Работа ветряной мельницы: Ветряная мельница — устройство, принцип работы, история, фото: Самые красивые дома

Ветряная мельница — устройство, принцип работы, история, фото: Самые красивые дома

Ветряная мельница – это мельница, преобразующая энергию ветра в энергию вращения с помощью лопастей называемых парусами, в отличие от водяной мельницы, использующей энергию потока воды. Много веков назад, ветряные мельницы, как правило, использовались для измельчения зерна, в качестве привода для водяного насоса либо для выполнения обеих задач. Большинство современных ветряных мельниц имеют форму ветровых турбин и используются для выработки электроэнергии; ветряные насосы используются для перекачки воды, осушения земель или выкачивания подземных вод.

Ветряные мельницы в древности

Ветряная мельница греческого инженера Герона Александрийского, изобретенная в первом веке нашей эры, является наиболее ранним примером использования энергии ветра для приведения в движения механизма. Другим примером древней ветрового привода является молитвенное колесо, используемое в Тибете и Китае в начале 4 века. Также есть сведения, что в Вавилонской империи Хаммурапи планировал использование энергии ветра для своего амбициозного проекта по орошению.

Горизонтальные ветряные мельницы

Первые запущенные в работу ветряные мельницы имели паруса (лопасти), вращающиеся в горизонтальной плоскости, вокруг вертикальной оси. По словам Ахмада аль-Хасана ветряные мельницы были изобретены в восточной Персии, персидским географом Эстакхири в девятом веке. Подлинность сведений о более раннем изобретении ветряной мельницы вторым халифом Умаром (в течение 634 — 644 годов н.э.) ставится под сомнение на основании того, что сведения о ветряных мельницах появляются лишь в документах датируемых десятым веком.

Мельницы того времени имели от шести до двенадцати лопастей покрытых тростником или тканевым материалом. Эти приспособления использовались для измельчения зерна или добывания воды, и довольно сильно отличались от более поздних европейских вертикальных ветряных мельниц. Первоначально ветряные мельницы получили широкое распространение на Ближнем Востоке и в Центральной Азии, а затем постепенно стали популярными в Китае и Индии.

Подобный тип горизонтальной ветряной мельницы с прямоугольными лопастями, используемой для орошения, также можно найти в тринадцатом веке в Китае (во время правления династии Цзинь на севере), открытой и привезённой в Туркестан путешественником Елюем Чуцаем в 1219 году.

Горизонтальные ветряные мельницы в небольшом количестве присутствовали на территории Европы в 18-м и 19-м веках. Наиболее известными, из сохранившихся до наших дней, являются Мельница Хупера в графстве Кент и мельница Фаулера в Баттерси в окрестностях Лондона. Вероятнее всего, мельницы существовавшие на территории Европы в те времена были независимым изобретением европейских инженеров времен промышленной революции; конструкция европейских мельниц не была заимствована у восточных стран.

Вертикальные ветряные мельницы

Относительно происхождения вертикальных ветряных мельниц дебаты историков продолжаются до сих пор. Из-за отсутствия достоверных сведений невозможно ответить на вопрос являются ли вертикальные мельницы оригинальным изобретением европейских мастеров или конструкция заимствована у ближневосточных стран.

Существование первой известной мельницы в Европе (предполагается, что она была вертикального типа) датируется 1185 годом; она была расположена в бывшем селе Видли в Йоркшире в устье реки Хамбер. Помимо этого, существует ряд менее надежных исторических источников, согласно которым первые ветряные мельницы в Европе появились в 12-м веке. Первым назначением ветряных мельниц было измельчение зерновых культур.

Козловая мельница

Существуют данные, согласно которым самый ранний тип европейских ветряных мельниц носил название post mill, названный так из-за большой вертикальной детали, составляющей основную конструкцию мельничного стана.

При монтаже корпуса мельницы таким образом она получала возможность вращаться по направлению ветра; это позволяло работать более продуктивно в северо-западной Европе, где направление ветра изменяется с короткими интервалами. Основания первых козловых мельниц вкапывали в землю, что обеспечивало дополнительную опору при повороте. Позже была разработана деревянная опора получившая название эстакада (либо козлы). Она была обычно закрытой, что давало дополнительное место для хранения урожая и обеспечивало защиту во время неблагоприятных погодных условий.

Этот тип ветрянных мельниц был наиболее распространенным в Европе до девятнадцатого века, до тех пор пока мощные башенные мельницы не заменили их.

Полая (пустая) козловая мельница

Мельницы этой конструкции имели полость, внутри которой размещался приводной вал. Это давало возможность поворачивать конструкцию по направлению ветра прилагая меньше усилий, чем в традиционных козловых мельницах, а также не было необходимости поднимать мешки с зерном к высоко расположенным жерновам, так как применение длинного приводного вала позволило размещать жернова на уровне земли. Такие мельницы использовались в Нидерландах начиная с 14 века.

Башенная мельница

К концу 13 века был введен в эксплуатацию новый тип мельничной конструкции, башенная мельница. Ее основным преимуществом являлось то, что в движение приводилась только лишь верхняя часть конструкции, в то время, как основная часть мельницы оставалась неподвижной.
Широкое распространение башенных мельниц пришло с началом периода укрепления экономики, из-за необходимости наличия надежных источников энергии. Фермеров и мельников не смущала даже более высокая стоимость возведения по сравнению с другими типами мельниц.
В отличие от козловой мельницы, в башенной мельнице только крыша башенного стана реагировала на наличие ветра, это позволяло сделать основную конструкцию значительно выше, что, в свою очередь, позволяло изготовлять лопасти большего размера, благодаря чему вращение мельницы было возможно даже в условиях слабой ветрености.

Верхняя часть мельницы могла поворачиваться по направлению движения ветра благодаря наличию лебедок. Помимо этого, существовала возможность удержания крыши мельницы и лопастей по направлению к ветру благодаря наличию небольшого ветряка, устанавливаемого под прямым углом по отношению к лопастям в задней части ветряка. Данный тип конструкции получил распространение на территории бывшей Британской империи, Дании и Германии. На территории расположенной на небольшом расстоянии от Средиземного моря, башенные мельницы возводились с фиксированными крышами, так как изменение направления ветра большую часть времени было весьма незначительным.

Шатровая мельница

Шатровая мельница является усовершенствованным вариантом башенной мельницы, где каменная башня заменена деревянным каркасом обычно восьмиугольной формы (существуют мельницы с большим или меньшим количеством углов). Каркас покрывался соломой, шифером, листовым металлом либо толем. Более легкая конструкция, по сравнению с башенными мельницами, делала ветряную мельницу более практичной, позволяя возводить конструкцию в районах с нестабильной почвой. Первоначально этот тип мельниц использовали в качестве дренажной мельницы, но позже сфера использования значительно расширилась.

При возведении мельницы в застроенных районах она обычно помещалась на основание из каменной кладки, что позволяло поднять конструкцию над окружающими зданиями для лучшего доступа ветра.

Механическое устройство мельниц

Лопасти (паруса)

Традиционно парус состоит из каркаса-решётки на которой расположена парусина. Мельник может самостоятельно регулировать количество ткани в зависимости от силы ветра и необходимой мощности. В средние века лопасти представляли собой решетку на которой располагалась парусина, в то время, как в условиях более холодного климата ткань была заменена деревянными планками, что препятствовало замораживанию. Независимо от устройства лопастей, для регулировки парусов необходимо было полностью остановить мельницу.

Переломным моментом стало изобретение в Великобритании в конце восемнадцатого века конструкции, которая автоматически приспосабливалась к скорости ветра без вмешательства мельника. Наиболее популярными и функциональными стали паруса, изобретенные Уильямом Кабиттом в 1807 году. В этих лопастях, ткань заменили механизмом соединенных затворов.

Во Франции Пьер-Теофиль Бертон изобрел систему, состоящую из продольных деревянных реек, соединенных с помощью механизма, который позволял мельнику открыть их во время вращения мельницы.

В двадцатом веке, благодаря успехам в самолетостроении значительно повысился уровень знаний в области аэродинамики, что привело к дальнейшему повышению эффективности работы мельниц немецким инженером Билау и голландскими мастерами.

Большинство ветряных мельниц имеют четыре паруса. Наряду с ними существуют мельницы оснащенные пятью, шестью или восемью парусами. Наибольшее распространение они получили в Великобритании (особенно в графствах Линкольншир и Йоркшир), Германии, и реже в других странах. Первые заводы по производству парусины для мельниц находились в Испании, Португалии, Греции, Румынии, Болгарии и России.

Мельница с четным числом парусов имеет преимущество перед другими типами мельниц, ведь при возникновении повреждения одной из лопастей, возможно удалить противоположную ей лопасть, тем самым сохранив балансировку всей конструкции.

В Нидерландах во время того, как лопасти мельницы находятся в неподвижном состоянии, их используют для передачи сигналов. Небольшой наклон парусов по направлению к главному зданию символизирует радостное событие; в то время, как наклон в противоположную от главного здания сторону символизирует скорбь. Ветряные мельницы по всей Голландии, были помещены в позиции траура в память о голландских жертвах авиакатастрофы малазийского Боинга в 2014 году.

Мельничный механизм

Шестерни внутри мельницы передают энергию от вращательного движения парусов к механическим устройствам. Паруса закреплены на горизонтальных валах. Валы могут быть полностью сделаны из дерева, дерева с металлическими элементами или целиком из металла. Тормозное колесо устанавливают на валу между передним и задним подшипниками.

Мельницы использовались для осуществления многих промышленных процессов, например для обработки семян масличных культур, выделки шерсти, покраски изделий и изготовления изделий из камня.

Распространение мельниц

Общее количество ветряных мельниц в Европе, по оценкам экспертов, достигало количества около 200 000 во времена наибольшего распространения этого типа устройств, эта цифра является довольно скромной по сравнению с приблизительно 500 000 водяных мельниц, существовавших в то же время. Ветряные мельницы получили распространение в тех регионах, где было слишком мало воды, где реки замерзали зимой и в равнинных регионах, где поток рек были слишком медленными, чтобы обеспечить требуемую мощность для работы водяных мельниц.

С приходом промышленной революции важность ветра и воды в качестве основных промышленных источников энергии снизилась; в конечном итоге большое количество ветряных мельниц и водяных колес было заменено на паровые мельницы и мельницы, оснащенные двигателями внутреннего сгорания. Вместе с тем, ветряные мельницы по прежнему оставались достаточно популярны, их продолжали строить до конца 19-го века.

В наши дни ветряные мельницы часто являются охраняемыми конструкциями, так как была признана их историческая ценность. В некоторых случаях старинные мельницы существуют в качестве статичных экспонатов (когда древние машины слишком хрупки, чтобы привести их в движение), в других случаях, как полностью рабочие экспонаты.

Из 10 000 ветряных мельниц, используемых в Нидерландах в 1850х годах, около 1000 мельниц до сих пор находятся в рабочем состоянии. Большинство ветряков в настоящее время обслуживается добровольцами, хотя некоторые мельники до сих пор работают на коммерческой основе. Многие из дренажных мельниц существуют в качестве резервного механизма для современных насосных станций. Регион Заан в Голландии был первым промышленным регионом мира в котором к концу 18 века функционировало около 600 ветряных мельниц. Экономические колебания и промышленная революция имела гораздо большее влияние на ветряные мельницы, чем на другие источники энергии, это привело к тому, что лишь немногие из них удалось сохранить до наших дней.

Строительство мельниц было распространено на территории Капской колонии в Южной Африке в 17 веке. Но первые башенные мельницы не пережили штормы на мысе полуострова, поэтому в 1717 году было решено построить более прочную мельницу. Мастера, специально присланные Голландской Ост-Индской компанией завершили строительство к 1718 году. В начале 1860х годов, Кейптаун мог похвастаться 11 мельницами.

Ветряные турбины

Ветряная турбина по сути является ветряной мельницей, структура которой специально разработана для выработки электроэнергии. Ее можно рассматривать как следующий шаг в развитии ветряной мельницы. Первые ветряные турбины были построены в конце девятнадцатого века профессором Джеймсом Блитом в Шотландии (1887 г.), Чарльзом Ф. Брашем в Кливленде, штат Огайо (1887-1888)и Полем ля Куром в Дании (1890-е). Мельница Поля ля Кура начиная с 1896 года выполняла функции электрогенератора в селе Аскове. К 1908 году насчитывалось 72 ветряных электрогенератора в Дании, с мощностью в пределах от 5 до 25 кВт. К 1930-м годам ветряные мельницы получили широкое распространение на фермах в Соединенных Штатах, где их использовали для выработки электроэнергии, в связи с тем, что еще не были установлены системы передачи и распределения энергии.

Современная ветроэнергетическая промышленность началась в 1979 году с запуска серийного производства ветровых турбин датскими производителями Kuriant, Vestas, Nordtank и Bonus. Первые турбины были небольшими по сегодняшним меркам, с мощностью 20-30 кВт каждая. С тех пор турбины коммерческого производства были значительно увеличены в размерах; Турбина Enercon E-126 способна обеспечить поступление до 7 МВт энергии.

С началом 21-го века, наблюдается рост озабоченности населения по поводу энергетической безопасности, глобального потепления и истощения ископаемого топлива. Все это в конечном итоге привело к увеличению интереса к всевозможным видам возобновляемых источников энергии и усилило интерес к ветровым турбинам.

Ветряные насосы

Ветряные насосы использовались для перекачки воды на территории современных Афганистана, Ирана и Пакистана начиная с 9-го века. Использование ветряных насосов получило широкое распространение во всем мусульманском мире, а затем распространилось на территорию современного Китая и Индии. Ветряные насосы использовались в Европе, особенно в Нидерландах и областях Восточной Англии Великобритании, начиная от Средневековья и далее, при осушении земли для сельскохозяйственных работ или для строительных целей.

Американский ветряной насос или ветряной двигатель, был изобретен Даниэлем Халадеем в 1854 году и использовался в основном для подъема воды из колодцев. Более крупные версии ветряного насоса также использовались для таких задач, как распиловка древесины, измельчение сена, шелушение и размол зерна. В Калифорнии и некоторых других штатах, ветряной насос был частью автономной системы по добыче хозяйственно-бытовой воды, которая также включала ручной колодец и деревянную водонапорную башню. В конце 19-го века стальные лопасти и башни заменили устаревшие деревянные конструкции. На пике своего развития в 1930 году, по оценкам экспертов около 600 000 ветряных насосов находились в использовании. Производством ветряных насосов занимались такие американские компании, как Pump Company, Feed Mill Company, Challenge Wind Mill, Appleton Manufacturing Company, Eclipse, Star, Aermotor и Fairbanks-Morse, со временем именно они стали основными поставщиками насосов в Северной и Южной Америке.

