Заставить ветер работать

Энергия ветра производится движением воздуха (ветра) и преобразуется в электричество.

Науки о Земле, Инженерия, География, Метеорология, Физическая география

Выбранный уровень текста
По умолчанию
Справочная информация Словарь

Энергия ветра производится движением воздуха (ветер) и преобразуется в энергию для использования человеком. Ветер использовался в качестве источника энергии более тысячи лет, но на протяжении большей части 20 века его заменяли ископаемые виды топлива. Сегодня ветер возвращается в качестве источника электроэнергии и энергии.

Энергия ветра производится с помощью ветряных турбин — высоких трубчатых башен с вращающимися наверху лопастями. Когда ветер крутит лопасти, лопасти вращают генератор и вырабатывают электричество. Ветряные турбины могут иметь горизонтальную или вертикальную ось. Турбины на самом деле не производят энергию ветра. Лопасти вращаются, преобразуют энергию ветра в энергию вращения, форму механической энергии, а эта энергия, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

Ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) являются наиболее известным типом ветряков, производящих электроэнергию. Большинство из них имеют три больших лопасти, которые вращаются параллельно их башням, где расположены несущий винт и генератор.

Большинство массивов HAWT окрашены в белый цвет, чтобы улучшить видимость низколетящих самолетов. Их высота составляет от 60 до 90 метров (от 200 до 300 футов), а лопасти вращаются со скоростью от 10 до 20 оборотов в минуту.

Огромные, жесткие лопасти ветряной турбины с горизонтальной осью обычно обращены к ветру (по ветру). Флюгер или датчик ветра определяет, в какую сторону дует ветер, и поворачивает турбину навстречу встречному ветру.

Ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT) имеют разнообразные лопасти необычной формы, которые вращаются по полным кругам вокруг своей башни. Главный ротор и генератор расположены близко к земле, что упрощает техническое обслуживание и делает его менее дорогим. VAWT не должны быть направлены против ветра, чтобы вырабатывать электроэнергию.

Ветряные турбины с вертикальной осью могут быть намного меньше, чем их горизонтальные аналоги. Имея высоту всего 5 метров (15 футов), эти VAWT могут быть установлены на крышах зданий.

Турбины не могут работать при любой скорости ветра. Если ветер слишком сильный, они могут быть повреждены. Таким образом, турбина имеет автоматический контроллер, который включается, когда ветер дует на максимальной скорости для выработки электроэнергии. Эта скорость обычно составляет от 13 до 90 километров в час (от 8 до 55 миль в час). Если ветер становится сильнее, контроллер выключает турбину.

Ветряные электростанции

Для производства большого количества электроэнергии ветряные турбины часто строят большими группами, называемыми ветряными электростанциями. Ветряные электростанции состоят из сотен турбин, разбросанных по сотням акров.

Одной из крупнейших ветряных электростанций в мире является Jaisalmer Wind Park, представляющая собой серию подключенных объектов в штате Раджастхан, Индия. В апреле 2012 года Джайсалмер произвел 1064 мегаватта электроэнергии, больше, чем любая другая наземная ветряная электростанция в мире.

Ветряные электростанции часто располагаются в сельскохозяйственных районах, где земля между турбинами все еще может использоваться для сельского хозяйства. Крупные медленно вращающиеся турбины не влияют на пасущихся животных.

В США «Кукурузный пояс» пересекается с «Ветровым поясом» — областью на Среднем Западе, которая идеально подходит для сбора урожая и ветра. Ветряные турбины возвышаются над гектарами кукурузы, сои и люцерны в штатах Айова, Небраска и Канзас.Некоторые ученые предполагают, что ветряные турбины могут даже улучшить поступление углекислого газа к окружающим культурам.

Ветряные электростанции также могут быть расположены в открытом море. Эти турбины используют более сильные, более предсказуемые и более частые ветры, которые развиваются, когда прохладный океанский бриз встречается с более теплыми континентальными ветрами.

