قوة الرياح

يتم الآن إحياء طاقة الرياح، باستخدام عجلات الرياح ودوارات الرياح، خاصة في المنشآت الأرضية. تهب الرياح في كل مكان - في البر والبحر. ولم يفهم الرجل ذلك على الفور

وترتبط حركة الكتل الهوائية بتغيرات متفاوتة في درجات الحرارة ودوران الأرض، لكن هذا لم يمنع أسلافنا من استخدام الرياح في الملاحة.

في الداخل لا يوجد اتجاه ثابت للرياح. نظرًا لأن مناطق مختلفة من الأرض تسخن بشكل مختلف في أوقات مختلفة من العام، فلا يمكننا التحدث إلا عن الاتجاه الموسمي السائد للرياح. بالإضافة إلى ذلك، على ارتفاعات مختلفة، تتصرف الرياح بشكل مختلف، وعلى ارتفاعات تصل إلى 50 مترًا تتميز بتيارات الانعراج.

وبالنسبة لطبقة سطحية يبلغ سمكها 500 متر، تبلغ طاقة الرياح المحولة إلى حرارة حوالي 82 تريليون كيلووات/ساعة سنويًا. وبطبيعة الحال، من المستحيل استخدام كل ذلك، لا سيما وأن توربينات الرياح المثبتة بشكل متكرر سوف تظلل بعضها البعض. وفي الوقت نفسه، فإن الطاقة المأخوذة من الرياح ستتحول في النهاية إلى حرارة.

يتجاوز متوسط ​​\u200b\u200bسرعات تدفق الهواء السنوي على ارتفاع مائة متر 7 م / ث. إذا وصلت إلى ارتفاع 100 متر، باستخدام تلة طبيعية مناسبة، فيمكنك تركيب توربينات رياح فعالة في كل مكان.

تسخير للريح

مبدأ تشغيل جميع توربينات الرياح هو نفسه: تحت ضغط الرياح، تدور عجلة الرياح ذات الشفرات، وتنقل عزم الدوران عبر نظام النقل إلى عمود المولد الذي يولد الكهرباء أو مضخة المياه أو المولد الكهربائي. كلما زاد قطر عجلة الرياح، زاد تدفق الهواء الذي تلتقطه وزادت الطاقة التي تولدها الوحدة.

تمنح البساطة الأساسية هنا مجالًا استثنائيًا لإبداع التصميم، ولكن فقط للعين عديمة الخبرة تبدو توربينات الرياح وكأنها تصميم بسيط. يعد التصميم التقليدي لتوربينات الرياح - ذات المحور الأفقي للدوران - حلاً جيدًا للوحدات ذات الحجم الصغير والقوة. عندما نمت امتدادات الشفرة، تبين أن هذا الترتيب غير فعال، لأنه على ارتفاعات مختلفة تهب الرياح في اتجاهات مختلفة. في هذه الحالة، ليس فقط من المستحيل توجيه الوحدة بشكل مثالي في مهب الريح، ولكن هناك أيضًا خطر تدمير الشفرات.

بالإضافة إلى ذلك، فإن نهايات الشفرات ذات التركيب الكبير، التي تتحرك بسرعة عالية، تخلق ضوضاء. ومع ذلك، فإن العقبة الرئيسية أمام استخدام طاقة الرياح لا تزال اقتصادية - فقوة الوحدة تظل صغيرة وحصة تكاليف تشغيلها كبيرة. ونتيجة لذلك، فإن تكلفة الطاقة لا تسمح لتوربينات الرياح ذات المحور الأفقي بتوفير منافسة حقيقية لمصادر الطاقة التقليدية.

وفقا لتوقعات شركة بوينغ (الولايات المتحدة الأمريكية)، فإن طول شفرات توربينات الرياح المجنحة لن يتجاوز 60 مترا، مما سيجعل من الممكن إنشاء توربينات الرياح ذات التصميم التقليدي بسعة 7 ميجاوات. اليوم أكبرهم "أضعف" مرتين. وفي مجال طاقة الرياح على نطاق واسع، لا يمكننا أن نتوقع انخفاض سعر كيلووات/ساعة إلى عشرة سنتات إلا من خلال البناء الضخم.

