в коммунальных масштабах. Небольшие ветряные турбины мощностью 100 киловатт или меньше можно использовать для непосредственного питания дома или малого бизнеса. Они могут генерировать электроэнергию так же, как солнечные панели, в том смысле, что энергия может храниться для использования в батареях, и они должны обеспечивать питание дома или офиса в ветреный день. Проблема возникает, когда ветер падает в течение нескольких дней или поднимается слишком высоко, чтобы ветряная турбина могла работать без повреждений.
Другая, более серьезная проблема заключается в том, что установка ветряной турбины или солнечных батарей обходится очень дорого. Более простое решение — просто переключить свой план использования энергии на ископаемом топливе дома или в офисе на неограниченную подписку на экологически чистую энергию. Это позволит мгновенно сэкономить, при этом плата за установку не взимается.
Хотя установка солнечных панелей или ветряной турбины может окупиться в очень долгосрочной перспективе, это не финансовые вложения, которые могут сделать многие люди.
Если вы все же решите установить одну, турбины могут быть монтируемыми на крыше или автономными, в зависимости от ситуации.В очень редких случаях избыточная выработка электроэнергии может подаваться в сеть и фактически приносить деньги владельцу (как солнечные батареи).
Это растущий сектор рынка (их даже можно купить на Amazon), и со временем он может стать не менее важным, чем ветряные электростанции, поскольку мы стремимся к более дешевым устойчивым источникам энергии.
Самое замечательное в ветре то, что он бесплатный, а его много! Есть надежда, что в конечном итоге до 50% потребностей в энергии можно будет обеспечить за счет силы ветра.Почти половина электроэнергии в Дании вырабатывается ветром. К концу 2018 года мировая мощность ветроэнергетики достигла почти 600 гигаватт, при этом доля США составила 96 665 МВт. По оценкам Управления энергетической информации США, еще 14 300 МВт ветровой энергии будут введены в эксплуатацию в 2020 году.
Энергия ветра — это не полный ответ на мировые потребности в энергии, но она уже играет жизненно важную роль, помогая нам адаптироваться к более чистому и устойчивому будущему.
Ветряные турбины и возобновляемые источники энергии
Системы ветряных турбин являются источником возобновляемой энергии.Они больше всего подходят для ветреной сельской местности.
На этой странице:
- Конфигурация системы ветрогенератора
- Мощность системы ветрогенератора
- Скорость и мощность ветра
- Контроль отключения
- факторы, влияющие на мощность генерации
- Установка системы ветрогенератора
- подключение к электросети
- ветер загрязнение генератора.
В оптимальных условиях эффективность ветрогенератора по преобразованию энергии в электричество составляет около 45%, хотя исследования Новой Зеландии показывают, что эффективность 1040% чаще встречается в повседневной работе.
Исследования показали, что средняя скорость ветра в конкретном месте должна превышать как минимум 68 метров в секунду (м / с), чтобы небольшая ветряная турбина была экономически жизнеспособной.
При рассмотрении затрат и экономической целесообразности имейте в виду, что дополнительные расходы, связанные с согласием затрат, фрахтом, бетонным фундаментом, электропроводкой могут быть эквивалентны 3080 процентам стоимости самой турбины. Турбина мощностью 2 кВт может стоить около 2030 000 долларов, включая установка. Затраты на техническое обслуживание также следует учитывать, как правило, ветряные турбины имеют более высокие требования к техническому обслуживанию, чем, например, фотоэлектрические системы.Некоторые расчеты показали, что во многих случаях солнечная электрическая система, вероятно, будет более рентабельной, чем ветряная турбина. В настоящее время в Новой Зеландии устанавливается сравнительно немного небольших ветроэнергетических установок.
Они больше подходят для удаленных мест, так как могут создавать шум и могут считаться неприглядными.
Турбины могут не работать в городских условиях, потому что препятствия, такие как здания, делают ветер резким и неустойчивым.
Конфигурация системы ветрогенератора
- Типовая ветряная турбина для выработки электроэнергии
- Компоненты ветряной турбины
Ветряная турбина включает:
- лопасти турбины с двумя, тремя или пятью лопастями, установленными на горизонтальном валу (это дает более высокую мощность, чем когда они установлены на вертикальном валу) и изготовленные из легкого материала, такого как углеродное волокно, стекловолокно или дерево, достаточно прочное, чтобы противостоять силам ветра.
- хвостовая часть обычно представляет собой плавник, который вращает корпус ветрогенератора для поворота турбины в направлении ветра, с плавником непосредственно по ветру
- Электроэнергия переменного тока генератора переменного тока генерируется обмотками ротора, соединенными с валом от турбины
- выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный ток для электричества, которое направляется в аккумуляторную систему хранения (выпрямитель может быть расположен в генераторе переменного тока или в отдельном блоке управления вдали от башни)
- электрические кабели передают электричество от генератора к система электропитания или аккумуляторов
- контактные кольца предотвращают скручивание кабелей, поскольку в противном случае они будут скручиваться внутри башни при вращении корпуса турбины
- Электроэлемент всегда вырабатывается, когда турбина вращается, поэтому, если мощность превышает емкость накопителя , он должен быть перенаправлен на фиктивную нагрузку (обычно электрический элемент, который сильно нагревается) или продан (если это разрешено в t plan) розничному продавцу электроэнергии
- вышка конструкция (обычно из стали, бетона или дерева), которая удерживает турбину высоко в воздухе и позволяет узлу турбины наверху вращаться против ветра для жилых помещений, обычно это мачта Стойка с растяжками
- растяжка удерживает опору мачты в рабочем положении
- Стойка и лебедка позволяют опускать турбину для технического обслуживания
- Бетонный фундамент для турбины мощностью 23 кВт на вышке 1015 м обычно требуется 35 м 3 фундамент железобетонный.
Мощность ветрогенератора
Ветрогенераторы обычно рассчитаны на 13 кВт. Это обычно обеспечивает от одной трети до половины потребности жилого дома в электроэнергии, в зависимости от местных ветровых условий и энергопотребления дома. В открытом месте генератор такого размера может обеспечить все потребности в электроэнергии и обеспечить ее избыток. Ветряные генераторы большего размера доступны для фермерских хозяйств и сельских населенных пунктов. Фактическая выходная мощность турбины обычно составляет от 25% до 30% от номинальной теоретической максимальной мощности.Выходная мощность ветрогенератора обычно рассчитана на указанную скорость ветра, а номинальная скорость ветра может варьироваться в зависимости от системы и производителя.
Производительность ветряных генераторов прямо пропорциональна количеству используемого ветра, которое само по себе является функцией скорости ветра и чистоты.
Скорость и сила ветра
Плотность энергии ветра — это количество ватт электроэнергии, производимой на квадратный метр воздушного пространства (Вт / м).Это значение обычно дается на высоте 10 или 50 м над землей.
В целом, доступная мощность ветровой генерации определяется средней скоростью ветра в течение года для каждого местоположения. Вокруг Новой Зеландии средняя скорость ветра обычно выше в регионах:
- вдоль побережья между Северным и Южным островами,
- в горных хребтах и сразу к востоку от них
- в направлении вершин хребтов или вершин долин.
В случае больших турбин увеличение скорости ветра приводит к значительно большему увеличению выхода энергии, когда скорость ветра удваивается, вырабатываемая энергия может увеличиваться до восьми раз.Однако исследования Новой Зеландии с небольшими домашними турбинами показали, что увеличение обычно более линейное, когда скорость ветра удваивается, вырабатываемая энергия удваивается.