Ветряные насосы широко используются на фермах и ранчо в Соединенных Штатах, Канаде, Южной Африке и Австралии в наши дни. Они имеют большое количество лопастей, что позволяет им вращаться с большей скоростью при слабом ветре и замедлять движение до необходимого уровня при сильном ветре. Такие мельницы поднимают воду для нужд комбикормовых заводов, лесопильных заводов и сельскохозяйственных машин.

В Австралии компания Griffiths Brothers занимается изготовлением ветряных мельниц под названием «Southern Cross Windmills» начиная с 1903 года. В наши дни они стали незаменимой частью австралийского сельского сектора благодаря использованию воды Большого артезианского бассейна.

Ветряные мельницы в разных странах

Ветряные мельницы Голландии

В 1738 — 40 годах в голландском городке Киндердейк были построены 19 каменных ветряных мельниц для защиты низин от затопления. Ветряные мельницы перекачивали воду с территории, расположенной ниже уровня моря в реку Лек, которая впадает в Северное море. Кроме перекачивания воды, ветряные мельницы использовались для выработки электричества. Благодаря этим мельницам Киндердейк в 1886 году стал первым электрифицированным городом в Нидерландах.

Сегодня воду с отметки ниже уровня моря в Киндердейке перекачивают современные насосные станции, а ветряные мельницы в 1997 году были внесены в Список объектов мирового наследия Юнеско.

Ветряные мельнцы Испании

Ветряные мельницы Германии

Ветряные мельницы Украины

Ветряные мельницы Греции

Ветряные мельницы Бельгии

Ветряные мельницы Италии

Ветряные мельницы России

Ветряная мельница, Cуздальский Музей деревянного зодчества.

Ветряные мельницы Венгрии

Ветряные мельницы Израиля

Ветряная мельница Монтефиоре в Иерусалиме была построена в 1857 году на склоне напротив западных городских стен Иерусалима. Мельница была восстановлена в 2012 году.

создание и установка своими руками функционального

Что такое ветряная мельница?

Постройки, имеющиеся на приусадебном или дачном участке, обычно создаются в строгом функциональном стиле. Каких-либо специфических декоративных элементов они, как правило, не имеют и выглядят соответственно своему назначению. При этом, желание как-то украсить, оживить территорию участка свойственно большинству владельцев. Вариантов решения этого вопроса имеется очень много. Чаще всего используются технологии ландшафтного дизайна, с помощью которых может быть украшен абсолютно любой клочок земли.

Один из вариантов создания необычного облика является возведение ветряной мельницы. Решение несколько неожиданное, но неизменно эффектное, требующее подробного рассмотрения.

Устройство и принцип работы

Ветряная мельница — это устройство, преобразующее энергию ветра в работу мукомольного механизма. Таково традиционное назначение мельниц, выполнявших практически единственную работу — размол зерна, изготовление муки. Лопасти (крылья) мельницы принимали на свои плоскости поток ветра и начинали вращение. Оно передавалось на жернова, моловшие зерно и производившие муку. Устройство ветряной мельницы — это прообраз ветряных генераторов, насосов и прочих механизмов сегодняшнего дня, использующих потоки ветра как источник энергии.

В настоящее время встретить действующую ветряную мельницу можно редко, в основном, их содержат в этнографических заповедниках как экспонаты. При этом, они вполне исправны и могут выполнять свою работу вполне эффективно.

Декоративный элемент или практичное сооружение?

Использовать ветряную мельницу в качестве полноценного сооружения, выполняющего помол муки, невозможно. Во-первых, размеры такого сооружения не подойдут для относительно небольших участков. Кроме того, необходимости в размоле зерна в настоящее время не имеется. Поэтому ветряные мельницы, возводимые на садовых участках, выполняют декоративную роль. При этом, вращающийся ротор, если он способен выполнять свои функции, вполне может быть использован для различных хозяйственных нужд:

• производство электроэнергии;
• приведение в действие водяного насоса;
• корпус ветряка можно приспособить для хранения различного инвентаря.

Выбор способа применения ветряка — прерогатива владельца участка, но наиболее распространенным назначением таких сооружений является украшение участка, привнесение фольклорных мотивов в стиль оформления. Этот момент нельзя считать второстепенным или неважным, так как внешний вид так же нуждается в грамотном и творческом подходе, как и практическое применение.

Для чего может понадобиться?

В данном случае ключевым моментом становится самостоятельное изготовление сооружения. Помимо определенных практических целей, которые преследуются при создании ветряка, важен творческий подход, возможность приложить усилия для самостоятельного оформления участка.

Применить такое сооружение можно по-разному, например, с помощью ветряной мельницы можно декорировать скважину для воды. Часто подобными сооружениями прикрывают выход на поверхность канализационных коллекторов. Не исключается использование ветряка по прямому назначению — с целью приведения в движение механизмов или генерации электрического тока, например, для освещения участка.

Важно! Украшение территории — сам по себе немаловажный фактор, но, если имеется возможность практического применения ветряной мельницы для хозяйственных нужд, ее ценность возрастает во много раз.

Еще одним возможным применением такого элемента можно назвать место для детских игр. Ребятишки с удовольствием играют в различных домиках, а если он стилизован под мельницу, становится еще интереснее.

Выбор территории для установки

На выбор места влияет, в первую очередь, замысел владельца, назначение сооружения. Если планируется чисто декоративное использование, то мельницу размещают исходя из соображений живописности, внешнего эффекта, то есть на открытой площадке, обеспечивающей хороший обзор сооружения. Если же устройство будет функциональным, то на выбор повлияет уровень площадки, отсутствие поблизости крупных построек, способных закрыть лопасти от потоков ветра.

Кроме того, необходимо учитывать расположение инженерных коммуникаций, построек или сооружений, которым могут помешать вращающиеся крылья мельницы. Если они находятся напротив окна, постоянное мелькание в глазах создаст существенное неудобство для людей, находящихся в комнате.

Следует также учитывать, что к сооружению понадобится иметь нормальный подход, особенно, если планируется сделать его элементом детской игровой площадки. Учитывая все эти соображения, производится выбор оптимального места для строительства мельницы.

Пошаговая инструкция

Создание мельницы происходит по обычной схеме, используемой при строительстве любых сооружений:

• создание проекта (рабочего чертежа)
• приобретение материалов, подбор инструмента
• подготовка площадки
• сборка корпуса и ротора
• установка механических элементов (если они запланированы)
• запуск, отладка режимов работы

Некоторые шаги в этом перечне могут оказаться лишними, иногда, напротив, могут понадобиться дополнительные действия. Окончательный план действий может быть составлен только при рассмотрении конкретной конструкции, условий ее работы, размеров и прочих параметров.

Важно! Ни в коем случае не следует пренебрегать созданием проекта. Зачастую именно на этом этапе обнаруживаются значительные ошибки или дополнительные факторы, в корне меняющие подход к выполняемой работе. Изготовление наобум может привести к пустой трате времени и материалов.

Необходимые материалы и инструменты

Для создания декоративной ветряной мельницы лучше всего использовать традиционные материалы:

• брус,
• доски,
• обточенные бревна,
• гвозди,
• саморезы.

Кроме того, в зависимости от размеров и назначения мельницы могут понадобиться материалы для создания фундамента:

• цемент,
• песок,
• арматурный пруток.

Не менее важно иметь необходимые инструменты:

• электропила,
• электрорубанок,
• ручная ножовка,
• стамеска, долото,
• пассатижи,
• молоток,
• электродрель с набором сверл,
• линейка, рулетка.

В зависимости от проекта сооружения, могут быть привлечены и другие инструменты или приспособления, если в них возникнет необходимость.

Фундамент

Первые шаги, которые понадобится выполнить на начальном этапе, это — подготовка площадки под строительство. Если сооружение запланировано достаточно крупное, например, под мельницу надо задекорировать хранилище для инструментов, инвентаря, инженерных устройств, то потребуется устройство фундамента.

Самым простым способом заливки фундамента будет создание ленточного типа основания. Для этого по периметру будущих стен выкапывается ров, внутрь которого устанавливается опалубка, вяжется арматурный каркас и заливается бетон. Фундамент выдерживается нужное время для достаточной кристаллизации бетона, после чего можно вести дальнейшие работы.

Примечание: для небольших декоративных сооружений фундамент не требуется, достаточно немного приподнять их над уровнем земли, чтобы исключить контакт с грунтовыми водами.

После завершения фундамента приступают к созданию корпуса ветряной мельницы.

Выбираем тип стен и кровлю

Возведение стен и крыши мельницы ведется в точном соответствии с рабочими чертежами, выполненными заблаговременно в самом начале. Возможны разные варианты:

• постройка стен из обточенных бревен. Выполняется при создании большой мельницы, предназначенной для выполнения определенных хозяйственных функций.
• возведение стен из бруса. Этот способ несколько проще, так как подгонка бруса намного проще, чем бревен. Величина мельницы при этом также достаточно большая.
• создание каркаса с последующей обшивкой досками. Такое строительство подойдет для мельницы меньших размеров.

Рассмотренные варианты подразумевают строительство сооружения непосредственно на месте. Могут быть варианты, когда все сооружение собирается в одном месте, например, в гараже или в мастерской, и устанавливается уже готовым на предназначенное место. Такой подход может быть использован при создании небольших декоративных мельниц, которые можно переносить в пределах участка.

Строительство стен завершается с началом создания крыши. Традиционно делается двух- или четырехскатная конструкция. В качестве кровельного материала используется какое-либо из старинных, традиционных кровельных покрытий — черепица, дранка и т. п.

Древесина — неустойчивый к воздействию атмосферной влаги и дождей материал. Готовое строение необходимо защитить от воды, нанеся слой лака или олифы. Оптимальным вариантом будет предварительная пропитка антисептиком и антипиреном для защиты стен от насекомых или огня.

Особенности постройки функциональной мельницы

Если ветряк будет выполнять полезную работу, то он устроен довольно сложным образом. Конструкция состоит из вращающегося ротора, передающего движение на генератор, с которого полученное напряжение передается на аккумулятор и инвертор. Это — самая сложная схема подключения ветрогенератора, могут быть варианты и попроще. Но все они объединены одним признаком: вал ротора соединяется с определенным механизмом.

Такое обстоятельство вынуждает подходить к постройке с другой стороны:

• сначала монтируется рабочий механизм;
• вокруг него строятся стены или защитный короб с возможностью доступа к оборудованию для ремонта или обслуживания.

В таких ситуациях строительство ведется так, чтобы стены и крыша мельницы не препятствовали вращению крыльев или не перекрывали доступ к механике. В остальном работы ведутся подобным образом с использованием тех же материалов и инструментов.

Установка ветрогенератора

Установка ветряной мельницы необходима в тех случаях, когда она была изготовлена в мастерской. Обычно такие сооружения имеют небольшие размеры и вполне доступны для транспортировки в пределах участка. Такой вариант хорош для производства ремонта, модернизации или технического обслуживания. Возможность произвести работы в условиях нормальной мастерской, а не под открытым небом, дает множество плюсов и обеспечивает высокое качество ремонта или ухода.

Установка мельницы производится на сухую подготовленную площадку. При необходимости, устройство крепится к ней с помощью анкеров. Если конструкция горизонтальная и не имеет возможности установки на ветер, то следует заранее позаботиться о выборе места, позволяющего использовать преобладающее направление потока для данного региона.

Рекомендуемые товары

4.4. Типы ветряных мельниц — Энергетика: история, настоящее и будущее

4.4. Типы ветряных мельниц

Технологические процессы производства с использованием ветряных мельниц крайне разнообразны. В соответствии с этим и мельницы подразделялись на различные типы.

Так, в мукомольном производстве были мельницы, работающие на один (см. рис. 4.3) или два (рис. 4.11) жерновых постава.

По конструктивным формам поворота на ветер существовало два основных типа ветряных мельниц – козловые и шатровые (рис. 4.12). Козловая ветряная мельница (рис. 4.12, а) целиком поворачивалась вокруг дубового столба. Столб устанавливался в центре тяжести, а не в центре симметрии, на фундаменте. Поворот на ветер требовал затраты больших усилий. Применялась одноступенчатая передача, вращающая короткий вал жернова. К козловому типу относится и мельница «Bock» (см. рис. 4.3). На рис. 4.13 представлен разрез более поздней конструкции козловой ветряной мельницы.

На рис. 4.12, б показан шатровый (голландский) тип. Неподвижное здание мельницы снабжалось сверху поворотной рамой, несущей ветроколесо и покрытой крышей в виде шатра. Поворот на ветер из-за меньшего веса поворачивающихся частей требовал значительно меньших усилий. Ветроколесо могло иметь увеличенный диаметр вследствие возможности его подъёма на большую высоту. Чаще всего применялась двухступенчатая передача (см. рис. 4.11). На рис. 4.14 представлена более совершенная конструкция шатровой мельницы.

Колчанный тип занимал промежуточное положение между шатровым и козловым типами. Поворотный круг располагался на половине высоты мельницы.

Дренажные мельницы, поворотная рама которых находились на уровне земли, относили к колчанному типу.

Быстроходность ветряных мельниц ограничивалась прочностью передачи с деревянными зубьями колёс и цевок шестерён. Поэтому повышение коэффициента использования энергии ветра за счёт увеличения быстроходности ветроколеса также было ограничено. Зубья и цевки (рис. 4.15) выполнялись по шаблону из сухого дерева (граб, акация, вяз, клён или берёза).

Рис. 4.11. Общий вид (а) и разрез (б) старинной европейской ветряной мельницы с двумя жерновами

Рис. 4.12. Схемы козловой (а) и шатровой (б) мельниц: 1 – ветроколесо; 2 – главный вал; 3 – одноступенчатая передача; 4 – вал жёрнова; 5 – засыпочный лоток; 6 – жёрнов; 7 – водило; 8 – центральный столб; 9 – двухступенчатая передача

Обод колеса на главном валу делался из досок берёзы или вяза, положенных в два слоя, с наружной стороны обрабатывался по окружности и притягивался болтами к спицам. Верхний и нижний диски цевочной шестерни вертикального вала связывались из досок толщиной 40 мм в два слоя. Диски также стягивались болтами. Колесо и шестерня крепились клиньями. Так как крылья являлись основной частью ветряных мельниц, то и развитие последних с момента их возникновения и до заката шло по пути совершенствования прежде всего конструкции крыльев.