يمكن للوحدات منخفضة الطاقة أن تنتج طاقة أغلى بثلاث مرات تقريبًا. للمقارنة، نلاحظ أن توربينات الرياح ذات الريشة، التي تم إنتاجها بكميات كبيرة في عام 1991 من قبل شركة NPO Vetroen، كان لها مدى شفرة يبلغ 6 أمتار وقوة 4 كيلوواط.

تبلغ تكلفة الكيلووات في الساعة 8...10 كوبيل.

معظم أنواع توربينات الرياح معروفة منذ فترة طويلة لدرجة أن التاريخ صامت عن أسماء مخترعيها. تظهر الأنواع الرئيسية لتوربينات الرياح في الشكل. وهي مقسمة إلى مجموعتين:

توربينات الرياح ذات محور دوران أفقي (ريشة) (2...5)؛ توربينات الرياح ذات محور دوران رأسي (دوارة: ذات شفرات (1) ومتعامدة (6)).

تختلف أنواع توربينات الرياح الريشية فقط في عدد الشفرات.

مجنح

بالنسبة لتوربينات الرياح ذات الريشة، والتي يتم تحقيق أكبر قدر من الكفاءة عندما يكون تدفق الهواء متعامدًا مع مستوى دوران شفرات الجناح، يلزم وجود جهاز للدوران التلقائي لمحور الدوران. لهذا الغرض، يتم استخدام جناح استقرار. تتميز توربينات الرياح الدائرية بأنها يمكن أن تعمل في أي اتجاه للرياح دون تغيير موقعها. إن معامل استخدام طاقة الرياح (انظر الشكل) لتوربينات الرياح أعلى بكثير من توربينات الرياح الدوارة.

في الوقت نفسه، تتمتع الدوارات بعزم دوران أعلى بكثير. وهو الحد الأقصى لوحدات الشفرات الدوارة عند سرعة الرياح النسبية صفر.

يتم تفسير انتشار توربينات الرياح المكره من خلال حجم سرعة دورانها. يمكن توصيلها مباشرة بمولد تيار كهربائي بدون مضاعف. تتناسب سرعة دوران توربينات الرياح عكسيًا مع عدد الأجنحة، لذا فإن الوحدات ذات الشفرات الأكبر

ثلاثة عمليا لا تستخدم.

دائري

إن الاختلاف في الديناميكا الهوائية يمنح توربينات الرياح الدوارة ميزة على توربينات الرياح التقليدية. ومع زيادة سرعة الرياح، فإنها تزيد بسرعة من قوة الدفع، وبعد ذلك تستقر سرعة الدوران. توربينات الرياح الدائرية

سرعة منخفضة وهذا يسمح باستخدام دوائر كهربائية بسيطة، على سبيل المثال، مع مولد غير متزامن، دون مخاطر

تعرض لحادث بسبب هبوب رياح عشوائية. يطرح البطء مطلبًا محددًا واحدًا - وهو استخدام مولد متعدد الأقطاب يعمل بسرعات منخفضة. مثل هذه المولدات ليست منتشرة على نطاق واسع، واستخدام المضاعفات (lat. multiplicator

الضرب] - زيادة الترس) غير فعال بسبب انخفاض كفاءة الأخير.

كانت الميزة الأكثر أهمية لتصميم الكاروسيل هي قدرته على مراقبة "مكان هبوب الرياح" دون حيل إضافية، وهو أمر مهم جدًا لتدفقات الانعراج السطحي. يتم بناء توربينات الرياح من هذا النوع في الولايات المتحدة الأمريكية واليابان وإنجلترا وألمانيا وكندا. توربينات الرياح ذات الشفرة الدوارة هي الأسهل في التشغيل. يضمن تصميمه أقصى عزم دوران عند بدء تشغيل توربينات الرياح والتنظيم الذاتي التلقائي لسرعة الدوران القصوى أثناء التشغيل. ومع زيادة الحمل، تقل سرعة الدوران ويزداد عزم الدوران حتى التوقف الكامل.

