Vėjo jėgainės (vėjo jėgainės) - specialios konstrukcijos įtaisai, kuriuose vėjo energija paverčiama elektros energija. Kiekvieną dieną jie tampa vis populiaresni. Naudojant natūralius, o svarbiausia, atsinaujinančius energijos šaltinius, patogios ir paprastos vėjo jėgainės, vadinamieji vėjo malūnai, yra puiki alternatyva tradicinėms elektrinėms, ypač privačiuose namuose.
Naudojant vėjo energiją
Vėjo malūnai, tiksliau jų veikimo principas, buvo nepelnytai pamiršti praėjusio amžiaus dvidešimtajame dešimtmetyje. Tačiau net tada vėjo energija nebuvo naudojama elektros energijai gauti. Ji varė akmeninius akmenis, buvo naudojama kaip burinių laivų stumtuvas, vėliau paleido siurblius vandeniui siurbti į rezervuarus, tai yra, paversti mechanine energija.
Vėjo energija pradėjo sparčiai vystytis praėjusio amžiaus šeštojo dešimtmečio pabaigoje, XX amžiuje. Tuo metu tradiciniams energijos nešikliams labai trūko, be to, smarkiai išaugo jų kaina, o su jų naudojimu susijusios aplinkos problemos darėsi vis aktualesnės.
Jis skatino naudoti alternatyvius elektros energijos šaltinius, įskaitant vėjo energiją, ir technologinę pažangą. Atsirado naujų ypač tvirtų ir gana lengvų medžiagų, leidžiančių statyti bokštus iki 120 m aukščio ir didžiulius ašmenis.
Daugelyje planetos regionų pučiantys vėjai sugeba pakankamai greitai pasukti jėgainės turbinas, kad galėtų tiekti energiją privatiems namams, mažiems ūkiams ar mokykloms kaimo vietovėse.
Bet bet kurioje medaus statinėje tepalo yra bent viena musė. Vėjas negali būti silpnas, jis ne visada pučia, ypač ta pačia kryptimi ir tuo pačiu greičiu. Technologinė pažanga nestovi vietoje. Jei šiandien vėjo jėgainių parkai už privatų namą, generuojantį šimtus kilovatų elektros, nebėra retenybė, tai rytoj gal dešimtys megavatų taps kasdienybe. Bet kokiu atveju jau yra vėjo jėgainių, kurių galia yra 5 mW ar didesnė.
Vėjo jėgainių privalumai ir trūkumai
Vėjo jėgainės ne tik naudoja nemokamą vėjo energiją ir yra nepriklausomos nuo išorinių elektros energijos šaltinių, bet ir turi keletą reikšmingų pranašumų. Atliekų laikymo ir šalinimo srityje nekyla jokių aplinkos problemų, o energijos gamybos būdas yra vienas ekologiškiausių. Jau nekalbant apie tai, kaip vėjo turbina estetiškai atrodo prieš dangų, galima laikyti, kad jos pranašumas yra ir stacionarus, ir mobilus.
Be to, šiandien jau galima pasirinkti tinkamo modelio ir galios vėjo jėgainių parką arba naudoti įrenginį, kuriame derinami keli energijos šaltiniai - tradiciniai ir alternatyvūs. Tai gali būti dyzelino ar saulės-vėjo jėgainė.
Vėjo jėgainės taip pat turi trūkumų. Pirma, jie yra tokie triukšmingi, kad naktį reikia išjungti didelius įrenginius. Antra, jie dažnai trukdo oro eismui ar radijo bangoms. Trečia, jie turi būti išdėstyti tikrai didžiulėse vietose. Ir yra dar vienas reikšmingas lobinių konstrukcijų trūkumas - jos turi būti išjungtos masinių sezoninių paukščių skrydžių metu.
Vėjo jėgainių tipai
Pagal jėgainės funkcionalumą vėjo jėgaines galima suskirstyti į stacionariąsias ir mobiliąsias, arba mobiliąsias.Galingiems stacionariems įrenginiams reikia atlikti daugybę paruošiamųjų darbų, tačiau jie gali sukaupti pakankamai elektros energijos, reikalingos ramiam orui, įkraunamose baterijose.