В старых конструкциях решётка крыла покрывалась парусиной. Постепенно тёс вытеснил парус. Крылья начали обшивать тёсом (лучшим был еловый) толщиной в 6 мм, постоянной по длине (рис. 4.16). Обрывки полотна на парусном крыле, щели, грубо пригнанный тёс на дощатом крыле снижали в несколько раз подъёмную силу крыльев, а следовательно, во столько же раз и производительность ветряной мельницы.

У простейших мельниц крылья делали с постоянным углом заклинения лопасти (от 14 до 15°). Такие крылья были значительно проще в изготовлении, но коэффициент использования энергии ветра у них примерно в 1,5 раза меньше, чем у крыльев с винтовой лопастью. У некоторых шатровых мельниц крылья делали с переменным углом заклинения: на конце от 0 до 10° и у основания от 16 до 30°. Одна из последних конструкций крыльев с полуобтекаемыми профилями представлена на рис. 4.17.

Рис. 4.13. Разрез козловой ветряной мельницы

Рис. 4.14. Разрез шатровой ветряной мельницы

В Европе здания шатровых ветряных мельниц к моменту заката их эпохи строили из камня. Общий вид такой мельницы показан на рис. 4.18 (на заднем плане – современная ветровая электрическая установка).

У ветряной мельницы с приводом к водяному насосу для орошения земельных участков (рис. 4.19) наиболее старого типа, как и у зерновых мельниц, в случае ветра большой силы во избежание повреждений площадь крыльев уменьшалась вручную путем частичного снятия паруса (или открытия жалюзей). За счёт применения ветроколеса «Геркулес» диаметром 15 м (рис. 4.20), построенного Объединённым обществом ветряных турбин в Дрездене, был сделан очередной шаг к улучшению экономичности подобных установок.

Но все это тихоходные ветродвигатели, для которых характерны большое число лопастей или широкие крылья (см. рис. 4.3–4.5, 4.7–4.11, 4.13, 4.14, 4.18–4.20). Им присущ большой страгивающий момент.

Увеличить быстроходность ветронасосных установок удалось с использованием ветроколеса «Адлер» фирмы «Кестер» в Гольштинии (рис. 4.21, а) с малым числом лопастей и большим расстоянием между ними.

б Рис. 4.15. Передачи: а – одноступенчатая верхняя; б – двухступенчатая нижняя

Рис. 4.16. Обшивка крыла тёсом

Установка с этим колесом обладала средней быстроходностью. Ветроколесо быстроходного типа фирмы «Аэродинамо» (Берлин) на подсасывающей стороне крыльев уже имело клапаны (рис. 4.21, б) для автоматического регулирования. В рабочем состоянии клапаны удерживались пружиной и упором в горизонтальном положении так, что при движении крыла они не создавали значительного сопротивления.

При превышении определённой частоты вращения под действием центробежных сил клапаны поворачивались и создавали большое сопротивление, а также весьма значительно нарушали плавность потока на крыле, так что подъёмная сила крыльев делалась меньше, вследствие чего ветер использовался в меньшей степени.

Быстроходные ветродвигатели позволяли получать высокие значения коэффициента использования энергии ветра и большую мощность при тех же размерах, имели малый страгивающий момент.

Рис. 4.17. Конструкция крыльев с полуобтекаемыми профилями

На рис. 4.22 показана ветроустановка, которая накачивала воду с помощью подъёмного винта. Ветроколесо у нее такого же типа, как и на рис. 4.21, а, той же фирмы. Обращает на себя внимание форма профилей крыльев.

В XVIII–XIX веках ветряные мельницы сооружались практически по всему миру. Развитие машиностроения позволило перейти от кустарного производства деревянных мельниц к изготовлению в мастерских деревометаллических и к массовому производству в заводских условиях многолопастных ветродвигателей металлической конструкции. К концу XIX столетия они уже были снабжены системами автоматического регулирования скорости вращения и мощности, механизмами фиксации ветроколеса по направлению потока. Суммарный годовой выпуск в основных промышленно развитых странах составлял сотни тысяч двигателей. Ряд стран начал в значительных количествах выпускать на заводах также более совершенные по конструкции и экономичные быстроходные ветродвигатели, предназначенные в первую очередь для получения электрической энергии. Эти двигатели небольшой мощности (0,75–1 кВт) обычно выполнялись с двух(рис. 4.23, а) или трехлопастным (рис. 4.23, б) ветроколесом крыльчатого типа, соединённым через редуктор с генератором постоянного тока. Они снабжались системой аккумулирования энергии, чаще всего аккумуляторной батареей. Их использовали в быту для освещения небольших и удалённых объектов и зарядки аккумуляторных батарей.

Характерна установка на ветер ветроагрегата «Беркут-3» (см. рис. 4.23, а) с помощью двух виндроз в отличие от большинства аналогичных ветродвигателей, где эту функцию выполняет хвост (см. рис. 4.23, б, а также рис. 4.8–4.10, 4.20–4.22). Механизм виндроз представляет собой два небольших ветроколеса, плоскость вращения которых перпендикулярна к плоскости вращения основного колеса, работающих на привод червяка, поворачивающего платформу головки ветроагрегата до тех пор, пока колёса не будут лежать в плоскости, параллельной направлению ветра.

Рис. 4.19. Немецкая ветронасосная мельница для орошения земельных участков

Рис. 4.20. Ветронасосная установка с ветроколесом «Геркулес»

Рис. 4.18. Каменная ветряная мельница шатрового типа

Ограничение числа оборотов в ветроагрегате «Роралайт» производится поворотом лопасти с помощью центробежного регулятора, смонтированного на валу ветроколеса.

Значение ветряных мельниц и других ветроагрегатов в жизни людей и развитии человеческой цивилизации столь велико, что они заслуживают не только строгого – технического – сухого описания, но и поэзии.

Большой мастер лирической прозы К.Г. Паустовский (1892–1968) в очерке «Ильинский омут» оставил нам в наследство «оду» ветряной мельнице.

«Однажды летом я жил в степях за Воронежем. Все дни я проводил или в одичалом липовом парке, или на мельнице3ветряке, стоявшей на сухом кургане.

Вокруг ветряка росло много шершавого лилового бессмертника. Тесовая крыша ветряка была наполовину сорвана воздушной волной в те дни, когда к Воронежу подходили немцы.

В отверстие крыши было видно небо. Я ложился на глиняный тёплый пол мельницы и читал романы Эртеля или просто смотрел на небо в отверстие над моей головой.

а б

Рис. 4.21. Ветроколёса фирм «Адлер» (а) и «Аэродинамо» (б)

В нём непрерывно возникали всё новые очень белые и выпуклые облака и медленной чредой уплывали на север.

Тихое сияние этих облаков достигало земли, проходило по моему лицу, и я закрывал глаза, чтобы уберечь их от резкого света. Я растирал на ладони венчик чабреца и с наслаждением вдыхал его запах – сухой, целебный и южный. И мне чудилось, что рядом, за ветряком, уже открылось море, и что пах3 нут чабрецом не степи, а его наглаженные прибоями пески.

Рис. 4.22. Ветроустановка для накачивания воды с помощью подъёмного винта

Иногда я задремывал около жерновов. Вы3 сеченные из розового песчаника жернова переносили мою мысль ко временам Эллады.

Несколько лет спустя я увидел статую египетской царицы Нефертити, высеченную из такого же камня, как и жернова. Я был поражён женственностью и нежностью, какая заключалась в этом грубом песчанике. Гениальный ваятель извлёк из сердцевины камня дивную голову трепетной и ласковой молодой женщины и подарил её векам, подарил её нам, своим далёким потомкам, так же как и он, взыскующим нетленной красоты.

А два года спустя я увидел во Франции, в Провансе, знаменитую мельницу писателя Альфонса Доде. Когда-то он устроил в ней своё жилище.

Очевидно, жизнь на ветряной мельнице, пропахшей мукой и старыми травами, была удивительно хороша. Особенно на нашей воронежской мельнице, а не на мельнице Альфонса Доде. Потому что Доде жил в каменной мельнице, а наша была деревянная, полная ми3 лых запахов смолы, хлеба и повилики, полная степных поветрий, света облаков, перелива жаворонков и цвиканья каких3то маленьких птичек – не то овсянок, не то корольков.

Рис. 4.23. Ветроэлектрические быстроходные агрегаты: а – советский «Беркут33»; б – американский фирмы «Роралайт»

Устройство ветряной мельницы

В свое время ветряная мельница была важным строением, которое позволяло осуществлять большое количество операций. С ее помощью можно было легко измельчить зерно в муку или на корм для скота. Сегодня мельницами, которые работали бы от потока ветра или воды, никто не пользуются, но их с успехом применяют в ландшафтном дизайне. Ков принцип работы мельницы и можно ли ее собрать самостоятельно? Об этом речь пойдет в статье.

Принцип работы

Принцип работы ветряной мельницы можно описать довольно просто. В качестве движущей силы используются потоки воздуха, которые постоянно перемещаются. Ветер воздействует на три основных узла:

• лопасти;
• передающий механизм;
• механизм, выполняющий работу.

В мельницах, которые использовались раньше, лопасти могли достигать в длину несколько метров каждая. Это делалось для увеличения площади захвата ветра. Размеры подбирались в зависимости от того, какую функцию выполняла мельница. Если мощность мельницы требовалась больше, то и пропеллер был больше. Самыми большими лопастями оснащались мельницы, которые мололи муку. Это связано с тяжелыми жерновами, которые необходимо было вращать. Форма лопастей ветряка со временем совершенствовалась, и они создавались в согласии с законами аэродинамики, что дало возможность увеличить их эффективность.

Следующим модулем ветряка, который следует за лопастями является редуктор или передающий механизм. Иногда таким модулем служил только вал, на который были смонтированы лопасти. На втором конце вала находился инструмент, который выполнял работу. Но такой механизм ветряка не отличается особой безопасностью и надежностью. Остановить мельницу при необходимости попросту невозможно. Кроме того, вал мог легко сломаться, если его чем-то заклинило. Редуктор является более эффективным и изящным решением. Он подходит для того, чтобы преобразовать вращение лопастей в полезную работу различного характера. Кроме того, разъединив компоненты редуктора, можно легко прекратить взаимодействие.

Оборудование, которое могло применяться и применяется с мельницей является самым разнообразным. Кроме жерновов, это могут быть различные измельчители на основе лезвий, благодаря которым в короткие сроки можно приготовить корм для скота. На мельницах могло быть установлено столярное оборудование, которое приводилось в действие силой ветра.

Где можно использовать мельницу

Мельницы испытывают второе рождение, но это не объясняется возвратом к методам производства, которые использовались раньше. Все больше людей задается вопросом о принципе действия такой конструкции. Те, кто одним глазом видели небольшую ветряную мельницу, которая была установлена у кого-то в саду, захотели иметь мельницу и у себя на участке. Мельница может стать именно той изюминкой, которой не хватало для территории сада с деревьями. Мельница придает индивидуальности любому участку. Сложно найти две одинаковые мельницы, которые были бы сделаны своими руками. Каждый мастер вносит свои наработки.

Ветряную мельницу можно доработать и задействовать в качестве генератора электрической энергии. Это позволит освещать территорию двора с использование светодиодных лампочек и не платить за электричество. Для этого потребуются определенные знания физики и смекалка. Похожим образом можно задействовать мельницу, если на участке протекает небольшой ручеек.

Подход к ландшафтному дизайну должен быть умеренным. Без особых сложностей можно насадить разнообразие цветов и других растений, но смотреться это будет безвкусно. В каждом проекте должна быть своя изюминка. Ровно подстриженным газоном редко кого можно удивить. Мельница на участке даст возможность выделиться. Возле нее можно оборудовать небольшой уголок для отдыха после тяжелого дня, она может быть тайником для дорогих сердцу мелочей. О других возможностях использования такой мельницы рассказано ниже.

Дополнительные способы использования

Ветряная мельница может быть не только генератором и простым элементом, который украсит участок. У нее может быть и другое практическое применение. Именно поэтому стоит хорошо подумать, где именно ее можно установить. Например, если по садовому участку проведена система автоматического полива, то, скорее всего, может присутствовать люк, в котором находятся все водопроводные узлы. Такой люк невозможно скрыть под газонной травой, но, если этого не сделать, тогда он будет выделяться и портить вид. Как раз в этом случае на помощь придет мельница. Она может быть смонтирована непосредственно на крышку люка, чем скроет ее. При этом у посетителей не возникнет подозрений в том, что что-то не так.

Не всегда элементы канализации спрятаны в люки. Кроме того, на газоне могут быть и другие элементы, которые необходимо скрыть. За счет того, что материал для мельницы подбирается легкий, то он не может повредить элементы. Также корпус выполняется в виде колпака, поэтому может быть установлен сверху. Если соорудить мельницу больших габаритов, то этому нескончаемо рады будут дети. Они смогут использовать мельницу для игр с друзьями. Если конструкция будет применяться именно таким способом, то ее необходимо хорошо укрепить, чтобы она не травмировала чад. Кроме того, понадобится вход, который необходимо сделать с обратной стороны.

Для ухода за садом и газоном применяется немало инструмента. Удобнее, если он будет находиться непосредственно на участке и за ним не придется возвращаться в кладовку возле дома. В этом тоже может помочь мельница. Внутри мельницы можно оборудовать отличное помещение для хранения инвентаря. Чтобы он хранился как можно компактнее, можно соорудить различные садовые органайзеры. Мельницу можно соорудить из природного камня или огнеупорного кирпича. В этом случае можно все продумать так, чтобы она служила мангалом. Для этого также можно соорудить небольшой столик.

Обратите внимание! Проблемой для многих являются кроты, которые постоянно перерывают территорию сада. Можно частично решить этот вопрос с помощью мельницы. Она способна передавать вибрации от вращения. Делается это благодаря тому, что ножки вкапываются в землю минимум на 20 см. Дополнительно можно смонтировать в конструкции ветряка вибромоторы, которые будут отпугивать животных.

Изготовление своими руками

К изготовлению мельницы нельзя подходить легкомысленно. Хотя конструкция ветряка и может казаться довольно простой, но необходимо все правильно рассчитать. Только в этом случае можно получить действительно стоящее изделие, которое сможет украсить участок. Первым делом необходимо выбрать территорию, на которой будет установлена конструкция ветряка. Если поместить изделие между деревьев, то оно там затеряется и не будет радовать глаз, кроме того, сила ветра между деревьями меньше, поэтому вращение лопастей может практически отсутствовать, что будет плохо при наличии генератора внутри.