Скорость ветра колеблется, что влияет на мощность производства ветровой электроэнергии и рабочие характеристики. В целом скорости ветра следующие:
- Требуется минимум 8 км / ч (2 м / с), чтобы начать вращение большинства небольших ветряных турбин.
- 12,6 км / ч (3,5 м / с) — это типичная скорость включения, когда небольшая турбина начинает вырабатывать энергию.
- 3654 км / ч (1015 м / с) производит максимальную мощность.
- При максимальной скорости 90 км / ч (25 м / с) турбина останавливается или тормозит (скорость отключения).
Энергию ветра на участке можно получить с помощью измерительного прибора, установленного на опоре на высоте будущего ветрогенератора. Сбор данных за целый год, как правило, нецелесообразен, поэтому данные за пару месяцев можно взять и сравнить с данными местной метеостанции, а затем экстраполировать на год. К устройствам относятся:
- анемометр, дающий среднесуточную скорость ветра
- сумматор ветра, дающий мгновенную скорость ветра и общий ветер за длительный период.
Элементы управления выключением
Доступны следующие варианты управления вырезом:
- задействовать тормоз, чтобы полностью остановить турбину и повернуть лопасти (уменьшить их угол по отношению к ветру), чтобы повернуть ее лицом в сторону от ветра
- наклонить назад или лечь на турбина (это называется регулированием наклона вверх)
- Управляйте турбиной от ветра за счет аэродинамики и силы тяжести (это известно как autofurl)
- Регулируйте скорость вращения с помощью воздушного тормоза для получения постоянной мощности
- опустите лопасти (уменьшите их угол к ветру), чтобы уменьшить скорость турбины.
Факторы, влияющие на генерирующую мощность
Производительность системы зависит от ее эффективности при преобразовании давления ветра в инерцию вращения турбины. Данные должны быть доступны у поставщика системы. Это увеличивается с:
- больший диаметр турбины, большая площадь лопастей турбины, на которую ветер может воздействовать, а также больший риск навязчивого шума
- соответствующий профиль лопасти для местной скорости ветра, это зависит от средней скорости ветра, а также от того, ветер постоянный или приходит в короткие периоды высокой скорости
- более низкие потери на трение в узле вала турбины.
Генерирующая мощность снизится, если турбина расположена:
- ниже скорости ветра скорость ветра увеличивается с высотой над землей, рекомендуется минимум 10 метров
- в турбулентном воздушном пространстве с подветренной стороны от препятствия (например, деревья, холмы, здания, сооружения) с подветренной стороны турбулентность будет увеличиваться в два раза по высоте препятствия на расстоянии, примерно в 20 раз превышающем высоту препятствия
- , на расстоянии от препятствия с подветренной стороны, которое более чем в 10 раз превышает высоту препятствия.
- Расположение ветряной турбины
Ветровые турбины работают лучше всего, когда нет турбулентного потока воздуха для привода лопастей турбины.
Установка ветрогенератора
Система ветрогенератора:
- потребует разрешения на строительство и разрешение ресурсов.
- должен быть установлен в пределах 100 м от системы электроснабжения или накопления, для снижения потерь в линии
- должен выдерживать ветровые и сейсмические нагрузки
- обычно имеет бетонную опору для башни (и каждую растяжку)
- должен иметь гашение вибраций в башне (от вращающих сил турбины), если она соединена со зданием
- должен иметь защиту от крупных животных на уровне земли, которые любят царапаться на опоре и растяжках
- должны быть установлены молниеотводы для защиты электронных компонентов от ударов молнии.
- требуется достаточная площадь для опускания и подъема опоры при техническом обслуживании и ремонте.
Удовлетворение спроса на электроэнергию
Электроэнергия от ветрогенератора может быть доступна в любое время дня, но уровни выходной мощности будут варьироваться в зависимости от скорости ветра. Избыточный выход, генерируемый как переменный ток, преобразуется в постоянный ток выпрямителем для хранения в батареях. Это позволит обеспечить пиковое потребление, превышающее мощность генератора.
Маловероятно, что очень маленькие турбины смогут удовлетворить общий спрос домохозяйств на энергию. Использование твердотопливной горелки для отопления помещений и солнечных панелей для нагрева воды поможет снизить спрос на электроэнергию, но для систем, которые не подключены к сети, иногда может потребоваться дизельный генератор.
Загрязнение ветрогенератора
Ветрогенераторы могут создавать шум и вибрацию и оказывать значительное визуальное воздействие. Шум может исходить от лопастей турбины, редуктора (если используется) и щеточного механизма, а также от ветра, проходящего мимо башни и растяжек. Шум и визуальное воздействие могут быть проблемой для соседей, а вибрация может быть проблемой, особенно если турбина расположена на крыше.
Эти факторы должны влиять на решения о расположении, размере и высоте ветряного генератора.
Дополнительная информация
Обновлено: 30 декабря 2020 г.
Ветрогенератор против солнечных панелей, что лучше для вашей лодки
Ветрогенератор или солнечные панели Что лучше для вашей лодки?
Я держу лодку на причале и хочу, чтобы мои батареи оставались заряженными. У моей парусной лодки есть подвесной двигатель, и в длительных круизах на выходных у меня разряжаются батареи. Во время круиза я не очень люблю запускать двигатель только для того, чтобы поддерживать заряд аккумуляторов.Что мне нужно: ветрогенератор или солнечные батареи для моей лодки? Как и ответ на многие вопросы, это зависит от обстоятельств. В этом случае это зависит от того, где вы живете или куда путешествуете, или, точнее, от погоды, где вы живете или когда путешествуете. Для ветрогенераторов нужно много ветра , а солнечных панелей нужно много солнца. Ниже приведены некоторые плюсы и минусы каждого из них.
Наиболее важным решением при рассмотрении ветрогенератора для лодок является определение того, достаточно ли обычно ветра для выработки энергии, необходимой для удовлетворения ваших потребностей, и для этого требуется много ветра.Вдоль юго-востока США и побережья залива средняя скорость ветра составляет менее 10 миль в час. Чтобы быть реалистичным, мощность от ветряных генераторов необходимо учитывать при скорости ветра от 10 до 12 миль в час. Вдоль побережья Техасского залива средняя скорость ветра выше, но это может быть сезонным. В районе Чесапикского залива средняя скорость ветра выше, но она является среднегодовой, и большинство более сильных ветров случаются зимой, когда в этом районе никто не курсирует. Ветры на Багамах лишь немного выше, чем на юго-восточном побережье США.Вы также должны учитывать, где вы ставите лодку на якорь. Мы все пытаемся бросить якорь с подветренной стороны и уйти от сильного ветра.
В ветряные дни ветряк может выдавать большую мощность. Мощность, доступная от ветра, изменяется как куб скорости ветра. Если скорость ветра увеличивается вдвое, сила ветра (способность выполнять работу) увеличивается в 8 раз. Например, скорость ветра со скоростью 10 миль в час имеет 1/8 мощности ветра со скоростью 20 миль в час (10 x 10 x 10 = 1000 против 20 x 20 x 20 = 8000).Один из эффектов правила куба состоит в том, что место со средней скоростью ветра, отражающей широкие колебания от низкой к высокой скорости, может иметь удвоенный или более энергетический потенциал места с той же средней скоростью ветра, которая очень мало меняется. Это потому, что случайные порывы ветра накапливают много энергии за короткий период времени. Конечно, важно, чтобы случайные порывы ветра приходили достаточно часто, чтобы не отставать от ваших потребностей в энергии.
