Энергия с помощью ветра

Энергия с помощью ветра

Ветер – это не просто сложное физическое явление. В современном мире он используется как источник энергии и представляет собой экономически ценный продукт. Ветроэнергетика в мире становится всё более востребованной, над развитием этой отрасли работают учёные различных специальностей.

Насколько велик потенциал ветроэнергетики? Какими достоинствами и недостатками она обладает? Где применяется? Пришло время ответить на эти вопросы.

С чего всё начиналось

Существует общераспространённое заблуждение, что ветроэнергетика зародилась лишь в XVII–XIX столетиях. Однако на самом деле ветер как источник энергии активно использовался представителями древних цивилизаций. Вот несколько красноречивых примеров из истории:

  1. Уже в III–II веках до н. э. жители Месопотамии изобрели первые прототипы ветряных мельниц для размола зерна. Лопасти таких устройств, вращаясь под действием ветра, приводили в движение массивный жернов. Он, в свою очередь, растирал зерно в муку. Так энергия ветра позволила сэкономить силы и время нескольких сотен рабочих.
  2. В Древнем Египте ветряные мельницы появились примерно в тот же период.
  3. В Древнем Китае с помощью ветра производилась откачка водных масс с рисовых полей.
  4. В XII веке технологии, базирующиеся на использовании воздушных потоков, стали распространяться по Европе.

Долгое время ветряная энергетика не могла похвалиться хорошими результатами. Она немного облегчала жизнь и работу человека, но не могла послужить на благо всего человечества.

И только в XX веке технический прогресс коснулся этой отрасли. Учёные начали разрабатывать оборудование, позволяющее преобразовывать энергию воздушных потоков в электроэнергию.

Востребованность

Сегодня энергия ветра используется человеком всё активнее.

По состоянию на 2015 год ветроэнергетика занимает в общем энергобалансе:

  • Дании – 42%;
  • Португалии – 27%;
  • Испании – 20%;
  • Германии – 8,6%.

Перечисленные страны являются лидерами по получению электроэнергии из ветра. К данному списку стремятся примкнуть Индия, США, Китай.

Ведущие государства мира строят планы по увеличению количества ветропарков. В Китае и некоторых странах ЕС принимаются законы об использовании возобновляемых источников энергии и повышении мощностей. Всё это способствует развитию ветроэнергетики.

Применение

Использование энергии ветра является одним из самых перспективных направлений в современной энергетике. Наглядное сравнение: потенциал ветра более чем в 100 раз превышает потенциал всех рек Земли.

Ветропарки бывают:

  1. Крупные.Обеспечивают электричеством города и промышленные предприятия.
  2. Небольшие.
  3. Вырабатывают электроэнергию для удалённых жилых районов, частных ферм.

Набирает популярность офшорное строительство: ветроустановки возводятся прямо на воде, в 10–12 км от береговой линии океана. Такие парки приносят больше прибыли, чем традиционные. Связано это с тем, что скорость ветра над океаном в несколько раз выше, чем на суше.

Достоинства

Ветровая энергетика обладает рядом значимых преимуществ, таких как:

