Оборудование 10 февраля 2014

Сила солнца и ветра

Сила солнца и ветра

Е. В.Тышкевич, ГНУ Костромской НИИСХ Патент RU 2494284

Развитие высокоэффективного агропромышленного производства в обозримом будущем невозможно без гелио- и ветроэнергетики. Нет сомнения, что, например, большие и малые ветроэлектростанции могли бы работать на огромных пространствах России высокоэффективно, ведь наша страна обладает мощным ветроэнергетическим потенциалом, оцениваемым в 40 млрд кВт.ч электроэнергии в год.

К величайшим достижениям человека относятся изобретение занавесей и тщательная установка стекол на окна в жилище и рабочем помещении. Без этого комфортное развитие человеческой цивилизации было бы невозможно. Через обычное кухонное окно в светлое время суток непрерывно поступает от 0,3кВт до 1кВт лучистой энергии. Бескорыстная щедрость Эола чуть меньше, 0,2—0,3кВт на один квадратный метр потока воздуха в любое время суток, естественно, ураганы и торнадо не в счет. Если эту энергию грамотно накапливать и сохранять, то ее вполне хватит для освещения кухни, бесперебойной работы двухкамерного холодильника, а также подключения необходимых электроприборов и гаджетов, за исключением агрегатов отопления в зимний период, которыми пользуется обычная семья, состоящая из четырех человек.

Все это богатство сотни лет проносится мимо нас впустую. Люди неустанно возводят циклопические запруды на реках, испытывая на прочность экологическую систему, и не желают принять то, что так настойчиво предлагает природа.

Энергия ветра, наряду с солнечной, относится к числу постоянно возобновляемых источников. Это означает то, что для жителей Земли она неисчерпаема, безотходна и, к тому же, бесплатна. Перемещение масс воздуха возникает вследствие неравномерного нагрева солнечными лучами земной поверхности и нижних слоев атмосферы. Потенциальные ресурсы ветровой энергии составляют миллиарды киловатт. Ветер не нужно добывать и транспортировать к месту потребления, он непременно окажется там, где на его пути установлено ветроколесо.

Ловушка для Эола

Сейчас из множества устройств, преобразующих энергию ветра в механическую работу, наибольшее распространение получили лопастные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения ротора, напоминающие ветряные мельницы. Обладая несомненными преимуществами, высоким КПД, широким диапазоном мощностей и простой конструкцией, они имеют целый набор существенных недостатков: зависимость ориентации оси вращения по отношению к направлению потока воздуха, высокий уровень шумов, повышенную вибрацию и экологическую опасность по отношению к птицам и летающим насекомым. Исходя из этого, лопастные ветрогенераторы приходится располагать подальше от жилых строений и пасек.

Устройства с вертикальным ротором применяются реже, но перспективы их внедрения расширяют возможности ветроприводов, поскольку они имеют низкий уровень шумов и вибраций, устойчиво работают в области переменных ветров и небольших скоростях воздушного потока, а также абсолютно независимы от направления движения ветра. Роторный агрегат можно установить на крыше любого строения, не беспокоясь о состоянии экологической системы.

Конструкция универсального роторного ветродвигателя с вертикальной осью вращения разработана специалистами Костромского НИИСХ.

Он состоит из корпуса, образованного верхним и нижним дисками, скрепленными с внешней стороны вертикальными направляющими пластинами, цилиндра, вала, ротора и аксиальных пластин. На валу посредством цилиндра и аксиальных пластин жестко закреплен пустотелый ротор, внутри которого параллельно оси вращения на одинаковом расстоянии друг от друга под определенным углом размещены лопасти. Аксиальные пластины образуют воздушные каналы одинакового сечения между цилиндром и ротором. Вал установлен внутри корпуса в осевые отверстия верхнего и нижнего дисков. Направляющие пластины расположены тангенциально по отношению к ротору, при этом в зависимости от направления движения ветра они формируют входные или выходные каналы для прохождения воздушного потока. Ротор свободно вращается внутри корпуса, при этом крутящий момент может сниматься с обеих сторон вала.

Роторный ветродвигатель устанавливается на открытой местности, хорошо обдуваемой со всех сторон атмосферным воздухом. Воздух под давлением ветра через входные каналы, образованные направляющими пластинами, подается к пустотелому ротору, обдувая лопасти, попадает в аксиальные воздушные каналы и затем выбрасывается наружу. В процессе прохождения воздуха через ротор он оказывает давление на лопасти, находящиеся под некоторым углом по отношению к направлению движения воздушного потока, в результате чего ротор приобретает вращательное движение. Чем выше давление воздуха, тем больше скорость вращения ротора. Таким образом, кинетическая энергия ветра преобразуется в механическую энергию ветродвигателя.

Ветродвигатель может использоваться в промышленности, в сельском хозяйстве или в быту в качестве привода вентиляционных систем, сушильных установок, водонапорных устройств, различных исполнительных механизмов, а также для получения электроэнергии в ветрогенераторах. Он работает как в горизонтальном, так и в вертикальном положении при любом направлении ветра относительно воздушных каналов. Конструкция сохраняет работоспособность при понижении скорости движения атмосферного воздуха до 0,9—1,2 м/сек. Производительность устройства в климатических условиях среднесуточного скоростного движения воздуха европейской зоны РФ при относительно небольших габаритах совместно с электрогенератором может достигать 0,7—2,2кВт, при этом максимальная установочная мощность роторных ветрогенераторов составляет сотни киловатт. Роторный ветродвигатель обладает высокой надежностью, универсальностью, энергонезависимостью и широким диапазоном использования.

В паре с Гелиосом

Уровень эффективности современных солнечных панелей, конвертирующих лучистую энергию в электричество сегодня достигает 30—35%. Это значит, что каждый квадратный метр крыши незатененного строения, оснащенный солнечными элементами, способен выдавать в реальных условиях 100—200 Вт и более.

Обе силы легко объединяются в гелиоветроэлектростанцию (ГВЭС).

Ветрогенератор и солнечная панель подключаются к входам контроллера, который преобразует переменное или постоянное напряжение возобновляемых источников энергии в электрический сигнал, оптимальный для непрерывной зарядки аккумуляторной батареи. Постоянное напряжение батареи преобразуется с помощью инвертора в переменное стабилизированное напряжение стандартного значения 220/380В-50Гц. В результате, накопленная в батарее аккумуляторов электрическая энергия поступает к потребителю в привычном формате, независимо от того, какое положение в данный момент на небосводе занимает солнце и есть ли ветер.

У солнечной и ветровой энергии есть свои достоинства, такие как доступность, повсеместное распространение, автономность, экологическую безопасность и практически неисчерпаемость ресурсов. Прогнозируемая мощность гелиоветроресурсов ограничена только мощностью установленного оборудования. Эта особенность чрезвычайно важна для труднодоступных районов, удалённых от привычных источников энергоснабжения, а также потребителей энергии, рассредоточенных на обширных пространствах.

Популярные статьи