Самые мощные в мире морские ветряные электростанции собирают суровые ветры у берегов Северной Европы. Walney Wind Farm, например, представляет собой ферму из 102 турбин в Ирландском море у берегов Камбрии, Англия. Уолни — крупнейшая в мире морская ветряная электростанция, вырабатывающая 367 мегаватт электроэнергии.

Также разрабатываются технологии для создания ветряных электростанций на экстремально больших высотах. Реактивные потоки — это быстрые ветры, которые дуют через стратосферу на высоте 9 754 метра (32 000 футов). Ученые и инженеры разрабатывают ветряную турбину, которая будет привязана к земле, как воздушный змей, но парит в воздухе на тысячи метров, чтобы перерабатывать энергию реактивных струй в электричество.

Отдельные ветряные турбины могут быть приобретены отдельными лицами для выработки электроэнергии для дома или бизнеса. Progressive Field, дом бейсбольной команды Cleveland Indians в Кливленде, штат Огайо, имеет огромную ветряную турбину с вертикальной осью. Ожидается, что турбина в форме штопора будет генерировать около 40 000 киловатт-часов в год, что примерно соответствует количеству энергии, необходимой для питания четырех домов.

Ветряные турбины зависят от ветра, который непостоянен и его трудно предсказать. Хотя ветер является возобновляемым ресурсом, его скорость и направление часто меняются в зависимости от других условий атмосферы, таких как температура, влажность и время года.

Сегодня эта непредсказуемость делает его плохой заменой ископаемому топливу или более мощным возобновляемым источникам энергии, таким как солнечная энергия. Развивающиеся страны, такие как Бразилия и Индия, индустриализируются быстрыми темпами. Промышленно развитый западный мир полагается на электричество как для массовой коммуникации, так и для торговли.Из-за этих растущих требований к энергосистеме ветер может быть отличным дополнением к традиционной энергии, но не доминирующим компонентом в большинстве регионов.

Ветряные мельницы и эволюция энергии ветра

На протяжении тысячелетий люди использовали энергию ветра. Пять тысяч лет назад лодки с ветряными двигателями перевозили людей и грузы по реке Нил. За тысячи лет до кондиционирования воздуха древние инженеры использовали серию окон и тонких планок — процесс, называемый естественной вентиляцией, — чтобы обеспечить прохладный ветерок людям внутри домов или других зданий. Древнегреческому инженеру Герону Александрийскому приписывают разработку первой в мире ветряной мельницы.

Ветряные мельницы функционируют аналогично ветряным турбинам, и в древних культурах были как ветряные мельницы с горизонтальной осью, так и ветряные мельницы с вертикальной осью. Фактически, единственная разница между ветряными мельницами и ветряными турбинами заключается в том, как используется энергия, которую они используют. Ветряные турбины вырабатывают электроэнергию. Первоначально ветряные мельницы предназначались для измельчения (перемалывания) зерна и перекачки воды.

Как в древних, так и в современных ветряных мельницах приводной вал соединяет вращающиеся лопасти с двумя большими колесами (жерновами) на полу ветряной мельницы. (Корпус для этих колес — вот почему ветряные мельницы имеют широкую коническую форму, а турбины — высокие тонкие башни.) Один жернов параллелен земле на высоте примерно талии. Другой сидит на нем, перпендикулярно. Ветер вращает лопасти, лопасти вращают приводной вал, приводной вал вращает жернова. Зерно, такое как ячмень, высыпается в полый вращающийся жернов и измельчается в муку, когда колеса перемалывают друг друга.

