Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки ветряных электростанций. Рассматриваем ветровые электростанции для дома

04.09.2019

– устройства специальной конструкции, в которых энергия ветра преобразуется в электрическую. С каждым днем они становятся популярнее. Использующие природные, а главное, возобновляемые источники энергии, удобные и простые ветроэлектростанции, так называемые ветряки, являются прекрасной альтернативой традиционным электростанциям, особенно в частных домах.

Использование энергии ветра

Ветряные мельницы, а точнее принцип их действия, были незаслуженно забыты в двадцатых годах прошлого века. Впрочем, силу ветра не использовали и тогда для получения электрической энергии. Она приводила в действие жернова мельниц, использовалась в качестве движителя для парусных судов, позднее запускала насосы для закачки воды в резервуары, то есть превращалась в механическую энергию.

Ветроэнергетика начала стремительно развиваться в конце шестидесятых годов прошлого, XX столетия. В это время стало катастрофически не хватать традиционных энергоносителей, кроме того, они резко поднялись в цене, все острее становились экологические проблемы, связанные с их использованием.

Способствовал использованию альтернативных источников электроэнергии, в том числе силы ветра, и технический прогресс. Появились новые высокопрочные и достаточно легкие материалы, позволяющие возводить башни до 120 м высотой и огромные лопасти.

Ветра, дующие во многих регионах планеты, в состоянии вращать турбины электростанции с достаточной скоростью, чтобы обеспечивать энергией частные дома, небольшие фермы или школы в сельской местности.

Но в любой бочке меда найдется хотя бы одна ложка дегтя. Ветер невозможно подчинить, он не дует всегда, тем более в одном направлении и с одинаковой скоростью. Технический прогресс не стоит на месте. Если сегодня ветряные электростанции для частного дома, вырабатывающие сотни киловатт электроэнергии, уже не являются большой редкостью, то завтра, может быть, повседневностью станут и станции мощностью в десятки мегаватт. Во всяком случае, уже есть ветроэлектростанции, мощность которых составляет 5 мВт и больше.

Преимущества и недостатки ветроэлектростанций

Ветряные электростанции обладают кроме использования бесплатной энергии ветра и независимости от внешних источников электроэнергии еще несколькими весомыми преимуществами. Не существует экологической проблемы хранения и утилизации отходов, да и сам способ получения энергии один из самых экологичных. Не говоря уже о том, как эстетично выглядит ветряк на фоне неба, достоинством его можно считать, что установка может быть как стационарной, так и передвижной.

Кроме того, сегодня уже можно подобрать ВЭС подходящей модели и мощности или использовать установку, сочетающую использование нескольких источников энергии, традиционных и альтернативных. Это может быть дизель- или солнечно-ветряная электростанция.

ВЭС имеют и недостатки. Во-первых, они шумные настолько, что крупные установки в ночное время приходится отключать. Во-вторых, создают зачастую помехи для воздушных сообщений или радиоволн. В-третьих, их нужно размещать на поистине огромных площадях. И есть еще один существенный недостаток лопастных конструкций – их нужно отключать во время массовых сезонных перелетов птиц.

Типы ветроэлектростанций

По функциональности электростанции ветряные можно разделить на стационарные и передвижные, или мобильные. Мощные стационарные установки требуют проведения целого комплекса подготовительных работ, но они в аккумуляторных батареях способны накапливать достаточное для использования в безветренную погоду количество электроэнергии.

Передвижные электростанции проще по конструкции, неприхотливы, их легко устанавливать и просто эксплуатировать. Обычно они используются для питания электроприборов или в путешествиях.

По конструкции различают крыльчатые и роторные ветроэлектростанции.

По месту установки ВЭС бывают:

наземные. Они устанавливаются на возвышенностях и наиболее распространены на сегодняшний день;
прибрежные. Строятся в прибрежной зоне морей и океанов, где из-за неравномерного нагревания суши и воды постоянно дуют ветры;
оффшорные. Строятся в море на расстоянии 10-15 км от берега, где постоянно дуют морские ветры;
плавающие. Они тоже располагаются примерно на таком же расстоянии от берега, как и оффшорные, но на плавающей платформе.

По сферам применения электростанции ветряные бывают промышленные и бытовые.

Крыльчатые ВЭС

Уже привычными стали крыльчатые ВЭС, которые лидируют на рынке ветроэнергетики. На высокой мечте устанавливается лопастной механизм с горизонтальной осью вращения, преимущественно трехлопастной, и его мощность зависит от размаха лопастей. Максимальной скорости вращения такой агрегат достигает, когда лопасти перпендикулярны ветровому потоку, поэтому в его конструкции предусмотрено устройство автоматического поворота оси вращения в виде крыла стабилизатора на малых и электронной системы управления рысканием на более мощных станциях.

Различаются между собой крыльчатые ветроэлектростанции в основном количеством лопастей. Они могут быть многолопастными, двухлопастными, даже с одной лопастью и противовесом.

Роторные ВЭС

Роторные, или карусельные, электростанции ветряные имеют вертикальную ось вращения и не зависят от направления ветра. Это важное преимущество, если используются приземные рыскающие воздушные потоки. Минусом ВЭС такой конструкции является использование многополюсных генераторов, которые работают на малых оборотах и не имеют широкого распространения.

Эти установки тихоходны и, как следствие, не создают большого шума. Кроме того, их достоинством является простота электрических схем, которые не нарушаются при случайных резких порывах ветра.

Специалисты считают, что роторные ВЭС наиболее перспективны для большой ветроэнергетики. Правда, чтобы раскрутить такую установку, к ней нужно приложить внешнюю энергию. Только когда она достигнет определенных аэродинамических показателей, сама переходит в режим генератора из режима двигателя.

Комбинированная система «ветро-дизель»

Недостаток ветроагрегатов - неравномерная подача электроэнергии – в крупных сетях компенсируется большим количеством установок.

Также компенсировать этот недостаток можно, используя комбинированные системы, в которых есть специальные устройства, распределяющие нагрузки между ветроэнергетической установкой (ВЭУ) и дизелем. Поэтому автономные сети небольшой мощности от 0,5 до 4 МВт в паре с дизелем могут надежно и равномерно функционировать.

Современное оборудование, с помощью которого экономится около 65 % жидкого топлива в год, позволяет всего за несколько секунд при необходимости подключить дизель или отключить его.

Бытовые и промышленные ВЭС

Бытовые ветроэнергетические установки имеют мощность от 250 Вт до 15 кВт, могут работать в комплексе с солнечными батареями, с аккумулятором или без него.

Электроэнергия, вырабатываемая бытовыми ВЭС, достаточно дорогая, но часто бывает, что других ее источников просто нет.

Бытовые ветряные электростанции в России производятся с генератором постоянного тока, который заряжает аккумуляторные батареи емкостью до 800 А/ч. От таких батарей в доме могут работать все бытовые приборы: телевизор, электрочайник и др.

Процесс зарядки батарей после отключения нагрузки может быть достаточно долгим, в зависимости от силы ветра и мощности генератора.

Зарубежные бытовые ВЭС на российском рынке тоже есть, они достаточно дороги, но выдают, как правило, меньше половины номинальной мощности.

Промышленные ВЭС отличаются значительно большей мощностью и объединяются, как правило, в единые сети.

Частные ветряные электростанции в основном имеют мощность от 3 до 5, реже 10 кВт. Если среднегодовая скорость ветра в регионе достигает 3-4 м/с, то такая ВЭС может обеспечить электроэнергией средний загородный дом, СТО или небольшое кафе.

Основные характеристики ВЭС

Номинальная мощность является основным показателем, который характеризует все электростанции, ветряные не исключение. Она определяется мощностью, которую вырабатывает генератор при средней скорости ветра 12 м/с, и зависит от типа станции.

Следующим важным показателем является номинальное напряжение ВЭС, которое вырабатывает генератор. Это может быть как 220 В, так и 12 В, и 24 В.