متعامد

توربينات الرياح المتعامدة، كما يعتقد الخبراء، واعدة للطاقة على نطاق واسع. اليوم، يواجه عابد الرياح ذوو التصاميم المتعامدة صعوبات معينة. ومن بينها، على وجه الخصوص، مشكلة الإطلاق.

تستخدم التركيبات المتعامدة نفس شكل الجناح الذي تستخدمه الطائرة دون سرعة الصوت (انظر الشكل (6)).

يجب أن تقلع الطائرة، قبل أن "تتكئ" على قوة رفع جناحها. وينطبق الشيء نفسه على التثبيت المتعامد. أولاً، تحتاج إلى توفير الطاقة لها - قم بتدويرها وإحضارها إلى بعض المعلمات الديناميكية الهوائية، وعندها فقط ستتحول من وضع المحرك إلى وضع المولد.

يبدأ إقلاع الطاقة عند سرعة رياح تبلغ حوالي 5 م/ث، ويتم تحقيق القدرة المقدرة بسرعة 14...16 م/ث.

تنص الحسابات الأولية لتوربينات الرياح على استخدامها في حدود 50 إلى 20000 كيلوواط. وفي تركيب واقعي بقدرة 2000 كيلوواط، سيكون قطر الحلقة التي تتحرك على طولها الأجنحة حوالي 80 مترًا. توربينات الرياح القوية كبيرة الحجم. ومع ذلك، يمكنك القيام بالأشياء الصغيرة - خذ الرقم، وليس الحجم. من خلال تجهيز كل مولد كهربائي بمحول منفصل، يمكنك تلخيص الطاقة الناتجة التي تولدها المولدات. في هذه الحالة، تزداد موثوقية وبقاء توربينات الرياح.

استخدامات غير متوقعة لتوربينات الرياح

في الواقع كشفت توربينات الرياح العاملة عن عدد من الظواهر السلبية. على سبيل المثال، قد يؤدي انتشار توربينات الرياح إلى صعوبة استقبال البث التلفزيوني وإنشاء موجات صوتية قوية.

يمكن لتوربينات الرياح أن تفعل أكثر من مجرد توليد الطاقة. تُستخدم القدرة على جذب الانتباه عن طريق الدوران دون إنفاق الطاقة في الإعلانات. أبسطها هو توربين الرياح الدائري ذو الشفرة الواحدة، وهو عبارة عن لوحة مستطيلة ذات حواف منحنية.

يتم تثبيته على الحائط، ويبدأ في الدوران حتى مع وجود ريح خفيفة.

في منطقة الجناح الكبيرة، يمكن لتوربينة الرياح ذات الثلاث إلى الأربع شفرات تدوير الملصقات الإعلانية ومولد صغير. يمكن للكهرباء المخزنة في البطارية إضاءة الأجنحة بالإعلانات ليلاً، وفي الطقس الهادئ، تدويرها.

مقدمة

يتزايد استهلاك الطاقة، ومعه تكلفتها، في جميع أنحاء العالم، وبلدنا ليس استثناءً. ولكن موارد الكوكب بدأت في النضوب، وأصبحت المشاكل البيئية تثير قلقاً متزايداً. ولهذا السبب يتزايد الاهتمام بمصادر الطاقة غير التقليدية والصديقة للبيئة ـ الرياح، والشمس، والأمواج.

تتناول هذه الورقة محطات طاقة الرياح منخفضة الطاقة. يتم تحليل تجربة تشغيلها وخصائصها التقنية وكفاءتها وراحتها. وبناء على ذلك تم التوصل إلى استنتاج حول مزايا استخدام مثل هذه المنشآت في بعض الصناعات والمناطق النائية.

يتم وصف آفاق وإمكانيات استخدام محطات طاقة الرياح منخفضة الطاقة في روسيا، بالإضافة إلى التجربة الناجحة في تنفيذ مشاريع مماثلة في بلدان أخرى.

