Альтернативные источники энергии

Европейский курс на биогазовую эненргетику

В свете современной ситуации сложившейся на газовом рынке, все чаще становится актуальным вопрос поиска альтернативы газовой энергетике. Тем более что аналитики прогнозируют все более стремительные повышения цен на этот вид топлива и как следствие кризисы связанные с этим по всему миру. Тем более что часто газовая промышленность становится заложником политических режимов. Именно по этой причине потребность в возобновляемой энергетике, в которой биогазовая отрасль занимает значительную часть, со временем растет.

Биогазовая энергетика имеет ряд преимуществ перед традиционной, построенной на природном газе. Суть ее состоит в том, чтобы получать энергию из дешевых и всегда доступных биоотходов. Биоэнергия производится и тут же потребляется. Кроме биоотхоходов возможна так же переработка некоторых сельскохозяйственных культур, таких как кукурузный силос. Президент компании E.ON Ruhrgas считает, что Биогаз гарантирует энергоснабжение и полную и качественную утилизацию отходов, таким образом, оберегает окружающую среду и полноценно обеспечивает потребности человечества в энергоресурсах.

Тепло от охлаждения генератора можно использовать для обогрева помещений. Один кубический метр биогазаспособен произвести около двух киловатт электроэнергии. Кроме того биологический газ очень хорошо хранится. Поэтому его вполне возможно сжимать и использовать, скажем, в автомобильной сфере. Швейцария уже перевела на биологическое топливо общественный транспорт.

В результате добычи биогаза из отработанного сырья можно изготовить удобрения, которые будут являться экологически чистыми. Эта питательная масса имеет жидкую консистенцию, что облегчает ее внесение в почву, она лишена запаха, семян посторонних растений и микрофлоры. Несколько тон таких удобрений способны заменить шестьдесят тон чистого навоза. Кроме того, к новым удобрениям легко внести нужные добавки, как то калий или фосфор. Испытания показывают, что урожай увеличивается в несколько раз. Таким образом, развитие возобновляемой энергетики способствует безотходному производству на фермах, птицефабриках, фермерских хозяйствах, сахаро и спиртзаводах. Это уменьшит выброс вредных веществ в атмосферу и грунтовые воды.

В Странах Евросоюза ежегодный объем производства биогаза увеличивается на двадцать процентов. Основными источниками его есть переработка мусора, которого в Европе, как и везде, хватает. Доля его составляет около сорока двух процентов. Лидирующее место по производству энергоресурсов из биосырья занимает Германия. Там более половины всей промышленности переведено на биологическое топливо. Кроме того Германия взяла активный курс на развитие этой сферы и на данном этапе более остальных стран преуспела в реализации своих проектов.

Производство биомассы для энергетических целей

Термин энергетическая ферма используется в очень широком смысле, обозначая производство энергии в качестве основного или дополнительного продукта сельскохозяйственного производства, лесоводства, аквакультуры, а, кроме того, те виды промышленной и бытовой деятельности, в результате которых образуются органические отходы. Основной целью переработки сырья могло бы быть исключительно производство энергии, но более выгодно найти наилучшее соотношение между получением из различных видов биомассы энергии и биотоплива.

Наиболее характерный пример энергетических ферм представляют собой предприятия по выращиванию и комплексной переработке сахарного тростника Производство зависит от сжигания отходов переработки тростника, необходимого для снабжения энергией всей технологической цепи. При надлежащей механизации можно было бы получить дополнительную энергию для производства на продажу побочных продуктов (патоки, химикатов, корма для животных, этилового спирта, строительных материалов, электроэнергии). Следует отметить, что этиловый спирт и электроэнергию можно использовать для выращивания культур и выполнения транспортных операций.

Развитие энергетики за счет использования сельскохозяйственных культур имеет как достоинства, так и недостатки. Один из наиболее существенных недостатков то, что производство энергии станет конкурировать с производством пищи. Крупномасштабное увеличение объема производства биотоплива (например, этилового спирта) по этой причине может оказать существенное отрицательное влияние на мировой рынок пищевых продуктов. Второй серьезный недостаток - возможность обеднения и эрозии почв в результате интенсификации выращивания «энергетических» культур. Очевидная стратегия спасения от этих явлений - выращивание культур, пригодных и для обеспечения человека (зерно), и для энергетических нужд при одновременном сокращении части урожая, скармливаемого животным.