От мощности турбины зависит электрическая мощность генератора. Поскольку мощность турбины тем выше, чем больше ее диаметр и, следовательно, прочней мачта, то этот показатель важен при выборе и расчете конструкции мачты.

Ветроустановка имеет еще несколько характеристик. Важна ее производительность – это количество электроэнергии, которое устройство вырабатывает в год. Необходимо при выборе ВЭУ знать максимальную скорость ветра, которую выдерживает турбина, и его минимальную (пусковую) скорость, при которой она начинает вращаться. Играют роль при выборе и частота вращения турбины, и количество лопастей.

Принцип работы и устройство ВЭС

На ветряной электростанции поток воздуха вращает колесо с лопастями, с которого крутящий момент передается на другие механизмы. Чем больше размеры колеса, тем больший поток воздуха оно захватывает и, следовательно, быстрее вращается.

Если говорить языком физики, линейная скорость ветра преобразовывается в угловую скорость вращения оси генератора, который, в свою очередь, преобразовывает вращательное движение в электрическую энергию, передавая ее через контроллер на аккумуляторы. На выходе из устройства электроэнергия уже пригодна к бытовому использованию.

То есть, малая электростанция ветровая состоит из турбины, лопастей, хвоста (поворотного механизма), мачты с тросами-растяжками, аккумуляторов, контроллера их заряда и инвертора, который преобразовывает напряжение 12 В в 220 В.

Кроме этих устройств промышленная ВЭС содержит еще системы слежения за направлением ветра и его скоростью, состоянием ветрогенератора и защиты от грозовых разрядов. Кроме того, с нагрузками большего масштаба мачта не справляется, и ее заменяют башней, в которой располагается все дополнительное оборудование.

Проектирование ВЭС

Главный показатель, который позволяет принять решение об использовании ветроэлектростанции, - это среднегодовая скорость ветра, которая должна быть не меньше 5 м/с. Правда, сегодня уже существуют легкоразгоняемые ВЭС, предназначенные для электроснабжения частных домовладений, которые начинают работу с минимальной скорости воздушного потока в 3,5 м/с.

Для определения этого показателя используются специальные карты ветров.

В различных климатических зонах России были проведены измерения скорости ветра, чтобы определить, насколько эффективны там ветровые электростанции. Ветряные установки и станции уже действуют в Калининградской области, на Командорских островах, в Мурманске, Республике Саха (Якутии), в Башкортостане.

Принимая решение об установке ветроэнергетической установки или частной ВЭС, стоит для начала обратиться к специалистам, чтобы провести исследования направления и силы ветра с помощью анемометров и построить карты доступности его энергии. По этим данным рассчитывается и разрабатывается проект ВЭУ или станции из нескольких установок, ее технические и геометрические параметры.

Промышленную ВЭС достаточно большой мощности без инвесторов не построить, а грамотно выполненные расчеты и составленный проект позволят определить срок окупаемости проекта и привлечь дополнительные финансы.

Частные ветряные электростанции

По существенно заниженным данным статистики, не учитывающим отдельно стоящие удаленные здания и сооружения, около 30 % частных хозяйств в сельской местности, куда прокладка электрических сетей невозможна по экономическим причинам, не имеют электроснабжения. Не везде даже стоят генераторы на жидком топливе. И это в XXI веке!

Исследования показали, что ветроэнергетические станции различной мощности можно устанавливать во многих районах севера и Крайнего Севера, на Сахалине и Камчатке, в Нижнем Поволжье, Сибири, Карелии и на Северном Кавказе.

На выбор установки влияют потребности заказчика. Если нужно обеспечить работу сельхозтехники, с такой задачей справится маломощный ветрогенератор. Если же нужно электрифицировать целое здание, наладить уличное освещение, обеспечить отопление дома, нужно выполнять проект ветряной электростанции.

Кроме среднемесячной скорости ветра и его направления нужно рассчитать среднемесячное потребление и пиковую нагрузку электроэнергии. Такие расчеты при желании несложно выполнить самостоятельно.

Существует еще один показатель, который влияет на стоимость оборудования и монтажа ВЭУ. Это высота мачты. Чем сооружение выше, тем больше скорость ветра и тем дороже оно обходится. Оптимальной, по утверждению специалистов, является высота мачты на 10 большая, чем самое высокое дерево или здание в радиусе 100 м.

Ветряная электростанция своими руками

Для работы электронасоса, телевизора, освещения или других маломощных электроприборов на дачном участке ветроэнергетическую установку можно сделать собственноручно, если есть некоторые познания в электротехнике.

Сегодня в Европе растут капиталовложения в строительство больших ветроэлектростанций. Массовое строительство снижает себестоимость одного киловатта и приближает ее к цене электроэнергии, полученной из традиционных источников.

Конструкция ветроэлектростанций постоянно совершенствуется, улучшаются аэродинамические и электрические показатели, снижаются потери.

Ветряные электростанции для дома, по оценкам экономистов, становятся самыми эффективными в плане окупаемости проектами в области энергетики. В дальнейшем они обещают независимость от негативных тенденций на этом рынке.

В поисках альтернативных источников энергии человечество шагнуло далеко вперед. Например, все чаще используется сила солнца, создаются ветряные электростанции. Наверное, именно ветер может рассматриваться как оптимальный способ получения электрической энергии - эффективный, и при этом достаточно экономичный.

Ветер, ветер, ты могуч

Ветряная электростанция - это группа специальных генераторов, которые объединены в систему и используют для создания энергии силу ветра. Особенность таких генераторов в их безопасности для окружающей среды. Сегодня больше всего ветряных станций построено в Германии, Дании, при этом в таких странах не только ниже затраты на энергию, они еще экспортируют установки и технологии в другие государства. Работают ветряные электростанции по следующему принципу: под воздействием ветра вращаются лопасти конструкции, а благодаря редуктору приводится в действие электрогенератор. Энергия, которая в результате получается, транспортируется по кабелю.

Как правило, мачты в установках имеют достаточную высоту, а потому используют силу природы по максимуму. При составлении проекта подобной конструкции сначала тщательно исследуется местность, изучаются и его направление при помощи ряда приборов. Уже на основе данных решается, окупится ли установленная ветряная электростанция.

Главное - правильный выбор

Сегодня покупателям предлагаются разнообразные ветряные электростанции для дома.Выбирать их следует в зависимости от того, каковы потребности заказчика. Например, если нужно обеспечить работу техники в сельском хозяйстве, то мощности нужны небольшие. А вот для решения более серьезных задач, например, электрификации зданий и сооружений или монтажа отопительной системы в доме нужны более мощные ветрогенераторы. Заниматься подготовкой местности и непосредственно работами по установке обязательно должны только специалисты.

Прежде чем купить ветрогенератор, нужно учесть ряд нюансов, включая нагрузку в пиковые моменты, средние показатели потребления энергии, скорость ветра. Также стоит помнить, что чем выше мачта, тем сильнее и мощнее ветер будет крутить лопасти турбины. Правда, монтаж таких конструкций дороговат. Оптимальное расположение - на 10 метров выше здания или дерева, находящегося в радиусе примерно 100 метров.

Плюсы

Ветряные электростанции сегодня довольно востребованы, что связано с рядом причин.

Во-первых, это более выгодно, если сравнивать с другими источниками энергии.
Во-вторых, запасы силы ветра неисчерпаемы.
В-третьих, такие мельницы имеют простое устройство, поэтому их монтаж производится довольно быстро. Главное - провести исследования объекта, на котором они будут располагаться.
В-четвертых, производство электроэнергии таким способом намного дешевле, да и позволяет экономить богатства недр.
В-пятых, ветряные мельницы обеспечивают электроэнергией стабильно и надежно.
В-шестых, такие устройства абсолютно безопасны для окружающей среды, что тоже очень важно.

Минусы

С другой стороны, как и любой другой источник энергии, ветряные электростанции (фото показывают, насколько просты их конструкции) имеют и минусы.