Ветряные насосы или водяные ветряные мельницы работают аналогичным образом. Ветряные насосы имеют до дюжины вращающихся лопастей (часто называемых парусами), иногда в двух лентах. Вращение лопастей заставляет ротор перемещать длинный передаточный стержень вверх и вниз. Движение штока трансмиссии поднимает и опускает поршень в насосе, состоящем из цилиндра и двух клапанов.При ходе вниз цилиндр наполняется водой, а при ходе вверх вода поднимается в трубу или колодец. Базовая конструкция ветряных насосов не менялась более тысячи лет, и эти конструкции широко известны в современной Австралии, Южной Африке, канадских «провинциях прерий» и на Среднем Западе Америки.

Самые ранние ветряные мельницы, которые использовались для измельчения зерна, были созданы в Систане, регионе на территории современных Ирана и Афганистана, в 600-х годах. Лопасти этих ветряных мельниц с горизонтальной осью были сделаны из прочных тростниковых циновок.

К 700-м годам ветряные мельницы перемалывали зерно на Ближнем Востоке и перекачивали воду в Китае. Европейские купцы, путешествуя в Азию, привозили с собой инженерные технологии.

Возможно, самые известные массивы ветряных мельниц усеивают нацию Нидерландов. Голландские ветряные мельницы привели в действие масштабный инженерный подвиг по осушению пойм страны вдоль побережья Северного моря. Еще в 14 веке голландские инженеры и фермеры использовали ветряные насосы для осушения низменных долин и возводили дамбы вокруг недавно обнажившейся земли. Эти участки, известные как польдеры, использовались для расширения пахотных земель Нидерландов.

Ветряные мельницы потеряли часть своего значения во время промышленной революции 1700-х и 1800-х годов. Ветряные мельницы, полагавшиеся на непредсказуемый и непостоянный ветер, не могли справиться с растущим количеством энергии, необходимой для поддержки новых заводов. Новые изобретения, такие как паровой двигатель, обеспечили мощную и постоянную энергию, необходимую для работы крупных машин и массового производства.

В конце концов, турбины были разработаны для производства электроэнергии в Европе и Северной Америке. Первая ветряная турбина вырабатывала электричество для Майкирка, Шотландия, дома изобретателя Джеймса Блита в 1887 году. Первая ветряная турбина, синхронизированная с электросетью, находилась на вершине холма под названием Дедушка Ноб в американском штате Вермонт и проработала всего около 1100 часов. в 1941 году.

Несмотря на относительно недорогой и возобновляемый источник энергии, энергия ветра в 20 веке потеряла популярность. Ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть и природный газ, были более надежными источниками электроэнергии и энергии.

Однако нефтяной кризис 1970-х годов совпал с растущим экологическим движением. Люди снова начали искать более дешевые, более устойчивые источники энергии. В это время была создана первая в мире ветряная электростанция: 20 турбин в предгорьях Крочед-Маунтин, штат Нью-Гэмпшир.

Сегодня ветряные электростанции строятся во многих районах. США обладают самыми большими в мире мощностями по выработке энергии ветра и разработали ветряные электростанции на Среднем Западе (где ветряные турбины делят пространство с сельскохозяйственными полями), пустынях и предгорьях. Крупнейшая ветровая электростанция в США — Центр ветроэнергетики Альта в округе Керн, штат Калифорния. Ветряная электростанция, состоящая из более чем 300 турбин, расположена на узком ветреном перевале Техачапи, который соединяет долину Сан-Хоакин с пустыней Мохаве.

Быстро индустриализирующиеся страны БРИК (Бразилия, Россия, Индия и Китай) возводят ветряные электростанции на неосвоенных землях в пустынях и ветреных предгорьях горных хребтов. Ветряная электростанция Ганьсу в настоящее время находится на ранних стадиях строительства в китайской провинции Ганьсу. Ветряная электростанция Ганьсу будет представлять собой серию соединенных ветряных электростанций, способных производить колоссальные 5160 мегаватт электроэнергии.