Для выращивания и переработки урожая необходима энергия в форме солнечного излучения и в форме, пригодной для получения топлива для работы сельхозмашин, создания самих этих машин, получения удобрения и т.п. Для оценки эффективности получения энергии из того или иного вида биомассы необходимо проведение энергетического анализа.

Энергетический анализ - это определение затрат энергии энергопотребляющих и энергопроизводящих систем, позволяющий выделить технические и технологические аспекты процесса. На практике энергетический анализ и связанный с ним анализ экономических факторов получения и переработки биомассы агропромышленным методом оказываются достаточно сложными. Однако использование для получения тепла и электроэнергии дешевых отходов биомассы может иметь решающее значение при оценке эффективности того или иного процесса.

Виды биотоплива

Биотопливо - это топливо, которое получают, как правило, из биологического сырья, в качестве которой используют стебли сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Могут также использоваться целлюлоза и различные типы органических отходов.

Различают твердое биотопливо (дрова, солома), жидкое биотопливо (этанол, метанол, биодизель), и газообразное биотопливо (биогаз, водород).

Твердое биотопливо

Дрова - древнейшее топливо. Сейчас для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрорастущих растений. Из-за значительного роста цен на нефть в последнее время население многих стран сокращает потребление нефтяных топлив и увеличивает использование дров. Это приводит к истреблению лесов.

Твердые энергоносители биологического происхождения (главным образом навоз, отходы древесина, торф) брикетируют, сушат и сжигают в каминах жилых домов и топках тепловых электростанций, вырабатывая дешевое электричество для бытовых и производственных нужд. Отходы древесины с минимальной степенью подготовки к сжиганию (опилки, кора, шелуха, солома и т.д.) прессуют в топливные брикеты или пеллеты, которые имеют форму цилиндрических или сферических гранул диаметром 8-23 мм и длину 10-30 мм.

Жидкое биотопливо

Биоэтанол - это обычный этанол, получаемый путем переработки растительного сырья и используемый как биотопливо. Этанол (этиловый спирт) - C2H6OH или CH4-CH3-OH, второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов, в просторечии - спирт или алкоголь. Существует 2 основных способа получения этанола - микробиологический (спиртовое брожение) и синтетический (гидратация этилена). Следствием брожения является раствор, содержащий не более 15% этанола, поскольку в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрирования, обычно путем дистилляции. В промышленных масштабах этиловый спирт получают из сырья, содержащего целлюлозу (древесина, солома), которую предварительно гидролизуют. Смесь, образовавшаяся при этом, подвергают спиртовом брожению.

Этанол по сравнению с бензином является менее «энергонасыщенным» источником энергии. Пробег машин, работающих на Е85 (смесь 85% этанола и 15% бензина; буква «Е» от английского Ethanol), на единицу объема топлива составляет около 75% от пробега стандартных машин. Обычные машины не могут работать на Е85, хотя двигатели внутреннего сгорания работают на Е10. На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. «Flex-Fuel» машины. Эти автомобили могут работать на обычном бензине или на произвольной смеси того и другого.

Серьезным недостатком биоэтанола является то, что при сгорании этанола в выхлопных газах двигателей появляются альдегиды (формальдегид и ацетальдегид), которые наносят живым организмам не меньший ущерб, чем ароматические углеводороды.

Биометанол - вид жидкого биотоплива на основе метилового (древесного) спирта, получаемого путем сухой перегонки отходов древесины и конверсией метана из биогаза. Производство биомассы может осуществляться путем культивирования фитопланктона в искусственных водоемах, создаваемых на морском побережье. Вторичные процессы представляют собой метановое брожение биомассы и последующее гидроксилирование метана с получением метанола.

Несмотря на высокое октановое число - более 100, теплотворная способность метанола вдвое меньше, чем у бензина. Это, а также недостаточная летучесть чистого спирта, объясняет необходимость смешивания метанола с бензином. Стандартом является биометанол М85 (буква «М» от англ. Methanol), содержащий 85% метилового спирта и 15% бензина.

Биометанол М85 не получил распространение как вследствие низкого энергосодержание, так и через исключительную коррозионную активность метанола, которая требует применения специальных материалов.

С точки зрения получения энергии данная биосистема имеет существенные экономические преимущества по сравнению с другими способами преобразования солнечной энергии.

Биобутанол-C4H20O - бутиловый спирт. Бесцветная жидкость с характерным запахом. Широко используется в промышленности. Производство бутанола началось в начале XX века. В 50-х годах из-за падения цен на нефть бутанол начали изготовлять из нефтепродуктов.