  1. Общедоступность.
    Ветер – возобновляемое «сырьё». Он будет существовать, пока есть солнце.
  2. Безопасность для природы и человека.
    Как и все альтернативные источники энергии, ветер экологически безопасен. Оборудование, преобразующее ветряную энергию, не создаёт выбросов в атмосферу, не является источником вредного излучения. Пути накопления, передачи и использования энергии ветра – экологичные. Производственная техника безопасна для человека, пока он использует её по прямому назначению, соблюдая при этом все правила безопасности.
  3. Успешная конкурентоспособность.Ветряная энергия – хорошая альтернатива атомной. Эти отрасли борются за первенство в возобновляемой энергетике. Но АЭС несут серьёзную угрозу для человечества. В то же время ещё не зарегистрирован ни один случай неисправности ветряного энергокомплекса, сопровождающийся массовой смертностью рабочих и простых жителей.
  4. Обеспечение людей большим количеством рабочих мест.Статистика зафиксировала, что уже в 2015 году отрасль обслуживает 1 млн человек. Развитие ветроэнергетики всё ещё продолжается, поэтому данная сфера народного хозяйства ежегодно предоставляет людям тысячи рабочих мест по всему миру. Это повышает процент занятости населения и благотворно влияет на экономику отдельного региона, всей страны и целого мира.
  5. Лёгкость в работе и управлении.Оборудование требует лишь периодических ТО. Ремонт турбин или их замена – задача средней сложности. Хорошо обученные специалисты без труда обеспечивают работу ветрогенераторов, их исправность. Для этого нужны лишь базовые навыки.
  6. Перспективность.Ветроэнергетика находится только на середине своего пути. Потенциал данной отрасли не раскрыт на все 100%, а значит – всё ещё впереди. Современные научно-технические открытия позволят повысить эффективность ветровой энергетики, сделать ее более прибыльной.
  7. Экономическая выгода.Любое предприятие в начале своей работы требует больших вложений. И в отрасли ветроэнергетики расходы на оборудование стабильны, в то время как цены на электроэнергию увеличиваются. Следовательно, доходы производства постоянно растут.
Читайте также:  Плитка жардин нефрит керамика

Все эти характеристики способствуют развитию и глобализации ветроэнергетики.

Недостатки

Ветроэнергетика не имеет каких-либо серьёзных недостатков, но и в этом аспекте есть проблемы:

  1. Высокий стартовый капитал.Запустить такой бизнес очень сложно, ведь закупка и монтаж оборудования требуют больших инвестиций.
  2. Выбор территории.Не все регионы Земли подходят для строительства ветроэнергетических комплексов. Подбор местности осуществляется на основе высокоточных расчётов.
      При этом учитываются:
  • количество ветреных дней;
  • скорость воздушных потоков;
  • частота их изменения;
  • прочее.
  • Отсутствие точных прогнозов.Невозможно точно предсказать, что характеристики ветра в данной местности останутся стабильными на 10/20/100 лет. Сложно рассчитать, какое количество энергии будут вырабатывать ветрогенераторы.
  • Люди не могут «приручить» ветер, поэтому говорить о стабильности в работе ветрокомплексов невозможно. Впрочем, это относится ко всем возобновляемым источникам энергии.

    Ложные теории

    Противники ветроэнергетики придумывают различные лжетеории:

    1. Шум, создаваемый ветрогенераторами, вредит экосистеме.Ветряные станции и правда издают шум, однако на расстоянии 30–40 метров он уже воспринимается как фон (естественный уровень шума), поэтому никакого ущерба экологии не наносит.
    2. Ветрогенераторы убивают птиц.Да, это действительно так. Однако от ветряных станций умирает столько же птиц, сколько от высоковольтных сетей и автомобилей.
    3. Вблизи ветряных комплексов портится сигнал ТВ. Оборудование никак не влияет на качество сигнала спутникового, цифрового и аналогового ТВ.

    Основная задача таких выдумок – привлечение большего количества людей на сторону традиционной энергетики, которая является более прибыльной для современных предпринимателей.

    Заключение

    Резкий скачок в развитии ветроэнергетики сделал жизнь человека проще. Энергия ветра используется на крупных промышленных предприятиях и в маленьких сельскохозяйственных комплексах. Именно эта отрасль энергетики является самой востребованной и перспективной.

    Энергия ветра наиболее быстро растущий источник электроэнергии в мире.

    Общая установленная мощность всех ветрогенераторов в мире составляет 432 гигаватта, что соответствует 3% всей произведенной энергии.

    Использование энергии от ветра и превращение её в возобновляемые источники электроэнергии имеет много преимуществ. И хотя энергия ветра имеет долгую историю, начиная от 5000 до н.э., технология никогда не была более рентабельной, чем это прямо сейчас.

