Основы электроники. Альтернативная энергетика

15 ИЮНЯ – ЭТО
ДЕНЬ ВЕТРА?
ДЕНЬ СОЛНЦА?
ДЕНЬ ВУЛКАНА?
ДЕНЬ МОРЯ?

ПРАВИЛЬНО!
15 ИЮНЯ – ЭТО ДЕНЬ ВЕТРА!
Поэтому тема нашего занятия:

ВЕТЕР – ИСТОЧНИК АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ

ПАПИ́РУСНАЯ ЛО́ДКА — ДРЕВНЕЕГИПЕТСКИЙ КОРАБЛЬ ИЗ ПАПИРУСА, ОДИН ИЗ САМЫХ ДРЕВНИХ В МИРЕ
В использовании абсолютно бесплатной энергии ветра нет ничего нового. Во всяком случае, еще в Древнем Египте находили папирусы с изображением первых парусных лодок.

ВОЗДУШНЫЙ ЗМЕЙ ДЛЯ ДВИЖЕНИЯ БОЛЬШИХ МОРСКИХ СУДОВ
На протяжении многих лет немецкая компания SkySails, занимающаяся разработкой и производством воздушных змеев сверхбольших размеров, вкладывалась в технологии использования ветра в судоходстве для коммерческих целей.
разработчики добились того, что использование ветра помогает экономить до 25-30% топлива,

ВОЗДУШНЫЙ ЗМЕЙ ДЛЯ ДВИЖЕНИЯ БОЛЬШИХ МОРСКИХ СУДОВ
Воздушный змей парит на высоте 100-500 метров, где ветер гораздо устойчивее, чем над поверхностью воды. Проблема состоит в том, что максимальная точка тяги кайта (змея) нестабильна и все время меняется – поэтому эту точку необходимо постоянно корректировать, чем и занимаются кайтсерферы.

ВОЗДУШНЫЙ ЗМЕЙ ДЛЯ ДВИЖЕНИЯ БОЛЬШИХ МОРСКИХ СУДОВ
Какие недостатки воздушного змея вы можете назвать?

ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА
Работа ветрового генератора основана на преобразовании энергии ветра в электрическую энергию. Преобразование осуществляется путем передачи кинетической поступательной энергии ветровых потоков (№1 на схеме), во вращательное движение (№2 на схеме) лопастей ветровой установки («В» на схеме). В свою очередь вращательное движение лопастей, посредством механической передачи (устройство вторичного вала и редуктора), передается на вал электрического генератора («G» на схеме), вырабатывающего электрический ток (№3 на схеме)

ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА

ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА

КАКИЕ БЫВАЮТ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ
Как вы думаете, сколько у ветрогенератора должно быть лопастей?

КАКИЕ БЫВАЮТ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ
ветрогенераторы
горизонтальные
вертикальные
ветрогенераторы
По
Количеству лопастей

ВИДЫ УСТРОЙСТВ
С горизонтальной осью вращения
Ось ротора и ведущая ось расположены параллельно поверхности земли.
Бывают однолопастные (№1), двухлопастные (№2), трехлопастные (№3) и многолопастные (№4), с количеством до 50 штук.

6 КОНЦЕПЦИЙ РАЗНЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВЕТРОГЕНЕРАТОРОВ
В середине 70-х годов, на фоне роста цен на энергоносители, НАСА получило задание разработать наиболее эффективные ветрогенераторы.

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ
Классический ветрогенератор имеет три лопасти

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ
Улучшать стандартные установки начали через манипуляцию с количеством лопастей. Привычные три лопасти, в середине 80-х годов, немцы заменили на две.
Некоторые модели оставили, какие-то демонтировали. А в местах с сильным ветром, например на побережье Великобритании, они работают до сих пор.

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ
Причина была в экономии материалов. Именно с этой целью первую такую установку спроектировал американец Путнэм ещё в 1941 году. Она установила рекорд мощности и высоты ветрогенераторов, удерживая его до середины 70-х годов. Производила она 1,25 мВт. Хотя работала с перерывами только до 1946 года.