Солнечные батареи производят энергию только тогда, когда светит солнце.С другой стороны, ветрогенератор может производить электроэнергию 24 часа в сутки. Даже если ветрогенератор вырабатывает всего 20 Вт, он работает 24 часа в сутки. Более высокая скорость ветра может дать много энергии. Ветряные генераторы действительно производят энергию при плавании на досягаемости. Ветер, исходящий от главного паруса, направляется обратно к ветрогенератору с более высокой скоростью ветра, заставляя ветрогенератор вырабатывать энергию. К тому времени, как вы доберетесь до места стоянки, ваши батареи будут полностью заряжены.
Негативы ветрогенераторов — это шум, производимый только потоком воздуха над лопастями, потенциальной опасностью вращения лопастей и техническим обслуживанием. В целом шум от ветрогенераторов не так уж и неприятен. Существует фактор безопасности относительно ветряных турбин и опасности от лопастей. Нам известен случай, когда парусник с вращающимся ветряным генератором въехал в док с очень высокими сваями, и лопасти ветрогенератора ударились о сваи и осыпали местность частями лопастей.Некоторые ветрогенераторы саморегулируются при сильном ветре, в то время как другие требуют отключения вручную и привязки лопастей. Ветряные генераторы — это механические устройства, требующие определенного технического обслуживания.
Положительные стороны солнечных панелей заключаются в том, что солнечных панелей требуют небольшого обслуживания , служат 25 лет или дольше и полностью безопасны. Нет никакого фактора шума, с которым нужно бороться, и панели могут оставаться снаружи практически в любую погоду. Гарантия на выпускаемую продукцию обычно составляет 25 лет.при производстве гарантия может составлять от 6 месяцев до 10 лет. Большинство производителей солнечных панелей не дают гарантии на солнечные панели, установленные на лодках или жилых автофургонах. Солнечные панели, включая контроллер заряда и монтажное оборудование, обычно дешевле, чем ветрогенератор.
Негативы на солнечных панелях — это эффективное время зарядки, необходимое пространство и проблемы с тенями на парусной лодке. В среднем солнечные батареи полностью эффективны только от 5 до 7 часов в день, в зависимости от того, где вы управляете своей лодкой.В южной Флориде эффективное полное солнце составляет 5 часов в день, поэтому, хотя солнечные батареи заряжаются весь световой день, номинальная мощность вырабатывается всего 5 часов. Любые расчеты мощности с использованием солнечных панелей должны основываться на эффективных часах. Доступное пространство для установки солнечных панелей на парусной лодке также весьма ограничено. Наиболее распространенные способы установки солнечных панелей — это над бимини, на кормовой перекладине, над грязными шлюпбалками, на опоре или на арке.
Сравнения
| Ветрогенераторы | Панели солнечных батарей |
---|---|---|
Стоимость | от 1100 до 1800 долларов | от 400 до 1200 долларов |
Типовая мощность | 18 Вт x 24 часа = 432 ватт-час 60 Вт x 24 часа = 1440 Вт-час * При скорости 15-20 узлов 100-250 Вт 150 Вт x 24 часа = 3600 Вт-час | 60 Вт x 6.5 часов = 390 ватт-час (2) 120 ватт x 6,5 часа = 1560 ватт-час |
Техническое обслуживание | Требуется текущее обслуживание | Регулярное обслуживание не требуется |
Опасно | Преимущественно при сильном ветре | Низкий — нет движущихся частей |
Гарантия | от 1 до 5 лет | от 0 до 10 лет |
Ветрогенератор или солнечная панель могут сэкономить топливо .Двигатель на лодке потребляет почти столько же топлива при зарядке аккумуляторов, как и при движении на автомобиле. Запуск двигателя только для зарядки аккумуляторов может быть тяжелым для двигателей. Двигатель на лодке, как правило, не рассчитан на работу ниже номинального уровня. Работа на низком уровне вызывает чрезмерное скопление на клапанах, сокращая срок службы двигателя. Вместо того, чтобы увеличивать все эти обороты только для зарядки аккумуляторов, гораздо лучше заряжать аккумуляторы с помощью ветряного генератора или солнечной панели или и того, и другого.
Ветрогенератор или солнечная панель также могут быть резервной защитой. Если ваш двигатель отключен или у вас есть подвесной двигатель без возможности зарядки и ваши батареи разряжены, по крайней мере, у вас есть мощность, чтобы запустить радио или другие инструменты. Через несколько часов у вас может быть достаточно заряда для запуска двигателя.
Лучшей альтернативой может быть смешанная система с ветрогенератором и солнечной панелью . Когда мы были на Багамах в начале этого года, у нас было пять облачных дней с небольшим количеством прямых солнечных лучей, но ветер дул со скоростью от 15 до 20 узлов.Те крейсеры с ветряными генераторами могли поддерживать свои батареи заряженными, но те, у которых были только солнечные батареи, должны были запустить свой двигатель, чтобы зарядить батареи. Позже у нас были дни, когда ветер был очень слабым, а дни были очень солнечными. И то, и другое защитит вашу независимость от необходимости постоянно заряжать батареи при работающем двигателе.
Ветряная турбинаUD :: Часто задаваемые вопросы
Часто задаваемые вопросы
Большая часть информации на этой странице взята с веб-сайта нашего партнера, Sustainable Energy Developments Inc. Что такое энергия ветра?Энергия ветра — это энергия, содержащаяся в движении воздуха. Солнце нагревает землю с разной скоростью и в разное время. Разница в температуре по всей Земле создает неравенство давления, которое, в свою очередь, приводит к движению воздуха. Воздух имеет массу, и когда масса приводится в движение, она содержит так называемую кинетическую энергию, подобно бейсбольному мячу, брошенному питчером.
Люди веками использовали энергию ветра для привода насосов и мельниц, используя кинетическую энергию и преобразовывая ее в механическую энергию с помощью ветряных мельниц.Эта же концепция используется для преобразования кинетической энергии в электрическую с помощью ветряных турбин.
Что такое ветряная турбина и как она вырабатывает электричество?Ветряная турбина — это машина, которая использует кинетическую энергию ветра и преобразует ее в электрическую. Механическая энергия, создаваемая его вращающимися лопастями, вращает генератор, вырабатывающий электричество.Типичная ветряная турбина состоит из следующих элементов:
- Лопасти ротора — вращаются в ответ на ветер и прикреплены к ступице ротора
- Ступица ротора — соединена с редуктором и генератором внутри гондолы
- Генератор — преобразует механическую энергию в электричество
- Гондола — вмещает механические и электрические компоненты турбины
- Башня — используется для поднятия гондолы, ступицы и лопастей, чтобы усилить ветер.
Что такое кВт и что такое кВтч?
КВт (киловатт) — это показатель производства или потребления энергии, а киловатт-час (киловатт-час) — это единица измерения энергии.Думайте об этом, как о вождении в машине. Мили в час — это скорость, с которой вы производите расстояние на своем автомобиле, а миля — это единица измерения расстояния. Например, если вы едете 1 час со скоростью 60 миль в час, вы проехали в общей сложности 60 миль. Точно так же, если вы производите 60 кВт энергии в час, вы производите в общей сложности 60 кВтч.
Кто участвует в этом проекте?Совместное предприятие First State Marine Wind является партнерством Blue Hen Wind, принадлежащего Университету Делавэра, и Gamesa USA.Среди других партнеров проекта — город Льюис и компания Sustainable Energy Developments Inc.
. Почему ветряная турбина в университетском городке Льюиса UD? ПредставителиUD выбрали ветроэнергетику, чтобы выполнить свое обязательство по сокращению выбросов углекислого газа из-за благоприятных ветров в прибрежной зоне Льюиса, а также из-за образовательных и исследовательских возможностей, которые она предоставляет.