    В самом деле, в последние месяцы многие государства используют этот способ получения электроэнергии.

    в Португалии — 27 %;

    в Никарагуа — 20 %;

    Ветер является источником экологически чистой энергии, которая практически не имеет загрязняющих свойств или побочных эффектов.

    Энергия от перемещения воздуха: неравномерность нагрева воды и земли создает ветер

    Ветер — просто движение воздуха. Это вызвано неравномерностью нагрева земной поверхности солнцем потому, что поверхность земли состоит из различных видов земли и воды, она поглощает тепло солнца с разной скоростью. В течение дня воздух над землей нагревается быстрее, чем воздух над водой. Теплый воздух над землей расширяется и поднимается, а тяжелый, прохладный воздух устремляется и занимает свое место, создавая ветер. Ночью ветры меняются, потому что воздух охлаждается быстрее над сушей, чем над водой. При этом земля вблизи экватора Земли нагревается больше от солнца, чем Земля рядом с Северным и Южным полюсом.

    Технологии ветрогенераторов

    Технологии энергии ветра используют энергию ветра для практических целей, таких, как производство электроэнергии, зарядку батарей, откачку воды и помол зерна. Механическая или электрическая мощность образуется за счет кинетической энергии ветра.

    Количество энергии ветра пропорционально кубу его скорости, это означает, что доступная для ветрового генератора мощность увеличивает коэффициент мощности до восьми если удваивается скорость ветра.

    Турбинные лопатки аналогичны лопастям на самолете. Турбины поворачиваются, когда лопасти создают силу от прохождения ветра. Это вращающееся действие поворачивает генератор, который создает электричество.

    Читайте также:  Термостойкое покрытие для металла

    Поскольку скорость ветра обычно увеличивается с высотой над поверхностью земли (вследствие уменьшения трения с землей), ветровые турбины монтируются на башню, чтобы захватить больше энергии ветра. На высоте 30 метров или больше над землей ветер быстрее и более равномерен.

    Технологии энергии ветра могут использоваться как отдельные приложения, подключенные к системе электрической сети. Автономные турбины обычно используются для перекачивания воды. Однако фермеры в ветреных областях также используют небольшие ветряные системы для выработки электроэнергии.

    Конструкция ветродвигателя

    Существуют различные стили и много различных размеров ветряных турбин для удовлетворения различных потребностей. Наиболее распространенным является стиль, где турбина с двумя или тремя лопастями располагается с подветренной стороны башни.

    Существуют малые ветряные турбины используемые, например, для зарядки аккумуляторов на яхте 250 Вт мощностью и до 50 кВт турбины для молочных ферм и отдаленных деревень.

    В процентном выражении энергия ветра в настоящее время является быстрорастущим источником в мире. Серьезные обязательства по сокращению углекислого газа способствовали развитию ветровой энергии в Европе, в то время как это возможность избежать постоянного импорта топлива в развивающиеся страны, как Индия.

    Экономна ли энергия ветра

    Энергия ветра является одним из самых доступных видов электроэнергии сегодня. Это возобновляемый источник энергии. Во многих случаях это дешевле, чем традиционные виды топлива. Себестоимость этой энергии копейки за киловатт-час, цена, которая является конкурентоспособной с новыми газовыми электростанциями. Энергия ветра также производится без выбросов или отходов и используется если нет воды, что делает её главным выбором для нового производства электроэнергии.