Обратите внимание! На открытую местность проще доставить требуемые материалы, а также легче проводить сборку лопастной конструкции ветряка.

После выбора участка под ветряк производится его уборка и подготовка. Первым делом выполняется очистка от различных элементов, которые могут мешать. Это касается старых веток, кустарников или большого сорняка. Если раньше на участке росло дерево, то потребуется выкорчевать пенек. После уборки убирается трава и снимается небольшой участок грунта в том месте, где будет располагаться мельница. Далее подготавливается фундамент, на который будет смонтирован ветряк.

Чертеж

Нет строгих правил по сборке собственного варианта мельницы. Основной задачей будет нарисовать хороший схематический рисунок. На нем должны быть видны все детали мельницы. В зависимости от выбранного участка и целей, которые назначены для мельницы подбираются размеры. Их необходимо указать непосредственно на эскизе. Пример виден на фото выше. Следующим шагом идет подбор материала для мельницы. В его качестве подойдет древесина, но ее необходимо обработать антисептиком, а также покрыть лаком, чтобы она не разбухала от воздействия влаги, а также не была изъедена вредителями.

Обратите внимание! Отличным решением для конструкции ветряка будет сосна. Она пропитана смолами, поэтому прекрасно отталкивает влагу. Стоимость такой древесины сравнительно невысока, поэтому она отлично подходит для задуманного.

Подготовка фундамента

Когда с размерами все ясно, можно перейти к изготовлению фундамента для ветряка. Это необязательная процедура, но она требуется, если ветряк будет значительных размеров и применяться, как служебное помещение. Выкапывается небольшая яма на глубину в 50 см. Слоем в 15 см делается подсыпка щебня, таким же пластом укладывается песок средней зернистости. Его необходимо хорошо утрамбовать и выровнять, чтобы ветряк стоял ровно. Далее выставляется опалубка на ту высоту, на которую будет возвышаться фундамент для ветряка. В большинстве случаев она не требуется.

Внутрь ямы под фундамент ветряка укладывается армирующая сетка. Она изготавливается из арматуры, которая переплетается между собой вязальной проволокой. Сверху производится заливка бетона. Его необходимо хорошо утрамбовать, чтобы не было пустот, из-за которых в фундаменте ветряка могли бы пойти трещины. Монтаж ветряка на фундамент можно производить по истечении нескольких недель.

Сборка

Первым делом для мельницы понадобится каркас. Его можно изготовить из деревянного бруса с размерами 5×5 см. Крепить его необходимо не к бетонному основанию, а к небольшому ростверку. Его можно изготовить из бруса с размером 10×10 см. Из бруса изготавливается квадрат или прямоугольник. Все будет зависеть от выбранной конструкции. Элементы прочно соединяются между собой. Необходимо проверить соответствует ли каждый гол 90°. После этого на фундамент под мельницу укладывается слой гидроизоляции из рубероида. Он необходим, чтобы влага от бетона не повредила древесину. На рубероид укладывается деревянная конструкция основы ветряка и прикручивается к основанию анкерами.

Следующим шагом будет установка каркаса из бревен. На четырех углах крепятся стойки под мельницу. Чаще всего стенки мельницы имеют трапециевидную форму, поэтому бруски крепятся не под прямым углом, а с небольшим уклоном. Для этого их необходимо предварительно обрезать. Фиксация к основанию производится металлическими уголками. Когда четыре стойки для мельницы находятся на своих местах, делается верхняя обвязка. Дополнительно крепятся поперечные распорки, которые увеличат прочность всей конструкции мельницы. Это как раз тот момент, когда необходимо укрепить места, где будет располагаться окно и двери.

Следующим шагом сооружается крыша мельницы. В ветряках отлично смотрится небольшая двускатная крыша. Из брусков сооружаются треугольные фермы, которые монтируются сверху мельницы. После этого производится обшивка всех стен ветряка, кроме лицевой. Обшивку ветряка можно осуществить деревянной вагонкой или блок-хаусом. Ближе к крыше с лицевой стороны ветряка фиксируется механизм, на который будет установлены лопасти. Это может быть труба, в которую запрессовано несколько подшипников. Закрепить ее можно на горизонтальные перекладины каркаса ветряка с помощью хомутов. В подшипники вставляется металлический вал от лопастей. Его можно изготовить из отрезка арматуры.

Одним из самых сложных элементов ветряка является пропеллер. Выше приведена примерная конструкция лопастей для ветряка. Размеры можно пропорционально увеличить в зависимости от того, какие габариты имеет конкретная конструкция ветряка. После этого пропеллер устанавливается на подготовленный ранее вал. Теперь можно зашить переднюю стенку ветряка. Далее в ветряк монтируется окно и двери, а также выполняется организация внутреннего пространства. В качестве кровельного настила для ветряка подойдет профнастил или металлическая черепица. Видео о сборке декоративного ветряка есть ниже.

Обратите внимание! Важно предусмотреть механизм, который будет стопорить вал ветряка. Это понадобится во время сильного ветра, чтобы лопасти ветряка не были повреждены.

Резюме

Как видно, ветряк или мельница может оказаться довольно полезным дополнением саду. Благодаря своему уникальному виду ветряк однозначно будет привлекать внимание прохожих и гостей. Кроме того, ветряк значительно упростит задачу по обслуживанию сада. Внутри мельницы можно разместить насосное оборудование и основные узлы управления, что сохранит их от неблагоприятных погодных условий.

Отправить комментарий

Подводные камни ветряной энергетики: «лопасти-убийцы» и другое — Энергетика и промышленность России — № 03-04 (311-312) февраль 2017 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 03-04 (311-312) февраль 2017 года

Однако наряду с неоспоримыми плюсами ветряная энергетика имеет и свои минусы.

Что такое ветряная энергетика? По сути, энергия ветра – это преобразованная в кинетическую энергию молекул воздуха энергия солнца. Проще говоря, энергия ветра, как и энергия волн, – это разновидность солнечной энергии, энергии, которая будет нам доступна столько времени, сколько будут существовать Солнце и наша планета.

Энергию ветра люди научились использовать еще в древности. Так, уже в Древнем Египте ветер использовали для помола зерна, а в Вавилоне и Китае – для осушения полей. Наконец, в XX веке ветер стали использовать непосредственно для получения электроэнергии. Сторонники ветро­энергетики заявляют о сплошных плюсах подобного подхода: отмечают ничтожную стоимость эксплуатации ветряной электростанции, то, что ветряная энергетика соответствует всем условиям, необходимым для причисления ее к экологически чистым методам производства.

Недовольные соседи

Однако противники ветряной энергетики находят в ней и недостатки. Причем если некоторые из них по сравнению с вредом, причиняемым традиционными источниками энергии, незначительны, то другие заставляют серьезно задуматься о дальнейших перспективах ветряной отрасли.

Начнем с простейших из них. Например, многие считают, что ветряки, торчащие здесь и там, портят вид местности. Поэтому соседи могут воспротивиться сооружению ветряной турбины (это называется «синдромом отчужденности»). Кроме того, лопасти винтов при работе издают шум, который раздражает живущих по соседству (при этом малые ветряные турбины, часто устанавливаемые в непосредственной близости от жилья, шумят сильнее – скорость их вращения выше, чем у крупных турбин, и они находятся ближе к земле). А отсутствие согласия соседей на установку турбины может поставить крест на ваших планах получать энергию от ветра.

Между прочим, у соседей могут быть и вполне рациональные причины невзлюбить ветряк. Так, есть мнение, что турбины создают помехи, ухудшающие прием радио- и телепередач. Кроме того, на многих негативно воздействует и постоянное мелькание солнечного света, прерываемого лопастями или отражающегося от них. При определенной частоте мельканий у некоторых людей даже возникают эпилептические припадки.

Финансовый аспект

Есть у ветряных электростанций минусы и посерьезнее. Не стоит забывать, что ветер – неустойчивый источник энергии. Сила ветра весьма переменчива и зачастую непредсказуема, что требует использования дополнительного буфера для накапливания избыточной электроэнергии или дублирования источника для подстраховки.

Если говорить о малой генерации, то даже лучшие образцы автономных ветроэлектростанций могут обеспечить регулярное производство только небольшого количества электроэнергии. К тому же малые ветряные турбины не работают при слишком сильном ветре, а гроза, ураган или снежный буран могут такую турбину повредить. Все это приводит к тому, что если малые ветроэлектростанции и окупаются, то очень долго.

Впрочем, и с «большой» ветряной энергетикой не все так просто. Несмотря на массовое производство, стоимость строительства современной ветряной электростанции велика. При этом ветряные электростанции, как правило, простираются на обширные территории и находятся в отдалении от потребителя, что создает дополнительные расходы на транспортировку энергии. Сохранение избыточной энергии, выработанной ветряными турбинами, также требует дополнительных решений: аккумуляторов или преобразователей в другие виды энергии. То есть для того, чтобы получать «бесплатную» энергию ветра, вначале придется хорошо заплатить, ведь ветряная электростанция отличается высокой начальной стоимостью.

Кроме того, в разных частях Земли в разное время ветер дует по‑разному. При строительстве ветряных электростанций необходимо предварительное исследование и разработка карты ветров, что увеличивает стоимость такой электростанции.

Экологический аспект

Сторонники ветроэлектроэнергии постоянно подчеркивают, что по сравнению с вредным воздействием традиционных энергоисточников воздействие ветроэнергетики на экологию планеты ничтожно. Но риски есть.

Прежде всего, ветряки несут угрозу крылатым существам – птицам и летучим мышам. Некоторые исследователи утверждают, что ветряки принуждают некоторые виды птиц менять пути миграции, а кто не меняет, рискуют погибнуть от лопастей турбин. Например, в США, согласно данным Национальной академии наук этой страны, от них погибает от 20 тыс. до 37 тыс. птиц ежегодно.

Причина гибели летучих мышей сложнее: способность к эхолокации, как правило, позволяет им не попадать на лопасти, но они залетают в область низкого давления, тянущуюся за вращающейся лопастью. От внезапного попадания в почти безвоздушное пространство лопаются капилляры в легких, и зверек гибнет.

Наконец, есть версия, что ветровые электростанции вредят и людям. Так, многие живущие поблизости от них жалуются на постоянный шум. Ветряные турбины действительно создают шум, сравнимый с шумом автомобиля, движущегося со скоростью 70 км / ч, что вызывает дискомфорт для людей и отпугивает животных.

Другая неожиданная особенность ветряных энергоустановок проявилась в том, что они оказались источником достаточно интенсивного инфразвукового шума, неблагоприятно воздействующего на человеческий организм, вызывающего постоянное угнетенное состояние, сильное беспричинное беспокойство и жизненный дискомфорт. Как показал опыт эксплуатации большого числа ветряных установок в США, этот шум не выдерживают ни животные, ни птицы, покидая район размещения станции, т. е. территории самой ветровой станции и примыкающие к ней становятся непригодными для жизни.

Американский педиатр Нина Пьерпонт утверждает: близость ветроустановок вызывает у некоторых людей мигрень, головокружение, беспокойство, тахикардию, давление в ушах и тошноту, а также ухудшает зрение и даже пищеварение. Она даже выявила так называемый «синдром ветрогенератора» – клиническое наименование ряда симптомов, которые наблюдаются у многих (но не у всех) людей, живущих вблизи промышленных ветровых турбин.

По мнению врача, к проблемам приводит нарушение вестибулярной системы внутреннего уха низкочастотным шумом от турбин ветрогенераторов. Проще говоря, инфразвуком. Низкочастотный шум от турбин стимулирует выработку ложных сигналов в системе внутреннего уха, которые и приводят к головокружению и тошноте, а также к проблемам с памятью, тревожности и панике. Инфра­звук, вследствие большой длины волны, свободно обходит препятствия и может распространяться на большие расстояния без значительных потерь энергии. Поэтому инфра­звук можно рассматривать как фактор, загрязняющий окружающую среду. Таким образом, если ветрогенераторы приводят к выработке инфразвука, то они все же не являются чистым источником энергии, поскольку загрязняют окружающую среду. А отфильтровать инфразвук намного сложнее, чем обычный звук. Устанавливаемые звуковые фильтры не позволяют экранировать его полностью.

Впрочем, «синдром ветрогенератора» не признается официально. Критики Пьерпонт говорят, что написанная ею книга не рецензировалась и была издана самостоятельно, а ее выборка субъектов для исследований слишком мала и не имеет контрольной группы для сравнения. Многие специалисты заявляют, что термин «синдром ветрогенератора» распространяется группами активистов, выступающими против ветропарков. А некоторые исследования объясняют синдром ветрогенератора силой внушения. (Справедливости ради надо заметить, что те же аргументы приводятся в ответ на критику более традиционных видов энергии, например атомной, которым противопоставляется энергия ветра.)

Однако, несмотря на критику синдрома, люди очень часто жалуются на головные боли, бессонницу, звон в ушах, которые связываются с ветрогенераторами. Не зря рядом с ветропарками исчезают животные. Чтобы выявить реальные угрозы, необходимы дополнительные исследования.

Ветрогенераторы ведут мир к апокалипсису?

Есть и еще более серьезные опасения. Согласно некоторым исследованиям, развертывание ветро­энергетики хотя бы до 33 процентов от уровня нынешней мировой электрогенерации приведет к худшим последствиям для климата, чем удвоение содержания углекислого газа в атмосфере. Между тем, по современным научным представлениям, удвоение содержания углекислого газа в атмосфере неизбежно вызовет поистине катастрофические изменения климата и массовое вымирание видов.

Как же ученые пришли к подобным выводам? Дело в том, что каждая ветряная турбина создает прямо за собой «ветряную тень» – область, в которой воздух замедлен в сравнении со своей естественной скоростью в этом районе. Вот отчего ветряки на ВЭС расставляют с существенными «зазорами»: в противном случае слишком близкие соседи снизят эффективность друг друга.

Если бы мы покрыли всю Землю ветряными турбинами, считают исследователи, такая энергосистема «могла бы генерировать огромные количества энергии, намного больше, чем 100 ТВт, но в этой точке, как подсказывает климатическое моделирование, ее влияние на глобальные ветра и, следовательно, климат стало бы очень суровым».

