Городская ветроэнергетика. Часть 1

Чт, 05/08/2014 - 22:38

Энергия Солнца

Прекрасный источник чистой энергии. Для выработки электрической энергии не требуется топливо. Достаточно установить солнечные панели на освещаемую солнцем площадку.
Но есть и ряд существенных недостатков:
Высокая себестоимость получаемой электроэнергии. Срок окупаемости солнечной панели часто превышает срок ее службы.

Низкий коэффициент преобразования энергии. Требуется много свободных площадей под установку панелей.

Для объективности следует отметить, что сегодня уже существует ряд новых технологических разработок, которые позволят в будущем существенно повысить конкурентоспособность солнечной энергетики. Подробно см. в №2(45), 2010 г.

Энергия ветра

Технология преобразования энергии ветра в электрическую энергию хорошо освоена. Производится и эксплуатируется большое разнообразие конструкций ветроустановок. По стоимости получаемой электрической энергии ветроэнергетика вполне может конкурировать с электростанциями на ископаемом топливе.

Но, как и солнечная энергетика, ветроэнергетика имеет свои недостатки:

Вибрация. В городе ветроустановки, как правило, устанавливают на крышах зданий. Повышенная вибрация может приводить к разрушению здания и создания дискомфорта его жильцам.
Повышенный уровень шума. В первую очередь это касается ВЭУ в районах с малоэтажной застройкой.
Потенциальная угроза разрушения ВЭУ во время сильного ветра. Подробно см. в №3(46), 2010 г.

Энергия волн и приливов

Эта технология генерации электрической энергии еще не нашла широкого применения, хотя и имеет прекрасные перспективы в будущем.

Но не все города расположены на морском берегу. А те, которые имеют доступ к энергетическому ресурсу морских волн и приливов, используют акваторию для судоходства, а побережье под места отдыха горожан.

Данная технология вряд ли будет широко использоваться для генерации электрической энергии в городской черте.

Геотермальная энергетика

Данная технология, скорее, может быть исключением, чем правилом в вопросе энергоснабжения города. Районы с достаточными геотермальными ресурсами расположены, как правило, в регионах с повышенной вулканической
активностью.

Что нового в ветроэнергетике?

В настоящее время солнечная энергетика интенсивно развивается, совершенствуя технологию преобразования энергии Солнца.
О ветроэнергетике такого не скажешь.
Уже более ста лет человек использует технологию преобразования энергии ветра в электрическую энергию. За это время разработано сотни конструкций ветроустановок. Но основной принцип остался неизменным: поступательное движение свободного воздушного потока преобразуется во вращательное движение ротора генератора, который и производит электрическую энергию.
При всем огромном многообразии конструкций ветроустановок, качественного скачка в технологии преобразования энергии ветра мы так и не видим.

Попытки повысить эффективность ветроэнергетики предпринимались постоянно. Основное направление — повысить кинетическую энергию воздушного потока перед его взаимодействием с лопастями ротора генератора.
Поиск ведется в двух направлениях:

Концентрация энергии воздушного потока.
Примером могут служить присутствующие на рынке разнообразные конструкции ветроустановок с плоскими концентраторами. Низкая эффективность таких концентраторов сдерживает их широкое применение.

Увеличение кинетической составляющей воздушного потока.
Для этого используется эффект увеличения скорости воздушного потока при его прохождении через сужающееся сечение в трубе. Теоретические расчеты показывают, что кинетическая энергия воздушного потока на узком участке трубы может вырасти на несколько порядков. Это как раз то, чего так не хватает ветроустановкам традиционной конструкции — малые габариты и большая мощность воздушного потока. Очень заманчивая перспектива!

Но, увы, все попытки реализации этого принципа в действующей ветроустановке не принесли желаемого результата.

Всему виной — большие потери энергии воздушного потока при его движении в трубе. На преодоление внутреннего сопротивления трубы проходящий воздушный поток тратит большую часть своей энергии. Это же внутреннее сопротивление обусловило и еще один негативный эффект — воздушный поток упорно «не желал» входить в трубу и большая его часть просто ее обтекала, унося прочь и такую желанную энергию.
В некоторых экспериментальных конструкциях потери энергии превышали «прибавку» кинетической энергии за счет разгона. На рынке ветроустановки с такой «эффективностью» не имеют ни единого шанса.
Полученные результаты оказались куда скромнее прогнозируемых. Технология, на которую возлагали такие большие надежды, постепенно утратила к себе интерес.

Я считаю, что это было сделано необоснованно, не разобравшись с полным пониманием энергетического баланса системы «ветер — ветроустановка».
Мы провели глубокий анализ конструкций ветроустановок с управлением скоростью воздушного потока и пришли к выводу, что на идее разгона воздушного потока еще рано ставить крест. Система «ветер — ветроустановка» имеет значительно больший энергетический потенциал, который в полной мере не использовался нашими предшественниками.