В рамках этого проекта 100% электроэнергии кампуса вырабатывается за счет энергии ветра, что позволяет удовлетворить все потребности кампуса в электроэнергии без выбросов углерода и сделать его образцом для других учебных заведений страны.Иногда турбина вырабатывает более чем достаточно энергии для кампуса; избыток поступает в электрическую сеть для использования другими в Льюисе.
Помимо обеспечения безуглеродной электроэнергией, проект расширяет исследования в таких областях, как коррозия турбин, столкновения с птицами и вопросы политики, связанные с возобновляемыми источниками энергии. Информация, полученная в ходе проекта, помогает университету и Gamesa работать над созданием первой оффшорной ветряной турбины в Северной и Южной Америке.
Насколько велика ветряная турбина? Статуя Свободы в Нью-Йорке стоит на высоте 305 футов от основания до вершины факела.Размер ветряных турбин варьируется и напрямую зависит от их проектной электрической мощности. Турбина Университета Делавэра — это машина мощностью 2 мегаватта (2 МВт), которая при максимальном вращении достигает высоты около 400 футов от основания башни до вершины лопасти. Каждая из трех лопастей турбины имеет длину примерно 140 футов.
Когда была установлена турбина?Строительство началось в марте 2010 г .; спустя три месяца турбина была полностью готова к работе.
Сколько электроэнергии вырабатывает ветряная турбина?Количество электроэнергии, производимой одной турбиной, зависит от ее размера и качества ветрового ресурса. Типичная 2-мегаваттная турбина, размещенная в соответствующем ветровом источнике, может обеспечить электричество без вредных выбросов в количестве, достаточном для питания около 500 домов в среднем в течение всего года.
ТурбинаUD вырабатывает разное количество энергии в течение года — например, зимой в Льюисе для турбины в Льюисе больше ветра, чем летом.Несмотря на такие колебания, турбина производит более чем достаточно энергии, чтобы поддерживать шесть зданий в кампусе Льюиса в течение года.
Лезвия все время вращаются с одинаковой скоростью?Хотя лезвия вращаются с переменной скоростью, диапазон скоростей очень ограничен. Лезвия вращаются от девяти до 19 оборотов в минуту.
Почему сейчас не крутятся лезвия?Лопасти могут не вращаться по трем причинам: 1) Недостаточный ветер.Турбина запрограммирована на начало выработки электричества, когда скорость ветра достигает 8 миль в час. 2) Турбина нуждается в ремонте или ремонте. Как и ваш автомобиль, ветряк проходит регулярное плановое обслуживание; в других случаях происходят незапланированные события, требующие технического обслуживания турбины. В целях безопасности лопасти останавливаются, когда технический персонал работает с турбиной. 3) Для некоторых исследовательских проектов, таких как проводимое в настоящее время исследование птиц и летучих мышей, технические специалисты должны подняться на вышку, чтобы установить устройство.
Какова стоимость ветряных турбин по сравнению с другими видами производства электроэнергии?Традиционная электроэнергия, произведенная на ископаемом топливе, требует постоянного расхода топлива; обычно нефть, газ или уголь. Эти невозобновляемые ресурсы необходимо находить, извлекать, транспортировать, обрабатывать, сжигать, а отходы обрабатывать и удалять. Каждый из этих процессов стоит денег на протяжении всего срока службы электростанции.Ветряные турбины просто используют силу ветра в качестве топлива и требуют лишь периодического обслуживания. По мере того, как ресурсы ископаемого топлива сокращаются, а их стоимость растет, проверенные технологии, такие как энергия ветра, стали привлекательным долгосрочным решением в области электроэнергетики. Если мы посмотрим на все формы производства электроэнергии без явных и скрытых субсидий, то энергия ветра будет конкурентоспособной.
Каковы долгосрочные расходы, связанные с эксплуатацией и техническим обслуживанием ветряной турбины?Как и любая большая и сложная машина, ветряные турбины требуют контроля и периодического обслуживания для поддержания их работоспособности.Продавцы ветряных турбин редко дают гарантию на свои машины более 2 лет, поэтому важно иметь план технического обслуживания.
Сколько шума издает ветряная турбина?Благодаря достижениям в разработке и производстве ветряных турбин, шум, создаваемый ветряными турбинами, был значительно снижен. Любой генерируемый шум обычно исходит от механических компонентов, кондиционера электроэнергии и движущихся по воздуху лопастей.Все современные производители ветряных турбин проектируют свои ветровые турбины с особым вниманием к минимизации шума. Размещение турбины на подходящем расстоянии от жилых зданий также сводит к минимуму любые потенциальные помехи от шума турбины.
В рамках этого проекта были проведены исследования уровня шума до и после строительства. Предварительное исследование показало, что звук от ветряной турбины будет значительно ниже нормативных требований штата Делавэр, которые ограничивают абсолютные уровни звука и уровни звука по отношению к фоновому окружающему звуку.Исследование после строительства подтвердило, что ветряная турбина соответствует законам штата.
Какие исследования проводились перед установкой турбины?Перед тем, как построить ветряную турбину в Льюисе, Университет штата Делавэр привлек экспертов для проведения нескольких исследований, в том числе исследований птичьих и акустических эффектов. UD также рассмотрел дополнительные исследования и отчеты и провел встречи в сообществе, чтобы выявить потенциальные проблемы жителей близлежащих районов.UD также присутствовал на заседаниях городского совета и Совета общественных работ Льюиса, где ветряная турбина была на повестке дня и обсуждалась. Посетите нашу страницу справочных документов, чтобы узнать больше об исследованиях.
Какие исследования проводятся на турбине?Ветряная турбина UD была создана в исследовательских целях, было реализовано несколько проектов. Было завершено исследование воздействия турбины на птиц и летучих мышей, а исследование коррозии пролило свет на влияние соленой воды на ветряные турбины морского базирования, которые проводятся рядом с основанием ветряной турбины.Пока что исследования турбины охватывают множество дисциплин и включают микробиологов, экологов, морских физиков, инженеров и специалистов по морской политике. Следите за обновлениями проектов на нашей странице новостей.
Я слышал об отказах турбин. Это беспокоит?Ремонт ветряных турбин стоит очень дорого. Такие усилия могут потребовать подъемного крана и другого дорогостоящего оборудования в дополнение к покупке запасных частей.По этой причине ветряные турбины спроектированы как очень надежные машины, не требующие особого обслуживания. Несмотря на то, что в ветряных турбинах случаются отказы электричества или компонентов, в целом турбины являются одними из самых надежных машин, доступных сегодня. Чтобы гарантировать надежность ветряной турбины UD, Gamesa обслуживает ветряную турбину в соответствии с соглашением об эксплуатации и техническом обслуживании. Два сотрудника UD также прошли обучение обслуживанию.
Какое влияние на окружающую среду оказывает ветряная турбина?Хотя ветряные турбины действительно имеют экологические издержки, они очень минимальны по сравнению с традиционными источниками электроэнергии.Например, датское исследование, посвященное влиянию прибрежной ветряной электростанции на дикую природу, выявило в среднем около трех смертей птиц в год на одну турбину. Птицы, как правило, избегали турбин, летая над ними, под ними или вокруг них, хотя птицы в основном облетали всю ветряную электростанцию. Такое воздействие на окружающую среду относительно невелико, если, например, по сравнению с разливами нефти, которые могут убить птиц и других животных, горной добычей угля, загрязнением воздуха электростанциями, которое может нанести вред как дикой природе, так и людям, захватом и гибелью рыбы гидроэлектростанциями плотины и ядерные отходы.Ветровые турбины действительно влияют на дикую природу; однако, и это причина, по которой ученые UD пытаются лучше понять влияние ветряной турбины на птиц и летучих мышей.