Развивающиеся страны Африки и Юго-Восточной Азии также инвестируют в ветряные электростанции. Одна из крупнейших ветряных электростанций, которые в настоящее время разрабатываются, — это проект ветряной электростанции на озере Туркана, серия из 365 турбин возле озера Туркана, Кения. Ветряная электростанция использует свое расположение между двумя горными системами, где ветры сильные, устойчивые и предсказуемые. По завершении проект обеспечит электроэнергией тысячи домов и предприятий по всей северной Кении.

Преимущества

Есть много преимуществ использования энергии ветра для производства электроэнергии.

• Ветер нельзя израсходовать — он возникает естественным образом, независимо от того, используем мы его для получения электричества или нет.
• Ветер – чистый источник топлива. Турбины не имеют выбросов и не загрязняют воздух. Это имеет глобальное значение, поскольку все больше стран осуществляют индустриализацию и увеличивают спрос на электроэнергию для домов, предприятий, больниц и школ. Например, во многих школах американского штата Айова установлены ветряные турбины. Первоначальные инвестиции в машины и оборудование были компенсированы экономией более 100 000 долларов США в год. Школы также выбрасывают на миллионы килограммов меньше углекислого газа.
• Энергия ветра дешевая! Это один из самых дешевых возобновляемых источников энергии. В США это стоит от 4 до 6 центов за киловатт-час. Это дешевле, чем природный газ, но все же дороже, чем ядерная энергия или уголь.
• Ветер генерируется по всей планете, и ветряные турбины могут быть экономично установлены практически везде. Это делает его ключевым ресурсом в развивающихся странах. Ядерная энергетика, например, требует рабочей силы с солидным образованием и инженерным образованием, а также первоначальных инвестиций в атомные электростанции. Развитие электростанций, работающих на ископаемом топливе, зависит от еще большего количества факторов: наличия угля, нефти или газа; оборудование и технологии для его очистки; и финансы для импорта или экспорта сырья или продуктов переработки. Непал, например, — развивающаяся страна, не имеющая ресурсов ископаемого топлива, но богатая ветреными гималайскими горными перевалами. Непальские лидеры разрабатывают политику инвестирования в проекты ветряных электростанций с использованием местных материалов. Это расширит энергосистему страны и позволит ускорить промышленное развитие.

Проблемы
Есть также много проблем использования энергии ветра:

• Несмотря на то, что энергия ветра дешева, первоначальные затраты на строительство ветряной электростанции или установку турбины по-прежнему обходятся дороже, чем генераторы, работающие на ископаемом топливе. На возмещение начальных затрат могут уйти годы.
• Береговые ветряные электростанции требуют акров земли и должны конкурировать с другими видами использования. В США и Австралии земля между турбинами часто используется в сельскохозяйственных целях, и фермеру или владельцу ранчо, владеющему землей, платят за сдачу в аренду участков его полей. При планировании ветряной электростанции в холмистой местности, где дуют устойчивые и сильные ветры, может потребоваться вырубка деревьев. Это разрушает среду обитания десятков видов и может даже повлиять на более крупную пищевую сеть в этом районе. В Северной Европе ветряные электростанции часто строятся на болотах, являющихся резервуарами торфа, содержащего ископаемое топливо. Разработка болот для установки ветряных турбин может привести к выбросу многих килограммов двуокиси углерода и других парниковых газов.
• Ветряные турбины могут убить летучих мышей и птиц. Эхолокация летучих мышей не учитывает гигантские вращающиеся лезвия, и в них можно попасть. Лезвия также поражают птиц и могут отпугивать определенные виды птиц от мест их обитания. Потенциальные решения могут не требовать сложных технологий. Исследование, в ходе которого отслеживалась гибель летучих мышей возле турбин в округе Сомерсет, штат Пенсильвания, показало, что число погибших сократилось более чем вдвое, когда турбины просто переставали работать в периоды очень слабой ветровой активности. Другие решения включают использование ультрафиолетового излучения (ультрафиолетового света) для улучшения восприятия летучими мышами движущихся лезвий и разработку устройства, которое будет имитировать звуки, которых летучие мыши избегают.
• Оффшорные ветряные электростанции могут воздействовать на морскую экосистему. Морское дно должно быть нарушено и пробурено для установки ветряной турбины. Несмотря на то, что ветряные электростанции тщательно планируются таким образом, чтобы избежать судоходных путей и загруженных гаваней, они все же могут представлять опасность для судов во время сильных штормов.
• Некоторые жители, живущие рядом с ветряными электростанциями, жалуются на шум или внешний вид оборудования.
• Места, производящие большое количество ветра, часто находятся в отдаленных районах, вдали от городов и людей, которые могли бы его использовать. Линии электропередач должны быть построены для передачи электроэнергии в города.