Все усилия предыдущих исследователей были направлены на снижение сопротивления движения воздушного потока внутри трубы. В этом плане они добились больших успехов.
А вот с точки зрения системы «ветер — ветроустановка» наши предшественники не полностью оценили весь энергетический потенциал ветрового потока. Они задействовали только энергию воздушного потока, попадающего в трубу, не учитывая, что есть еще огромный потенциал воздушного потока, обтекающего ветроустановку по ее внешнему периметру.

В процессе поиска технологических и технических решений для использования энергии внешнего ветрового потока мы изготовили и испытали в аэродинамической трубе более 30 различных конструкций ветроустановок. После 5 лет исследований был получен обнадеживающий результат: рост энергии воздушного потока в узком сечении трубы (там же установлен и генератор ветра) составил 5 и более раз.

Для подтверждения полученных результатов изготовили и провели всесторонние испытания экспериментальной установки в условиях полигона. Они продолжались более года и полностью подтвердили результаты лабораторных испытаний:

В 2 раза снижена стартовая и номинальная скорость ветра.
Это говорит о высокой эффективности работы ветроустановок в районах с низкой среднегодовой скоростью ветра. Низкие среднегодовые скорости ветра характерны, в том числе, и для условий города.
Выработка электроэнергии, в пересчете на единицу площади ротора, выросла в 5, а для малых скоростей ветра — более чем в 10 раз.

Это лучшие результаты, в сравнении со всеми другими конструкциями ветроустановок.
Коэффициент использования установленного оборудования достигает значений 0,6…0,7.
По этому показателю новая ветроустановка сравнима с электростанциями, работающими на ископаемом топливе.

Вибрация при работе ветроустановки полностью отсутствует. Значительно снижены звуковые эффекты.
Устраняются многие ограничения по размещению ветроустановок в черте города.
Отвод земли на 1 КВт установленной мощности самый низкий из всех видов генерации.
Для городских условий это очень важно, из-за ограниченности площадей для размещения ветроустановок.

Ветроустановка башенного типа (TWT), благодаря своей оригинальной конструкции, имеет еще целый ряд преимуществ, позволяющих ей успешно конкурировать с другими видами генерации электрической энергии.

Технология, реализованная в TWT, позволяет создавать конструкции ветрогенераторов мощностью от 100 Вт до 20-40 МВт.
Для условий города разработаны три типа конструкций ветроустановок башенного типа:

Флюгерного типа. Мощность до 20 КВт. Может устанавливаться как на крышах зданий, так и на отдельно стоящей опоре.

Встраиваемые. Устанавливаются внутри здания в его верхней части. Мощность до 1 000 КВт. Определить наличие ветроустановки TWT в таком здании можно только по воздухозаборным проемам в верхней части его наружных стен.

— Отдельно стоящая энергетическая башня. Строится как отдельно стоящий объект — внутригородской источник энергии. Мощность до 20…40 МВт. Сеть энергетических башен позволит создать базовый городской потенциал электрической энергии.

Подробнее о новой установке вы прочитаете во второй части статьи

Плоский концентратор — устройство, которое собирает энергию воздушного потока на большой площади и концентрирует на малой площади, в сечении которого находится ветроколесо. Самый большой недостаток таких концентраторов состоит в том, что после отражения от плоскости концентратора отдельные токи воздушного потока приобретают разнонаправленные векторы скорости.Это приводит к огромным потерям энергии воздушного потока (потери до 60...80 %). Это практически полностью нивелирует все достоинства плоского концентратора

Другие материалы рубрики


  • Вопрос смесевых технологий при производстве бензинов давно уже интересует технологов, экологов, энергетиков, автомобилистов и просто любителей всяческих новшеств и современных технологий. Несмотря на множество позитивных моментов, так же как и на наличие определенных недостатков, однозначности в выводах пока еще не присутствует, что оставляет обширные пространства для размышлений и убеждений, похвалы и критики.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Непредельные углеводороды в небольшом количестве (около 5%) являются практически единственным не содержащимся в природной нефти классом соединений, образующимся в заметных количествах при проведении процесса на кобальтовых катализаторах. Их содержание в нефти не нормируется, а их получение является одной из основных целей нефтехимической переработки природной нефти.
    Таким образом, по всем показателям, определяемым стандартом, СЖУ (синтетические жидкие углеводороды) могут быть отнесены к наиболее ценным сортам нефти. С экономической точки зрения наиболее рациональным использованием СЖУ была бы их раздельная транспортировка с промыслов как более ценного и дорогостоящего продукта, особенно с точки зрения отсутствия серосодержащих соединений и высокой концентрации легких (светлых) фракций.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Еще в 212 году до н. э. древнегреческий ученый Архимед использовал светоотражающие свойства бронзовых боевых щитов для того, чтобы сосредоточить солнечный свет и поджечь вражеские деревянные суда римлян, осаждающих его родной город Сиракузы. Но прошло почти полтора тысячелетия, за время которых люди продолжали греться на солнышке, не задумываясь, какой мощный источник представляет собой это божественное дневное светило. И лишь в 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XVII в. ведущий французский химик Антуан Лоран Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650°С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины. В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8х3,3 м. Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке.