Напомним, что именно ветер «отвечает» в мировой атмосфере за перенос тепла из жарких, тропических частей земного шара в более холодные, высокие широты (и в Россию в том числе). Снижение их скорости, неизбежное при вращении ветряков, ведет к падению интенсивности такого теплопереноса. Словом, теоретически слишком бурное развитие ветроэнергетики может привести к росту средних температур летом и их падению зимой. А значит, к экологической катастрофе планетарных масштабов.

Сложно сказать, правда ли это, однако, на мой взгляд, даже малейшее подозрение в столь негативном воздействии на экологию Земли требует дополнительных исследований. Возможно, мы наблюдаем не рассвет ветряной энергетики, а ее апогей, за которым ветряную энергетику ждут увядание и забвение.

Альтернативная энергия — обузданный ветер — Экология и промышленная безопасность

Потенциал ветровой энергии РФ составляет более 50 000 миллиардов кВт*ч/год

Ветряные мельницы до XIX века

Долгие столетия благодаря ветру человек передвигался по морям и океанам, используя для «ловли» воздушных потоков паруса. Примерно II-I веками до н.э. датируются первые известные ветряные мельницы, найденные в Египте возле города Александрия. Это были каменные мельницы барабанного типа. У них колесо с широкими лопастями монтировалось в специальном барабане таким образом, что половина колеса находилась снаружи, и ветер, давя на лопасти, вращал колесо, которое, в свою очередь, приводило в движение жернов.

Более совершенные ветряные мельницы крыльчатой конструкции в VII веке н.э. стали использовать персы, проживавшие на территории современного Ирана. С VIII-IX веков ветряные мельницы распространились по Европе и Руси. Поначалу эти мельницы мололи зерно, но постепенно человек начал применять их также для откачки воды и приведения в действие различных механизмов. В частности, голландцы таким образом осушали польдеры — участки земли, обнесенные дамбами.

Персидская ветряная мельница

До середины XVI столетия в Европе были распространены так называемые мельницы на козлах (иначе — немецкие мельницы). Их недостатками являлись ненадежность (опрокидывались бурей) и ограниченная производительность ввиду того, что козловые мельницы поворачивались вручную в сторону ветра с помощью козел (отсюда и название), а значит — строились не слишком большими.

Но в середине XVI века в Голландии изобрели мельницу, в которой двигалась лишь крыша с крыльями. Усовершенствованные мельницы стали называть шатровыми (или голландскими). Такие мельницы строили очень высокими, что позволяло закреплять на них более длинные крылья, тем самым увеличивая мощность. Сегодня самыми высокими в мире ветряными мельницами считаются голландские ветряки под названием «Север» и «Свобода», чья высота превышает 33 метров.

Мельница в голландском местечке Киндердейк

В свое время Голландия являлась «лидером» по количеству ветряных мельниц, которые использовались не только для помола зерен и откачки воды. Получили распространение красильные, масляные, лесопильные мельницы. Именно для лесопилки была построена в Петербурге ветряная мельница, конструкцию которой Петр I лично изучил у голландских мастеров. Даже бумагу изготавливали с помощью ветряных мельниц, и ныне в голландском местечке Заансе Сханс можно увидеть последнюю мельницу (под названием «Учитель») для производства бумаги. Не случайно очень долгое время бумага из Голландии считалась самой лучшей, и американская «Декларация Независимости» как раз и была напечатана на такой бумаге.

Новая жизнь ветряных мельниц

Появление более совершенных технологий, казалось, отправит ветряные мельницы в область туристических диковинок. Однако достаточно быстро люди разобрались, что таким «дедовским» способом, т.е. с помощью ветряков, можно получать энергию электричества.

В июле 1887 года шотландский академик и профессор Джеймс Блит (James Blyth) предпринял попытку создания ветровой установки для получения электричества. В 1891-м он получил патент на свое изобретение. 10-метровый ветряк с крыльями, обтянутыми тканью, был установлен в шотландском городе Marykirk и производил электроэнергию для освещения. Правда, коммерческого успеха Блит не добился.

Зимой 1887-1888-го, уже в Соединенных Штатах, Чарльз Ф. Браш (Charles F. Brush) создал ветряную турбину, которая питала электроэнергией его дом и лабораторию вплоть до 1900 года.

Ветряная турбина Чарльза Браша.

В 1890 году датский ученый и изобретатель Поль ля Кур (Poul la Cour) сконструировал ветряную электроустановку для производства водорода. Данная установка считается первым электроветряком современного типа. В первой половине прошлого века ветрогенераторы стали устанавливаться в тех местах, куда обычным путем электричество доставить было невозможно. С 20-х годов прошлого века ветрогенераторы начали появляться в США и Австралии.

В России в 1918 году получением электричества с помощью ветра заинтересовался профессор В. Залевский. Он создал теорию ветряной мельницы и сформулировал ряд принципов, которым должен отвечать ветрогнератор. В 1925-м профессор Н. Жуковский организовал отдел ветряных двигателей в Центральном аэрогидродинамическом институте.

В 30-х годах ХХ века руководство Советского Союза всерьез озаботилось использованием энергии ветра. Было налажено производство ветроустановок мощностью 3-4 кВт, причем выпускались они сериями. Самую первую ветроэлектрическую станцию в СССР установили в 1930 году в городе Курске. Мощность станции равнялась 8 кВт.

В 1931 году в СССР заработала самая крупная в мире Ялтинская ВЭС мощностью 100 кВт. Строительство и установка ветрогенераторов шло высокими темпами вплоть до начала 60-х. Достаточно сказать, что с 1950 по 1955 годы Союз выпускал до 9 тысяч ветроустановок ежегодно. Когда осваивалась целина в Казахстане, советские люди соорудили первую многоагрегатную ВЭС, работавшую совместно с дизелем; общая мощность данной установки составляла 400 кВт. Эта ВЭС стала примером для современных систем «ветро-дизель».

Однако к концу 60-х ветроэнергетика Советского Союза уступила место крупным ТЭС, ГЭС и АЭС, и серийное производство «ветряков» было свернуто. К ВЭС вернулись в 90-е годы ХХ века, не в пример США и Европе. Начало же современной ветроэнергетики принято отсчитывать от 1979 года.

Современное состояние ветроэнергетики

Любопытно, что примерно до середины 90-х годов прошлого века по суммарной мощности ветроэнергетических установок первенство держали США. Однако в 1996 году в Западной Европе оказалось 55% мировых мощностей ветроэлектростанций.

Изменились и сами электроветряки. До середины 90-х ХХ века в мире больше всего производили ветрогенераторов мощностью от 100 до 500 кВт. Затем наметилась тенденция к выпуску установок мощностью до 2000 кВт. Это поистине исполинские ветряки, высота которых превышает 100 метров.

Несмотря на постоянно увеличивающиеся темпы роста числа ветроэлектростанций, доля электроэнергии, получаемой силой ветра, составляет чуть более 1% от общей величины выработки электроэнергии в мире. Однако в отдельных странах эта доля существенно выше, например, в Дании она составляет более 20%, в Германии — 14,3% (по данным 2007 года), в Индии — около 3% (по данным 2005 года).

Потенциал ветровой энергии Российской Федерации составляет более 50 000 миллиардов кВт·ч/год. В переводе на язык экономики — это приблизительно 260 миллиардов кВт·ч/год, что равняется примерно 30% от электроэнергии, производимой всеми отечественными электростанциями.

На 2006 год установленная мощность ветровых электростанций в России равнялась примерно 15 МВт.

«Куликовская» ВЭС

Одна из самых мощных российских ветроэлектростанций размещается в районе поселка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Ее мощность — 5,1 МВт (ветропарк состоит из 21 ветроэнергетической установки, занимает примерно 20 гектар и способен обеспечить электричеством 145 квартир), а среднегодовая выработка — около 6 млн кВт·ч/год. Также стоит назвать Анадырскую ВЭС мощностью 2,5 МВт на Чукотке.

В ближайшие годы в самых разных странах мира планируется существенно увеличить количество получаемой электроэнергии от ветряков. Однако распространение ВЭС может быть затруднено по ряду причин, о которых речь пойдет ниже.

Минусы ветроэнергетики

Итак, какие же существуют главные минусы у ветроэнергетики? Во-первых, сила ветра непостоянна. Поэтому существует опасность нарушения работы общей энергосистемы (которая сама по себе «страдает» от пиков и спадов нагрузки) в том случае, если в ней будет присутствовать значительная доля электроэнергии, получаемой от ВЭС (согласно некоторым расчетам — эта доля в 20-25%). Кроме того, «нестабильность» ветра вынуждает человека думать о резервных источниках электроэнергии, которые бы могли в нужный момент компенсировать недостающую часть электроэнергии. В качестве примера такого резерва можно привести газотурбинные электростанции либо аккумуляторы. Все это приводит к повышению стоимости ветровой электроэнергии.

Во-вторых, ветряные энергетические установки издают приличный шум, что вынудило в ряде европейских стран принять закон, ограничивающий уровень шума ветряков до 45 дБ днем и до 35 дБ в ночное время. К шуму добавляется низкочастотная вибрация, передающаяся через почву. Вот почему жилые дома размещаются обычно на расстоянии 300 метров и более от ветряных энергетических установок.

В-третьих, металлические составляющие ветряков производят радиопомехи, из-за чего в некоторых местах приходится даже строить рядом дополнительные ретрансляторы.

Безусловно, нестабильность ВЭС в плане подачи электроэнергии — самая главная их беда, а с остальными недостатками ветряков вполне можно мириться. Тем более, что хоть значительные территории вокруг ветряных установок вынужденно безлюдны, однако они не пустуют, а практически полностью сдаются в аренду фермерским (либо иным) хозяйствам.

Типичный современный ветропарк

В связи с этим, логично выглядит идея перевода ВЭС на выдачу не электрической энергии промышленного качества (~ 220В, 50 Гц), а постоянного или переменного тока, который бы затем преобразовывался с помощью ТЭНов в тепло, например, для получения горячей воды, обогрева и прочих нужд. В этом случае проблема бесперебойности подачи тока уходит на второй план.

Кроме того, в мире функционируют ветродвигатели, с помощью которых не добывают электричество, а подымают воду из колодцев. Подобные установки находятся в Казахстане, Узбекистане и ряде других стран. Как видим, и в современном мире ветряки применяются достаточно широко.

Ветрогенераторы как они есть

Основными узлами ветрогенератора являются: винт, вращаемый силой ветра, корпус, генератор и аккумулятор. Помимо стационарных существуют мобильные ветроэлектростанции, мощности которых хватает на питание электроприборов.

Мощность ветрогенератора напрямую связана с площадью, заметаемой лопастями генератора. Самые большие в мире ветрогенераторы выпускает немецкая компания «Repower»: диаметр ротора у таких турбин составляет 126 метров, вес гондолы — 200 тонн, высота башни — 120 метров, а мощность может доходить до 6 МВт.

Самая распространенная конструкция ветрогенератора — с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя можно и сегодня увидеть двухлопастные установки. На текущий момент в мире распространены ветродвигатели двух типов: карусельные и крыльчатые. Встречаются также барабанные и другие конструкции.

У карусельных (роторных) ветрогенераторов на вертикальную ось «насажено» колесо с лопастями. В отличие от крыльчатых, такие ветряки способны функционировать при любом направлении ветра, не меняя своего положения. Это тихоходные установки, не создающие большого шума. В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах — это допускает применение простых электрических схем без опасности потерпеть аварию при порыве ветра.

Крыльчатые ветряки — это лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения. Крыло-стабилизатор позволяет устанавливать систему в самое выгодное положение относительно потока ветра. Небольшие крыльчатые ВЭС постоянного тока соединяют с электрогенератором напрямую (без мультипликатора), более мощные снабжаются редуктором. На мировом рынке доля крыльчатых ВЭС превышает 90%, чему причина — высокий коэффициент использования энергии ветра.

Среди альтернативных конструкций стоит упомянуть ветряные системы, в которых нет движущихся частей. Проносящийся ветер в них охлаждается и, благодаря термоэлектрическому эффекту Томсона, способствует вырабатыванию электрической энергии.

А есть ли перспективы?

Безусловно, перспективы имеются. Ветряные установки вот уже более ста лет помогают человеку получать электричество буквально из ничего, используя лишь кинетическую энергию воздушных масс атмосферы. Тем самым, экономятся традиционные виды топлива (дрова, уголь, нефть, природный газ), уменьшается загрязнение окружающей среды.

Глобальный экономический кризис, за развитием и, надеемся, благополучным концом которого мы наблюдаем сегодня, дает много пищи для размышлений, и в частности, наводит на мысль о переходе на альтернативные источники энергии. Высокие цены на нефть, перебои с поставками природного газа (в Европу, в частности) дают ветроэнергетике отличный шанс для дальнейшего развития. Не случайно ведь за рубежом альтернативная энергетика начала серьезный рост после нефтяного кризиса середины 70-х годов прошлого века. Поначалу ветроэнергетику дотировало государство, но сегодня данный вид энергетики является прибыльным делом, хотя и регулируется госструктурами. В России, кстати, необходимой законодательной базы для развития ветроэнергетики нет, по этой причине (а также из-за отсутствия серьезных инвестиций; ветропарк Куликовской ВЭС — дар властей Дании!!!) в нашей стране действуют не более четырех десятков скромных ВЭС, дающих суммарно менее 0,1% вырабатываемой в РФ энергии.

Ветроэнергетика наличествует в более чем 50 странах мира. Страны-лидеры по суммарно установленным мощностям: Германия (18428 МВт), Испания (10027 МВт), США (9149 МВт), Индия (4430 МВт), Дания (3122 МВт), Нидерланды (1290 МВт), Китай (1260 МВт) и Португалия (1000 МВт).

Если до недавнего времени ветроэнергетика активно развивалась в странах ЕС и США, то сегодня ВЭС в больших количествах возводят в Канаде, Азии, Южной Америке, Австралии, Африке (на прародине А.С. Пушкина в этом деле преуспевает Египет).

Тенденция такова, что энергией ветра скоро начнут питать не отдельные дома, а целые поселки и города, поначалу, конечно, совсем небольшие. Одной из таких «ласточек» стал в 2008-м городок Rock Port (штат Миссури) — первый город в США, получающий 100% энергии от ветропарка (проект Wind Capital Group). Так называемая «малая ветроэнергетика» тоже может быть причислена к перспективным направлениям энергетики.