Самым проблемным активом ветроэнергетики является, конечно же, сам ветер. Когда ветер не дует, электричество не вырабатывается.

Анемометры – это устройства, измеряющие скорость и направление ветра. Данные анемометра могут помочь предприятиям, разработчикам, фермерам, владельцам ранчо, домовладельцам и муниципалитетам определить, достаточно ли энергии ветра на участке, чтобы инвестиции в ветряные турбины были экономически оправданы.

Анемометры — это машины, которые измеряют скорость и направление ветра. Они используются для определения средней силы ветра на участке. Это помогает людям решить, является ли место хорошим местом для ветряных турбин.

Программа кредитования анемометров
Анемометры – это устройства, измеряющие скорость и направление ветра. Данные анемометра могут помочь предприятиям, разработчикам, фермерам, владельцам ранчо, домовладельцам и муниципалитетам определить, достаточно ли энергии ветра на участке, чтобы инвестиции в ветряные турбины были экономически оправданы. Правительство поддерживает программу кредитования анемометров, чтобы помочь сообществам оценить свой ветроэнергетический потенциал. Подходит ли ваше сообщество?

Анемометры – это устройства, измеряющие скорость и направление ветра. Они используются, чтобы показать, достаточно ли энергии ветра на участке, чтобы сделать ветряную турбину экономически целесообразной.

Анемометры — это машины, которые измеряют скорость и направление ветра. Они используются, чтобы показать, достаточно ли энергии ветра на участке, чтобы сделать его подходящим местом для ветряных турбин.

Анемометры — это машины, которые измеряют скорость и направление ветра. Они показывают, сколько ветра в среднем дует в том или ином месте. Это помогает людям решать, где строить ветряные турбины.

Лакокрасочные и маслобойные заводы
Большинство ветряных мельниц использовались для обработки зерна и перекачки воды. Некоторые ветряные мельницы также поставляли энергию для смешивания пигментов для краски и измельчения масла из таких материалов, как арахис или льняное семя.

Большинство ветряных мельниц использовались для обработки зерна и перекачки воды. Некоторые ветряные мельницы также поставляли энергию для смешивания пигментов для краски и измельчения масла из таких материалов, как арахис или льняное семя.

В прошлом большинство ветряных мельниц использовались для измельчения зерна или перекачки воды. Некоторые из них использовались и для других целей. Они смешивали краски или растертое масло из таких вещей, как арахис или льняное семя.

В прошлом большинство ветряных мельниц использовались для измельчения зерна или перекачки воды. Некоторые также смешивали краски и растертое масло из таких вещей, как арахис или льняное семя.

Большинство ветряных мельниц использовались для обработки зерна или перекачки воды. Некоторые также поставляли энергию для смешивания пигментов для краски и измельчения масла из таких материалов, как арахис или льняное семя.

Фермеры ветра
Эти страны лидируют в мире по производству ветровой энергии:

В прошлом большинство ветряных мельниц использовались для измельчения зерна или перекачки воды. Некоторые из них использовались для других целей. Несколько смешанных красок. Другие перемалывают масло из таких вещей, как арахис или льняное семя. У них было много применений на протяжении многих лет.