Во-первых, ветер не постоянен, то есть дует он по-разному - то сильно, то слабо. Соответственно, не везде возможно их устанавливать.
Во-вторых, ветряные конструкции работают довольно шумно, значит, располагать их нужно вдали от жилых объектов.
В-третьих, такие мельницы могут стать помехой для радио- и телеприборов. Правда, в той же Европе с этим недостатком смирились, и сегодня здесь уже действуют больше 26 000 ветряных электростанций.
Еще один минус - подобные установки могут навредить летящим птицам, поэтому возводить их нужно там, где нет мест их миграции и гнездования.

Что купить?

Современные ветряные электростанции для дома представлены в широком ассортименте. Они отличаются производительностью и рассчитаны на разную силу и скорость ветра. Например, установки мощностью в 400-6400 Вт вполне достаточно для обеспечения энергией небольших хозяйств, магазинов, ресторанов, которые находятся в удалении от основных источников энергии. Если нужно обеспечить электричеством несколько домов или небольшой поселок, то нужны станции большей мощности, в среднем 18000-26 500 Вт. Такие же установки целесообразно монтировать рядом с большими производствами и коммерческими объектами. На самые простые ветряные электростанции для дома цена начинается от 700 000 рублей, более дорогие установки стоят около трех миллионов рублей.

Альтернативные виды

Как мы уже сказали, ветряная мельница - достаточно шумная установка, однако сейчас предлагаются генераторы, которые работают не так мощно. Например, бесшумный ветрогенератор - это идеальное решение для небольших и средних по размерам объектов, ферм, магазинов, если они располагаются в удаленных районах. Сегодня большой популярностью пользуются вертикальные установки ввиду своей эффективности и простоты монтажа. Преимущества такой системы следующие:

тихая работа без вибраций;
устойчивость к сильному ветру;
защита корпуса алюминиевым покрытием от молнии;
не имеет значения направление ветра.

Бесшумные домашние ветряные электростанции просты в уходе, монтаже, поскольку здесь нет мелких деталей. Немаловажно, что и вред птицам нанесен не будет, поскольку дизайн установок таков, что ландшафт не будет нарушен. Еще один интересный вариант - парусный генератор. Конечно, он не отличается привлекательным дизайном, зато может выработать энергию даже при слабом ветре. Подобные ветряные электростанции хороши тем, что благодаря парусу они быстро подстраиваются под движение сил природы, значит, и выработка энергии происходит стабильно. Конструкции абсолютно экологичны, имеют низкую стоимость, работают без шума и вибраций, а это говорит о том, что у них есть будущее.

Каковы перспективы?

В целом, экологическая ситуация в мире такова, что природные ресурсы постепенно истощаются, и в скором времени такое решение, как ветряные мельницы, станет самой настоящей реальностью во всем мире. Не случайно жители многих стран постепенно приходят к тому, чтобы установить подобные конструкции и на своем участке. В России, по мнению специалистов, достаточно потенциальных возможностей для того, чтобы активно развивалась ветроэнергетика. Правда, пока этот процесс идет медленными темпами ввиду отсутствия достаточного финансирования. В случае если ситуация изменится, а государство будет уделять достаточно внимания этому способу получения энергии, в скором времени и наша страна перейдет на альтернативные решения. На сегодняшний день ветряные электростанции в России представлены в республиках Калмыкия и Башкортостан, Чувашия, Коми, в Калининградской, Саратовской, Оренбургской, Ростовской, Мурманской, Астраханской областях, а также в Чукотском автономном округе. Однако специалисты утверждают: в скором времени география расположения ветряков станет значительно шире.

Как сделать ветряную электростанцию?

Стремление сэкономить на тратах на энергию и привнести что-то новое приводит к тому, что народные умельцы начинают делать ветряки своими руками. В самом простом виде он представляет собой две половинки цилиндра, которые раздвинуты в сторону от центральной оси. Если увеличить количество лопастей в конструкции до четырех, то мощность и тяговые характеристики прибора станут намного выше. Ветряная электростанция своими руками делается при помощи нижеописанных материалов и составляющих.

Для создания барабана нам потребуются фанера и кровельное железо (или листовой пластик подходящего размера). Ротор должен быть легким, поэтому не стоит брать слишком толстые материалы.
Для «щек» барабана нам потребуются древесина и пластмасса (или легкий металл), при этом места стыков следует обработать масляной краской.
Для изготовления крестовин понадобятся стальные полосы или древесина.
Ось сделаем из стальной трубы, диаметр которой составляет 30 мм, а длина - 2 м.
Для оси нам также нужны шарикоподшипники одинакового размера.

Этапы монтажа

Итак, самодельная ветряная электростанция делается так. Сначала привариваем крестовины ротора к оси (если используется дерево, то его нужно приклеить или монтировать при помощи штифтов). Лопасти соединяются посредством болтов, при этом важно, чтобы до оси от них было одинаковое расстояние. После сборки барабана места стыков нужно обработать при помощи густой масляной краски. Теперь создаем станину: для этого нам нужны металлические или на которые затем мы монтируем шарикоподшипники. Перекосов следует избегать, поскольку ротор будет медленно вращаться. Теперь мы ветряную станцию опять покрываем краской, а на нижнем конце оси крепим шкивы разного диаметра. Перекидываем ремень через шкив и подсоединяем его к генератору тока, например, автомобильному. Подобная ветроэнергетическая установка рассчитана на скорость ветра примерно 9-10 м/с при выработке мощности в 800 Вт.

Ветряная мельница для дома

Чтобы обеспечить бытовые потребности в электрической энергии максимально полноценно, мощность ветряной мельницы для средней семьи из четырех человек должна составлять не меньше 10 кВт. В таких ситуациях целесообразно установить целую систему, в состав которой входят несколько ветряков, вырабатывающих небольшую мощность. Энергия в них аккумулируется на общей батарее, при этом, если необходимо, можно установить еще дополнительные генераторы, а также увеличить количество и емкость батарей.

Чтобы энергоснабжение объекта было стабильным и не зависело от внешних причин, специалисты рекомендуют создать автономный энергетический комплекс. Он будет включать в себя ветряную электростанцию, а также резервные источники энергоснабжения в виде дизельного и бензинового генераторов, а также солнечных батарей. Если сила ветра будет достаточной, а энергия будет вырабатываться в нужном количестве, то дизельную установку можно и отключить. Если вдруг силы, которая будет производиться ветряной мельницей, не будет хватать, то автоматически запустится резервный источник электроснабжения.

Как достичь эффективности?

Чтобы установленная ветряная станция была монтирована правильно и приносила желаемые плоды, нужно соблюсти несколько условий.

Ветер в местности должен быть стабильным практически в течение всего года.
На объекте должно быть достаточно места, чтобы установить ветряк.
Узнать, разрешают ли местные власти подобные установки.

Кроме того, целесообразно использовать подобные системы, если вы тратите на электроэнергию слишком много средств, а возможности подключиться к питающей сети просто нет. Еще нужно готовиться к тому, что придется потратить на ветряную установку немало средств. Зато вы получите экологически чистую неисчерпаемую энергию.

Установка ветряной электростанции на даче или в частном доме помогает решить множество проблем, связанных с электроснабжением. Данный агрегат способен перерабатывать и накапливать энергию ветра, используя ее во благо человека. Процесс изготовления ветряной электростанции достаточно простой - он требует минимального количества материалов и прежде всего желания достичь заданной цели. О том как сделать ветряную электростанцию для дома рассмотрим далее.

Ветряные электростанции для частного дома: особенности и характеристика

Ветряные электростанции предназначены для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. В соотношении с внешним видом и конструктивными особенностями ветряные электростанции для дома бывают расположенными:

горизонтально;
вертикально.

Первый вариант менее зависим от ветра, но отличается меньшей популярностью, нежели второй. Так как он способен работать лишь при сильном ветре, а для его запуска требуется наличие внешнего источника. Вертикальные ветряные электростанции способны функционировать более качественно и отличаются высоким КПД. Для их работы достаточно силы ветра в 2-4 м/с.