الطاقة تأتي من الرياح

ويعاني المزارعون والبستانيون وعمال المناوبات والجيولوجيون ومربي الماشية من نقص حاد في الطاقة. وفي المناطق المزدهرة نسبيا من حيث إمدادات الطاقة، فإن الأمور بعيدة كل البعد عن أن تكون الأفضل. أصبح انقطاع التيار الكهربائي بسبب الكوارث الطبيعية، وأزمة عدم الدفع، وببساطة سرقة الأسلاك، أمراً شائعاً - للأسف. وإذا تذكرنا أيضًا أنه وفقًا لوزارة حالات الطوارئ، فإن 80٪ من خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي في البلاد مهترئة للغاية، فإن الوضع يبدو حزينًا تمامًا. وقد اعتدنا منذ فترة طويلة على العيش في منازل مضاءة، ومشاهدة التلفزيون، واستخدام الثلاجة والكمبيوتر والأجهزة المنزلية الأخرى، لذلك نعتبر انقطاع التيار الكهربائي على المدى القصير بمثابة كارثة صغيرة، ولكنها لا تزال حقيقية.

ما مقدار الطاقة التي نحتاجها؟

وفي المؤتمر العلمي والتقني الدولي الثالث "إمدادات الطاقة وتوفير الطاقة في الزراعة" الذي عقد في مايو/أيار 2003، سُمعت كلمات مثيرة للقلق للغاية. "تحدث عمليات مدمرة في كهربة الريف في روسيا منذ عام 1990. لقد أصبحت شبكات الطاقة الريفية في حالة سيئة،... وتم إلغاء الخدمة، ... وزادت الانقطاعات في إمدادات الطاقة، ... وزادت التعريفات بشكل مفرط، ... ولم تقم إدارة RAO UES بإلغاء التعريفة التفضيلية فقط مستهلكو الطاقة الزراعية، ولكن في العديد من المناطق يتم تحديد التعريفات بنسبة 20-30٪ أعلى من التعريفات بالنسبة للمستهلكين الصناعيين وسكان الحضر، ولا يوجد استثمار،... وفي الوقت نفسه، زادت الحاجة إلى الحياة اليومية والأسر الشخصية. نحن نبحث عن بديل في مجال إمدادات الطاقة" (من خطاب الأكاديمي في الأكاديمية الزراعية الروسية آي إف بورودين).

حوالي 30% من المزارع و20% من قطع أراضي الحدائق في روسيا غير متصلة بالشبكات الكهربائية على الإطلاق. إن إنشاء خطوط كهرباء جديدة لتزويد المستهلكين المعزولين عن بعد بطيء للغاية بسبب النقص المزمن في الأموال، وغالبًا ما تعمل مولدات الديزل بشكل غير فعال، بالإضافة إلى أنها تتطلب صيانة منتظمة ومؤهلة، وأصبح وقود المحركات أكثر تكلفة، كما أن توصيله ليست موثوقة واقتصادية بما فيه الكفاية ...

وفي الوقت نفسه، تم حساب متوسط ​​\u200b\u200b"سلة الطاقة" للمقيم الريفي، والتي، على الأقل في الصيف، يمكن أن تشمل أصحاب المنازل الريفية. وتبلغ 115 كيلووات/ساعة شهريًا. لم يتم أخذ هذا الرقم من لا شيء، ولكنه يتكون من متطلبات ضمان ما يسمى بـ "الحياة الفكرية". ويشمل ذلك الإضاءة والراديو والتلفزيون والثلاجة المنزلية وشفرة الحلاقة الكهربائية والغلاية وأدوات كهربائية منزلية صغيرة وجهاز كمبيوتر ومضخة حديقة. ولا ننسى أنه في الآونة الأخيرة ظهرت الكثير من الأجهزة المنزلية التي تعمل بالبطاريات المدمجة التي تحتاج إلى إعادة شحنها بشكل دوري: المصابيح الكهربائية، والهواتف المحمولة، وآلات الحلاقة الكهربائية، والأدوات الكهربائية، وما إلى ذلك.

بالطبع، في فصل الشتاء، ستحتاج إلى المزيد من الطاقة - يحتاج المنزل إلى التدفئة. ولكن نظرًا لأن تقليد تسخين المواقد في روسيا لا يصبح قديمًا فحسب، بل يشهد أيضًا نوعًا من النهضة في شكل ظهور تصميمات جديدة للمواقد الاقتصادية للغاية، ولا يوجد نقص في الحطب، واستهلاك إضافي للكهرباء ليس من المتوقع هنا. فأين يمكنك الحصول على هذا الحد الأدنى؟ أحد الاحتمالات هو طاقة الرياح المنخفضة والمنخفضة للغاية.