энергии ветра! Проектирование ветряной турбины — мероприятие
Быстрый просмотр
Уровень оценки: 4 (3-5)
Требуемое время: 1 час 45 минут
(можно разделить на два 50-минутных сеанса)
Расходные материалы на группу: 4 доллара США.00
Размер группы: 2
Зависимость действий: Нет
Associated Sprinkle: Энергия ветра (для неформального обучения)
Тематические области: Измерения, Физические науки, Наука и Технологии
Подпишитесь на нашу рассылку новостей
Резюме
Студенты узнают, как инженеры преобразуют энергию ветра в электрическую, создавая свои собственные миниатюрные ветряные турбины и измеряя производимый ими электрический ток.Они исследуют, как дизайн и расположение влияют на производство электроэнергии. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).Инженерное соединение
Инженеры проектируют ветряные турбины, чтобы использовать ветер как чистый, возобновляемый и надежный источник выработки электроэнергии. Энергия ветра представляет собой жизнеспособную и экономичную альтернативу обычным электростанциям во многих районах страны.Концепция ветра может также производить энергию в других приложениях, таких как, например, турбокомпрессор, который представляет собой компрессор, используемый в автомобильных или реактивных двигателях внутреннего сгорания для увеличения выходной мощности. Компрессор увеличивает количество воздуха и топлива, поступающего в двигатель, потому что чем больше воздуха может всасывать и сжигать автомобиль, тем большую мощность он может выдать. Этот увеличенный воздушный поток (ветер) можно сравнить с ветряными генераторами. Фактически, турбонагнетатель включает в себя турбину, которая приводит в действие компрессор, используя энергию выхлопных газов.
Цели обучения
После этого занятия студенты должны уметь:
- Опишите преобразования энергии, происходящие в ветряной турбине.
- Опишите, как инженеры конструируют ветряную турбину.
- Объясните, как конструкция и расположение ветряной турбины влияет на вырабатываемую ею электрическую энергию.
Образовательные стандарты
Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).
Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).
В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .
NGSS: научные стандарты нового поколения — наукаОжидаемые характеристики NGSS | ||
---|---|---|
4-ПС3-4. Примените научные идеи для разработки, тестирования и усовершенствования устройства, преобразующего энергию из одной формы в другую.(4 класс) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв! | ||
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов. | ||
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS: | ||
Наука и инженерная практика | Основные дисциплинарные идеи | Сквозные концепции |
Применяйте научные идеи для решения задач проектирования. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! | Энергию также можно передавать с места на место с помощью электрического тока, который затем можно использовать локально для создания движения, звука, тепла или света. С самого начала токи могли быть созданы путем преобразования энергии движения в электрическую. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Выражение «производить энергию» обычно относится к преобразованию накопленной энергии в желаемую форму для практического использования.Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Возможные решения проблемы ограничены доступными материалами и ресурсами (ограничениями). Успешность разработанного решения определяется с учетом желаемых характеристик решения (критериев). Различные предложения по решениям можно сравнивать на основе того, насколько хорошо каждое из них соответствует указанным критериям успеха или насколько хорошо каждое из них учитывает ограничения.Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! | Энергия может передаваться различными способами и между объектами. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Инженеры улучшают существующие технологии или разрабатывают новые.Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Большинство ученых и инженеров работают в группах.Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Наука влияет на повседневную жизнь.Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! |
- Студенты разовьют понимание атрибутов дизайна.(Оценки
К —
12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
- Студенты разовьют понимание инженерного дизайна.(Оценки
К —
12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
- Студенты разовьют понимание взаимоотношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения.(Оценки
К —
12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
- Энергия бывает разных форм.(Оценки
3 —
5) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
- Инструменты, машины, продукты и системы используют энергию для работы.(Оценки
3 —
5) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?
Список материалов
Каждой группе необходимо:
- маленький игрушечный мотор постоянного тока; доступно онлайн
- 2 куска тонкого электрического провода с зажимами из крокодиловой кожи, каждый длиной около 50 см или 20 дюймов
- резинка
- жесткая линейка
- пробка цилиндрической формы диаметром не менее 2 см или дюйма; альтернатива пробке: пенополистирол
- 4 скрепки
- скотч
- ножницы
- 4 штуки картона по 3 х 5 см
- (опционально) защитные очки или очки
- Рабочий лист ветряных турбин, по одному на команду
На долю всего класса:
Рабочие листы и приложения
Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_energy2_lesson07_activity2], чтобы распечатать или загрузить.Больше подобной программы
Тар она дует! Ветер как возобновляемый источник энергииСтуденты узнают о ветре как об источнике возобновляемой энергии и исследуют преимущества и недостатки ветряных турбин и ветряных электростанций. Они также узнают об эффективности ветряных турбин в различных погодных условиях и о том, как инженеры работают над созданием более дешевой, надежной и надежной ветровой энергии…
Возобновляемая энергия Конструкция: ветряные турбиныСтуденты знакомятся с реальным техническим инструментом навесного винта ветряной турбины. Это устройство, которое эффективно собирает энергию ветра, и для этого они построят собственное, используя ветряную турбину LEGO, вентилятор и счетчик энергии.
Вне сетиСтуденты изучают и обсуждают преимущества и недостатки возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. Они также узнают об электросети нашей страны и о том, что значит быть «вне сети» для жилого дома.
Питание U.С.Этот урок дает студентам обзор электроэнергетической отрасли в Соединенных Штатах. Студенты также узнают о воздействии на окружающую среду, связанном с различными источниками энергии.
Введение / Мотивация
Вы когда-нибудь чувствовали сильный ветер? Каково это? Вы когда-нибудь чувствовали себя обдуваемыми ветром? Ветер может делать нам работу, перемещая предметы.Иногда мы не хотим, чтобы ветер двигал вещами, например, когда он развевает наши бумаги, и мы должны их подбирать. Но иногда нам хочется, чтобы ветер двигал за нас вещами. Например, когда ветер перемещает лопасти ветряной турбины (машина, которая преобразует движущуюся энергию ветра в механическую энергию и электрическую энергию ), турбина производит полезную энергии (в форме электричество).
Давайте поговорим о том, что происходит при получении электричества от ветра.Прежде всего, чтобы преобразовать энергию ветра в электричество, лопасти ротора вращают ступицу (в центре) турбины . Внутри турбины находится электрический генератор , который представляет собой вращающуюся машину, которая выдает электрический выход с напряжением и током. Вращающее действие ступицы поворачивает магнит внутри катушки с проволокой в генераторе, производя электричество.
Турбина — это в основном двигатель, подключенный в обратном направлении. Вместо того, чтобы подключать батарею к двигателю, чтобы заставить что-то двигаться, к двигателю подключается ветряная турбина, и ее движение вырабатывает электричество.Вы можете измерить, сколько электричества (напряжения) вырабатывается с помощью вольтметра .
Инженеры проектируют ветряные турбины, которые превращают кинетическую энергию ветра (движение ветра) в механическую или электрическую энергию.