Среди основных компонентов ветровых электростанций следует отметить:

мачту, которая бывает простой, телескопической или монолитной;
редуктор - часть электростанции, на которой располагаются лопасти;
контейнер - подвижная часть ветроэлектростанции, которая двигается в соотношении с ветром;
генератор - прибор, который преобразует энергию.

Выбор конструкции и мощности ветряка напрямую зависит от особенностей его эксплуатации.

Более простыми являются приборы, мощностью до 300 Вт. Такие агрегаты способны легко поместиться даже в автомобиль. Для их установки достаточно одного человека, а мощность, которую они вырабатывают, достаточно для зарядки телефона, обеспечения освещения или работы телевизора. Данный вариант отлично подходит для семейного отдыха на даче, в лесу или на море.

С помощью 2, 5, 10 кВт ветровых электростанций осуществляется обеспечение целого дома электроэнергией. Если существует излишняя энергия, то она помещается в аккумуляторах, которые ее расходуют при слабом ветре или при его отсутствии.

Более мощные варианты ветровых электростанций, мощность которых составляет более двадцати киловатт, способны снабдить электроэнергией несколько домов, коттеджей или даже частное предприятие.

Ветряные электростанции фото:

Главным преимуществом ветровой электростанции является экологичность, ведь ее работа никак не влияет на окружающую среду. При этом, энергию получить достаточно легко, главное условие - наличие стабильного ветра.

Среди недостатков ветровых электростанций отмечают их зависимость от ветра. Для работы ветряка ветер должен иметь скорость минимум два метра в секунду. Для достижения номинальной мощности потребуется сила ветра в 10 м/с.

Чтобы накапливать электричество и использовать его во время отсутствия ветра используют аккумуляторы. Срок их службы составляет около 10 лет. Кроме того, использование мощных ветровых электростанций отличается высокой шумопроизводительностью, что снижает комфорт проживания вблизи данного агрегата.

Ветровая электростанция способна препятствовать нормальной работе телевизора, радио и других подобных приборов.

Самыми главными составляющими любой ветроэлектростанции выступает генератор, устройство выпрямительного назначения, аккумулятор-батарея, инвертор, то есть преобразователь напряжения. Для осуществления общего контроля за работой устройства рекомендуется использование микропроцессорного контролера или простых логических схем.

Если планируется покупать ветровую электростанцию, то наиболее оптимальными вариантами станут устройства, имеющие низкий уровень начальной скорости ротора, скорости заряда батареи и выхода на рабочий процесс. Так как от широты восприятия рабочего диапазона ветра зависит количество энергии, которую воспроизводит установка.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

Среди преимущества использования ветровых электростанций отмечают:

1. Длительность применения ветровой энергии еще в древнеримские времена.

2. Экологичность и безвредность для окружающей среды.

3. Дешевизна получения качественной электроэнергии.

4. С помощью использования энергии ветра снижается расход электричества, вырабатываемого на ТЭС, поэтому выбросы парникового газа значительно снижаются.

5. Доступность, так как ветер присутствует в любом уголке всей планеты.

6. Размер ветряной турбины небольшой, поэтому для их установки не потребуется много места.

7. Особо востребованные ветровые установки в местах, которые отдалены от центрального электроснабжения, таких как леса, поля, моря или океаны.

8. Использование ветровой электростанции позволяет существенно снизить материальные расходы на оплату электроснабжения.

Несмотря на большое количество преимуществ, использование частных ветряных электростанций отличается такими недостатками:

1. Ветер отличается переменчивостью в разное время года в разных регионах поэтому кроме ветряной электростанции следует устанавливать накопительные устройства для электроэнергии, а их покупка - процесс весьма дорогостоящий. Кроме того, они требуют периодической замены.

2. Некоторым людям не нравится внешний вид ветряных электростанций и высокий уровень шума, который они производят.

3. Перед постройкой ветряной электростанции следует провести ряд исследований, направленных на определение силы и интенсивности ветра на определенной местности.

4. Цена на покупку ветровых электростанций довольно высокая, хотя и затраты со временем окупаются, первоначальный вклад довольно высокий.

5. Лопасти, которые находятся на ветряке приносят вред определенным насекомым и птицам, обитающих вблизи электростанции.

Сфера использования и виды ветряных электростанций для дома

Если мощность ветряной электростанции не превышает одного киловатта, то для изготовления ее корпуса требуется алюминиевый сплав. Поэтому, такие устройства характеризуются высокой тепловой отдачей и небольшим весом.

Чем ниже расчетная скорость ветра, тем выше уровень электроэнергии, которую преобразует ветряк. Тихоходный ветрогенератор позволяет не использовать редуктор, а, значит, шум, воспроизводимый ветряком уменьшается, а количество энергии - увеличивается.

Еще одним важным параметром ветряной электростанции выступает показатель энергоэффективности. Она зависит от размера, конструкции и уровня наклона лопастей. Если лопасти изготавливаются серийно, то их себестоимость снижается, а надежность находится на высоком уровне.

Минимальная мощность ветровой электростанции, применяемой в частном доме, составляет полкиловата. Если мощность ветряка будет меньше, этой энергии не хватит для полноценного функционирования здания.

Применение малых ветряков актуально в походе, на отдыхе или на яхте. Если рассматривать высокую шумопроизводительность ветряков и их вред для насекомых, то к установкам домашнего использования данные недостатки не относятся, так как данные только большие промышленные установки создают инфранизкочастотное колебание, вредное для вблизи обитающих животных.

Солнечно ветряная электростанция - общие сведения

Данный тип электростанций отличается более высокой выгодой, так как является комбинацией солнечных батарей с ветряком. Если на улице отсутствует солнце или ночью, работает ветряк. В другое время энергоснабжением занимаются солнечные батареи.

Таким образом, удается получить полную энергетическую независимость от центрального электроснабжения. Данные электростанции используют в регионах, с достаточно высокой интенсивностью солнечного и ветрового излучения.

В состав солнечно ветровой электростанции входит наличие:

ветрового генератора;
башни;
солнечных панелей;
солнечного контролера;
инвертора;
аккумуляторов гелиевого типа;
температурного батарейного датчика;
разного рода кабелей и соединителей.

Самодельная ветряная электростанция - особенности изготовления

Процесс сооружения ветряной электростанции следует начинать с крыльчатки, так как именно данный элемент отвечает за улавливание энергии ветра. Для изготовления лопастей следует приобрести фанеру или металлический лист. Кроме того, возможен вариант применения материалов, таких как дюралюминий или пластик.

Основные требования к лопастям:

легкость;
строгая симметричность;
отсутствие толчков во время вращения.

Учтите, что от количества лопастей не зависит конечный результат работы. То, если некоторые ветроустановки с тремя лопастями способны переработать такое же количество энергии, как и устройства, имеющие пять лопастей.

Самым оптимальным вариантом является сооружение ветряка с четырьмя лопастями. Обеспечить жесткость конструкции поможет шестимиллиметровая проволока, которой обрабатывают торцевые участки каждой лопасти. Данная процедура актуальна для изделий, изготовленных из металла. Если де лопасти у ветряка деревянные, то ее торцы пропитываются с помощью горячей олифы.

Для сооружения четырех крестовин, на которых фиксируются лопасти, следует использовать металлические полоски, размером 5х6 см. Срок их службы будет значительно дольше, чем у деталей изготовленных из дерева.

Вертикальной опорой для электростанции послужит стальная труба, минимальный диаметр которой составляет 30 см, а длина - 200 см. На нижнюю часть трубы крепятся два разных по диаметру шкива, таким образом, с помощью ремня, вращение передается к генератору.

Кроме того, следует обязательно позаботиться об укрытии всех элементов в коробке, выполненной из дерева или металла.

С помощью варочного аппарата, металлическая крестовина ротора приваривается к оси. Не забудьте тщательно измерить интервал между лопастями и осью. Когда роторная часть ветряка собрана, ее следует покрыть с помощью масляной краски.

