Вятърна енергия
Вятърът всъщност е форма на слънчева енергия, тъй като вятърът се причинява от действието на слънцето. Слънчевата радиация нагрява повърхността на Земята неравномерно. Пясъкът, водата, камъкът, почвата поглъщат топлинната енергия на слънцето, съхраняват я и я отразяват по различни начини, на различни интервали.
Земята става по-топла през деня и по-студена през нощта. В резултат на това въздухът над земната повърхност се нагрява и охлажда също с различна скорост. Горещият въздух се издига до горните слоеве, като по този начин намалява атмосферното налягане близо до повърхността на Земята, а по-студеният въздух се стреми към тези разредени области. Това движение на въздуха е това, което наричаме вятър.
Когато въздухът се движи, причинявайки вятър, се генерира кинетична енергия. Кинетичната енергия на вятъра, както всяка друга, може да се преобразува в други форми на енергия - по-специално в електрическа или механична. Например, най-ранните вятърни мелници в Персия, Китай и Европа са използвали силата на вятъра за изпомпване на вода или смилане на зърно.
В книгата си "Машините: приложението на природните сили и науката" Маркс описва така наречените "кози мелници", които някога са били широко разпространени в Германия - единствените известни до средата на 16 век. Силни бури биха могли да преобърнат такава мелница заедно с леглото. В средата на 16-ти век един фламандец открива начин, с който това обръщане на мелницата става невъзможно - на мелницата оставя подвижен само покрива, а за да се въртят крилата от вятъра, е достатъчно да се върти само него, докато самата сграда на мелницата е здраво закрепена към земята.
През 16 век в градовете на Европа започват да се строят водни помпени станции с помощта на хидравличен двигател и вятърна мелница. Толедо - 1526 г., Глостър - 1542 г., Лондон - 1582 г.Париж - 1608 г. и др.. В Холандия множество вятърни мелници изпомпват вода от земи, защитени от язовири. В сухите райони на Европа вятърните мелници са били използвани за напояване на полета.
Днешните вятърни генератори използват силата на вятъра, за да генерират чисто, възобновяемо електричество. Вятърната енергия трябва да се счита за важен компонент на всяка дългосрочна енергийна стратегия, тъй като използва естествен и практически неизчерпаем ресурс, без да разчита на изкопаеми горива и без да замърсява въздуха, почвата и водата с отпадъци или емисии.
Области на приложение на вятърни турбини
Обхватът на приложение на вятърните турбини е доста широк. Разбира се, можете да използвате вятърния генератор за чисто декоративни цели. Направиха витло, сложиха го, където ви харесва, дори му закачиха тресчотка - интересно, забавно. По-горе беше казано, че зърното се смила с помощта на вятърни мелници. Сега е малко вероятно да има такава нужда, но това устройство е напълно способно да изпомпва вода. Малка вятърна мелница с лек вятър може да вдигне 30-50 литра вода от кладенец или кладенец за един час.
През последните 100+ години вятърните мелници са били използвани за генериране на електричество. Това е най-добрият вариант за използване на вятърни генератори.
Видове вятърни турбини
Сега, преди да изберете вятърен генератор, нека видим какви са те.
Въртележка - с вертикална ос на въртене.
Крилат - с хоризонтална ос на въртене.
Ротационните вятърни генератори със сигурност имат своите предимства. Те бързо набират тяга с увеличаване на силата на вятъра и след това скоростта на въртене остава почти непроменена. Самата инсталация следи „откъде духа вятърът“, следователно не се нуждае от такъвдопълнителни устройства. Ротационните вятърни турбини са с ниска скорост, което позволява използването на прости електрически вериги за събиране на енергия, по-специално асинхронни генератори.
В същото време ниските обороти ограничават използването на ротационни ветрогенератори, тъй като налага използването на повишаващи скоростни кутии - мултипликатори с много ниска ефективност. Без умножител е проблематично да се работи с такава инсталация; многополюсните нискоскоростни генератори не са много разпространени, във всеки случай те не се продават широко.
Крилатите вятърни генератори имат висока скорост на въртене. Благодарение на това обстоятелство те могат да бъдат директно свързани към генератора, без умножители.
Лопатките на лопатковия вятърен генератор трябва да са разположени вертикално - перпендикулярно на въздушния поток. За да се постигне това, се използва специално устройство - стабилизатор. Крилатите вятърни турбини имат много по-висок процент на използване на вятърната енергия. В същото време скоростта им на въртене е обратно пропорционална на броя на крилата. В резултат на това практически не се използват инсталации с повече от три лопатки.
Скоростта на въртене и лекотата на производство доведоха до широкото използване на лопатковите вятърни турбини.
Избор на вятърен генератор: изчисляване на вятърен генератор
За да изберете агрегата, е необходимо точно да определите преобладаващата посока и средната скорост на ветровете в мястото, където се предполага инсталирането на вятърния генератор. Трябва да се помни, че началната скорост на въртене на лопатките на вятърните турбини е 2 m/s, а скоростта, при която генераторът работи с максимална ефективност, е 9-12 m/s. Още една забележка. Мощността на вятърния генератор зависи само от скоростта на вятъра и диаметъра на витлото.
В специализираната литература има многоформули за изчисляване на мощността на вятърни турбини. Ето два от най-простите. И двете дават приблизително еднакъв резултат.
P \u003d D2V3 / 7000, kW, където
D - диаметър на витлото в метри,
V е скоростта на вятъра в msec.
P е мощността във W
S е площта (M2), върху която вятърът духа перпендикулярно.
V е скоростта на вятъра в метри в секунда (на куб във формулата).
Оказва се, че при известна средна скорост на вятъра изборът е в диаметъра на инсталационното витло. Е, нека сравним изчисленията с необходимата мощност. Ако ни устройва, слава Богу, ако не, тогава или трябва да търсим друг източник на енергия, или да построим няколко вятърни мелници.