Mobiliosios elektrinės yra paprastesnės konstrukcijos, nepretenzingos, lengvai montuojamos ir lengvai valdomos. Paprastai jie naudojami elektros prietaisams maitinti arba keliaujant.
Dizainas išskiria mentės ir rotoriaus vėjo jėgaines.
Vėjo jėgainių įrengimo vietoje yra:
- žemės. Jie įrengiami ant aukšto grunto ir yra labiausiai paplitę šiandien;
- pakrančių. Jie statomi pajūrio jūrų ir vandenynų zonose, kur dėl nelygaus žemės ir vandens kaitinimo nuolat pučia vėjai;
- atviroje jūroje. Jos statomos jūroje 10–15 km atstumu nuo kranto, kur nuolat pučia jūros vėjai;
- plūduriuojantis. Jie taip pat yra maždaug tokiu pat atstumu nuo kranto kaip ir atviroje jūroje, tačiau ant plūduriuojančios platformos.
Pagal elektrinės taikymo sritį vėjo jėgainės yra pramoninės ir buitinės.
Sparnuotas vėjo jėgainių parkas
Su vėjo jėgainių parkais, kurie yra vėjo energijos rinkos lyderiai, susipažinome. Aukštoje svajonėje yra sumontuotas ašmenų mechanizmas su horizontalia sukimosi ašimi, daugiausia trijų ašmenų, o jo galia priklauso nuo ašmenų dydžio. Toks agregatas pasiekia savo maksimalų sukimosi greitį, kai mentės yra statmenos vėjo srautui, todėl jo konstrukcijoje numatytas automatinis sukimosi ašies sukimosi įtaisas stabilizatoriaus sparno pavidalu ant mažų ir elektroninių posūkio valdymo sistemų galingesnėse stotyse.
Vėjo jėgainių parkai daugiausia skiriasi menčių skaičiumi. Jie gali būti kelių ašmenų, dviejų ašmenų, net su vienu ašmeniu ir atsvaru.
Rotaciniai vėjo jėgainiai
Rotacinės arba besisukančios vėjo jėgainės turi vertikalią sukimosi ašį ir nepriklauso nuo vėjo krypties. Tai yra svarbus pranašumas, kai naudojamos paviršiaus srovės, nukreipiančios oro sroves. Šios konstrukcijos vėjo jėgainių parko trūkumas yra kelių polių generatorių, kurie veikia mažu greičiu ir nėra paplitę, naudojimas.
Šie įrenginiai juda lėtai ir dėl to nesukuria daug triukšmo. Be to, jų pranašumas yra elektros grandinių, kurių nepažeidžia atsitiktiniai staigūs vėjo gūsiai, paprastumas.
Ekspertai mano, kad rotaciniai vėjo jėgainiai yra perspektyviausi dėl didelių vėjo jėgainių. Tiesa, norint skatinti tokį įrengimą, jam turi būti naudojama išorinė energija. Tik pasiekęs tam tikras aerodinamines savybes, jis pats pereina į generatoriaus režimą iš variklio režimo.
Kombinuota vėjo ir dyzelino sistema
Vėjo jėgainių trūkumas - netolygus elektros tiekimas - dideliuose tinkluose atsveria daugybę įrengimų.
Šį trūkumą taip pat galite kompensuoti naudodami kombinuotas sistemas, kuriose yra specialūs įtaisai, kurie paskirsto apkrovą tarp vėjo jėgainės (vėjo turbinos) ir dyzelinio variklio. Todėl autonominiai mažos galios nuo 0,5 iki 4 MW galios tinklai, sujungti su dyzeliniu varikliu, gali patikimai ir tolygiai veikti.
Šiuolaikiška įranga, per metus sutaupanti apie 65% skystojo kuro, leidžia prijungti dyzelinį variklį arba prireikus jį išjungti vos per kelias sekundes.
Buitiniai ir pramoniniai vėjo jėgainių parkai
Buitinių vėjo jėgainių galia nuo 250 W iki 15 kW, jos gali veikti kartu su saulės baterijomis, su akumuliatoriumi arba be jo.
Buitinių vėjo jėgainių gaminama elektra yra gana brangi, tačiau dažnai atsitinka taip, kad kitų šaltinių tiesiog nėra.