Станина - довольно важный элемент ветряной электростанции, так как именно на нее крепится установка. Поэтому станина должна быть мощной и обеспечивающей прочность крепления.

Для фиксации четырех точек соприкосновения с поверхностью следует провести их заливку с помощью бетонного раствора.

Если сила ветра не будет превышать 10 м/с, то мощность ветряка составит около 1 кВт. Учтите, что ветрогенератор должен быть снабжен с помощью аккумулятора, в котором будет храниться энергия, используемая в безветренную погоду.

Ветряная электростанция должна располагаться на открытой местности, вдали от деревьев, предпочтительно на возвышенности.

Ветряная электростанция своими руками: выбор генератора

От типа генератора, используемого для переработки энергии, зависит КПД ветровой установки. Довольно высокой популярностью отличаются устройства асинхронного типа. Принцип их работы состоит в несовпадении момента вращения ротора с вращением статорного магнитного поля. Ветер обеспечивает вращение ротора генераторной установки, когда вышеприведенные поля между собой не совпадают, происходит образование дополнительной электрической энергии. Поэтому, КПД ветряка увеличивается.

Затраты на покупку данного генератора вполне себя окупают его высокой производительностью. В сравнении с обычными генераторами, устройства асинхронного типа отличаются более низким весом, более высокой мощностью и доступной стоимостью.

Они не нуждаются в дополнительном источнике питания, так как у них нету электрических щеток, которые требуют периодической замены в процессе работы обычного генератора.

Принцип работы асинхронных двигателей состоит в следующем. В процессе движения ротора с помощью ветра, статор находится под воздействием магнитного поля. Каждая обмотка статора подключена к конденсатору, поэтому происходит появление небольшого количества тока. Он и заряжает конденсатор. Далее происходит образование магнитного поля, воздействующего на вторую обмотку, которая способствует еще более сильному заряду конденсатора. Ротор насыщается и самостоятельно производит энергию.

Асинхронный ветрогенератор, при скорости ветра в 4 метра за секунду способен произвести электричество, мощностью в 3 кВт.

Среди преимущества данного генератора следует отметить:

простоту в эксплуатации;
материальную и техническую доступность;
наличие постоянного устойчивого тока;
получение высокой мощности за небольшие деньги.

Среди преимущества синхронных генераторов следует отметить наличие устойчивого и стабильного напряжения. Но в то же время, данные генераторы отличаются необходимостью в периодической замене щеток и высокой стоимостью.

Асинхронные же генераторы довольно просты в работе, кроме того, они не подвержены возникновению короткого замыкания.

В процессе изготовления ветровой электростанции своими руками наилучшим вариантом станет использование автомобильного генератора, который станет отличным прибором, преобразовывающим энергию ветра в электричество.

Ветряные электростанции видео:

Ветряная электростанция (ВЭС) — альтернативный экологичный источник энергии. ВЭС представляет собой несколько распределённых или сосредоточенных ветроэлектрических установок (ветрогенераторов или ВЭУ), соединённых в общую сеть (каскады). Крупнейшие ВЭС могут состоять из сотни и более ветрогенераторов, работающих как на собственные, так и на один общий энергоблок. Для ВЭС наиболее эффективны регионы со средней скоростью ветра более 4,5 м/с.

Россия располагает крупными ветроэнергитическими ресурсами, в сумме ветропотенциал страны оценивается приблизительно в 14000 ТВт час/год. Крупнейшая ветровая станция России — Зеленоградская ВЭУ (5,1 МВт), также отметим Анадырскую ВЭС, Заполярную и ВЭС Тюпкильды. Общая мощность работающих ВЭС России более 16,5 МВт. Кроме электрической, ветровая энергия используется в получении тепловой и механической энергий.

"Зеленоградская ВЭУ расположенна в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области.

ВЭУ преобразует кинетическую энергию воздушных потоков в механическую, которая используется для вращения ротора генератора электротока. Промышленные ВЭУ используются в построении ветряных электростанций. Их мощность может достигать 7,5 МВт, она зависит от конструкции ветряка, силы воздушного потока, плотности воздуха и площади обдуваемой поверхности. Промышленная ВЭУ обычно состоит из фундамента, силового шкафа управления, башни, лестницы, поворотного механизма, гондолы, электрогенератора, механизма слежения за параметрами ветра, тормозной системы, трансмиссии, лопастей, обтекателя, коммуникаций и системы защиты от молний. Ветротурбины бывают с вертикальной осью вращения (карусельные лопастные и т.д.) и горизонтально-осевые — кругового вращения, наиболее распространённые из-за простоты и высокого КПД.

Устройство ветрогенератора включает в себя ветротурбину (раскручиваемую лопастями или ротором) и электрогенератор. Полученное с генератора электричество обычно поступает на устройство управления аккумуляторами, после чего накапливается в аккумуляторах, и с помощью инвертора, подключённого в электросеть, преобразуется в переменный ток необходимой силы, частоты и напряжения (например: 50 Гц/220 В). ВЭУ на выходе электрорегулятора имеет 24, 48 или 96 вольт постоянного тока. Батареи аккумулятора накапливают энергию для использования в безветрие. Принципиальную электросхему взаимодействия ВЭУ с устройствами можно как угодно модифицировать и улучшать.

Типы ветровых электростанций.

Наземная — самый распространённый вид. Ветрогенераторы здесь размещены на возвышенностях (горы, холмы). Самой крупной ВЭС считается калифорнийская «Альта» в США с мощностью 1,5 ГВт. Ветрогенераторы на высоте более 500 м над уровнем моря - это горная разновидность наземных станций.

Шельфовая строится в море, в 10-60 км от берега. Даёт преимущество в отсутствии выделенных сухопутных территорий и высокую эффективность в силу постоянства морских ветров. В сравнении с наземной обладает большей дороговизной.

Крупнейшая станция «London Array» в Великобритании производит 630 МВт электроэнергии.

Прибрежная строится в прибрежных зонах морей и океанов, что обусловлено суточными морскими бризами.

Плавающая — сравнительно новый вид. Устанавливается на плавающей платформе на некотором удалении от берега.

Парящая, где ветровые турбины размещены высоко над землёй с целью использования более сильных и стойких воздушных потоков.

Преимущества ВЭУ:

Дешевизна установки и обслуживания
Отсутствие потребности в большом персонале
Экологичность (даже при разрушении), отсутствие выбросов в атмосферу, нарушения экосистемы и ландшафта
Восполняемость источника энергии
Отсутствует нужда в специальной выделенной зоны вокруг станции
Высокий уровень чистой прибыли владельцам в связи с высоким отношением современной стоимости электроэнергии к минимальным затратам на получение этой энергии

Недостатки ВЭУ:

Высокий входной барьер в бизнес. Строительство ветряных ферм, точные расчёты определения местности, основывающиеся на многолетних показаниях
Невозможность точного прогноза количества производимой энергии в силу стихийной природы ветра
Малая мощность
Высокий уровень шума, который может негативно влиять на окружающую среду (однако современные технологии позволяют добиться приближения уровня шума к уровню естественной среды уже в 30 метрах от турбины)
Вероятность вреда для птиц и искажения телерадиосигналов

Проекты ветряных установок будущего:

Ветростебли вместо лопастей. Установка в проекте «зелёного» города без машин Масдара близ Абу-Даби. 1203 энергоэффективных стебля высотой 55 м на расстоянии друг от друга в 10-20 м будут «расти» из земли, покачиваться от ветра и генерировать таким образом энергию путём сжатия керамических дисков электродных слоёв.

Сверхмассивный ветряк Aerogenerator X отличается от классических ветряков своими внушительными размерами и выработкой энергии в 3 раза больше, чем обычный ветряк (10 МВт). Размах лопастей 275 м. Конструкция используется в ширину, а не ввысь. Ветряк вращается над морской гладью как карусель.