    В 1866 г. французский математик Август Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных коллекторов, ставших прообразами современных, и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут. Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника. В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000°С. Однако только в 1980-е годы были созданы первые крупномасштабные солнечные электрогенераторы.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Солнце — основной источник энергии на планете. В полдень на низких широтах плотность потока энергии солнечного излучения близка к 1 кВт/м²,, в среднем по освещенной части земного шара — 350 Вт/м². Потенциальный ресурс энергии огромен. Ей соответствует мощность 6,7∙1016 Вт. Теоретически КПД преобразования энергии может достигать 93%. Сейчас он составляет 10…30%. КПД определяет технический ресурс, равный произведению КПД на потенциальный ресурс.
    В настоящее время энергия солнечного излучения используется мало из-за относительно низких значений плотности потока энергии (100 — 1000 Вт/м²).
    Разрабатываются проекты создания солнечных энергосистем на геостационарной орбите с мощностью 1…10 ГВт. Передачу энергии на Землю планируется осуществлять при помощи мощных электромагнитных пучков на длине волны около 5…10 см.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Если внимательно присмотреться к рынку многофункциональных преобразователей, то даже не смотря на всемирный спад и уменьшение продаж, многие производители не перестают выступать новые инверторы. Отчасти подобное связано с тем, что компании стараются привлечь внимание покупателей, частично из-за применения последних технологий.
    Несмотря на то, что источник бесперебойного питания купить можно в любом магазине, новинки не так быстро достигают конечного потребителя.



  • ...В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций: система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки); система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы); система управления рысканием  — электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции); система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором «беличья клетка»)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Чтобы получать тепло из снега, дождя и, что реже, града, нужен АТМОТЕРМ. Это устройство относится к стационарным приборам для нагревания текущих сред, использующий при прохождении данного процесса тепловой эффект экзотермической реакции образования гидроксида кальция из СаО, которая проходит при утилизации снежного покрова на месте его образования.
    Область применения устройства – генерация тепловой энергии для обогрева стен жилых и нежилых помещений, используя атмосферные осадки.
    Исследуя решения в данной области, мы не найдем наверняка устройства, объединяющего в себе функции переработки атмосферных осадков и обогревателя, работающего без подвода электроэнергии, при этом являясь таким экономичным, как атмотерм (экономичность смотрите дальше). Решения, предлагаемые другими авторами (смотри ниже) имеют ряд недостатков: потребляемость большого количества электроэнергии, узкая направленность технологий – только утилизация снега или только генерация тепловой энергии, сложность устройства, лежащее в наличии большого количества комплектующих компонентов, таких как ИК-излучатели и другие подобные устройства.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...В 1949 году О. А. Лаврентьев предложил плазменное решение проблемы синтеза легких ядер в виде электростатической ловушки, однако на тот момент плазма оказалась наименее исследованным состоянием вещества и каждый раз преподносила новые «сюрпризы». Как правило, эти неприятные «подарки» представляли различного рода неустойчивости, приводившие к срыву необходимых режимов работы установок. Осуществление в 1951 году неуправляемой термоядерной реакции в земных условиях в ходе испытательного взрыва водородной бомбы стимулировало проведение исследований, связанных с управляемым термоядерным синтезом (УТС), как источником энергии. Систематические исследования проблемы УТС начались примерно одновременно в Англии, СССР и США в обстановке глубочайшей секретности, так как предполагалось, что их результаты могут найти применение в военных целях. Такие исследования, постепенно приближая решение задачи УТС, привели к развитию целого ряда «побочных» плазменных технологий, которые используются сейчас повсеместно.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Многие ученые считают, что единственным масштабным и долговременным решением надвигающейся энергетической проблемы, одновременно удовлетворяющей условиям энергетической эффективности и экологической безопасности, является термоядерный синтез на базе использования лунного изотопа элемента гелия.
    Страна, которая опередит другие в освоении Луны и добычи гелия-3, станет лидером в мировой экономике, считает академик Эрик Галимов.



  • Ситуация с термоядерной энергетикой сегодня довольно любопытна и имеет общие черты с начинавшейся некогда «космической гонкой». Открытие способа, открывающего доступ к неограниченному источнику энергии, казалось бы, уже «витает в воздухе». Уже всерьёз проектируются термоядерные электростанции. Уже почти видна финишная ленточка и вопрос лишь в том, кто успеет раньше. Руководители развитых государств ревностно следят за «успехами» конкурентов в этой области и боятся остаться «не солоно хлебавши». Эти страхи умело эксплуатируют крупные исследовательские центры, работающие по данной проблеме, добиваясь щедрого финансирования. Вот-вот и пресса возвестит об открытии века...