Ветроэнергетика сегодня — это стремительно развивающаяся отрасль. Об этом говорят и цифры — в 2008 году общая мощность ветряной энергетики во всем мире составила 120 ГВт. Надеемся, что и Россия не останется в стороне от тенденций развития альтернативной энергетики, использующей для получения электричества или тепла силу ветра (а также приливы-отливы, геотермальные источники и т.д.), благо территории и ветрового потенциала в России предостаточно.

механизм старой ветряной мельницы

Как работает ветряная турбина

От огромных ветряных электростанций, вырабатывающих электроэнергию, до небольших турбин, питающих один дом, ветряные турбины по всему миру производят чистую электроэнергию для различных нужд.

В Соединенных Штатах ветряные турбины становятся обычным явлением. С начала века общая мощность ветроэнергетики в США увеличилась более чем в 24 раза. В настоящее время в США достаточно ветроэнергетических мощностей для выработки электроэнергии, достаточной для питания более 15 миллионов домов, что помогает проложить путь к экологически чистой энергии будущего.

Что такое ветряная турбина?

Концепция использования энергии ветра для выработки механической энергии восходит к тысячелетиям. Еще в 5000 году до нашей эры египтяне использовали энергию ветра для передвижения лодок по реке Нил. Американские колонисты использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и распиловки древесины на лесопилках. Сегодняшние ветряные турбины — это современный эквивалент ветряной мельницы, преобразующий кинетическую энергию ветра в чистую возобновляемую электроэнергию.

Как работает ветряная турбина?

Большинство ветряных турбин состоит из трех лопастей, установленных на башне из стальных труб.Реже встречаются варианты с двумя лопастями, с бетонными или стальными решетчатыми башнями. На высоте 100 футов или более над землей башня позволяет турбине использовать преимущества более высоких скоростей ветра, обнаруживаемых на больших высотах.

Турбины улавливают энергию ветра с помощью лопастей, похожих на пропеллер, которые действуют как крыло самолета. Когда дует ветер, с одной стороны лезвия образуется карман с воздухом низкого давления. Затем воздушный карман низкого давления притягивает к себе лезвие, вызывая вращение ротора.Это называется лифтом. Сила подъемной силы намного сильнее, чем сила ветра на передней стороне лопасти, что называется сопротивлением. Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер.

Ряд шестерен увеличивают вращение ротора примерно с 18 оборотов в минуту до примерно 1800 оборотов в минуту — скорость, которая позволяет генератору турбины вырабатывать электричество переменного тока.

Обтекаемый корпус, называемый гондолой, содержит ключевые компоненты турбины — обычно включая шестерни, ротор и генератор — находятся внутри корпуса, называемого гондолой.Некоторые гондолы, расположенные на вершине турбинной башни, достаточно велики, чтобы на них мог приземлиться вертолет.

Еще одним ключевым компонентом является контроллер турбины, который не позволяет скорости ротора превышать 55 миль в час, чтобы избежать повреждения сильным ветром. Анемометр непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру. Тормоз, также расположенный в гондоле, останавливает ротор механически, электрически или гидравлически в аварийных ситуациях. Изучите интерактивный рисунок выше, чтобы узнать больше о механике ветряных турбин.

Типы ветряных турбин

Есть два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью и с вертикальной осью.

Большинство ветряных турбин имеют горизонтальную ось: конструкция в виде пропеллера с лопастями, вращающимися вокруг горизонтальной оси. Турбины с горизонтальной осью работают либо против ветра (ветер ударяет лопасти перед башней), либо по ветру (ветер бьет в башню перед лопастями). Турбины против ветра также включают в себя привод рыскания и двигатель — компоненты, которые поворачивают гондолу, чтобы ротор был обращен к ветру при изменении его направления.

Несмотря на то, что существует несколько производителей ветряных турбин с вертикальной осью, они не проникли на рынок коммунальных услуг (мощностью 100 кВт и более) в той же степени, что и турбины с горизонтальным доступом. Турбины с вертикальной осью делятся на две основные конструкции:

• Drag-based или Savonius, турбины обычно имеют роторы с твердыми лопастями, которые вращаются вокруг вертикальной оси.
• Лифтовые турбины, или турбины Дарье, имеют высокий вертикальный аэродинамический профиль (некоторые имеют форму взбивания яиц).Windspire — это тип лифтовой турбины, которая проходит независимые испытания в Национальном центре ветроэнергетики Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

Применение ветряных турбин

Ветровые турбины используются в самых разных сферах — от использования морских ветровых ресурсов до выработки электроэнергии для одного дома:

• Большие ветряные турбины, которые чаще всего используются коммунальными предприятиями для подачи энергии в сеть, варьируются от 100 киловатт до нескольких мегаватт.Эти турбины для коммунальных предприятий часто объединяются в ветряные электростанции для производства большого количества электроэнергии. Ветряные электростанции могут состоять из нескольких или сотен турбин, обеспечивающих мощность, достаточную для десятков тысяч домов.
• Небольшие ветряные турбины мощностью до 100 киловатт обычно устанавливаются рядом с местами, где будет использоваться вырабатываемая электроэнергия, например, возле домов, телекоммуникационных тарелок или водонасосных станций. Небольшие турбины иногда подключаются к дизельным генераторам, батареям и фотоэлектрическим системам.Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах, где нет подключения к коммунальной сети.
• Морские ветряные турбины используются во многих странах для использования энергии сильных, постоянных ветров, возникающих у береговых линий. Потенциал технических ресурсов ветров над прибрежными водами США достаточен для выработки более 4000 гигаватт электроэнергии, что примерно в четыре раза превышает генерирующие мощности нынешних США.электроэнергетическая система. Хотя не все эти ресурсы будут освоены, это дает большую возможность обеспечить энергией густонаселенные прибрежные города. Чтобы воспользоваться преимуществами огромных морских ветровых ресурсов Америки, министерство инвестирует в три демонстрационных проекта оффшорной ветроэнергетики, разработанных для развертывания морских ветровых систем в федеральных водах и водах штата к 2017 году.

Будущее ветряных турбин

Для обеспечения будущего роста США ветроэнергетика, ветровая программа Министерства энергетики работает с отраслевыми партнерами, чтобы повысить надежность и эффективность ветряных турбин, а также снизить затраты.Исследования, проводимые в рамках программы, помогли увеличить средний коэффициент использования мощности (показатель производительности электростанции) с 22 процентов для ветряных турбин, установленных до 1998 года, до более чем 32 процентов для турбин, установленных в период с 2006 по 2012 годы. от 55 центов за киловатт-час (кВтч) в 1980 году до менее 6 центов за киловатт-час сегодня в районах с хорошими ветровыми ресурсами.

Ветряные турбины предоставляют уникальную возможность использовать энергию в тех регионах, где население нашей страны нуждается в ней больше всего.Это включает в себя потенциал оффшорного ветра для обеспечения энергией населенных пунктов вблизи береговой линии и способность наземного ветра доставлять электроэнергию в сельские общины с несколькими другими местными источниками энергии с низким содержанием углерода.

Министерство энергетики продолжает работу по развертыванию ветровой энергии в новых районах на суше и на море и обеспечению стабильной и безопасной интеграции этой энергии в электрическую сеть нашей страны.

Использование ветряных мельниц для подачи воды

Типичная ветряная мельница с колесом диаметром 8 может поднимать воду на 185 футов и перекачивать около 150 галлонов в час при ветре от 15 до 20 миль в час при использовании цилиндра насоса 1 ¾ “.

Использование ветряных мельниц для доставки воды

Лен Кальдероне для | АгритехЗавтра

Ветряные мельницы используют энергию ветра для выработки электроэнергии или перекачивания воды, используя движение воздуха, которое естественным образом происходит в земной атмосфере. Лопасти турбины ветряной мельницы улавливают энергию ветра и превращают ее в механическую энергию, вращая генератор, который вырабатывает электричество.

Большинство ветряных мельниц в прошлом использовалось для неэлектрических применений, а ветряные водяные насосы были просто механическими механизмами, расположенными на вершине деревянной башни, перекачивающими воду для поения скота и орошения.

Электрические насосные системы, генерируемые ветряными мельницами, объединяют в себе высоконадежные, не требующие обслуживания ветряные турбины с электрическими центробежными насосами переменного тока, чтобы обеспечить бесперебойную и прочную систему подачи воды. Трехфазный двигатель переменного тока для центробежного электрического водяного насоса приводится в действие электрическим выходом переменного тока от генератора переменного тока ветряной турбины.

В отличие от старых ветряных насосов, эти новые системы не нуждаются в плановом обслуживании; и они могут работать автономно в течение многих лет между проверками. В районах со скромными ветровыми ресурсами электрические насосные системы, генерируемые ветряными мельницами, могут стать рентабельной альтернативой небольшим дизельным насосам как для питьевой воды, так и для орошения небольших участков. Эту систему водоснабжения сейчас можно найти на нескольких сотнях участков в более чем 20 странах.

Идеальные обстоятельства в любом сообществе — наличие источника воды выше, чем сообщество, или использование резервуара для хранения воды в сообществе.Когда источник воды находится выше, воду можно доставлять самотеком. Проблема в том, что многие общины расположены ниже, чем источник воды. Затем воду нужно перекачивать или нужен искусственный подъемник для транспортировки воды.

Качать воду можно там, где есть электричество. Когда электрическая распределительная сеть не распространяется на сельские районы, необходимо использовать альтернативные источники энергии. В этих сценариях необходимо использовать ручной или животный труд, дополняемый дизельными или бензиновыми двигателями, если топливо доступно.Лучший выбор — солнечные батареи или ветряные мельницы, которые не получили широкого распространения.

Использование ветряных мельниц в качестве электрических насосных систем — это развивающаяся технология, сочетающая в себе высоконадежные небольшие ветряные турбины и традиционные электрические центробежные насосы, чтобы обеспечить экономичную альтернативу использованию насосной системы ископаемого топлива для водоснабжения сообщества. Основой ветроэлектрической технологии перекачивания воды стало внедрение высоконадежных небольших ветряных турбин, которые могут годами работать без технического обслуживания.

Широкие лопасти ветряной мельницы с перекачкой воды предназначены для малых пусковых скоростей ветра и работы на малых оборотах; тогда как тонкие лопасти электрического генератора работают на более высоких оборотах.

При выборе подходящего насоса важна скорость потока. Расход — это количество воды, которое подает насос. Другой фактор — это голова. Это высота, на которую насос поднимает воду. Оба они связаны тем, что увеличение напора приведет к уменьшению подаваемого потока.Необходимо уменьшить изгибы и другие потери на трение в трубах, иначе эти потери потребуют большего давления, а поскольку давление и напор диаметрально связаны, это означает, что системе потребуется больший напор.

Мельница, перекачивающая воду, проста и эффективна. Лопасти колеса мельницы ловят ветер, который вращает ротор. Узел колеса прикреплен к узлу ступицы, который приводит в действие зубчатый механизм, преобразующий вращательное движение в движение вверх и вниз.Это движение приводит в движение насосную штангу вверх и вниз внутри трубы в скважине. Цилиндр с герметичным поршнем, движущимся вверх и вниз внутри, заставляет воду подниматься по трубе. При каждом ходе вверх вода втягивается в цилиндр, а при ходе вниз обратный клапан в нижней части предотвращает выталкивание воды наружу, поэтому при следующем ходе вверх вода выталкивается вверх по трубе.

Ветер, естественно, прерывистый, требует некоторого способа хранения. Перекачивание воды в резервуар или пруд, который затем питает воду под действием силы тяжести, более эффективен, чем передача энергии батареям.Количество воды, которое может перекачивать ветряная мельница, зависит от размера цилиндра насоса, высоты, на которую нужно перекачивать воду, размера лопастей и степени ветра в месте установки ветряной мельницы.

Типичная ветряная мельница с колесом диаметром 8 дюймов может поднимать воду на 185 футов и перекачивать около 150 галлонов в час при ветре от 15 до 20 миль в час при использовании цилиндра насоса 1 ”.

Стоимость резервуара и конструкции должна быть сбалансирована со стоимостью батарей. Если батареи используются в качестве резервного источника для ветряной мельницы, энергия может быть переключена на батареи, когда вода не перекачивается напрямую.Добавьте 33-дюймовую стальную башню к 8-дюймовым колесам, и ее стоимость составит около 4000 долларов.

Полная 8-футовая ветряная мельница весит около 350 фунтов. Профессиональных установщиков можно найти в большинстве районов США. Хотя домашние мастера могут построить ветряную мельницу, я не предлагаю этого, поскольку слишком многое может пойти не так. Важно расположить мельницу прямо над колодцем. Изгиб или изгиб штанги насоса приведет к дополнительному трению и преждевременному выходу из строя движущихся частей. Также важно, чтобы верх башни был ровным.Все ветряки предназначены для вращения на оси башни, обращенной против ветра. Если мачта неровная, мельница развернется вниз, когда ветер будет штиль, и будет трудно заставить лопасти вернуться навстречу ветру. Сам колодец должен иметь хороший уровень грунтовых вод на высоте от 100 до 400 футов при средней глубине 250 футов. Колодец может стоить от 1500 до 6000 долларов, в зависимости от глубины.

Средняя ветряная мельница с лопастями, вращающимися под ветром со скоростью от 15 до 20 миль в час, будет качать около трех галлонов в минуту всякий раз, когда дует ветер.Во многих районах ветер дует примерно 35% времени, производя около 1500 галлонов воды в день.

Движущей силой использования водяного насоса ветряных мельниц является потребность в безопасной питьевой воде в развивающихся странах и в регионах, где отсутствует электричество и электрические сети.

Для доп. Информации:

1. https://web2.uconn.edu/hydrogeo/secure2215/nre2011presentations/group3_windmill.pdf
2. http: //www.ironmanwindmill.ru / how-windmills-work.htm

Содержание и мнения в этой статье принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения AgriTechTomorrow

.

Комментарии (0)

К этому сообщению нет комментариев. Будьте первым, кто оставит комментарий ниже.

Опубликовать комментарий

Вы должны войти в систему, прежде чем сможете оставлять комментарии.Авторизуйтесь сейчас.

Рекомендуемый продукт

Информационный документ об открытом выдуве сжатого воздуха

Сжатый воздух — это ограниченный ресурс, который вырабатывается внутри компании для многих операций в производственной среде.Узнайте, как обеспечить наиболее эффективное и действенное использование сжатого воздуха во всех областях применения. Узнайте, сколько стоит производство этого сжатого воздуха и как специальные форсунки могут помочь вам более эффективно и рационально использовать воздух.

Что такое ветряная мельница и как она работает?