    2) Собираем основу конструкции генератора

    3) С помощью самодельного устройства наматываем 9 катушек по 70 витков

    4) Магниты приклеиваем к стальному диску, чередуя полярность; а катушки крепим к пластине из оргстекла

    5) На второй стальной диск клеим магниты со смещением

    6) Соединяем катушки и собираем выпрямитель на диодах

    7) Подключаем к генератору вольтметр

    8) Раскручиваем генератор и измеряем напряжение, которое он может вырабатывать. От силы раскручивания диска зависела величина напряжения

    9) Зажигаем с помощью генератора светодиод, потребляющая мощность которого 3 В

    10) Для прошлого проекта мы с папой собрали повышающий преобразователь напряжения (ферритовое кольцо, медный провод, транзистор, резистор). Это электротехническое устройство позволило зажечь наш водный фонарик. Мы решили использовать его также для ветрогенератора

    11) Делаем лопасти для нашего ветрогенератора и дорабатываем изобретение

    12) Проводим тестовый запуск устройства около дома

    Мы узнали, что площадь, которую может помочь осветить наш ветрогенератор, составляет около 1 кв.м.

    2.2 Вывод из эксперимента

    Нам удалось создать ветрогенератор. Напряжение, которое мы получили, раскручивая его руками, оказалось достаточным для свечения светодиода. Затем мы усовершенствовали ветрогенератор, установив повышающий преобразователь напряжения. После этого мы проверили наш ветряк с помощью вентилятора, и убедились, что наше изобретение работает. Также мы посчитали экономическую выгоду проекта (Приложение 1). Наше устройство является очень полезным. Оно может выручить в условиях отсутствия электричества. Но самое главное, что изготовленный нами ветрогенератор не вредит окружающей среде и сберегает ценные природные ресурсы. Этой весной мы с папой обязательно установим наше изобретение на даче, пока же мы провели пробную установку около дома. Это позволило нам узнать площадь, которую может помочь осветить наш ветрогенератор. Она составляет около 1 кв.м.

    Как было сказано выше, в связи с увеличением количества электромобилей потребуется всё больше мест для их зарядки. Я размышляла над этим и пришла к выводу, что вдоль дорог можно было бы установить зарядные станции, работающие на таких ветрогенераторах, как наш. Получилась бы «экологичная» заправка для «экологичных» автомобилей.

    Заключение

    Электроэнергия – неотъемлемая часть жизни человека, и потребности в ней постоянно возрастают. Отказаться от благ цивилизации люди не смогут, но они должны отказаться от вредных для окружающей среды традиционных источников энергии в пользу альтернативных возобновляемых ресурсов, безопасных для будущего планеты. Тем более, такие уже есть: это подтверждает наш эксперимент по созданию ветрогенератора и альтернативные источники энергии, обнаруженные нами на Алтае. Это значит, наша гипотеза подтвердилась.

    Читайте также:  Куда деть домашнюю кошку

    Человечество должно стремиться полностью перейти на производство именно экологичной энергии. Нам дана только одна планета, возможно, единственная во Вселенной, пригодная для жизни, и мы не можем её потерять.

    Список литературы:

    1. О внесении изменений в постановление Совета Министров — Правительства Российской Федерации от 23 октября 1993 г. № 1090: постановление Правительства Российской Федерации от 12 июня 2017 года № 832 // Собрание законодательства РФ. – 2017. – № 30. – ст. 4666.

    2. Баскаков А.П. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Учебное пособие / А.П. Баскаков, В.А. Мунц. – М.: ИД Бастет, 2013. – 368 с.

    3. Германович В.Т. Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы / В.Т. Германович, А.В. Турилин. – СПб.: Наука и техника, 2014. – 318 с.

    4. Кривченко И.В. Физика. 8 класс: учебник. / И.В. Кривченко. – М.: Бином. Лаборатория знаний, – 2015. – 152 с.

    5. Максаковский В.П. Географическая картина мира Кн.1: Общая картина мира. Глобальные проблемы человечества / В.П. Максаковский. – М.: Дрофа, 2008. – 495 с.

    6. Рязанцев В.Д. Большая политехническая энциклопедия / В.Д. Рязанцев. – М.: Мир и образование, 2011. – 707 с.

    7. Сидорович В. Мировая энергетическая революция: Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир / В. Сидорович. – М.: Альпина Паблишер, 2015. – 208 с.