Бутанол не обладает коррозионными свойствами, может передаваться существующей инфраструктурой. Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционным топливом. Энергоемкость бутанола близка к энергоемкости бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах, а также как сырье для производства водорода.

Сырьем для производства биобутанола могут быть сахарный тростник, свекла, кукуруза, пшеница, а в будущем и целлюлоза.

Диметиловый эфир (ДМЭ) - C2H6O может производиться как из угля, природного газа, так и из биомассы. Большое количество диметилового эфира производится из отходов целлюлозно-бумажного производства. Сжижается при небольшом давлении.

Диметиловый эфир - экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90% меньше, чем в бензине. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переработки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30% содержании в топливе.

Биодизель - топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации.

Для получения биодизельного топлива используются растительные или животные жиры. Сырьем могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любое другое масло-сырец, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей.

Биотопливо второго поколения - топливо, полученное разными методами пиролиза биомассы, или другие топлива, отличные от метанола, этанола, биодизеля.

Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать. Из жидкости можно сделать автомобильное топливо или топливо для электростанций.

Газообразное биотопливо

Биогаз - продукт сбраживания органических отходов (биомассы), представляющий смесь метана и углекислого газа. Разложение биомассы происходит под воздействием бактерий класса метаногенов.

Биотопливо третьего поколения

Биотоплива третьего поколения - топливо, полученное из водорослей. Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросного тепла ТЭЦ способно покрыть до 77% потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого тропического климата.

Ветрянная энергия

Достоинства и недостатки ветровой энергетики

ДОСТОИНСТВА:

- Экологически чистый вид энергии: Создание электроэнергии с поддержкою "ветряков" не сопровождается выбросами CO2 и каких-либо иных газов.

- Эргономика: Ветровые электростанции занимают совсем немного места и просто вписываются в хоть какой ландшафт, а также непревзойденно смешиваются с иными видами хозяйственного применения территорий.

- Возобновляемая энергия: Энергия ветра, в отличие от ископаемого горючего, неистощима.

- Ветровая энергетика - лучшее решение для труднодоступных мест: Для удалённых мест установка ветровых электрогенераторов может быть лучшим и более дешёвым решением.

НЕДОСТАТКИ:

- Непостоянность: Непостоянность содержится в негарантированности получения нужного количества электроэнергии. На неких участках суши силы ветра может оказаться недостаточно для выработки нужного количества электроэнергии.

- Условно низкий выход электроэнергии: Ветровые генераторы веско уступают в выработке электроэнергии дизельным генераторам, что приводит к необходимости установки сходу нескольких турбин. Не считая того, ветровые турбины неэффективны при пиковых отягощениях.

- Немалая стоимость: Стоимость установки, производящей 1 гига-ватт электроэнергии, около 1 миллиона баксов.

- Опасность для живой природы: Вертящиеся лопасти турбины представляют потенциальную опасность для неких видов живых организмов. По статистике, лопасти каждой установленной турбины являются предпосылкой погибели не менее 4 особей птиц в год.

- Шумовое загрязнение: Шум, производимый "ветряками", может причинять беспокойство, как животным, так и людям, живущим вблизи.

ФАКТЫ:

- В США 32% всех мощностей ветрогенераторов было запущено в 2008 году.

- "Ветряки" вырабатывают 1,5% всей употребляемой электроэнергии.

- Ветровые электростанции побережий могут прирастить мировую электроэнергию в 40 разов.

- Ожидается, что к 2010 году мощность всех ветровых электростанций в мире приблизится к 200 000 мега-ваттам (сегодня суммарная мощность всех "ветряков" около 121 188 мега-ватт).

Ветрогенераторы в вопросах и ответах

1. Какой уровень шума вызывают ВЭС?

Ветряные энергетические установки вызывают две разновидности шума:

* Механический шум, который является результатом работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старых моделей);

* Аэродинамический шум, вызванный взаимодействием ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки.

Сегодня при определении уровня шума ветроустановок пользуются только расчетными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не дает информации о громкости ветроустановки, поскольку нет эффективных методов отделения шума ветроустановки от шума ветра.

В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень громкости достаточно большой ветроустановки может превышать 100 дБ.

Примером подобных конструктивных просчетов является ветрогенератор Гровиан. Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100 часов и была демонтирована.

Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов - 300 м.

2. Правда ли, что ветряки уничтожают птиц?