VEUMM: صغير لا يعني صغيرًا

تنقسم محطات طاقة الرياح الحديثة إلى فئتين: محطات قوية، تبلغ مئات الآلاف من الكيلووات، وتسمى متصلة بالشبكة لأنه في حالة عدم وجود الرياح، يتم تزويد المستهلك بالطاقة من الشبكة؛ ومستقلة، وتعمل جنبًا إلى جنب مع البطارية. وكقاعدة عامة، لا تتجاوز قوة المنشآت المستقلة 5-10 كيلوواط. يطلق عليهم: منشآت طاقة الرياح المنخفضة الطاقة (LPP).

وقد لفت العالم والممارس الألماني هاينز شولتز الانتباه إلى هذه الفئة الفريدة من منشآت طاقة الرياح الكهربائية. لقد صاغ مصطلح "Kleine Windkraftanlage" ("محطات طاقة الرياح الصغيرة").

ويعتقد أنه في المناطق التي يقل فيها متوسط ​​سرعة الرياح السنوية عن 4 م/ث، يكون استخدام طاقة الرياح غير مربح. ومع ذلك، لا ينطبق هذا البيان على محطات طاقة الرياح الصغيرة التي يمكن تسريعها بسهولة لشحن البطاريات والمنشآت متعددة الأوراق لرفع المياه. إن استيطان المناطق الداخلية الأمريكية والأسترالية، حيث يبلغ متوسط ​​سرعة الرياح السنوية في معظم المناطق أقل من 2 م/ث، كان مستحيلًا بدونها.

تتميز VEUMM بالبساطة والرخيصة في التركيب والتشغيل والإصلاح، وهي صديقة للبيئة، ولا تتطلب أي صيانة تقريبًا أثناء التشغيل، أو تعديلات دورية، وما إلى ذلك. يمكن لزوج مولد محرك الرياح الاستغناء عن علبة التروس، مما يزيد من تبسيط وتقليل تكلفة التصميم ويزيد من موثوقيته.

لا توجد فئة أخرى من منشآت الطاقة غير التقليدية تتمتع بمثل هذه المجموعة الشاملة من الخصائص الأساسية. علاوة على ذلك، يمكنها توفير إمدادات الطاقة في المناطق التي يبلغ متوسط ​​سرعة الرياح فيها 3-5 م/ث فقط. في الواقع، يكتسب مالك VEUMM استقلالًا شبه كامل عن منتجي الطاقة التقليديين وعن الظواهر الطبيعية.

بالمقارنة مع أوروبا والولايات المتحدة الأمريكية، يتم إنتاج عدد أقل بكثير من توربينات الرياح في بلدنا. ربما يرجع ذلك إلى قلة وعي المستهلكين المحتملين أو الرخص النسبي للوقود السائل، ولكن هناك مصنعون لمولدات الرياح في البلاد، ومنتجاتهم ليست أقل جودة من المنتجات الأجنبية. بناءً على خصائص التصميم، يتم تقسيم الوحدات المصنعة إلى مجموعتين. الأول يتضمن تركيبات بقوة تصل إلى 1000 واط. على سبيل المثال، يمكننا الاستشهاد بمجموعة من المنشآت التي تنتجها مؤسسة سانت بطرسبرغ FSUE معهد البحوث المركزي Elektropribor. هذه هي الأجهزة المحمولة ذات عجلة الرياح ثلاثية الشفرات التي يبلغ قطرها 1.5 أو 2.2 متر، وتركيبها بسيط للغاية بحيث يمكن للمستهلك التعامل معها بشكل مستقل. عند التعبئة، توضع الوحدة (بدون بطارية) في صندوقين بوزن إجمالي 50 كجم.

الشكل. 1. أمثلة ومظهر VEUMM.