До недавнего времени у людей было только визуальное представление о том, что такое ветряная мельница, часто ассоциируясь с прошлым, особенно до промышленной революции.Сегодня, если хотите, круг замкнулся, и сейчас во всем мире растет спрос на большие, технологически продвинутые ветряные мельницы. Термин энергия ветра или энергия ветра описывает процесс, посредством которого ветряные турбины преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую энергию с помощью генератора.

Это вводное руководство призвано описать устройство в терминах непрофессионала, а также обрисовать, как они работают, для чего они предназначались изначально, а также цели, для которых они используются сегодня.Начнем с краткого определения того, что такое ветряная мельница.

• Изначально это было сооружение с парусами, очень похожее на те, что на доиндустриальных судах, и первоначально оно использовалось для производства кукурузной муки. Для этого ветер должен был заставить паруса повернуться. Изначально они были построены мастерами.
• Словарное определение объясняет это таким образом; это машина, приводимая в движение ветром от горизонтальной шахты, простирающейся на паруса. Ветряные мельницы, которые используются до сих пор, в основном в тех частях мира, которые традиционно полагались на них, работают от электричества или воды.
• Словарь разъясняет это определение, соотнося его с техникой физических упражнений человека, которая воспроизводит символизм и движение оригинальной ветряной мельницы. Он также известен своей символикой в ​​классике Сервантеса «Дон Кихот». Это определение напоминает читателям, что оригинальная мельница также использовалась для перекачки воды и выработки электроэнергии.
• Говоря современным языком, передовая ветряная мельница работает всего с тремя лопастями, в основном для выработки устойчивых источников электричества и энергии.Сегодня эти ветряные мельницы также называют ветряными турбинами.
• Согласно Википедии, «ветряная мельница — это мельница, которая преобразует энергию ветра в энергию вращения с помощью лопастей, называемых парусами или лопастями».

Больше от Wind energy:

Ветряные мельницы с фиксированной скоростью работают на одной скорости независимо от скорости ветра и используют редуктор (редуктор имеет шестерни, которые преобразуют медленную скорость вращающихся лопастей в более высокоскоростное вращательное движение) для выработки электроэнергии с частотой, подходящей для сети, тогда как ветряные мельницы с регулируемой скоростью поднимаются и опускаются вместе с ветром

Как работает ветряная мельница?

Ветры возникают из-за неравномерного нагрева атмосферы солнцем, вращения Земли и неровностей земной поверхности.Характер ветрового потока различается от места к месту и изменяется в зависимости от водоемов, растительности и рельефа местности. В следующем разделе кратко, но точно объясняется, как работают ветряные мельницы. Получив более обширную информацию, читатели узнают, что понимание технических процессов, инициированных в ветровых турбинах, будет легким, потому что способ работы ветряных мельниц соответствует простому процессу. Здесь мы по-прежнему полагаемся на условия непрофессионала.

• При создании современных ветряных турбин было опробовано несколько различных вариантов.Сегодня универсальный принцип механизации состоит в том, чтобы управлять турбиной с помощью всего трех лопастей, размещенных вокруг ротора, соединенного с валом. Обратите внимание, что было испробовано несколько вариантов: два лезвия и даже одно лезвие. Но лучше всего работают три лезвия.
• Как видно из названия, единственный источник энергии ветряной мельницы — ветер. Ветер вращает лопасти, которые вращают вал, в свою очередь, побуждают генератор производить электричество. Эти лопасти подключены к генератору, иногда через редуктор, а иногда напрямую.В обоих случаях генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Интересно, что большинство современных турбин вращаются по часовой стрелке. В зависимости от скорости ветра большинство современных турбин могут работать со скоростью от четырех метров в секунду до 15 м / с.
• Многие сторонники зеленой энергии и НПО описывают процесс создания ветряных генераторов более кратко, тесно соотнося его с инициативами в области экологической устойчивости.
• Как только лопасти турбины поворачивают вал, расположенный внутри коробки, расположенной наверху турбины, включается режим коробки передач и происходит более скоростное вращение.Затем трансформатор внутри турбины преобразует электричество в напряжение, подходящее для распределения в национальную сеть.

Основное назначение современной ветряной турбины

К настоящему времени большинство читателей знает, что основная цель современных ветряных мельниц (турбин) — производить электричество из ветра с минимальным воздействием на окружающую среду. Следующие несколько примечаний просто подчеркивают эту устойчивую инициативу. Однако минимальное воздействие на окружающую среду вызывает споры. Об этом мы тоже кратко упомянем.

• Независимо от того, находятся ли они в сельской или городской местности, часто люди, находящиеся на самом низком социально-экономическом уровне, ежедневно сталкиваются с тем, чтобы смотреть на эти гегемонистские структуры. Кроме того, любители природы продолжают высказывать законные опасения по поводу того, как эти турбины влияют на миграцию видов птиц.
• Как уже упоминалось, основная функция ветряной турбины — использовать энергию ветра и преобразовывать ее в полезную (возобновляемую) энергию. В меньшем масштабе домашние пользователи могут установить свою собственную турбину и производить собственную энергию за небольшую плату или бесплатно.
• Как возобновляемая энергия, она может воспроизводиться непрерывно до тех пор, пока не будет достаточно энергии для питания определенных участков. Он также продвигается как чистый источник энергии и, хотя еще не получил широкого распространения, он идеален для наименее развитых стран мира в качестве доступного источника производства электроэнергии.
• Что наиболее важно, турбина в значительной степени способствует снижению расхода ископаемого топлива. Само собой разумеется, что чем больше стран их используют, тем больше сокращается использование ископаемого топлива, поскольку доказано, что оно является надежным источником энергии.

Знаменитая голландская ветряная мельница

Ранее мы упоминали, что ветряная мельница является частью национального традиционного метода производства энергии. Большинство людей сегодня все еще ассоциируют ветряную мельницу как голландский символ и признают ее частью богатой истории и культурного наследия этой провинции.

Примечательно, что когда мы говорим о голландцах, мы относим их к Голландии, федеральной провинции страны-члена Европейского Союза, Нидерланды. Вот лишь несколько кратких интересных фактов о голландской ветряной мельнице.

• В провинции, как символе Голландии, расположено более тысячи ветряных мельниц.
• Первая ветряная мельница была построена примерно в середине восемнадцатого века в ответ на необходимость осушить польдер Киндердейк и окружающие польдеры. Нидерланды, расположенные на суше ниже уровня моря, являются одной из самых уязвимых стран в плане повышения уровня моря.
• На протяжении всей голландской истории ветряные мельницы использовались для самых разных целей, но самым известным остается сложный процесс откачки воды из низменностей в близлежащие реки.

Основные компоненты ветряной мельницы

Чтобы понять, как работает современная ветряная турбина, мы также можем взглянуть на некоторые из ее основных компонентов и на то, для чего они используются. Вот лишь некоторые особенности ветряной турбины.

• Лопасти — Мы должны упомянуть об этом аппарате еще раз, потому что это самая узнаваемая и самая важная особенность ветряной турбины. Еще одна функция лопасти, о которой стоит упомянуть, заключается в том, что она контролирует скорость ротора, чтобы предотвратить его вращение при слишком сильном или слабом ветре.
• Ротор — Продолжая первое, это технический термин для всей ступицы. Он также известен как пропеллер.
• Анемометр — Эта важная функция измеряет скорость ветра и передает записанные данные на контроллер.
• Башня — это еще одна узнаваемая особенность ветряка. Башни современных турбин сделаны из стали и бетона.

Положительные эффекты ветряной турбины

Наконец, необходимо подчеркнуть важность ветряных турбин в том, что касается экологической устойчивости, и как быстрого, но высокоэффективного ответа на глобальное потепление и изменение климата.

Экспоненциальные выгоды не только критичны, но и очевидны там, где ветряные турбины используются все чаще, в основном в развитых и развивающихся странах. Чтобы завершить это руководство по ветряным мельницам и их естественным преемникам, ветряным турбинам, мы выделим некоторые положительные эффекты, которые они оказывают на человечество и окружающую среду.

• Больше никаких парниковых газов — турбины не выделяют углекислый газ.
• Электроэнергия бесплатна — в настоящее время ни одно государственное учреждение не может регулировать ветер. Таким образом, они не могут взимать плату с тех, кто предпочитает использовать его в качестве альтернативного источника жизнеобеспечивающей и спасающей жизни энергии.
• Универсальность. В некоторых местах бытует мнение, что единственные современные ветряные турбины, которые вы, вероятно, увидите, — это гигантские чудовища, парящие над вашим домом. Это не так, потому что сегодня для вас производятся небольшие ветряные турбины, достаточно маленькие и прекрасно оборудованные. Все, что вам нужно сделать, это поговорить с фермерами, которые уже используют индивидуальные турбины для своих сельскохозяйственных нужд.

Положительно говоря, это могло быть вихревое путешествие по процессам, целям, особенностям и справедливым причинам, а также некоторые исторические анекдоты о древних ветряных мельницах и современном эквиваленте ветряной турбины.Основная цель здесь заключалась также в том, чтобы стимулировать повышение осведомленности и интереса к этому важному наследию человечества на будущее.

Изображение предоставлено: photophilde, Susana Fernandez

Ветровая энергия Третьей планеты

Энергия ветра использовалась в течение тысяч лет, начиная с , когда были изобретены парусные лодки как первый и наиболее очевидный пример использования энергии ветра. Самые ранние известные ветряные мельницы и водяные насосы использовались персами в A.D. 500–900 и китайцами в 1200 году нашей эры.

Первая ветряная мельница, изготовленная в Соединенных Штатах, была спроектирована Дэниелом Халладей, который начал изобретать ветряные мельницы в 1854 году в своей механической мастерской в ​​Коннектикуте. Ветряная мельница имела огромный успех как средство перекачки воды на фермы и ранчо на расширяющейся западной границе, настолько, что Халладей перенес свое производство в Иллинойс. Кроме того, ветряная мельница сыграла ключевую роль в расширении железных дорог, потому что вода требовалась для работы первых паровых двигателей.В конце концов, более 1000 малых и крупных заводов начали производство водяных ветряных мельниц, при этом одна компания продала около 100000 за год на пике рынка. Между 1850 и 1970 годами в Соединенных Штатах было установлено более шести миллионов механических ветряных мельниц.

Конструкция первой ветряной мельницы включала четыре лопасти и хвостовое или флюгерное устройство, поворачивающееся против ветра. Со временем были добавлены предохранительные устройства, чтобы сильный ветер не повредил ветряную мельницу и ее насосное оборудование.Дальнейшие разработки привели к созданию многолопастной системы, которая до сих пор производится для перекачивания воды. Чугун и сталь постепенно стали предпочтительными материалами, потому что они не требуют особого ремонта. Первая цельностальная ветряная мельница и башня были произведены компанией Wind Engine & Pump Co.

в США.

Первая ветряная турбина, вырабатывающая электричество, была изобретена в 1888 году в Кливленде, штат Огайо, Чарльзом Ф. Брашем. Диаметр турбины составлял 17 метров (50 футов), у нее было 144 лопасти ротора из кедрового дерева, и она вырабатывала около 12 киловатт (кВт) мощности.

Внедрение небольших ветряных электрогенераторов фермерами и владельцами ранчо не было трудным переходом, учитывая давний успех механических водяных ветряных мельниц. В начале 1900-х годов небольшие ветряные турбины производили мощность от 5 до 25 кВт. Они использовались повсюду в сельской местности в Соединенных Штатах, чтобы обеспечить электричеством удаленные районы.

11 мая 1935 года было создано Федеральное управление электрификации сельских районов США (REA) для содействия распространению электроснабжения на сельские районы, где существующие частные электрические компании не будут расширяться, а именно из-за высоких затрат, связанных с протяжкой электрических линий в глухие подворья.С расширением этих линий электропередачи фермы получили более надежную и полезную энергию при заданном объеме капиталовложений, и промышленность по производству ветряных электростанций больше не была предпочтительным вариантом для производства электроэнергии в сельской местности.

Нефтяной кризис 1973 года вынудил правительство США инвестировать в программы исследований и разработок в области возобновляемых источников энергии. Федеральное финансирование росло на протяжении 1970-х годов, но сократилось в 1980-х годах.

Тем не менее, за это время Калифорния опробовала развитие ветроэнергетики.В период с 1981 по 1986 год в штате было установлено 15 000 турбин мощностью более 1 000 МВт. В течение 1990-х годов общая производимая мощность увеличилась до 2200 МВт, что составляет половину мировой энергии ветра. Тем временем Европа продолжала расширять производство и выпуск турбин, установив более 10 000 МВт. К 2000 году Европа была мировым лидером в области технологий и возможностей производства и установки энергии ветра.

Сегодня ветроэнергетика переживает бум из-за роста цен на энергию и усовершенствованных технологий.По состоянию на начало 2007 года было установлено около 12000 МВт в США и 75000 МВт по всему миру, с прогнозируемым ростом на 26% к концу 2007 года. Такой потенциальный рост означает, что ветроэнергетика может стать второй по темпам роста энергетической отраслью сразу после природного газа. .

Благодаря текущим налоговым льготам ветроэнергетика предлагает американским потребителям самый дешевый вариант электроэнергии. При стоимости 35 долларов за мегаватт-час (МВтч) ветер дешевле угля — 37 долларов за мегаватт-час и природного газа — 50 долларов за мегаватт-час (в долларах 2004 года).Более того, стоимость энергии ветра продолжает снижаться по мере совершенствования технологий и усиления конкуренции. Между тем, уголь и природный газ по-прежнему будут требовать увеличения затрат на разведку, добычу и экспорт в дополнение к ожидаемым будущим нормам по контролю за углеродом.

Физика ветряных турбин | Основы энергетики

Более тысячи лет назад ветряные мельницы работали в Персии и Китае,
см. TelosNet и
Википедия.
Почтовые мельницы появились в Европе в XII веке, а к концу XIII в.
башенная мельница, на которой вращалась только деревянная крышка
вместо всего корпуса мельницы.В США развитие
ветряная мельница, перекачивающая воду, была важным фактором, позволившим заниматься земледелием и разводить скотоводство на обширных территориях.
в середине девятнадцатого века. Эти ветряные помпы
(иногда называемые западными мельницами) все еще распространены в Америке и Австралии. У них есть ротор с
около 30 лопастей (или лопастей) и способность медленно поворачиваться. Из 200 000 ветряных мельниц, существующих в
В Европе середины девятнадцатого века через столетие остался только один из десяти.С тех пор старые ветряные мельницы были заменены паровыми двигателями и двигателями внутреннего сгорания. Однако поскольку
В конце прошлого века количество ветряных турбин неуклонно растет, и их начинают принимать
играет важную роль в производстве электроэнергии во многих странах.