Такое мнение обусловлено случаем, который произошел на ветряной комплексе Altamont Pass Wind Resource Area (Калифорния), который построили именно на маршруте миграции птиц. Кроме того, в 4800 небольших ветряков, установленных в США еще в начале 1980-х годов, роторы расположены низко и близко друг к другу, что тоже может быть причиной ежегодной гибели более 1000 птиц.

Более современные ветроэлектростанции являются причиной гибели меньшего количества пернатых, вероятно потому, что их генераторы расположены выше и дальше друг от друга. Согласно данным последних исследований, птицы чаще гибнут при столкновении с автомобилями и зданиями, чем под лезвиями ветрогенераторов.

3. Что нужно знать при выборе ВЭС?

Главный параметр, который Вам необходимо знать для выбора ветроэлектростанции - сколько электрической энергии вам необходимо в день/месяц.

4. По каким параметрам/критериям можно сравнить ветрогенераторы, выпускаемые различными производителями?

* Отношение - мощность/цена;

* Коэффициент эффективного использования ветра (КЕВВ).

* Количество произведенной энергии ВЭС при различных скоростях ветра;

* Срок эксплуатации;

* Сервис и гарантия.

5. Какое количество аккумуляторов необходимо, и какой мощности?

Мощность и количество аккумуляторных батарей зависит от мощности ВЭС и ваших потребностей. Другими словами, этот вопрос поможет решить компания-специалист при проектировании.

6. Что происходит с ветрогенератором при штормовом ветре?

При скорости ветра более 20-25 м / с ветроколесо останавливается с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение. Таким образом, нагрузка на ветроколеса снижается. Это наиболее безопасный вариант защиты ВЭУ. Другие варианты уменьшения скорости вращения, связанные с созданием противодействия за счет торможения генератором, являются потенциально опасными как для ВЭУ, так и для жизни.

7. Существуют ли правила установки ВЭС?

* Турбулентность. Ветротурбина должна располагаться на 10 метров выше, чем высший объект в радиусе 100 метров (включая ЛЭП);

* По возможности, ВЭС должны располагаться на открытых участках (берегах рек, морей, озер);

* Орография местности. Следует учитывать, что в природных ущельях, каньонах поток воздуха имеет свойства сжиматься, в результате чего увеличивается скорость воздушного течения.

8. Какое дополнительное оборудование необходимо для работы ВЭС?

* Инвертор - важное звено системы, преобразует напряжение в 220 или 380 вольт пригодные для электроприборов;

* Аккумуляторы - объекты, в которых накапливается электроэнергия;

* Средство управления (контроллер) - прибор, позволяющий управлять ВЭС;

9. Какие требования к месту установки дополнительного оборудования для ВЭС?

Для установки инвертора, контроллера и аккумуляторных батарей особых требований нет, но помещение должно вентилироваться и температура воздуха должна всегда быть плюсовой.

10. Почему в схожих по мощностям ВЭС скорость вращения ротора отличается в разы?

Старые модели маломощных ВЭС используют генераторы с мультипликатором, который повышает скорость вращения ротора до требуемого значения, чтобы в дальнейшем происходило генерирование электромагнитного поля (а затем и самого тока). В более новых моделях используются генераторы на постоянных магнитах, для эффективной работы им достаточно 200-500 оборотов в минуту.

11. Необходимо ли частным лицам получать разрешение на установку ВЭС?

Ситуация для Украине: согласно пункту 5 Постановления Кабинета Министров Украины от 15.07.98 № 1094 «О государственной экспертизе по энергосбережению» и дополнение № 3 «Инструкции о порядке передачи документации и осуществления государственной экспертизы по энергосбережению» ветроэнергетические установки энергоемкостью до 75 кВт не подлежат обязательной государственной комиссии по энергосбережению. Импортные ветроэнергетические установки также не подлежат сертификации. Но следует помнить, что в каждой стране существуют свои законы.

12. Влияет ли работа ветрогенераторов на работе ТВ и радиоприемников?

Нет

13. Безопасно ли жить рядом с работающим ветрогенератором?

Да, малые ветряные установки (до 100 кВт) абсолютно безопасны для жизни.

14. Какой расчетный срок службы ВЭУ?

В зависимости от условий эксплуатации срок службы ВЭУ составляет от 15 до 25 лет.

15. Как определить среднегодовую скорость ветра в том месте, где будет установлен ветряк?

Для получения таких данных необходимо проводить исследования в течение года.

16. Какова стоимость монтажа ветряной установки?