يحتوي التثبيت على نظام ريشة الطقس الأصلي، الذي يوجه عجلة الرياح باستمرار نحو الريح وفي نفس الوقت يحمي الجهاز من ضغط الرياح الزائد. مثل أي طاحونة هوائية عادية، في المستوى الأفقي، تكون ريشة الطقس تحت تأثير الريح قادرة على الدوران في كلا الاتجاهين بعدة دورات. عندما تتوقف الرياح، يعيده زنبرك خاص إلى موضعه الأصلي، مما يمنع الكابل من الالتواء، والذي يستخدم لإزالة الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن المولد، إلى جانب عجلة الرياح، قادران على الدوران في مستوى عمودي. إذا أصبحت الرياح قوية للغاية وتهدد بإتلاف التثبيت، فإن العجلة مع المولد تدور حول محور أفقي، مما يؤدي إلى تحسين ضغط الرياح، حتى زاوية 900، عندما تكون الشفرات موازية لتدفق الهواء.

أما منشآت المجموعة الثانية (UVE 1000 وUVE 1500) فهي قريبة من الثبات. يتم تركيب عجلة رياح ذات خمس شفرات يبلغ قطرها 3.3 متر على سارية مسبقة الصنع مصنوعة من الأنابيب ذات الأقواس الفولاذية. يتطلب الصاري أساسًا وأجهزة خاصة للتركيب والتفكيك. للحماية من الرياح القوية، يتم استخدام حل مختلف. يتم تركيب المولد بشكل غير متماثل على محمل دوار. عندما يزداد ضغط الرياح، يبدأ جسم المولد في الإبحار، مما يؤدي إلى تدوير عجلة الرياح في مستوى أفقي. تهدأ الريح ويعيد زنبرك ريشة الطقس العجلة إلى وضعها السابق.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه إذا كانت التكلفة المحددة لنظيراتها الأوروبية الأجنبية من توربينات الرياح ذات نطاق طاقة اسمي يصل إلى 5 كيلووات تتراوح من 1.4 إلى 6.4 يورو لكل واط، فإن نفس الرقم بالنسبة لمعظم توربينات الرياح الروسية أقل بثلاث مرات.

يعد الانتقال إلى قطاع الطاقة لتوربينات الرياح متوسطة الطاقة أمرًا بسيطًا للغاية من خلال إنشاء مجمعات الطاقة (EC) التي تتكون من عدة منشآت (5-10 وحدات). يتم تجميع الطاقة على بطارية واحدة. على الرغم من أنه لا يمكن وضع مثل هذا المجمع على مساحة ستة فدادين، إلا أنه سيظل يشغل مساحة صغيرة. يمكن زيادة الطاقة المقدرة للمفوضية الأوروبية إلى 10-15 كيلووات، والقدرة القصوى - حتى 20-25 كيلووات، والإنتاج - حتى 1800 كيلووات في الساعة/الشهر، ولكن يتم تقليل تكلفة التصنيع بمقدار 3-4 مرات.

مثل هذا المجمع قادر على توفير الطاقة بالكامل، وليس مجرد مزرعة كبيرة أو قرية صغيرة. وتجدر الإشارة إلى أنه في هذه الحالة من الضروري توفير احتياطي طاقة على شكل محطة لتوليد الكهرباء تعمل بالديزل.

بفضل خصائصها التشغيلية وخصائصها التقنية الفريدة حقًا، فإن VEUMM قادرة ليس فقط على ضمان الحياة اليومية للمنازل الريفية والريفية. يمكن أن تكون بديلاً في حل مشكلة توفير الطاقة لمجموعة واسعة من المحطات المستقلة: الملاحة، وترحيل الراديو، والأرصاد الجوية، وخدمة خطوط أنابيب النفط والغاز، وما إلى ذلك.

وتقع العديد من هذه المحطات في مناطق يصعب الوصول إليها على مسافة كبيرة من السكن البشري - على ساحل المحيط المتجمد الشمالي، في التايغا والتندرا، حيث يمثل تسليم المعدات اللازمة مشكلة كبيرة.

