Студенческий доклад Использование энергии ветра

Использование энергии ветра

Тарадов С.В.
Дальневосточный федеральный университет, филиал в г. Большой Камень
Научный руководитель: преподаватель Дюжая И.А.

С использованием энергии ветра человечество знакомо с незапамятных времен. Когда-то неизвестный изобретатель приладил парус к неказистому плавучему средству, и с его помощью через столетия вся Земля была обследована пытливыми мореплавателями. Ветряные мельницы даже в наше время во многих странах исправно служат человеку.
Но сегодня использование ветра подразумевает, прежде всего, получение электроэнергии. Попытаемся разобраться, насколько это просто, дешево и удобно.
Наша цель состоит в том, чтобы подробно исследовать принцип работы ветряной электростанции (ВЭС).
Задачами исследования являются:
- рассмотреть принцип работы и виды ВЭС;
- оценить положительные и отрицательные стороны в использовании ВЭС.
Ветряные электростанции – это несколько ветряных электроустановок (ВЭУ), собранных в одном или нескольких местах и объединённых в единую сеть.
Ветряная электростанция, имеет принцип действия, идентичный с другими ветровыми установками: сила ветра вращает лопасти ветряного колеса, которое передает крутящий момент на вал генератора посредством системы передач.
Давайте рассмотрим типы ветряных электростанций, их всего шесть.
Наземная
Самый распространённый в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.
Прибрежная
Прибрежные ветряные электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана.
Шельфовая
Шельфовые ветряные электростанции строят в море: 10 - 60 километров от берега и они обладают рядом преимуществ:
их практически не видно с берега;
они не занимают землю;
они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.
Плавающая
Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров.
Парящая
Парящей называют ветровые турбины, размещенные высоко над землей, для использования более сильного и стойкого ветра, использует невоспламеняемую надувную оболочку, наполненную гелием. Проводником для произведенной энергии служат высокопрочные канаты.
Горная
Горные ВЭС, исходя из названия, строятся на возвышенностях (холмах и горных ландшафтах). Высота площадки – примерно 1000 и более метров над уровнем моря.
Ветряная энергетика соответствует всем условиям, необходимым для причисления ее к экологически чистым методам производства энергии. Ее основными преимуществами являются:
- отсутствие загрязнения окружающей среды;
- использование возобновляемого, неисчерпаемого источника энергии;
- территория в непосредственной близости может быть полностью использована для сельскохозяйственных целей;
- минимальные потери при передаче энергии;
- простое обслуживание, быстрая установка, низкие затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию.
Противники ветряной энергетики находят в ней также и недостатки. По сравнению с вредом, причиняемым традиционными источниками энергии, они незначительны:
- высокие инвестиционные затраты;
- изменчивость мощности во времени - производство электроэнергии зависит, к сожалению, от силы ветра, на которую человек не может повлиять;
- шум.
Разобрав все преимущества и недостатки можно приступить к рассмотрению устройства классической ВЭУ.
У классических ветровых установок – 3 лопасти, закреплённых на роторе (рисунок 1). Вращаясь ротор генератора создаёт трёхфазный переменный ток, который передаётся на контроллер, далее ток преобразуется в постоянное напряжение и подаётся на аккумуляторную батарею. Ток, проходя по аккумуляторам, одновременно и подзаряжает их и использует аккумуляторную батарею как проводники электричества. Далее ток подаётся на инвертор, где приводиться в наши привычные показатели: переменный однофазный ток 220В и 50 Гц (рисунок 2).

Рисунок 1. Схема устройства классической ВЭУ
1- лопасти турбины; 2 – ротор; 3 - направление вращения лопастей; 4 – демпфер;
5 - ведущая ось; 6 - механизм вращения лопастей; 7 – электрогенератор; 8 - контроллер вращения; 9 - анемоскоп и датчик ветра; 10 - хвостовик Анемоскопа; 11 – гондола;
12 - ось электрогенератора; 13 - механизм вращения турбины; 14 - двигатель вращения; 15 - мачта.

Рисунок 2. Схема работы ветрогенератора

Одним из основных элементов ВЭУ является электрогенератор. Электрогенератор – это устройство, в котором механическая энергия превращается в электрическую. В основе принципа его действия лежит явление электромагнитной индукции. Устройство и принцип работы электрогенератора за счет крутящего момента получение переменного тока предусматривают использование вращающегося магнитного поля.
Вращающееся магнитное поле возникает в трех обмотках статора генератора сразу, как только лопасти ветряка начинают вращаться.
В соответствии со знаменитым правилом левой руки на рамку будут действовать силы, которые создадут крутящий момент относительно оси. Она под действием этой суммарной силы будет вращаться по направлению против часовой стрелки.
Известно, что этот момент вращения прямо пропорционален магнитной индукции (B), силе тока (I), площади рамки (S) и зависит от угла между линиями поля и осью последней. Однако под действием момента, изменяющегося по своему направлению, рамка будет совершать колебательные движения. То есть, будет вырабатываться переменный ток.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод. Несмотря на большую стоимость, и сильные недостатки по сравнению с другими видами источников энергии, ветряные электростанции до сих пор остаются востребованными, как и было много лет назад. ВЭС постоянно улучшается, инженеры разрабатывают новые виды, находят и исправляют, или практически устраняют многие её недостатки.
А еще мы убедились в том, что физика - наука экспериментальная. Порой и не представляешь, сколько интересного происходит вокруг тебя. Нужно только оглянуться, обратить внимание, а затем провести исследование и ответить на интересующие вопросы.

Список использованных источников

Ветряная электростанция дома: благо или блажь? [Электронный ресурс] – Режим доступа: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Ветряная электростанция. [Электронный ресурс] – Режим доступа: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Плюсы и минусы ветроэнергетики. [Электронный ресурс] – Режим доступа: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Устройство ветрогенератора. Принцип работы ветровой турбины. [Электронный ресурс] – Режим доступа: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].

устройство стандартного ветрогенератораРисунок 1устройство стандартного ветрогенератораРисунок 2Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами)ЊђЗаголовок 115