Итак, когда ветряная турбина работает лучше всего? Мощность, производимая ветряной турбиной, зависит от высоты над уровнем моря, скорости ветра и температуры воздуха. Ветряным турбинам требуется скорость ветра не менее 15 километров (9 миль) в час для небольших ветряных турбин и 21 километр (14 миль) в час для турбин коммунального масштаба.Ветряные турбины лучше всего размещать в районах со скоростью ветра 26-32 км / ч (16-20 миль / ч) с ветряной мельницей на высоте 50 метров (55 ярдов). Это довольно высоко. Чем больше скорость ветра, тем больше энергии вырабатывается. Подумайте об этом: когда ветер дует сильнее, эти бумаги перемещаются еще быстрее. Если скорость ветра увеличивается вдвое, мощность ветряной турбины увеличивается в восемь раз. Это означает, что мощность удваивается, удваивается и снова удваивается!
Сегодня мы собираемся действовать как инженеры и создавать небольшие ветряные турбины, которые преобразуют энергию ветра, подключенную к двигателю, в электрическую энергию (напряжение).Затем мы измерим, как скорость ветра влияет на наши маленькие ветряки. Это поможет нам понять, что нужно знать инженерам при проектировании и размещении ветряных турбин в лучших местах.
Процедура
Перед мероприятием
- Полезно заранее построить и протестировать ветряную турбину, чтобы использовать ее в качестве примера.
- Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа ветряных турбин.
- Подсоедините провода к двигателям постоянного тока.
- Установите испытательную станцию с вольтметром и источником ветра (вентилятором или феном), где команды могут по очереди измерять мощность своих генераторов ветряных турбин.
- Проверьте правильность работы двигателей и вольтметров.
Со студентами
- Разделите класс на команды по два ученика в каждой. Обеспечьте каждую команду материалами и рабочим местом.
- Подчеркните меры безопасности. Учащиеся никогда не должны прикасаться к голому или оголенному металлу в цепи, вырабатывающей электричество.
- Попросите учащихся использовать резинку, чтобы прикрепить электродвигатель к линейке, при этом вал электродвигателя должен находиться на конце линейки (см. Рисунок 1). Линейка служит платформой для ветряной турбины.
Рис. 1. Схема действия: прототип ветряной турбины, подключенный к вольтметру. Авторское право
Copyright © 2005 Малинда Шефер Зарске, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере
- Распрямите нижнюю часть каждой из четырех скрепок.
- Вырежьте четыре куска картона размером 3 x 5 см. Используйте скотч, чтобы плотно прикрепить кусочек картона к каждой скрепке.
- Приклейте выпрямленную часть каждой скрепки к изогнутым сторонам пробки, чтобы получить четыре лопасти турбины. Убедитесь, что лезвия равномерно распределены по пробке.
- Вставьте пробку в вал двигателя. Убедитесь, что стержень входит точно в центр пробки.
- Поверните лезвие в пробке так, чтобы оно находилось под углом 45º к плоской плоскости края линейки.Вы завершили свою ветряную турбину! Рисунок 2. Настройка действия. Авторское право
Copyright © 2007 Эшли Бейли, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере
- В командах попросите учащихся принести свои ветряные турбины на испытательную станцию.
- По одной команде, используйте зажимы типа «крокодил», чтобы прикрепить свободные концы проводов к вольтметру постоянного тока. Пока ждете, пусть другие команды поработают над листом.
- Начните с размещения ветряной турбины на расстоянии примерно 30 см (12 дюймов) от источника ветра (вентилятора или фена).Отрегулируйте расстояние в зависимости от силы источника ветра.
- Включите источник ветра и измерьте создаваемое напряжение. Запишите на листе.
- Повторите то же самое с ветряной турбиной на разном расстоянии от источника ветра.
- Попросите членов команды поработать вместе, чтобы заполнить рабочий лист.
- После того, как все команды побывали на испытательной станции и заполнили свои рабочие листы, завершите обсуждение в классе. Опишите движение энергии в вашем генераторе, начиная с ветра и заканчивая вольтметром.Просмотрите результаты и наблюдения каждой команды. Создавала ли конструкция турбины какой-либо команды большее напряжение на том же расстоянии по сравнению с остальными? Кто-нибудь регулировал угол наклона лопастей? Что это сделало? Что произошло, когда вы переместили ветряную турбину ближе или дальше от источника ветра? Как вы можете изменить конструкцию или положение турбины, чтобы лучше улавливать ветер и производить большее напряжение? Какие факторы могут учитывать инженеры, решая, где разместить ветряк или ветряную электростанцию?
Словарь / Определения
электрическая энергия: электрическая энергия существует, когда заряженные частицы притягиваются или отталкиваются друг от друга.Телевизоры, компьютеры и холодильники используют электрическую энергию.
энергия: способность выполнять работу.
Генератор: устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.
ступица: центральная часть колеса, вентилятора или пропеллера.
кинетическая энергия: энергия движения. Например, волчок, падающий объект и катящийся шар обладают кинетической энергией. Движение, если ему противодействует сила, действительно работает.Ветер и вода обладают кинетической энергией.
механическая энергия: Механическая энергия — это энергия, которую можно использовать для выполнения работы. Это сумма кинетической и потенциальной энергии объекта.
потенциальная энергия: потенциальная энергия — это энергия, запасенная объектом в результате его положения. Американские горки на вершине холма обладают потенциальной энергией.
возобновляемая энергия: энергия, полученная из источников, которые можно регенерировать.Источники включают солнце, ветер, геотермальные источники, биомассу, океан и гидро (воду).
ротор: вращающаяся часть электрического или механического устройства.
турбина: машина, в которой кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в механическую энергию, заставляя вращаться ряд лопаток, лопастей или лопастей на роторе.
вольтметр: прибор, измеряющий силу электромотора в единицах, называемых вольтами.
ветряная турбина: машина, которая преобразует движущуюся энергию ветра в механическую и / или электрическую энергию.
Оценка
Оценка перед началом деятельности
Мозговой штурм: Предложите учащимся провести открытое обсуждение, чтобы подумать о том, как ветер можно использовать в качестве источника энергии. Напомните им, что ни одна идея или предложение не являются «глупыми». Все идеи следует уважительно выслушивать. Напишите их идеи на классной доске.
Встроенная оценка деятельности
Рабочий лист: Попросите студенческие группы записать свои измерения и наблюдения в рабочий лист ветряных турбин.Просмотрите их ответы, чтобы оценить их уровень владения предметом.
Оценка после деятельности
Вопрос / ответ: Задайте ученикам и обсудите в классе:
- Когда можно использовать энергию ветра? (Ответ: Ветер должен иметь достаточно высокую скорость.)
- Почему инженеры могут быть заинтересованы в развитии ветроэнергетики? (Ответ: Ветер — это возобновляемый источник энергии. Энергия ветра не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду. Использование энергии ветра снижает потребление невозобновляемых ископаемых видов топлива.)
- Почему большие ветряные турбины часто располагаются на холмах? (Ответ: скорость ветра выше над землей.)
- Если мы снимем двигатель с ротора ветряной турбины, мы не сможем производить электричество, но все равно сможем работать с нашей ветряной мельницей. Какую работу мы могли бы сделать? (Ответ: Мы могли бы выполнять механическую работу, заставляя вращаться лопасти ветряной мельницы.)
Задача инженера: Попросите учащихся подумать о следующей задаче инженерного проектирования.Предложите им обсудить свои ответы в группах и поделиться своими мыслями с классом.
- Домовладелец хочет использовать ветряную турбину для подачи электричества в свой дом, но рядом с домом нет холмов. Где инженер мог разместить ветряную турбину? (Ответ: Как можно выше, например, на столбе над крышей или на отдельной конструкции, которая поднимает его очень высоко в воздух.)