Норвежский город турбин на побережье Ставангер. Так как Евросоюз поставил цель обеспечения энергией хотя бы на 20% от природных сил, то не исключено что Норвегия станет основным производителем энергии через ветер и воду. Множество связанных ветроустановок будут настоящим городом с двумя млн. рабочих мест. Этой энергии должно хватить на Норвегию и часть Европы. К 2020 г. разработчики рассчитывают обеспечивать 12% энергии от энергии во всём мире. Экологически чистые турбины сберегут более 10700 млн. тонн выбросов двуокиси углерода.

Ветровая энергия

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры — от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Еще в Древнем Египте за три с половиной тысячи лет до нашей эры применялись ветровые двигатели для подъема воды и размола зерна. За пятьдесят с лишним веков ветряные мельницы почти не изменили свой облик. Например, в Англии имеется мельница, построенная в середине XVII в. Несмотря на свой преклонный возраст, она исправно трудится и по сей день. В России до революции насчитывалось приблизительно 250 тыс. ветряных мельниц, общая мощность которых составляла около 1,5 млн. кВт. На них размалывалось до 3 млрд. пудов зерна в год.

Техника XX века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой — получение электроэнергии. В начале века Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.

Ветряные мельницы оказались прекрасными источниками даровой энергии. Неудивительно, что со временем их стали использовать не только для размола зерна. Ветряки вращали дисковые пилы на больших лесопилках, поднимали грузы на большие высоты, использовались для подъема воды. Наряду с водяными мельницами они оставались, практически, самыми мощными машинами прошлого. В той же Голландии, например, где ветряков было больше всего, они успешно работали до середины нашего века. Часть их действует и в настоящее время.

Что интересно, мельницы в средневековье вызывали у некоторых суеверный страх — настолько непривычными были даже простейшие механические приспособления. Мельникам приписывали общение с нечистой силой.

В наши дни к созданию конструкций ветроколеса — сердца любой ветроэнергетической установки — привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Типы ветрогенераторов

Разработано большое количество ветрогенераторов. В зависимости от ориентации оси вращения по отношению к направлению потока ветрогенераторы могут быть классифицированы:

С горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветрового потока;
с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра (подобные водяному колесу);
с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветрового потока.

Здесь — сайт ветроэнергетики. НПГ «САЙНМЕТ» является отечественным РАЗРАБОТЧИКОМ И ПРОИЗВОДИТЕЛЕМ ветроэнергетических установок (ветрогенераторов), одним из мировых лидеров в области автономной ветроэнергетики – обладателем Гран-при и трех золотых медалей Всемирной Брюссельской выставки инноваций «Eureka-2005». НПГ «САЙНМЕТ» представляет автономные ветроэнергетические установки: ветрогенератор мощностью 5 и ветрогенератор мощностью 40кВт, а также ветросолнечные и ветродизельные установки на их основе.

Ветродизельные энергетические установки могут быть объединены в локальные сети, а также сопряжены с солнечными батареями. Ветродизельные агрегаты, в зависимости от ветрового потенциала местности, позволяют экономить 50-70% топлива, потребляемого дизель-генераторами сравнимой мощности.

Основные конструктивные решения ветрогенераторов защищены патентами на изобретения.

Энергия ветра

Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. Но его парусники, тысячелетиями бороздившие просторы океанов, и ветряные мельницы использовали лишь ничтожную долю из тех 2,7 трлн. кВт энергии, которыми обладают ветры, дующие на Земле. Полагают, что технически возможно освоение 40 млрд. кВт, но даже это более чем в 10 раз превышает гидроэнергетический потенциал планеты.

Почему же столь обильный доступный и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.

Ветровой энергетический потенциал Земли в 1989 году был оценен в 300 млрд. кВт * ч в год. Но для технического освоения из этого количества пригодно только 1,5%. Главное препятствие для него – рассеянность и непостоянство ветровой энергии. Непостоянство ветра требует сооружения аккумуляторов энергии, что значительно удорожает себестоимость электроэнергии. Из-за рассеянности при сооружении равных по мощности солнечных и ветровых электростанций для последних требуется в пять раз больше площади (впрочем, эти земли можно одновременно использовать и для сельскохозяйственных нужд).

Но на Земле есть и такие районы, где ветры дуют с достаточным постоянством и силой. (Ветер, дующий со скоростью 5-8 м/сек., называется умеренным, 14-20 м/сек. – сильный, 20-25 м/сек. – штормовым, а свыше 30 м/сек. – ураганным). Примерами подобных районов могут служить побережья Северного, Балтийского, арктических морей.

Новейшие исследования направлены преимущественно на получение электрической энергии из энергии ветра. Стремление освоить производство ветроэнергетических машин привело к появлению на свет множества таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть. Малые ветроэлектрические агрегаты предназначены для снабжения электроэнергией отдельных домов.

Сооружаются ветроэлектрические станции преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину – генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования.

Основное направление использования энергии ветра – получение электроэнергии для автономных потребителей, а также механической энергии для подъема воды в засушливых районах, на пастбищах, осушения болот и др. В местностях, имеющих подходящие ветровые режимы, ветроустановки в комплекте с аккумуляторами можно применять для питания автоматических метеостанций, сигнальных устройств, аппаратуры радиосвязи, катодной защиты от коррозии магистральных трубопроводов и др.

По оценкам специалистов, энергию ветра можно эффективно использовать там, где без существенного хозяйственного ущерба допустимы кратковременные перерывы в подаче энергии. Использование же ветроустановок с аккумулированием энергии позволяет применять их для снабжения энергией практически любых потребителей.

Мощные ветровые установки стоят обычно в районах с постоянно дующими ветрами (на морских побережьях, в мелководных прибрежных зонах и т.д.) Такие установки уже используют в России, США, Канаде, Франции и других странах.

Широкому применению ветроэлектрических агрегатов в обычных условиях пока препятствует их высокая себестоимость. Вряд ли требуется говорить, что за ветер платить не нужно, однако машины, нужные для того, чтобы запрячь его в работу, обходятся слишком дорого.

При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток её в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить впрок энергию ветра? Простейший способ состоит в том, что ветряное колесо движет насос, который накапливает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока. Существуют и другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород, Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

Литература

Наука и жизнь, №1, 1991 г. М.: Правда.

Техника молодёжи, №5, 1990 г.

Феликс Р. Патури Зодчие ХХI века М.: ПРОГРЕСС, 1979.

Наука и жизнь, No10, 1986 г. М.: Правда.

Багоцкий В.С., Скундин А.М.

Химические источники тока М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.

Коровин Н.В. Новые химические источники тока М.: Энергия, 1978. 194 с.

Д-р Дитрих Берндт Конструкторский уровень и технические границы применения герметичных батарей А/О ВАРТА Беттери Научно-исследовательский центр

Лаврус В.С. Батарейки и аккумуляторы К.: Наука и техника, 1995. 48 с.

Наука и жизнь, №5…7, 1981 г. М.: Правда.

Мурыгин И.В. Электродные процессы в твердых электролитах М.: Наука, 1991. 351 с.

T he Power Protection Handbook American Power Conversion

Шульц Ю. Электроизмерительная техника 1000 понятий для практиков М.: Энергоиздат, 1989. 288 с.

Наука и жизнь, №11, 1991 г. М.: Правда.

Ю. С. Крючков, И. Е. Перестюк Крылья Океана Л.: Судостроение, 1983. 256 с.

В. Брюхань. Ветроэнергетический потенциал свободной атмосферы над СССР Метрология и гидрология. №6, 1989 г.

New scientist №1536, 1986 г.

Daily Telegraf, 25.09.1986 г.

Каркас одноэтажных зданий состоит из поперечных рам, шарнирно связанных поверху стропильными конструкциями. Поперечная жесткость здания обеспечивается колоннами, жестко защемленными в фундаменте и диском покрытия.

В зданиях с кровлей, устраиваемой по сплошному настилу из крупноразмерных железобетонных плит, условия работы отдельных рам облегчаются за счет частичной передачи нагрузок «жесткой» кровлей на смежные рамы.