تدريجيا، تم تحويل العديد من المحطات إلى الوضع التلقائي، ولكن مشكلة إمدادات الطاقة الخاصة بهم لا تزال حادة للغاية. من الضروري ليس فقط تقليل تكاليف الصيانة والخدمة، ولكن أيضًا ضمان التشغيل الموثوق. VUEMM مناسبة لهذه الأغراض. إنها بسيطة وموثوقة في التصنيع والتشغيل والنقل والتركيب والإصلاح. وأخيرا، بالمقارنة مع أي مصدر آخر للطاقة، فهي رخيصة للغاية.

خاتمة

يقدم الملخص إحدى إمكانيات حل المشكلة المرتبطة بإمدادات الطاقة للزراعة أو الملكية الخاصة من خلال استخدام محطات طاقة الرياح. يمكن أن تصبح هذه التركيبات بديلاً للطرق التقليدية لتزويد هذه المرافق بالطاقة.

الأدب

سولونيتسين أ. المجيء الثاني لطاقة الرياح // "العلم والحياة"، 2004، العدد 3.

هاينز شولتز. تقنية "Kleine Windkraftanlage". إرفاهرونجن. Mebergebnisse. أوكوبوتش فيرلاج، ستاوفن، 1993.

فاتيف إي إم محركات الرياح - م: جينتي لأدب الهندسة الميكانيكية، 1962.

www.elektropribor.spb.ru/rufrset.

أكمله: رومان بانوف، 10 أ

المعلم: جافرينا آي.

الطاقة البديلة هي مجموعة من الطرق الواعدة للحصول على الطاقة التي ليست منتشرة على نطاق واسع مثل الطرق التقليدية، ولكنها ذات أهمية بسبب ربحية استخدامها مع انخفاض خطر الإضرار ببيئة المنطقة.

مصدر الطاقة البديلة هو وسيلة أو جهاز أو هيكل يتيح الحصول على الطاقة الكهربائية ويحل محل مصادر الطاقة التقليدية التي تعمل على النفط والغاز الطبيعي المستخرج والفحم. إن الغرض من البحث عن مصادر الطاقة البديلة هو ضرورة الحصول عليها من طاقة الموارد والظواهر الطبيعية المتجددة أو التي لا تنضب عمليا. ويمكن أيضا أن تؤخذ في الاعتبار الصداقة البيئية وفعالية التكلفة.

المصدر الرئيسي للطاقة الصديقة للبيئة هو الشمس.

يتم حساب طاقة الشمس بالصيغة:

حيث R e هي انبعاثية الشمس

طاقة الرياح هي فرع من فروع الطاقة متخصص في استخدام طاقة الرياح - الطاقة الحركية للكتل الهوائية في الغلاف الجوي.

تم اختراع طواحين الهواء التي تنتج الكهرباء في القرن التاسع عشر في الدنمارك. تم بناء أول محطة لطاقة الرياح هناك في عام 1890، وبحلول عام 1908 كان هناك بالفعل 72 محطة بسعة تتراوح من 5 إلى 25 كيلوواط. وكان أكبرها يبلغ ارتفاع برجه 24 مترًا ودوارات ذات أربع شفرات يبلغ قطرها 23 مترًا، وكان سلف مزارع الرياح ذات المحور الأفقي الحديث يتمتع بقدرة 100 كيلووات وتم بناؤه في عام 1931 في يالطا. وكان لها برج يبلغ ارتفاعه 30 مترا.

يتم تحديد الجزء الأكبر من تكلفة طاقة الرياح من خلال التكاليف الأولية لبناء هياكل توربينات الرياح باهظة الثمن.

اقتصاد الوقود

لا تستهلك مولدات الرياح أي وقود أحفوري تقريبًا أثناء التشغيل. يمكن أن يؤدي تشغيل مولد طاقة الرياح بقدرة 1 ميجاوات على مدار 20 عامًا إلى توفير ما يقرب من 29 ألف طن من الفحم أو 92 ألف برميل من النفط.

• أثبت أن طاقة الرياح هي الطاقة المحولة للأشعة الشمسية.
• تتحكم طاقة الشمس في الطقس على الأرض. تتشكل الرياح نتيجة لتسخين الهواء بشكل غير منتظم: في الأماكن الأكثر تسخينًا بواسطة الشمس، يرتفع الهواء الدافئ، ويحل الهواء البارد محله. وبالتالي فإن طاقة الرياح هي مشتقة من الطاقة الشمسية.