Стоимость монтажа зависит от многих факторов и составляет 10-20% от суммарной стоимости.

17. Как должна быть расположена ось ветроколеса: горизонтально или вертикально? Какое оптимальное количество лопастей должен иметь ветрогенератор?

Существует множество вариантов конструкции ветровых установок, но на сегодня 95% всех выпущенных в мире ветрогенераторов - трехлопастные с горизонтальной осью.

18. Можно комбинировать ветрогенераторы с другими источниками энергоснабжения?

Ветрогенераторы могут быть связаны с солнечными батареями, а также с дизельным, бензиновым или газовым генераторами

Энергия ветра: вчера, сегодня, завтра.

Еще с незапамятных времен люди использовали энергию ветра. Первоначально человек научился преобразовывать кинетическую энергию воздушного потока (ветра) в механическую. Появилось огромное разнообразие ветряных мельниц, значительно облегчивших жизнь людей того времени. Идея ветрогенератора для выработки электрической энергии с использованием энергии ветра появилась чуть более 100 лет назад.

Пытливая мысль изобретателей создала огромное разнообразие конструкций ветроустановок:

- по расположению оси вращения лопастей (горизонтальная, вертикальная, наклоненная);

- по количеству лопастей (одна, две, три и более);

- по мощности (от десятков Ватт до нескольких МВатт);

- по форме лопастей, по конструкции генераторов и т.д. и т.п.

Но погоня за увеличением мощности привела к появлению и новых проблем:

1. Габариты современных ветроустановок и динамические нагрузки, воспринимаемые ими, привели к тому, что прочностные характеристики материалов, из которых они строятся, стали сдерживающим фактором. Дальнейшее наращивание мощности (габаритов) ветроустановки возможно только с применением самых новых, а значит и более дорогих, материалов. Это соответственно сказывается на росте и без того высоких цен вырабатываемой ими электроэнергии.

2. Более мощные ветроустановки требуют больших скоростей ветра. В наше время все более сложно найти места для размещения ветроустановок, а энергии человечеству нужно все больше и больше.

Сегодня ветроэнергетика переживает период бурного роста. Темпы роста достигают 30 % в год. Но, наравне с энтузиастами ветроэнергетики, в последнее время все больше появляется и скептиков. Это и понятно. Ветроэнергетика, обладая такими достоинствами, как экологическая чистота производства электроэнергии и использование возобновляемого источника энергии, имеет и ряд существенных недостатков. Это низкое качество производимой энергии, создание всевозможных помех теле- и радиосигналам, негативное воздействие в звуковом диапазоне на фауну, необходимость в дополнительных резервных энергогенерирующих мощностях традиционной конструкции и т.д.

Все больше людей, обеспокоенных негативными тенденциями в ветроэнергетике, совершенно обоснованно задают вопросы: Какова перспектива у ветроэнергетики? Займет ли ветроэнергетика экономически значимое место в мировой энергетике? Оправдаются ли инвестиции в ветроэнергетику? и т.п.

Ситуация на мировом рынке нефти и газа подталкивают к развитию видов генерации, использующих возобновляемые источники энергии. Но высокая цена такого электричества и его низкое качество не прибавляют оптимизма в оценке перспектив ветроэнергетики.

Человечеству крайне необходим новый надежный источник электроэнергии, отвечающий требованиям нашего времени:

1. Низкая цена производимой электроэнергии.

2. Высокое качество производимой электроэнергии.

3. Объем производимой энергии должен удовлетворять постоянно растущей потребности.

4. Экологическая чистота производства электроэнергии.

Один из вариантов производства электроэнергии, во многом удовлетворяющим перечисленным требованиям, представлен ниже.

Все новое - хорошо забытое старое.

Принципиально, вся ветроэнергетика построена на двух элементах: источнике энергии (ветер) и приемнике энергии (ветроустановка).

С первых шагов освоения энергии ветра и до нашего времени изобретатели занимались совершенствованием приемника энергии, а источник энергии (ветер) воспринимался ими как данное природой и не поддающееся управлению.

Во многом именно это обусловило проявление большинства недостатков, присущих современной ветроэнергетике.

Но в технической системе «ветер - ветроустановка», оба составляющих элемента одинаково значимы. Только управление всеми элементами системы позволяет получить высокую эффективность ее работы.

Совершенствуя приемник энергии, человек откинул идею управления воздушным потоком прочь за ненадобностью. А зря! При современном уровне технического развития управление такими системами может быть организовано очень эффективно.