Здания с кровлей из плит, укладываемых по прогонам, находятся в менее благоприятных условиях, т.к. независимость деформации отдельных рам при воздействии на них местных нагрузок может привести в ряде случаев к ухудшению эксплуатационных свойств здания.

Поэтому при проектировании зданий с мостовыми кранами значительной грузоподъемности, а также бескрановых, имеющих большую высоту, следует предусматривать продольные связи по верхним поясам стропильных конструкций, до некоторой степени объединяющих работу рам в поперечном направлении.

Обеспечение жесткости здания в продольном направлении только за счет колонн экономически оправдывается лишь для бескрановых зданий: с пролетами L ≤ 24 м и высотами Н ≤ 8,4 м, а также для зданий с L= 30 м и Н ≤7,2 м. Для зданий большой высоты и зданий с мостовыми кранами необходимо предусматривать вертикальные связи жесткости в продольном направлении.

Такие связи устраивают между колоннами и при необходимости в покрытии здания.

Передача ветровых нагрузок с торцовых стен на колонны и вертикальные связи через конструкции кровли целесообразна только для зданий определенных пролетов и высоты. В большепролетных зданиях более или менее значительной высоты такое использование кровли затрудняет крепление стропильных конструкций к колоннам, усложняет конструкции, обеспечивающие устойчивость покрытий, а в ряде случаев и вообще не может быть осуществлено без нарушения целостности кровли, прочности креплений ее к стропильным конструкциям.

Торцовые стены таких зданий должны проектироваться с применением горизонтальных ветровых ферм и с передачей на них подавляющей части ветровой нагрузки.

Кровли из относительно мелких изделий, укладываемых по прогонам, могут воспринимать ветровые нагрузки от торцовых стен и передавать их на колонны лишь при условии развязки их системой поперечных горизонтальных связей по верхним поясам стропильных конструкций.

Условия применения таких, а также других второстепенных конструкций (вертикальные связи между фермами, распорки, растяжки) зависят от параметров здания.

Все одноэтажные промышленные здания делят на конструктивно однородные группы в зависимости от типа транспортного оборудования и габаритных характеристик (пролет и высота), которые приведены в таблице 1 ниже.

К группе I относят здания с пролетами до 24 м, имеющих высоту до 8 м, а также здания с пролетами 30 м и высотой до 7 м.

К группе II относятся здания, имеющие поперечные температурные швы при: L= 18 м и Н = 9 – 15 м; L= 24 м и Н = 9 – 12 м; L ≥ 30 м и Н = 9 – 10 м;

К группе III относятся здания с поперечными температурными швами, но более высокие, чем здания группы II, а также здания без поперечных температурных швов с пролетами L= 18 м, 24 м, 30 м, высотой более 12 м.

Все здания указанной номенклатуры, за исключением зданий группы А – б — I, требуют применения связей.

Таблица 1

Группа зданий по высоте	с беспрогонными кровлями	с кровлей по прогонам
с мостовыми кранами	без мостовых кранов	с мостовыми кранами	без мостовых кранов
Низкие	А – а — I	А – б — I	Б – а — I	Б –б — I
Средние	А – а — II	А – б — II	Б – а — II	Б –б — II
Высокие	А – а — III	А – б — III	Б – а — III	Б –б — III

Вертикальные связи жесткости между колоннами устанавливают в середине температурного блока каждого продольного ряда. В зданиях с мостовыми кранами вертикальные связи по колоннам устраиваются только на высоту до низа подкрановых балок (рис.1), а в зданиях без мостовых кранов – на полную высоту колонн. Между стальными колоннами крановых зданий связи устанавливают еще и в надкрановых частях колонн, как в середине температурного блока, так и в крайних его шагах (рис. 2 а, б). При высоте подкрановой части стальной колонны превышающей 8,5 м связи сдваивают (рис. 2 в).

По схеме стальные связи между колоннами подразделяются на крестовые и портальные. Крестовые характерны 6-метровым шагам колонн, портальные – 12-метровым.

2. Вертикальные связи по стальным колоннам:

а – крестовые связи; б – портальные связи; в – крестовые сдвоенные связи

Капитальные стены, расположенные в распор между колоннами и прочно связанные с ними, могут быть использованы для обеспечения продольной жесткости здания вместо вертикальных связей лишь при гарантии, что эти стены не будут подлежать разборке при эксплуатации или реконструкции здания.

Во всех зданиях с кровлей по прогонам необходимо предусматривать горизонтальные поперечные связи жесткости, которые устанавливают по верхним поясам стропильных конструкций в крайних панелях каждого температурного блока, независимо от наличия или отсутствия ветровых ферм.

В высоких зданиях требуется устройство горизонтальных ветровых ферм в торцах зданий. В зданиях с мостовыми кранами ветровые фермы устанавливаются на уровне верха подкрановых балок (рис.3).

Рис. 3. Схема расположения ветровой фермы в уровне подкрановых балок

Для передачи давления ветровых ферм по линии подкрановых балок зазоры между торцами балок заполняют бетоном, а крепление подкрановых балок к колоннам связевой панели рассчитывается на восприятие всех горизонтальных сил (включая силы от продольного торможения кранов), действующих по линии подкрановых балок.

В зданиях без мостовых кранов ветровые фермы необходимо располагать в уровне верха вертикальных связей.

Во всех случаях применения ветровых ферм в зданиях без подстропильных конструкций между колоннами на уровне ветровых ферм должны быть поставлены распорки для передачи ветрового давления от ферм на вертикальные связи.

В зданиях с подстропильными конструкциями крепление их к колоннам рассчитывается на горизонтальные нагрузки от ветровых ферм. Зазоры между торцами подстропильных конструкций рекомендуется заполнять бетоном.

Все продольные нагрузки, воспринимаемые отдельными элементами здания, в конечном счете, должны быть переданы вертикальным связям в продольных рядах колонн или распределены между колоннами. Необходимость во второстепенных устройствах для обеспечения прочности узлов и устойчивости элементов покрытия, участвующих в такой передаче, в значительной мере определяется типом кровли.

В зданиях типов А – а – I, II, III и А – б – I с жесткими беспрогонными кровлями ветровые нагрузки распределяются покрытием между всеми колоннами в продольных рядах. Крепление каждой из стропильных конструкций к колоннам в этих случаях должно быть рассчитано на воспринимаемую ею часть общей ветровой нагрузки.

При невозможности обеспечить необходимую прочность крепления стропильных конструкций к колоннам (например, в покрытиях имеющих стропильные конструкции с большой высотой на опорах) устанавливают вертикальные связи между опорными стойками стропильных конструкций в крайних панелях температурного блока. При этом устанавливают и распорки между всеми колоннами ряда по их оголовкам для распределения, воспринимаемого вертикальной связью, ветрового давления между всеми колоннами ряда.

В зданиях типа А – б – II, в которых вертикальные связи между колоннами устраиваются на всю высоту колонн, ветровые усилия передаются покрытием на колонны лишь в узлах крепления стропильных конструкций к колоннам связевой панели. В этом случае необходимо устраивать дополнительные связи в покрытии. Так, при небольшой высоте стропильных конструкций на опоре между колоннами каждого продольного ряда устанавливают распорки, передающие ветровые нагрузки на вертикальные связи. Крепление каждой из стропильных конструкций к колоннам будет при этом работать лишь на приходящуюся на него часть общей ветровой нагрузки. А при значительной высоте стропильных конструкций на опоре (стальные и железобетонные фермы с параллельными поясами, железобетонные безраскосные фермы и т.п.) следует устанавливать вертикальные связи (С1) между опорными стойками ферм в крайних шагах температурного блока, соединяемые непрерывной цепью распорок. Стальные стропильные фермы дополнительно развязываются по нижним поясам раскосами (С2) и крепятся к остальным фермам с помощью растяжек по нижнему поясу (С3) и распорок по верхнему поясу (С4) (рис. 4).