Вопросы безопасности
- Обратите внимание на меры безопасности.Учащиеся никогда не должны прикасаться к голому или оголенному металлу в цепи, вырабатывающей электричество.
- Напомните студентам, что нельзя класть ничего, в том числе руки, рядом с ветряной турбиной или вентилятором, когда он вращается.
Советы по поиску и устранению неисправностей
Перед началом работы проверьте двигатели и вольтметры, чтобы убедиться, что они работают правильно.
Если упражнение не помогает, попробуйте следующий вариант: прикрепите двигатель постоянного тока к колесу.Клейкая лента 2 Эскимо приклеивается к колесу, образуя прямую линию. Приклейте клейкой лентой прямоугольный кусок картона к каждой палочке для мороженого под таким углом, чтобы возникало вращение, когда ветер дует мимо нее. Прикрепите мотор лентой к линейке, которая будет служить ручкой.
Если время ограничено, ускорите работу, установив два вентилятора, чтобы получить две тестовые станции.
Расширения деятельности
Попросите учащихся создать свои собственные наборы лезвий, различающихся по размеру, форме, материалу и количеству.Попросите учащихся прикрепить эти новые лопасти к двигателю и отрегулировать их под разными углами для получения максимального напряжения. Попросите их записать свои переменные и результаты в диаграмме данных, которую они создают во время упражнения. Попросите учащихся поделиться своими проектами и сравнить их, предоставив классу краткие инженерные отчеты.
Узнайте, как скорость ветра влияет на количество вырабатываемой электроэнергии при изменении скорости вращения вентилятора.
Изучите лабораторию по возобновляемым источникам энергии для реальных измерений ветра, систем сбора энергии и реальных данных.См .: http://www.teachengineering.org/livinglabs/
Масштабирование активности
- Для более низких классов подготовьте двигатель. Просто попросите учащихся создать лезвия на скрепках и вдавить их в пробку. Помогите учащимся измерить напряжение, генерируемое их ветряными турбинами.
- Для старших классов попросите учащихся построить график зависимости производимого напряжения от расстояния до вентилятора. Попросите учащихся решить проблемы с электричеством в ветроэнергетике! Математический лист.
Рекомендации
Примите участие в борьбе с глобальным потеплением! Планета Чистого Воздуха . По состоянию на 20 октября 2005 г. (Хорошие фотографии первой крупной ветряной турбины промышленного масштаба, установленной в индейской резервации Роузбад-Сиу) http://www.cleanair-coolplanet.org/action/windbuilders.php
Планы уроков по возобновляемым источникам энергии . Бесконечная мощность, Управление энергосбережения штата Техас. По состоянию на 19 октября 2005 г.http://www.infinitepower.org/lessonplans.htm
Как работают ветряные турбины . Обновлено 3 октября 2005 г. Программа ветроэнергетических и гидроэнергетических технологий, энергоэффективность и возобновляемые источники энергии, Министерство энергетики США. Проверено 19 октября 20015 г. (Великолепная анимация ветряной турбины, вырабатывающей электричество) http://www1.eere.energy.gov/wind/wind_animation.html
Авторские права
© 2005 Регенты Университета КолорадоАвторы
Ксочитл Замора-Томпсон; Сабер Дурен; Натали Мах; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.КарлсонПрограмма поддержки
Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в БоулдереБлагодарности
Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано в рамках грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант GK-12 No.0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.
Последнее изменение: 23 января 2021 г.
лопастей ветряных турбин не должны попадать на свалки
Этот пост является частью серии о Recycling Clean Energy Technologies
Это один из четырех блогов в серии, посвященной текущим проблемам и возможностям утилизации экологически чистых технологий.См. Вводный пост , а также другие записи о солнечных панелях , и аккумуляторных батареях . Особая благодарность Джессике Гарсия, научному сотруднику UCS по политике чистой энергии Среднего Запада на лето 2020 года, за поддержку в исследованиях и соавторство этих публикаций.
Ветровые турбины увеличились в размерах и количестве, чтобы удовлетворить потребности в чистой энергииСовременная ветроэнергетика преобразует кинетическую энергию (движение) ветра в механическую.Это происходит за счет вращения больших лезвий из стекловолокна, которые затем вращают генератор для производства электроэнергии. Известные ветряные турбины могут располагаться на суше или на море.
Прогнозируется, что к 2050 году ветроэнергетика продолжит расти в США. Последний отчет о рынке ветряных технологий, подготовленный Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли, показал, что цены на ветровую энергию находятся на рекордно низком уровне, а в 2019 году — 7,3 процента выработки электроэнергии коммунальными предприятиями. в США пришел ветер.В этом сообщении в блоге мы рассмотрим наземные ветряные турбины и возможности переработки, которые существуют, но еще не получили широкого распространения для лопастей турбин.
Источник: Berkeley Lab Electric Markets & Policy (https://emp.lbl.gov/wind-energy-growth)
Конструкции ветряных турбин со временем развивались, увеличиваясь в размерах и увеличивая эффективность, что в конечном итоге привело к увеличению генерирующих мощностей. Основная конструкция промышленных турбин сегодня — это ветряные турбины с горизонтальной осью, состоящие из ротора с тремя лопастями из стекловолокна, прикрепленными к ступице, которая сама прикреплена к центральной детали (гондоле), установленной на стальной башне.Различное другое оборудование и бетонные основания также включены в современные конструкции ветряных турбин, которые включают более 8000 деталей на турбину.
Лопасти ветряных турбин в существующем парке США в среднем составляют около 50 метров в длину или около 164 футов (примерно ширина американского футбольного поля). А с учетом недавних тенденций к использованию более длинных лопастей на более крупных турбинах и более высоких опорах для увеличения выработки электроэнергии, некоторые из самых крупных лопастей, производимых сегодня, достигают 60-80 метров в длину.
Источник: Лаборатория Беркли, Обновление данных по ветроэнергетическим технологиям: издание 2020 г., стр. 37.Обратите внимание, что диаметр ротора (показанный здесь в метрах) чуть более чем в два раза превышает длину лопастей
.Фото: Джеймс Жиньяк
С точки зрения долговечности ветряные турбины служат в среднем около 25 лет. Около 85 процентов материалов компонентов турбины, таких как сталь, медная проволока, электроника и зубчатые передачи, можно переработать или использовать повторно. Но лезвия отличаются, поскольку они сделаны из стекловолокна (композитного материала), чтобы быть легкими для эффективности, но при этом достаточно прочными, чтобы выдерживать штормы.Смешанная природа материала лезвия затрудняет отделение пластмассы от стекловолокна для переработки в пригодный для обработки стекловолоконный материал, а прочность, необходимая для лезвий, означает, что их также физически сложно сломать.
Куда теперь попадают бывшие в употреблении лопасти ветряных турбин?Лопасти ветряных турбин требуют утилизации или вторичной переработки, когда турбины выводятся из эксплуатации на стадии завершения использования или когда ветряные электростанции модернизируются в процессе, известном как восстановление мощности.Восстановление мощности включает в себя сохранение того же места и часто поддержание или повторное использование первичной инфраструктуры ветряных турбин, но модернизацию турбинами большей мощности. Лезвия могут быть заменены на более современные и, как правило, большие лезвия. В любом случае лопасти из стекловолокна, когда они больше не нужны, представляют собой серьезнейшую проблему с точки зрения конечного использования ветроэнергетики.