    8. Степанов И. Энергия будущего: черный, голубой, зеленый? / И. Степанов // Эксперт Сибирь. – 2017. – № 29 (497).

    9. Чумаков В. Токи ветров / В. Чумаков // Вокруг света. – 2008. – № 8.

    10. Такер Б. Энергия ветра без лопастей // Форбс [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.forbes.com/sites/billtucker/2015/05/07/wind-power-without-the-mills/#681581771812.

    11. Анализ мирового производства электроэнергии // http://www.unep.org/ru/ — сайт ООН окружающая среда.

    12. Две солнечные электростанции открыли в Республике Алтай // Новости Горного Алтая [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gorno-altaisk.info/news/83255.

    13. Традиционные и нетрадиционные источники электрической энергии // Об альтернативных источниках энергии, электростанциях и генераторах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://dom-en.ru/sprav2/

    14. Начало положено. Fortum приступила к строительству ветропарка в Ульяновской области // Neftegaz.ru [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://neftegaz.ru/news/view/157767-Nachalo-polozheno.-Fortum-pristupila-k-stroitelstvu-vetroparka-v-Ulyanovskoy-oblasti.

    15. Традиционная и нетрадиционная электроэнергетика // Все об энергетике [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://energomir.blogspot.ru/p/12.html

    16. http://www.ecolife.ru/ — официальный сайт журнала Экология и жизнь.

    17. http://dic.academic.ru/ — элекронная энциклопедия

    18. http://www.popmech.ru/ — сайт журнала «Популярная механика».

    Экономическое обоснование проекта

    Затраты на освещение спортивной площадки с помощью традиционной энергетики:

    1) 40 м кабеля по 20 руб/м: 40 Х 20 = 800 руб

    2) Плафон с лампой 150 руб

    3) Ожидаемую стоимость потребленной электроэнергии за год мы рассчитали исходя из среднего периода освещения (май – сентябрь в течение 4 ч/сутки) при освещении 100 Вт лампой и стоимости электроэнергии 4 руб/кВт: 100 Х 4 Х 153 : 1000 Х 4 = 244 руб 80 коп/год

    Итого затрат за 1-й год использования: 800 + 150 + 244,8 = 1194,8 руб; за 2-й год: 1194,8 + 244,8 = 1439,6; за 3-й год 1439,6 + 244,8 = 1684,4

    Затраты на освещение спортивной площадки с помощью ветрогенератора:

    1) Магниты 900 руб

    2) Металл + крепления 210 руб

    3) Лампа-прожектор 340 руб

    Итого: 900 + 210 + 340 = 1450 руб

    Экономия за 3 года:

    1684,4 — 1450 = 234,4 руб

    Таким образом, окупаемость нашего проекта составит почти 3 года. К концу третьего сезона эксплуатации ветрогенератора мы даже получим экономию 234 руб 40 коп. И, конечно же, полученная нами энергия будет экологически чистой.

    Старт в науке

    Учредителями Конкурса являются Международная ассоциация учёных, преподавателей и специалистов – Российская Академия Естествознания, редакция научного журнала «Международный школьный научный вестник», редакция журнала «Старт в науке».

    Ссылка на основную публикацию
    Электронные сигареты 2018 года
    Электронная сигарета стала таким же обыденным явлением, как и классическая, вот только между ними имеется множество различий. Первое, что стоит...
    Эксперт магазин бытовой техники в красноярске каталог
    Вступайте в группу и будьте в курсе о скидках и акциях магазина RBT.ru! Магазины бытовой техники и электроники RBT.ru -...
    Эксплей телефон сотовый кнопочный
    Топ-5 простых телефонов от известных производителей. Как смотреть контент мобильного телефона на большом экране. После заполнения формы мы отправим специальную...
    Электронные схемы для чайников
    Первый шаг - он самый сложный. С чего начать изучение радиоэлектроники? Как собрать свою первую электронную схему? Можно ли быстро...
    Adblock detector