Vietiniai vėjo jėgainių parkai Rusijoje gaminami su nuolatinės srovės generatoriumi, kuris įkrauna akumuliatorius iki 800 Ah. Iš tokių akumuliatorių namuose gali dirbti visi buitiniai prietaisai: televizorius, elektrinis virdulys ir kt.
Akumuliatorių įkrovimo procesas atjungus krovinį gali būti gana ilgas, atsižvelgiant į vėjo stiprumą ir generatoriaus galią.
Rusijos rinkoje yra ir vidaus vėjo jėgainių parkai, jie yra gana brangūs, tačiau paprastai jie išleidžia mažiau nei pusę vardinės galios.
Pramoniniai vėjo jėgainių parkai išsiskiria žymiai didesne galia ir paprastai yra integruoti į atskirus tinklus.
Privatūs vėjo jėgainių parkai paprastai yra nuo 3 iki 5, rečiau 10 kW. Jei vidutinis metinis vėjo greitis regione siekia 3-4 m / s, tada toks vėjo jėgainių parkas gali tiekti elektrą vidutiniam sodybai, degalinei ar nedidelei kavinei.
Pagrindinės vėjo jėgainių parko savybės
Nominali galia yra pagrindinis rodiklis, apibūdinantis visas elektrines, vėjo jėgainės nėra išimtis. Jis nustatomas pagal generatoriaus sukuriamą galią, kai vidutinis vėjo greitis yra 12 m / s, ir priklauso nuo stoties tipo.
Kitas svarbus rodiklis yra vardinė vėjo jėgainių parko įtampa, kurią generuoja generatorius. Tai gali būti 220 V arba 12 V ir 24 V.
Generatoriaus galia priklauso nuo turbinos galios. Kadangi turbinos galia yra didesnė, kuo didesnis jos skersmuo ir todėl stipresnis stiebas, šis rodiklis yra svarbus renkantis ir apskaičiuojant stiebo konstrukciją.
Vėjo turbina turi dar keletą savybių. Jo veikimas yra svarbus - tai yra elektros energijos kiekis, kurį prietaisas pagamina per metus. Renkantis vėjo turbiną, būtina žinoti maksimalų vėjo greitį, kurį gali atlaikyti turbina, ir jo mažiausią (pradinį) greitį, kuriuo ji pradeda suktis. Renkantis turbinos sukimosi greitį, svarbą vaidina ašmenų skaičius.
Vėjo jėgainių parko veikimo principas ir išdėstymas
Vėjo jėgainių parke oro srautas suka ratą su ašmenimis, iš kurių sukimo momentas perduodamas kitiems mechanizmams. Kuo didesni rato matmenys, tuo didesnis oro srautas jį užfiksuoja ir todėl sukasi greičiau.
Fizikos kalba linijinis vėjo greitis paverčiamas generatoriaus ašies kampiniu sukimosi greičiu, kuris, savo ruožtu, sukimosi judesį paverčia elektros energija, perduodamas jį per valdiklį į baterijas. Prietaisui išeinant, elektra jau tinkama naudoti buityje.
Tai yra, mažą vėjo jėgainių parką sudaro turbina, mentės, uodega (sukamasis mechanizmas), stiebas su prailginimo laidais, akumuliatoriai, įkrovimo valdiklis ir keitiklis, kuris konvertuoja 12 V į 220 V.
Be šių prietaisų, pramoniniame vėjo parke taip pat yra vėjo krypties ir jo greičio stebėjimo sistemos, vėjo generatoriaus būsena ir apsauga nuo žaibo iškrovų. Be to, stiebas neatlaiko didesnio masto apkrovų, jį keičia bokštas, kuriame yra visa papildoma įranga.
Vėjo jėgainių parko dizainas
Pagrindinis rodiklis, leidžiantis apsispręsti dėl vėjo jėgainių parko naudojimo, yra vidutinis metinis vėjo greitis, kuris turėtų būti bent 5 m / s. Tiesa, šiandien jau yra lengvai disperguojami vėjo jėgainių parkai, skirti maitinti privačius namų ūkius, kurie pradeda veikti minimaliu 3,5 m / s oro greičiu.