Но развитие ветроэнергетики пошло другим путем. В настоящее время практически все ветроустановки работают на одном принципе: снятия энергии со свободно набегающего воздушного потока.

Мы решили разработать принципиально новую техническую систему, которая позволила бы управлять как источником энергии, так и ее приемником. Таким образом, используя опыт и знания, накопленные человечеством в области строительства и эксплуатации ветроустановок, мы сможем значительно повысить их эффективность работы за счет управления параметрами воздушного потока (источника энергии).

Одним из результатов наших многолетних исследований стала ветроустановка башенного типа. Она позволяет, с той или иной степенью эффективности, управлять всеми элементами системы «ветер - ветроустановка».

Ветроустановка башенного типа состоит из следующих основных элементов: аппарата сбора энергии, генератора, аппарата концентрации энергии и системы управления.

Рис. 1. Принципиальная схема конструкции башенной ветроустановки (БВУ).



Аппарат сбора энергии выполнен в виде вертикального цилиндра, стенки которого собраны из профилированных поверхностей, образующих сквозные каналы, соединяющие внешнюю поверхность цилиндра с его внутренним вертикальным каналом (входные конфузорные каналы). Их задача - «захватить» набегающий воздушный поток, развернуть его вверх вдоль вертикальной оси установки и направить на лопасти генератора.

Генератор с лопастями размещен внутри аппарата концентрации энергии. Генератор преобразует кинетическую энергию воздушного потока в электрическую энергию.

Аппарат концентрации энергии конструктивно выполнен в виде вертикальной трубы, внутреннее сечение которой плавно уменьшается к центру, где и расположен генератор. Внутренний объем этой трубы является продолжением внутреннего вертикального канала аппарата сбора энергии. Такая конструкция данного узла позволяет повысить концентрацию кинетической энергии воздушного потока на лопастях генератора.

Система управления (на рисунке не показана) обеспечивает своевременное открытие конфузорных каналов башни со стороны набегания внешнего воздушного потока и закрытие всех остальных конфузорных каналов.

Чем принципиально отличается башенная конструкция от ветроустановок, преобразующих энергию свободно набегающего воздушного потока?

1. Она позволяет управлять энергией воздушного потока, путем ее концентрации на лопастях генератора.

2. Отпадает необходимость в настройке лопастей ротора генератора «на ветер». Генератор, с вертикальной осью вращения, стационарно установлен в верхней части установки. Ветер сам «настраивается» на генератор благодаря конструкции аппарата сбора энергии.

3. Значительно повышается мощность воздушного потока, приходящая на лопасти ротора генератора. Конструкция аппарата концентрации энергии позволяет повышать скорость воздушного потока во внутреннем вертикальном канале установки и соответственно, повышать его мощность.

Проведенные экспериментальные исследования моделей в аэродинамической трубе показали увеличение выработки энергии генератором, установленным в башне более чем в 4 раза, а для малых скоростей воздушного потока - более чем в 10 раз.

Рис. 2. Схема сравнительных лабораторных испытаний ветроустановки башенного типа.

Рис. 3. Выработка электрической энергии генератором



Рис. 4. Относительное увеличение выработки энергии при размещении генератора в башне.

Для подтверждения полученных лабораторных результатов была построена опытно-экспериментальная установка в масштабе 20:1. Схема испытаний - сравнительная (аналогична используемой в лаборатории), представлена на рис. 9.

В сравнительных испытаниях на полигоне мы использовали генераторы на постоянных магнитах СВ-1.2/30.



Рис. 5. Схема сравнительных испытаний в условиях полигона

Рис. 6. Выработка электрической энергии генераторами

Рис. 7. Относительное увеличение выработки энергии генератором в башне.

Анализ полученных результатов показывает значительный рост эффективности работы генератора при его размещении в башне - концентраторе:

- Стартовая скорость ветра в два раза ниже по сравнению с традиционными конструкциями;

- Скорость ветра, при которой генератор работает в номинальном режиме - в 2 раза ниже;

- Коэффициент использования установленной мощности может достигать значения 0,6…0,7 (получено расчетным путем);

- В 2-3 раза выше объем вырабатываемой энергии;

- Объем выработанной энергии с единицы площади ометаемой поверхности, для всех диапазонов скоростей воздушного потока, вырос более чем в 5 раз, а в диапазоне низких скоростей - более чем в 10 раз.