Сначала мы покажем, что для всех ветряных турбин энергия ветра пропорциональна скорости ветра в кубе.
Энергия ветра — это кинетическая энергия движущегося воздуха. Кинетическая энергия массы м с
скорость v составляет

Массу воздуха m можно определить из плотности воздуха ρ и объема воздуха V согласно

.

Затем,

Мощность — это энергия, разделенная на время.Рассмотрим малое время Δ t , за которое частицы воздуха
пройти расстояние с = v Δ t для протекания. Умножаем расстояние на
площадь ротора ветряной турбины A , в результате получается объем

, который приводит в движение ветряную турбину на короткое время. Тогда мощность ветра дается как

.

Сила ветра увеличивается пропорционально скорости ветра. Другими словами: удвоение скорости ветра дает
в восемь раз больше энергии ветра.Поэтому для ветряка очень важен выбор «ветреного» места.

Эффективная полезная энергия ветра меньше, чем указано в приведенном выше уравнении. Скорость ветра позади
ветряк не может быть нулевым, так как за ним не может идти воздух. Следовательно, только часть кинетической энергии
можно извлечь. Рассмотрим следующую картину:

Скорость ветра перед ветряной турбиной больше, чем после. Поскольку массовый расход должен быть непрерывным,
площадь A ₂ после ветряной турбины больше площади A ₁
перед.Эффективная мощность — это разница между двумя ветровыми мощностями:

.

Если разница обеих скоростей равна нулю, у нас нет чистой эффективности. Если разница слишком велика,
поток воздуха через ротор слишком затруднен. Коэффициент мощности c _p характеризует
относительная мощность рисования:

Для вывода приведенного выше уравнения было принято следующее:
A ₁ v ₁ = A ₂ v ₂
= A ( v 1+ v 2) / 2.Обозначим соотношение v 2/ v 1 с правой стороны.
уравнения с размером x . Чтобы найти значение x , которое дает максимальное значение C _P ,
мы берем производную по отношению к x и устанавливаем ее равной нулю. Это дает максимум, когда x = 1/3.
Максимальная мощность вытягивания получается для v ₂ = v ₁ /3,
а идеальный коэффициент мощности равен

Другая ветряная турбина, расположенная слишком близко сзади, будет приводиться в движение только более медленным воздухом.Таким образом, ветряные электростанции в
Преобладающее направление ветра требует минимального расстояния, в восемь раз превышающего диаметр ротора. Обычный диаметр ветряков
составляет 50 м с установленной мощностью 1 МВт и 126 м с ветроэнергетической установкой мощностью 5 МВт. Последний в основном используется на шельфе.

Установленная мощность или номинальная мощность ветряной турбины соответствует выходной электрической мощности со скоростью между
12 и 16 м / с, при оптимальных ветровых условиях. По соображениям безопасности установка не вырабатывает большую мощность при сильном ветре.
условий, чем те, для которых он предназначен.Во время грозы завод отключается. В течение года загруженность
из 23% можно добраться вглубь страны. Это увеличивается до 28% на побережье и 43% на море.

Более подробную информацию можно найти на Интернет-страницах wind-works.org и в
страницы Американской ассоциации ветроэнергетики.

Установленная мощность ветроэнергетики в США в апреле 2020 года составляла около 107,4 ГВт. Эта мощность была превышена.
только Китай (более 200 ГВт).Центр ветроэнергетики Альты
в Калифорнии — крупнейшая ветряная электростанция в США с 2013 года мощностью 1,6 ГВт.
Электроэнергия, произведенная с помощью энергии ветра в Соединенных Штатах, составила в 2019 году около 300 ТВт-ч (тераватт-часов),
или 7,3% всей вырабатываемой электроэнергии. Подробную информацию о нынешнем состоянии в США можно найти в
Википедия.

Важным моментом в ветроэнергетике является то, что время пикового спроса на электроэнергию и время оптимальных ветровых условий
совпадают редко.Таким образом, другие производители электроэнергии с короткими сроками выполнения заказа и хорошо развитой системой распределения электроэнергии
системы необходимы для дополнения выработки энергии ветра.

Почему современные ветряные турбины потеряли одну лопасть по сравнению со старыми четырехлопастными ветряными мельницами?

Мощность ротора P _мех = 2π M n пропорциональна крутящему моменту M , действующему на
вал и частота вращения n . На последнее влияет передаточное число наконечников λ ,
который рассчитывается согласно λ = v _u / v ₁ из отношения
окружная скорость (конечная скорость) v _u ротора и скорость ветра v ₁ .Крутящий момент M увеличивается с количеством лопастей. Поэтому он является самым большим для мельниц западного производства с множеством лопастей,
меньшего размера для ветряных мельниц с четырьмя лопастями и самого маленького на сегодняшний день ветряных турбин с 3 лопастями. Однако каждое лезвие,
по мере вращения снижает скорость ветра для следующих лопастей. Этот эффект «ветровой тени» увеличивается с увеличением количества лопастей.
Оптимальное передаточное число концевых скоростей составляет около единицы для мельницы Western, чуть больше 2 для четырехлопастной мельницы и 7-8 для мельницы.
трехлопастные роторы.Трехлопастные роторы при оптимальном передаточном числе угловых скоростей достигают значения c _p
48% и приближается к идеальному значению 59%, чем ветряные турбины с 4 лопастями.
Для ветряных турбин с двумя лопастями или уравновешенных по весу конфигураций ротора с одной лопастью выходная мощность меньше, несмотря на
более высокое передаточное число наконечников из-за меньшего крутящего момента M . Таким образом, ветряные турбины сегодня имеют три лопасти.

История ветряных мельниц — Древние ветряные мельницы

Ветряные мельницы представляют собой одну из ключевых технологий, которые позволили нашим предкам преобразовывать силу ветра в физическую силу, которую можно
используется для множества вещей, от самых традиционных работ, таких как измельчение зерна и перемещение воды, до многих других промышленных и сельскохозяйственных нужд.

До появления паровых машин и электричества единственным источником энергии, которым человечество могло управлять, был ветер. Ветер приводил в действие не только наши парусные корабли, но и сотни тысяч ветряных мельниц, которые использовались и до сих пор используются по всему миру.

Факты о ветряных мельницах охватывают множество интересных тем, в том числе интересных фактоидов об их истории, их конструкциях, типах парусов, которые они использовали, и многих других вещах, которые наверняка вас удивят.

Ветряные мельницы имеют долгую и богатую историю во многих странах мира. Если вы хотите исследовать или посетить самые популярные ветряные мельницы, здесь вы можете найти их список. Здесь вы найдете список самых известных ветряных мельниц со всего мира.

Краткая история ветряных мельниц

Благодаря простым принципам работы ветряных мельниц за последнюю тысячу лет ветряные мельницы стали широко производиться во всем мире.Однако даже после
их популярность резко снизилась в 19 и 20 веках с появлением паровых и электрических машин, сегодня ветряные мельницы
до сих пор активно используется во всем мире. Два самых популярных сценария их использования — это электрические турбины, которые становятся все более и более способными обеспечивать
серьезный потенциал производства электроэнергии и ветряные мельницы, которые часто размещаются в удаленных местах, где необходимы автономные машины для
обеспечить регулярное движение воды либо для сельского хозяйства, либо для доступа к воде из глубоких подземных колодцев.

История ветряных мельниц насчитывает 3700 лет, вплоть до 2-го тысячелетия до нашей эры, когда вавилонский правитель Хаммурапи якобы обнародовал свои планы по обращению
мощность ветра с помощью автоматизированной сети ирригационных ветряных мельниц, которые обеспечивали бы водой его землю. Но его план так и не был реализован, и историки
так и не нашел конкретных доказательств того, что он добился значительного прогресса. Более чем 1500 лет спустя греческий инженер Герон Александрийский захватил власть
ветер с помощью ветряной мельницы, которая была частью одного из самых ранних образцов музыкального инструмента, называемого органом.На другом конце света в Тибете и Китае, ветряные мельницы
использовались в гораздо меньшей форме — в виде молитвенных колес.

Современные ветряные мельницы, какими мы их знаем сегодня, впервые начали появляться примерно в 8 и 9 веках на Ближнем Востоке и в Западной Азии. Первоначально популяризировал
Мусульмане, ветряные мельницы вскоре прибыли в Индию, Китай и Европу, где прошли через несколько циклов невероятных нововведений. Первые примеры Post Mills
начали изготавливаться примерно в 11 веке, а в последующие века изготавливались более совершенные модели башенных и дымчатых мельниц.Две страны, которые были
Домом для большинства ветряных мельниц были Англия и Нидерланды, но многие другие европейские страны также приняли ветряные мельницы и их полезность. В Нидерландах было так
многие из них выделили значительную территорию суши для основания индустрии на основе ветряных мельниц, которая использовалась в течение нескольких столетий.
Иммигранты, поселившиеся в Северной Америке, принесли с собой знания о создании ветряных мельниц, которые в основном использовались для создания ветряных насосов. На высоте
популярность ветряных мельниц в 1930 году, в США их насчитывалось более 600 тысяч.Многие из них все еще активны и используются в основном в удаленных местах
которые не имеют инфраструктуры распределения воды.

Ветряные турбины начали производить еще в 1887 году, а после 1900-х годов все больше и больше ветряных мельниц получили возможность вырабатывать электроэнергию в качестве своей
подработка. В 1941 году в США была создана первая ветряная турбина мегаваттного класса, а десять лет спустя Великобритания начала снабжать энергией часть своей энергосистемы.
с ветряными турбинами.Настоящее возрождение популярности ветряных турбин, исследований и разработок произошло после 1970-х годов, когда стало очевидно, что нефть и
в ближайшие десятилетия цены на газ продолжат расти. Правительства многих стран мира предоставили средства и стимулы для создания и развития новых
эффективные ветряные турбины, и в 2012 году в мире было задействовано более 45 тысяч ветряных турбин, и с каждым годом их количество вводится все больше и больше.

Как начать бизнес по производству ветряных мельниц | Малый бизнес

Ветряные мельницы вышли за рамки традиционных махинаций по откачиванию воды в прежние времена и сегодня вырабатывают энергию по всему миру.Определите роль, которую ваш бизнес будет играть на рынке ветроэнергетики, и сегмент рынка, который он будет обслуживать, на ранней стадии планирования, а затем определите, будете ли вы строить ветряные мельницы или обслуживать их — и будете ли вы обслуживать коммерческих или частных клиентов. Рассмотрите финансовые ресурсы, имеющиеся в вашем распоряжении, а затем используйте эти параметры, чтобы определить объем бизнеса, который ваше предприятие может изначально разместить, например, сколько сотрудников вы можете позволить себе нанять и обучить, размер помещения, которое вы можете арендовать или купить, или количество ветряных мельниц, которые вы можете построить.

Начало бизнеса

По данным Американской ассоциации ветроэнергетики, рынок ветроэнергетики вырос на 35 процентов за последние четыре года, что указывает на рост спроса на энергию ветра и возможности для предпринимателей. Сосредоточьтесь на одном сегменте рынка, таком как обслуживание или строительство коммерческих ветряных мельниц, а затем сконцентрируйте свои ресурсы на создании положительной репутации в этом сегменте.

Напишите бизнес-план с указанием размера, мощности и использования ветряных мельниц, которые вы построите или обслужите, кто их купит, как вы будете финансировать бизнес и как он станет прибыльным.План должен содержать от 15 до 20 страниц, согласно журналу «Предприниматель», но это не стандартная величина; план может быть сколь угодно длинным или коротким. Включите, какой доход будет приносить ваш бизнес от строительства, обслуживания или продажи ветряных мельниц, а также понесенные расходы, такие как компенсация сотрудникам и ежегодные расходы на техническое обслуживание и страхование ветряной мельницы, которые, по оценке RenewableUK, составляют от 2 до 3 процентов от стоимости мельницы.

Зарегистрировать бизнес как компанию с ограниченной ответственностью — или LLC, что ограничивает юридическую ответственность каждого партнера суммой, которую он инвестировал в предприятие, согласно данным налоговой службы, что также позволяет партнерам LLC заявлять о прибыли бизнеса в качестве доход по их личным налоговым документам.Согласно windustry.org, структурирование вашей компании как LLC также позволяет вам воспользоваться налоговыми льготами и другими льготами, которые IRS предлагает ветроэнергетическим компаниям. Такие стимулы включают налоговый кредит на добычу или PTC, а также другие стимулы, введенные в рамках Закона о восстановлении и реинвестировании Америки.

Найдите и арендуйте производственное помещение, соответствующее вашим потребностям. Энергетические ветряные мельницы коммерческого класса могут достигать 260 футов в высоту с лопастями до 135 футов в длину, по данным Управления долины Теннесси, хотя энергетические ветряные мельницы для домашнего использования значительно меньше.Если вы будете строить ветряные мельницы по индивидуальному заказу, убедитесь, что электрическая проводка в вашем предполагаемом промышленном пространстве может удовлетворить потребность в энергии, которую создает ваша работа — это будет зависеть от типа, количества и размера ваших ветряных мельниц.

Поиск и обслуживание вашей ниши

Определите и найдите своих клиентов, присоединившись к профессиональным организациям, таким как AWEA, и установив контакты с другими компаниями ветроэнергетики. Вы не только встретитесь с потенциальными деловыми партнерами и даже клиентами, но и получите доступ к своему бизнесу и получите доступ к исследованиям рынка и другим данным, собранным AWEA.Всегда обменивайтесь контактной информацией, когда встречаете нового делового партнера.

Обратитесь к потенциальным клиентам с предложением продаж, направленность которого будет варьироваться в зависимости от того, продает ли ваш бизнес, устанавливает или обслуживает ветряные мельницы. Убедитесь, что у каждого клиента имеется достаточно ветра для работы турбины того типа, который вы обслуживаете или устанавливаете; По данным Министерства энергетики США, ветряным электростанциям требуется среднегодовая скорость ветра 16 миль в час. Турбины должны располагаться на расстоянии, по крайней мере, в 5-10 раз длиннее ротора для выработки энергии.

Соблюдайте отраслевые, национальные и международные профессиональные стандарты, которые включают регулярное техническое обслуживание и процедуры установки, производительность и безопасность ветряной мельницы, а также ее эксплуатацию.