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ
Голландские рационализаторы решили, что если ветрогенератор работает с двумя лопастями, то будет работать и с одной! Кроме них такими моделями заинтересовались в Италии, где в сельской местности несколько однолопастных ветряков работают до сих пор.

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ
В 2018 году инженеры НАСА продемонстрировали рабочую установку длиной 12 м, на которой было 12 рядов с лопастями.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
Достоинства данного вида:
Высокий КПД;
Недостатки:
Необходимость в ориентации по направлению воздушных потоков;
Необходимость монтажа высокой конструкции для установки устройства, причем, чем выше мощность агрегата, тем выше должна быть конструкция (мачта);
Необходимость устройства фундамента для монтажа мачты, что приводит к удорожанию монтажных работ;
Высокий уровень шума в процессе эксплуатации;
Потенциальная опасность для птиц и иных летающих организмов.

НЕОБЫЧНЫЕ ЛОПАСТИ
Из множества чудных форм, наибольшего внимания заслуживает скрученно-завёрнутая лопасть , представленная в 2010 г., на выставке инноваций ветроэнергетики, во Франции.

ВИДЫ УСТРОЙСТВ
С вертикальной осью вращения
Ось вращения расположена вертикально по отношению к поверхности земли.
Данный вид устройств можно разбить на несколько групп, это:
С ротором Савоуниса
Данная конструкция состоит из нескольких полуцилиндров. При этом ось постоянно вращается, вне зависимости от потоков ветра и их интенсивности.
Достоинства конструкции:
Высокая технологичность конструкции;
Значительный пусковой крутящий момент;
Способность работать при малых воздушных потоках.
Недостатки:
Низкая эффективность работы лопастей;
Значительная потребность в материалах при изготовлении.

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ
В 2018 году двое британцев предложили странную концепцию O-Wind, которая у них возникла после переработки модели ветрохода, им дали премию Дайсона в 2018 году, а одна из английских фирм преступила к испытаниям.

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ
разновидности ветротурбины Дарье:

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ
Н-тип (Giro Mill)

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ
Спиральная турбина Горлова.

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ВЕРТИКАЛЬНЫХ ВЕТРЯКОВ
Не требуется ориентация по направлению ветра;
Выдерживает вдвое большую скорость воздушного потока;
Начинают работать при меньших скоростях ветра;
Оснащаются более простым и надёжным редуктором;
Не нуждаются в высоких мачтах;
Центровка конструкции надёжная, так как вся система находится на одной центральной оси, а центр тяжести смещён вниз. Поэтому возведение вертикального ветрогенератора обходится дешевле;
Блок управления находится внизу, поэтому обслуживание и ремонт выполнить гораздо проще;
Требуют площадку меньших размеров.

КОМБИНАЦИЯ ОСЕЙ
Это чудовищная химера вертикального и горизонтального ветрогенератора, вырабатывает около 700 вт уже при 1,5 м/с. Кроме обычных динамических сил описанных выше, в данной конструкции был учтён эффект Вентури.

ПО ВЕТРУ ИЛИ ПРОТИВ?
Как устанавливать ветрогенератор?

ПРОТИВ ВЕТРА
модели были двухлопастные, часть из них ставили против ветра, т.е. воздушный поток сначала обтекал гондолу, а уже потом раскручивал лопасти. Проект WTS 4 удерживал рекорд мощности в течении 20 лет с генератором 4 МВт. А аналогичную модель с генератором на 3 МВт, построили в Швеции, под индексом WTS 3.

ПРОТИВ ВЕТРА
В определённый момент было замечено, что за вращающимися лопастями ветряка возникает возмущение воздушного потока. Это очень плохо сказывается на прочности всей конструкции. И в 1992 году запатентовали ветрогенератор с двумя лопастями, вращающимися в противоположные стороны.