- Отвод земли на единицу установленной мощности, у ветроустановки башенного типа, самый низкий из всех видов генерации.

Рис. 8

Конструктивные особенности новой ветроустановки позволяют устранить многие недостатки, присущие ветроустановкам традиционной конструкции:

1. Шумы и вредные для человека излучения, которые могут возникать в процессе работы генератора башенной ветроустановки, не выходят за конструктивные габариты установки. Это достигается благодаря тому, что генератор с лопастями расположен внутри ее вертикального канала. Современные материалы позволяют эффективно гасить или поглощать все вредные шумовое и вибрационное излучение. По этой же причине генератор и лопасти башенной ветроустановки не будут помехой распространению теле - и радиосигналам.

2. Установка не наносит вред птицам. Предотвращение попадания птиц на лопатки генератора можно предотвратить за счет установки защитных сеток на входе в конфузорные каналы. Для предотвращения столкновения птиц с БВУ в ночное время суток, ее внешняя поверхность освещается. Это позволит улучшить и зрительное восприятие башни ВУ.

Взгляд в будущее

Башенная конструкция ветроустановки, по своим техническим характеристикам, значительно превосходит все современные ветроустановки традиционной конструкции, работающие со свободно набегающим потоком воздуха.

Ветроустановки башенного типа - достойная замена ВЭУ традиционной конструкции.

- Они могут работать при более низких скоростях ветра.

- Позволяют в значительно увеличить количество вырабатываемой электроэнергии.

- Их эффективность никак не ниже традиционных станций генерации электроэнергии, использующих углеродное топливо: газ, уголь, мазут, нефть, а экологическая чистота производства электроэнергии не имеет аналогов.

- Ветроустановки башенного типа очень эффективно могут работать в регионах с малыми скоростями ветра.

- Отвод земли на единицу мощности для ветроустановок башенного типа самый низкий из всех видов генерации.

- Благодаря своей компактности, такие установки могут служить автономным и самодостаточным источником энергии.

Ветроустановки башенного типа сегодня - это мировая энергетика завтра: низкая себестоимость и высокое качество производства экологически чистой энергии.

Ветряная турбина с вертикальной осью.

Ветряные электростанции, как эта в Калифорнии мало помалу становятся типичным явлением в американских городах. Согласно ассоциации энергетической отрасли, за последний год потребление возобновляемой энергии ветра в США выросло на 45%. Оснащение ветряных турбин огромными лопастями ограничивает их применение главным образом в сельской местности.

Однако есть альтернативный вариант - ветряные турбины без лопастей! "Энергетические потребности Вашего дома такая турбина удовлетворит на 35-40%, но если установить турбину мощностью 3 кВт, которая будет в 2 раза мощнее традиционной системы - она будет вырабатывать 100% потребляемой Вами энергии". Новая система являлась на тот момент частью выставки альтернативных энергетических технологий, открытой в Ботаническом саду в Вашингтоне.

Организаторов экспозиции вдохновила идея использования ветряной мельницы древними египтянами мельницы для перемалывания зерна. Компания провела в Юте исследования опытного образца, чтобы доказать его способность конкурировать с традиционными турбинами. При этом ветряная турбина с вертикальной осьюне только бесшумна, но и безопасна для окружающей экосистемы.

Ветролампа

Кореец Kyung Kuk Kim как-то поразмыслил о том, что Сеул - город необычайно ветренный. Особенно на набережной реки Ханган. Ну, и для чего, спрашивается, в таком случае расходовать средства на ночное освещение? Товарищ Ким совместил лампочку с интегрированным ветрогенератором - механизм вертится, светодиоды светятся, на сэкономленные воны детям приобретают засахаренных собачек.

Кстати, не знаю, как для Сеула, а для России это было бы очень востребованное решение. Ветра не меньше чем в Корее, а вот света местами не хватает.

Рис. 9

Геотермальная энергия - новые технологии

Купание в горячих водах природного источника одно из древнейших удовольствий доступных человеку. Такой экстремальный источник есть поблизости от города Бепл на Японском острове Кюсю. Он был открыт в 8 веке. В наши дни компания, преданная идее внедрения экологических видов энергии надеется использоватьгеотермальную энергию природного пара на своей новой электростанции в городе Термо штат Юта.

На долю геотермальной энергии приходится всего 1% производимого в США электричества. Так как достаточное для этого природное тепло генерируется в сейсмически активных районах, где находятся действующие или спящие вулканы. Однако, по словам Крейга Сигентсона, президента компании «Рейзерт Технолоджи» из города Фрово штат Юта, новые технологии несут перемены: - «Используя новые технологии и ресурсы, мы теперь сможем вырабатывать почти треть необходимой стране электроэнергии».

