Алтернативные Источники Энергии
Альтернативный источник энергии — источник, позволяющий получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) более экономичным и экологически безопасным способом, чем традиционные источники энергии.

Ветроэнергетическая установка — устройство для преобразования кинетической энергии ветра в другие виды энергии. Так, частным случаем будет являтся ветрогенератор, который преобразует кинетическую энергию ветра в электричество.


Парус - первый механизм, использующий энергию ветра

Первыми ветряными установками стали конечно же паруса, использовавшие энергию ветра для движения. Затем, в моду входили всевозможные мельницы, использовавшиеся не только в мукомольном производстве, а например, в лесообработке и для водяных насосов. Считается, что первый ветрогенератор был установлен в Дании аж в 1890 году.

На данный момент передовиком по количеству используемых ветрогенераторов является Китай.


Ветрогенераторы делятся на:

  • с вертикальной осью вращения
  • с горизонтальной осью вращения

Ветрогенератор, ветряк с горизонтальной осью вращения, использующий энергию ветра

Всем известны ветрогенераторы с горизонтальой осью лопастного типа , которые имеют наиболее широкое распостронение. Положительными свойствами лопастных ветрогенераторов являетя наиболее больший коэффициент использования ветра чем у других ветрогенераторов. Имеют большую скорость вращения, что позволяет подключать винт напрямую к генератору без использования мультеплексоров (Устройств, повышающих частоту вращения).


Недостатками является то, что необходима система для снятия напряжения, т.к положение генератора зависит от направления ветра. Сложная система поддержания частоты вращения. Низкий момент вращения. Увеличение числа лопастей для увеличения момента ведет к уменьшению скорости вращения, поэтому ветряки с количеством лопастей больше 3 применяются очень редко. Ветряки с большим числом лопастей актуальны в местах со скоростью ветра 3-5 метра в секунду.


К ветрогенераторам с вертикальной осью относятся всевозможные ортогональные или карусельные,или роторные. Роторных ветроустановок имеется несколько видов, названных по именам их изобретателей.




Ротор Савониуса
Ротор Савониуса, ветряк вертикального исполнения, типа, высокий момент вращения

Самый популярный представитель этого семейства – ротор Савониуса, – заметно отличается от «собратьев» простотой и КПД. Это два смещенных относительно друг друга полуцилиндра с небольшим (10-15% от диаметра лопасти) перекрытием.

Обтекание ротора Савониуса ветровым потоком создает различные сопротивления на выпуклой и вогнутой частях устройства. За счет этого и возникает вращающий момент. Коэффициент использования ветра до 0,15.

Ротор Савониуса, ветряк вертикального исполнения, типа, высокий момент вращения

Как известно, коэффициент использования энергии ветра парусом не может превышать 19.5%. Теоретический предел в свободном потоке для идеального ветродвигателя составляет 59%, у хороших ветроколес он доходит до 42%.

Преимуществом таких ветрогенераторов является высокий момент вращения. Ветрогенератор не нуждается в системе отслеживающей направление ветра. Отсутствует система по снятию напряжения, т.к. генератор не вращается.

К недостаткам относится низкая частота вращения, что предпологает использование многополюсных генераторов, которые не распостронены, или использование всевозможных мультиплексоров. К серьезным недостаткам этих ветрогенераторов можно отнести существенное изменение условий обтекания лопасти ветровым потоком за один период оборота ротора, которое повторяется циклически. Это вызывает усталость металла и приводит к механическому разрушению элементов конструкции и серьезным авариям.




Ротор Дарье

Крыло ротора Дарье работает по принципу лопастного ветрогенератора. Коэффициент использования ветра до 0,35.

крыло Ротора Дарье в разрезе, ветряк вертикального исполнения, типа, высокий момент вращения, Санкт-Петербург, Россия

Ротор Дарье представляет собой симметричную конструкцию, состоящую из двух и более аэродинамических крыльев, закреплённых на радиальных балках. На каждое из крыльев, движущихся относительно потока действует подъёмная сила, величина которой зависит от угла между вектором скорости потока и мгновенной скорости крыла. Максимального значения подъёмная сила достигает при ортогональности данных векторов. Ввиду того, что вектор мгновенной скорости крыла циклически изменяется в процессе вращения ротора, момент силы, развиваемый ротором также является переменным. Поскольку для возникновения подъёмной силы необходимо движение крыльев, ротор Дарье характеризуется плохим самозапуском. Самозапуск улучшается в случае применения трёх и более лопастей.



Еще пример Ротор Дарье, ветряк вертикального исполнения, высокая скорость вращения Россия, Санкт-Петербург

Ветрогенераторы хорошо использовать там, где их результат можно накапливать. Например, такие системы часто используют для опреснения морской воды. А так, проблему нестабильности электропитания, всвязи с непостоянством потока воздуха,не могут решить даже на промышленных электростанциях . Самые крупные ветряные электростанции установлены в Великобритании. Там проводились серьезные испытания. Следует отметить, что там достаточно благоприятные условия для использования электрогенераторов. Обычно их устанавливают в прибрежных водах большими группами. Для этого есть две причины, о первой мы поговорим чуть позже, а вторая, это постоянное наличие ветра, все-таки это прибрежная зона не очень южного моря. Так вот, заключение комиссии гласило, что для обеспечения стабильности совместно с ветряными электростанциями должны использоваться газотурбинные энергоустановки. Как мы видим, даже в условиях близких к идеальным, без газа пока не обойтись.


Ротор Дарье, ветряк вертикального исполнения, высокая скорость вращения

Теперь, коснемся вопроса экологии . Нам обычно говорят, что такие установки экологически безвредны. На самом деле, это совсем не так. Даже если не брать в расчет материалы, из которых такие системы изготавливаются. Их обслуживание и утилизацию. Они оказывают воздействие на природу непосредственно.


В Британии не зря их устанавливают в безлюдных прибрежных зонах. Делается это для того, чтобы оградить человека от их воздействия. Это и шум, у современных установок низкочастотный, и вибрация. Мощные генераторы имеют высокое напряжение.


Ну и, если устанавливать ветрогенератор на участке, нужно учитывать, что под нее требуются площади отчуждения. А так же достаточно высокая конструкция, которая должна кроме всего прочего обеспечивать безопасность людей.


Так же сомнительно стоит вопрос и о бесплатной электроэнергии для частного использования, учитывая огромную стоимость ветроустановок , непостоянство работы. Окупится такая радость лет через 20-30. Скорее всего, что всю уставновку придется менять через это время или проводить дорогостоящий капитальный ремонт.




Ветряк, Энергобол , energyball , сочетающий в себе положительные свойства горизонтальных и вертикальных ветряков, высокая скорость вращения

Как было уже сказано выше, ветряки бывают трех типов. Нового никто не придумал и больше вряд ли придумает. Но у датчан появилась новая хитрая разработка, сочетающая в себе характеристики Ротора Дарье и лопастного горизонтального ветряка.


На фото видно, что лопасти образуют шар. Ось расположена горизонтально. Если ветер дует вдоль оси, ветряк работает как обычный горизонтальный лопастной ветряк. Если ветер дует перпендикулярно оси, ветряк работает как ротор Дарье. Поэтому этому ветряку ориентация в пространстве безразлична.








Так они горят, если кому интересно!








Как это сделано. Ветряки. Небольшой ветряк мощностью до 500 ватт.