Рис. 4. Схема связей в покрытии по стальным фермам

В зданиях с мостовыми кранами тяжелого или особо тяжелого режимов работы по продольным краям каждого температурного блока в уровне нижнего пояса стропильных ферм устанавливают распорки (С5) и раскосы (С6) (рис.4).

В зданиях с фонарями в пределах фонаря устанавливаются распорки в середине пролета, соединяющие узлы верхних поясов стропильных конструкций, а также вертикальные и горизонтальные связи в крайних шагах температурного блока.

Связи проектируют из прокатных, гнутых, гнутосварных профилей или электросварных труб.

Крепят их с помощью болтов нормальной точности или высокопрочных, а также на сварке.

Дата публикования: 2014-10-17; Прочитано: 8172 | Нарушение авторского права страницы

Studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.003 с)…

Неисчерпаемая энергия, которую несут с собой воздушные массы, всегда привлекала внимание людей. Наши прадеды научились запрягать ветер в паруса и колеса ветряных мельниц, после чего он два столетия бесцельно носился по необозримым просторам Земли.

Сегодня для него вновь нашлась полезная работа. Ветрогенератор для частного дома из разряда технических новинок становится реальным фактором нашего быта.

Давайте поближе познакомимся с ветряными электростанциями, оценим условия их рентабельного применения и рассмотрим существующие разновидности. Домашние умельцы получат в нашей статье информацию для размышления по теме самостоятельной сборки ветряка и устройствах, необходимых для его эффективной работы.

Что такое ветрогенератор?

Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток. Полученное электричество запасается в аккумуляторах и по мере необходимости расходуется бытовыми приборами. Конечно, это упрощенная схема работы домашнего ветряка. В практическом плане он дополняется устройствами, выполняющими преобразование электричества.

Сразу за генератором в энергоцепочке стоит контроллер. Он преобразует трехфазный переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторов. Большинство бытовых приборов не может работать от «постоянки», поэтому за аккумуляторами ставится другое устройство – инвертор. Он выполняет обратную операцию: превращает постоянный ток в бытовой переменный напряжением 220 Вольт. Понятно, что эти преобразования не проходят бесследно и забирают от исходной энергии довольно приличную часть (15-20%).

Если ветряк работает в паре с солнечной батареей или другим генератором электричества (бензиновым, дизельным), то схема дополняется автоматическим выключателем (АВР). При отключении основного источника тока, он активирует резервный.

Для получения максимальной мощности ветряной генератор должен располагаться вдоль ветрового потока. В простых системах реализуется принцип флюгера. Для этого на противоположном конце генератора закрепляется вертикальная лопасть, разворачивающая его навстречу ветру.

В более мощных установках стоит поворотный электромотор, управляемый датчиком направления.

Основные виды ветрогенераторов и их особенности

Существует две разновидности ветрогенераторов:

С горизонтальным расположением ротора.
С вертикальным ротором.

Первый тип – самый распространенный. Он характеризуется высоким КПД (40-50%), но имеет повышенный уровень шума и вибрации. Кроме этого, для его установки требуется большое свободное пространство (100 метров) или высокая мачта (от 6 метров).

Генераторы с вертикальным ротором энергетически менее эффективны (КПД почти в 3 раза ниже, чем у горизонтальных).

К их преимуществам можно отнести простой монтаж и надежность конструкции. Низкая шумность позволяет ставить вертикальные генераторы на крышах домов и даже на уровне земли. Эти установки не боятся обледенения и ураганов. Они запускаются от слабого ветра (от 1,0-2,0 м/с) в то время, как горизонтальному ветряку нужен воздушный поток средней силы (3,5 м/с и выше). По форме рабочего колеса (ротора) вертикальные ветрогенераторы весьма разнообразны.

Роторные колеса вертикальных ветряков

Благодаря малой частоте вращения ротора (до 200 об/мин), механический ресурс таких установок существенно превышает показатели горизонтальных ветрогенераторов.

Как рассчитать и подобрать ветрогенератор?

Ветер это не природный газ, качаемый по трубам и не электроэнергия, бесперебойно поступающая по проводам в наш дом. Он капризен и непостоянен. Сегодня ураган срывает крыши и ломает деревья, а завтра сменяется полным штилем. Поэтому перед покупкой или самостоятельным изготовлением ветряка нужно оценить потенциал воздушной энергии в своем районе. Для этого следует определить среднегодовую силу ветра. Эту величину можно узнать в интернете по соответствующему запросу.

Получив вот такую таблицу, находим район своего проживания и смотрим на интенсивность его окраски, сравнивая ее с оценочной шкалой. Если среднегодовая скорость ветра получится меньше 4,0 метров в секунду, то ветряк ставить нет смысла. Он не даст нужного количества энергии.

Если сила ветра достаточна для установки ветряной электростанции, то можно переходить к следующему шагу: подбору мощности генератора.

Если речь идет об автономном энергоснабжении дома, то в расчет берут среднестатистическое потребление электроэнергии 1 семьей. Оно находится в диапазоне от 100 до 300 кВт*ч в месяц. В регионах с низким годовым ветропотенциалом (5-8 м/сек) такое количество электричества способен сгенерировать ветряк мощностью 2-3 кВт. При этом следует учитывать, что зимой средняя скорость ветра выше, поэтому выработка энергии в этот период будет больше, чем летом.

Выбор ветрогенератора. Ориентировочные цены

Цены на вертикальные отечественные ветрогенераторы мощностью 1,5-2,0 кВт находятся в диапазоне от 90 до 110 тысяч рублей. Комплектация при такой цене включает только генератор с лопастями, без мачты и дополнительного оборудования (контроллер, инвертор, кабель, аккумуляторы). Полнокомплектная электростанция вместе с монтажом обойдется дороже на 40-60%.

Стоимость более мощных ветроустановок (3-5 кВт) составляет от 350 до 450 тысяч рублей (с дополнительным оборудованием и монтажными работами).

Ветряк своими руками. Забава или реальная экономия?

Скажем сразу, что сделать ветрогенератор своими руками полноценным и эффективным непросто. Грамотный расчет ветрового колеса, передаточного механизма, подбор подходящего по мощности и оборотам генератора – отдельная тема. Мы дадим лишь краткие рекомендации по основным этапам данного процесса.

Генератор

Автомобильные генераторы и электродвигатели от стиральных машин с прямым приводом для этой цели не подходят. Они способны генерировать энергию от ветрового колеса, но она будет незначительной. Автогенераторам для эффективной работы нужны очень высокие обороты, которые не может развить ветряк.

В моторах для стиралок другая проблема. Там стоят ферритовые магниты, а для ветрогенератора нужны более производительные – ниодимовые. Процесс их самостоятельного монтажа и намотки токоведущих обмоток требует терпения и высокой точности.

Мощность устройства, собранного своими руками, как правило, не превышает 100-200 Ватт.

В последнее время среди самодельщиков пользуются популярностью мотор-колеса для велосипедов и скутеров. С позиций ветроэнергетики это мощные ниодимовые генераторы, оптимально походящие для работы с вертикальными ветровыми колесами и зарядки аккумуляторов. С такого генератора можно снимать до 1 кВт ветровой энергии.

Мотор-колесо – готовый генератор для самодельной ветряной электростанции

Винт

Проще всего изготавливаются парусный и роторный винты. Первый состоит из легких изогнутых трубок, закрепленных на центральной пластине. На каждую трубку натягиваются лопасти из прочной ткани. Большая парусность винта требует шарнирного крепления лопастей, чтобы при урагане они складывались и не деформировались.

Роторная конструкция ветрового колеса используется для вертикальных генераторов. Она проста в изготовлении и надежна в работе.

Самодельные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения работают от пропеллерного винта. Домашние умельцы собирают его из труб ПВХ диаметром 160-250 мм. Монтаж лопастей выполняется на круглой стальной пластине с посадочным отверстием для вала генератора.