Традиционно на сооружение геотермальной электростанции требовалось от 5 до 8 лет, причем работать они могли только на самых горячих подземных водах. А сегодня, отмечает Крейг, благодаря новым технологиям его станция в Юте, мощностью 10 МВатт, может использовать гораздо более прохладную воду.

- «У нас появилась возможность вырабатывать электричество из воды, которая чуть теплее вашей чашки кофе и это радикально изменило всю динамику отрасли использования геотермальной энергии».

По словам мистера Сигентсона у новой технологии есть еще одно преимущество: - «Мы не извлекаем водные ресурсы из земли, мы поднимаем воду, пропускаем ее через нашу систему и полностью закачиваем обратно в землю». Создатели компании «Рейзерт Технолоджи» говорят, что данный процесс в перспективе позволит расширить применение геотермальной энергии и сделать ее экономически рентабельной. Вице-президент компании Бенджамин Баркер таким видит ближайшее будущее: - «Новые технологии в энергетикерадикально расширяют возможность производства электроэнергии. Появляются новые регионы, где можно использовать геотермальную энергию, увеличивается ее доля в энергетическом балансе страны, мы больше не привязаны к 2-3 геотермальным районам, расположенным вдоль геологически-активного тихоокеанского плато».

Геотермальная электростанция компании «Рейзерт Технолоджи» в штате Юта имеющая 50 энергоблоков была построена за 1 год и уже обеспечивает электричеством около 15 тысяч домов в калифорнийском городе Анехайм. Геолог Тернет Уинезби курирует геотермальные программы на уровне правительства США, он считает, что будущее за геотермальными станциями, использующими блоки-генераторы.

- «Эта технология перспективна сама по себе, потому, что позволяет расширять электростанцию в процессе производства электроэнергии, пробурив коммерчески рентабельную скважину можно установить 1 генерирующий блок, который будет сразу же производить электричество, это даст вам средства на достройку проекта».

Геотермальная энергия считается одним из самых надежных видов возобновляемой энергии. Тепло, выделяемое недрами земли, доступно днем, ночью и в любую погоду. США извлекают и используют больше геотермальной энергии, чем любая другая страна и в ближайшие 10 лет могут удвоить и даже утроить использование этого источника энергии. «Рейзерт Технолоджи» продолжает наращивать свои производственные мощности. Только в США компания строит еще 9 геотермальных электростанций. В планах американской компании строительство подобных объектов по всему миру.

Альтернативное топливо и автомобили

Подавляющее большинство автомобилей до сих пор - это автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе, получаемых из нефти. Однако резкое подорожание нефти в последнее время в сочетании с озабоченностью ростом вредных выбросов, которые производят автомобили, загрязняя атмосферу (особенно остро эта проблема стоит в крупных городах) привела к мысли правительства многих стран и автомобильные компании искать замену традиционному топливу. В связи с этим в последнее время тема об альтернативных видах топлива стала очень модной и эти самые автомобили на альтернативном топливе появляются всё в больших и больших количествах. На самом деле их "альтернативность" не так уж и велика, т. к. в большинстве случаев получается тот же автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, работающих на тех же принципах, только топливо представляет собой не бензин, полученный из нефти, а скажем, этанол или что-то в этом роде.

Что же остаётся ещё? Оказывается, можно придумать ещё немало вариантов. Вот, например, автомобиль, придуманный одним французским изобретателем, который работает на воздухе:

Воздух этот, правда, заранее должен быть сжат и охлаждён до -100°С, и, как ни странно, запаса сжатого воздуха хватает для езды в течение 4х часов со скоростью 50-60 км/час.

А в солнечной Австралии уже который год подряд проходят гонки на автомобилях с солнечными батареями. Машины, подобные этой, соревнуются в гонке по пустыне через всю Австралию, и иногда им удаётся развить скорость свыше 100 км/час. Идея подобных ему машин в том, чтобы использовать запасённую кинетическую энергию заранее раскрученного маховика. Хотя гиробусы в Бельгии и были выведены из эксплуатации, разработки в этом направлении продолжаются. Особым образом сконструированный маховик сегодня позволяет запасать достаточно энергии, сохраняя её при этом почти без потерь на месяцы и даже на годы!

Размещено на Allbest.ru