Šiam rodikliui nustatyti naudojamos specialios vėjo diagramos.
Įvairiose Rusijos klimato zonos buvo nustatyti vėjo greičio matavimai, siekiant nustatyti, ar vėjo jėgainės yra veiksmingos. Vėjo jėgainės ir stotys jau veikia Kaliningrado srityje, Komandoro salose, Murmanske, Sachaje (Jakutijoje) ir Baškirijoje.
Sprendžiant, ar įrengti vėjo jėgainę, ar privatų vėjo jėgainių parką, verta pradėti nuo specialistų, kad atliktų vėjo krypties ir stiprumo tyrimus naudojant anemometrus ir sudarytų žemėlapius, kuriuose nurodoma, kokia yra jos energija.Remiantis šiais duomenimis, apskaičiuojamas ir plėtojamas vėjo jėgainės projektas arba kelių įrenginių projektas, jo techniniai ir geometriniai parametrai.
Be investuotojų neįmanoma pastatyti pakankamo pajėgumo pramoninio vėjo jėgainių parko, o tinkamai atlikti skaičiavimai ir baigtas projektas nulems projekto atsipirkimo laiką ir pritrauks papildomų lėšų.
Privatūs vėjo jėgainių parkai
Remiantis labai neįvertinta statistika, kurioje neatsižvelgiama į atskirtus nuošalius pastatus ir statinius, apie 30% privačių namų ūkių kaimo vietovėse, kur dėl ekonominių priežasčių neįmanoma nutiesti elektros tinklų, nėra elektros energijos. Ne visur yra net skystojo kuro generatoriai. Ir tai yra XXI amžiuje!
Tyrimai parodė, kad įvairaus pajėgumo vėjo jėgaines galima įrengti daugelyje šiaurės ir Tolimosios šiaurės rajonų, Sachalino ir Kamčiatkos, Žemutinės Volgos regione, Sibire, Karelijoje ir Šiaurės Kaukaze.
Montavimo pasirinkimą lemia klientų poreikiai. Jei būtina užtikrinti žemės ūkio technikos veikimą, su šia užduotimi susidurs mažos galios vėjo generatorius. Jei jums reikia elektrifikuoti visą pastatą, įrengti gatvių apšvietimą, aprūpinti namą šildymu, turite atlikti vėjo jėgainės projektą.
Be vidutinio mėnesio vėjo greičio ir jo krypties, būtina apskaičiuoti vidutinį mėnesio elektros energijos suvartojimą ir didžiausią apkrovą. Tokius skaičiavimus, jei pageidaujama, lengva atlikti savarankiškai.
Yra dar vienas rodiklis, turintis įtakos įrangos ir vėjo jėgainių įrengimo kaštams. Tai yra stiebo aukštis. Kuo aukštesnė konstrukcija, tuo didesnis vėjo greitis ir ji brangesnė. Optimalus, pasak ekspertų, stiebo aukštis yra 10 didesnis nei aukščiausias medis ar pastatas 100 m spinduliu.
„Pasidaryk pats“ vėjo jėgainė
Elektros siurblio, televizoriaus, apšvietimo ar kitų mažos galios elektros prietaisų naudojimui vasarnamyje vėjo jėgainių instaliaciją galima atlikti savo rankomis, jei yra tam tikrų žinių apie elektrotechniką.
Čia yra orientaciniai duomenys ir rekomendacijos, kaip pasirinkti vėjo generatoriaus galią, jo ašmenų dydį ir skaičių, ir gana išsamios instrukcijos, kaip iš kokių medžiagų ir komponentų pasigaminti vėjo jėgainę savo rankomis.
Šiandien Europoje auga investicijos į didelių vėjo jėgainių statybą. Masinės konstrukcijos sumažina vieno kilovatų kainą ir priartina jį nuo elektros energijos, gaunamos iš tradicinių šaltinių, kainos.
Vėjo jėgainių parkai yra nuolat tobulinami, tobulinami aerodinaminiai ir elektriniai rodikliai, mažinami nuostoliai.
Ekonomistai namų vėjo elektrinių parkus vertina kaip ekonomiškiausius energetikos projektus. Ateityje jie žada nepriklausomybę nuo neigiamų šios rinkos tendencijų.