Хотя лезвия можно разрезать на несколько частей на месте во время вывода из эксплуатации или повторного включения, эти части по-прежнему сложно и дорого транспортировать для переработки или утилизации.А процесс резки чрезвычайно прочных лезвий требует огромного оборудования, такого как канатные пилы на транспортных средствах или пилы с алмазным канатом, подобные тем, что используются в карьерах. Поскольку в настоящее время существует очень мало вариантов утилизации лезвий, подавляющее большинство из них, которые достигают конца использования, либо хранятся в разных местах, либо отправляются на свалки.
Действительно, Bloomberg Green ранее в этом году сообщал о вывозе лопастей ветряных турбин на свалки. Несмотря на то, что поток отходов представляет собой лишь крошечную долю твердых бытовых отходов США, это явно не идеальная ситуация.По мере вывода из эксплуатации или замены ветряных турбин возникает необходимость в более творческих решениях по переработке использованных лопастей.
Хорошая новость заключается в том, что в настоящее время ведутся работы по разработке альтернатив. Две крупные компании в США, PacificCorp и MidAmerican Energy, например, недавно объявили о планах наладить партнерские отношения с компанией Carbon Rivers из Теннесси по переработке некоторых израсходованных лопаток турбин вместо их захоронения. Технология, используемая Carbon Rivers, поддерживается за счет грантов Министерства энергетики США и будет использоваться для разрушения и повторного использования стекловолокна из использованных лопаток турбин.
Фото: Flickr / Chuck Coker
Новые инновации в переработке стекловолокнаВ то время как композитная природа лопаток турбины из стекловолокна, как известно, затрудняет их устранение на этапе завершения использования, интерес к поиску альтернатив также может стимулировать творчество и инновации. Например, партнерство с участием университетов США, Ирландии и Северной Ирландии под названием Re-wind разработало несколько интересных проектных идей в области гражданского строительства для повторного использования и перепрофилирования лезвий из стекловолокна.Сюда входит использование выведенных из эксплуатации лопастей в проектах гражданского строительства в составе конструкций линий электропередач или башен, а также крыш для аварийного или доступного жилья. В Северной Ирландии Re-wind также рассматривает возможность их использования на пешеходных мостах вдоль зеленых насаждений.
Далее по иерархии отходов начинают появляться дополнительные варианты переработки. WindEurope, представляющая ветроэнергетику Европейского Союза, сотрудничает с Европейским советом химической промышленности (Cefic) и Европейской ассоциацией производителей композитов (EuCIA) для разработки новых методов повторного использования материалов для лопастей.По оценкам организаций, только в Европе в течение следующих нескольких лет будет выведено из эксплуатации 14 000 лопастей ветряных турбин. В мае 2020 года консорциум выпустил Accelerating Wind Turbine Blade Circularity, всеобъемлющий отчет, в котором подробно описаны дизайн, исследования и технические решения, ориентированные на жизненный цикл ветряных турбин.
Ключевым моментом при переработке композитных материалов является обеспечение того, чтобы процесс переработки имел чистый положительный результат по сравнению с альтернативой утилизации на свалках.Одним из примеров является Германия, где концепция переработки турбинных лопаток в цемент впервые была разработана около десяти лет назад на заводе, построенном в рамках партнерства между Geocycle, бизнес-подразделением корпорации строительных материалов HolcimAG, и компанией Zajons.
Эта форма рециркуляции включает в себя контроль цепочки поставок утилизации, в том числе распиливание лопаток турбины на более мелкие части на месте вывода из эксплуатации для снижения логистики и затрат на транспортировку. Этот процесс обещает 100-процентную переработку и сокращение выбросов углекислого газа при совместной переработке цемента за счет замены производства цементного сырья на переработанные лопасти, а также использование биогаза из органических остатков вместо угля в качестве топлива.
Разрабатываются и другие технологии, такие как механическая переработка, сольволиз и пиролиз, которые в идеале предоставят промышленности дополнительные возможности для работы с лезвиями из стекловолокна, когда они достигают конца срока службы.
Фото: Джеймс Жиньяк
Другой творческий вариант переработки позволяет получать гранулы или доски, которые можно использовать в столярных работах. В 2019 году Global Fiberglass Solutions приступила к производству продукта под названием EcoPoly Pellets в США и вскоре дополнительно будет производить панельную версию.Эти продукты сертифицированы как переработанные из списанных лопастей ветряных турбин посредством отслеживания радиочастотной идентификации (RFID) от лопасти до конечного продукта. EcoPoly Pellets можно превратить в различные продукты, такие как складские поддоны, напольные покрытия или парковочные болларды. Основываясь на своих прогнозах спроса, Global Fiberglass Solutions ожидает, что сможет обрабатывать от 6000 до 7000 лезвий в год на каждом из двух своих заводов в Техасе и Айове.
Дополнительный подход к переработке лезвий состоит в том, чтобы сосредоточить внимание на исходной детали — из чего сделаны лезвия.Дополнительные исследования и разработки направлены на использование термопластической смолы вместо стекловолокна или углеродного волокна для лопастей ветряных турбин. Материал может быть проще и дешевле утилизировать.
В конце концов, цель увеличения количества инноваций для дополнительных приложений использования для списанных лопаток турбин требует наличия достаточного рыночного спроса, чтобы стимулировать создание предприятий, которые могут перерабатывать лопатки. Наряду с этой проблемой в США отсутствует политика в отношении конечного использования лопаток турбин, что еще больше способствует сохранению статус-кво хранения или утилизации в качестве твердых отходов на полигонах.
Достижение 100-процентной возможности вторичной переработки ветряных турбинКак обсуждалось выше, в настоящее время дешевле утилизировать лопасти ветряных турбин на ближайшем полигоне, чем часто требуется транспортировка на большие расстояния для рециркуляции на ограниченном количестве предприятий, которые могут их эффективно переработать. Кроме того, отрасль в настоящее время страдает от недостаточного давления со стороны регулирующих органов или рыночных стимулов для полной разработки других вариантов конечного использования.
Два подхода к более замкнутой экономике — это более тесная связь в цепочке поставок ветряных турбин и амбициозные цели.Например, Vestas Wind Systems A / S, компания, занимающаяся проектированием, производством и глобальным монтажом ветряных турбин, объявила о твердом намерении произвести к 2040 году ветровые турбины с нулевым отходом. Компания планирует достичь этого за счет увеличения возможности вторичной переработки в течение следующих 20 лет. тесно сотрудничать со своими партнерами по всей цепочке поставок, чтобы в конечном итоге избежать сжигания или захоронения своей продукции. Необходимо больше партнерских отношений между компаниями ветроэнергетики, чтобы восполнить пробел и сделать системы ветроэнергетики на 100% пригодными для вторичной переработки.
Кроме того, штаты США должны рассмотреть механизмы политики для стимулирования развития рынка альтернативных решений, таких как повышение ответственности производителей, помимо утилизации лопастей ветряных турбин на свалках. Штаты могли бы дополнительно рассмотреть способы поддержки строительства региональной инфраструктуры утилизации — особенно в штатах с более крупными ветряными электростанциями, такими как Техас или Айова — для решения вопроса о прекращении использования лопастей ветряных турбин.
В других блогах этой серии вы найдете введение в технологии переработки экологически чистой энергии, а также дополнительную информацию об утилизации солнечных панелей и аккумуляторов энергии.
https://emp.lbl.gov/sites/default/files/2020_wind_energy_technology_data_update.pdf
Опубликовано в: Энергия
Теги: чистая энергия, переработка, переработка экологически чистых технологий энергии, ветроэнергетика
Поддержка членов UCS делает такую работу возможной. Ты к нам присоединишься? Помогите UCS продвигать независимую науку для здоровой окружающей среды и более безопасного мира.