محطة طاقة المد والجزر(TPP) هي نوع خاص من محطات الطاقة الكهرومائية التي تستخدم طاقة المد والجزر، وفي الواقع الطاقة الحركية لدوران الأرض. تُبنى محطات توليد طاقة المد والجزر على شواطئ البحار، حيث تعمل قوى جاذبية القمر والشمس على تغيير مستوى المياه مرتين في اليوم. يمكن أن تصل التقلبات في منسوب المياه بالقرب من الشاطئ إلى 13 مترًا.

للحصول على الطاقة، يتم إغلاق الخليج أو مصب النهر بسد يتم فيه تركيب الوحدات الهيدروليكية، والتي يمكن أن تعمل في وضع المولد وفي وضع المضخة (لضخ المياه إلى الخزان للتشغيل اللاحق في غياب المد والجزر). وفي الحالة الأخيرة، يطلق عليها محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ.

طاقة الأمواج- الطاقة التي تحملها الأمواج على سطح المحيط. ويمكن استخدامه لأداء أعمال مفيدة، مثل توليد الكهرباء، وتحلية المياه، وضخ المياه إلى الخزانات. طاقة الأمواج هي مصدر للطاقة المتجددة.

الطاقة الموجية هي الطاقة المركزة للرياح والطاقة الشمسية في نهاية المطاف. إن القوة التي يتم الحصول عليها من اضطراب جميع محيطات الكوكب لا يمكن أن تكون أكبر من القوة التي يتم الحصول عليها من الشمس. لكن كثافة الطاقة في المولدات الكهربائية التي تعمل بالموجات يمكن أن تكون أكبر بكثير من مصادر الطاقة البديلة الأخرى.

محطة الطاقة الشمسية هي هيكل هندسي يحول الإشعاع الشمسي إلى طاقة كهربائية. تختلف طرق تحويل الإشعاع الشمسي وتعتمد على تصميم محطة توليد الكهرباء.

أنواع محطات الطاقة الشمسية

• نوع برج SES
• أطباق من نوع SES
• SES باستخدام بطاريات الصور
• SPPs باستخدام المكثفات المكافئة
• SES مجتمعة
• محطات توليد الطاقة الشمسية بالبالون

تعتمد محطات الطاقة هذه على مبدأ إنتاج بخار الماء باستخدام الإشعاع الشمسي. يوجد في وسط المحطة برج يبلغ ارتفاعه من 18 إلى 24 مترًا (حسب الطاقة وبعض المعلمات الأخرى، يمكن أن يكون الارتفاع أكثر أو أقل)، ويوجد فوقه خزان بالماء. هذا الخزان مطلي باللون الأسود لامتصاص الإشعاع الحراري. يوجد في هذا البرج أيضًا مجموعة ضخ تقوم بإيصال البخار إلى المولد التوربيني الموجود خارج البرج. تقع المروحيات في دائرة من البرج على مسافة ما. الهيليوستات عبارة عن مرآة تبلغ مساحتها عدة أمتار مربعة، مثبتة على دعامة ومتصلة بنظام تحديد المواقع العام. أي أنه اعتمادًا على موضع الشمس، ستغير المرآة اتجاهها في الفضاء. تتمثل المهمة الرئيسية والأكثر كثافة في العمالة في وضع جميع مرايا المحطة بحيث تصطدم جميع الأشعة المنعكسة منها بالخزان في أي وقت. في الطقس المشمس الصافي، يمكن أن تصل درجة الحرارة في الخزان إلى 700 درجة. تُستخدم معلمات درجة الحرارة هذه في معظم محطات الطاقة الحرارية التقليدية، لذلك تُستخدم التوربينات القياسية لإنتاج الطاقة. في الواقع، في محطات من هذا النوع من الممكن الحصول على كفاءة عالية نسبيا (حوالي 20٪) وقدرات عالية.

محطة الطاقة الحرارية الأرضية (GeoTES) هي نوع من محطات الطاقة التي تولد الطاقة الكهربائية من الطاقة الحرارية للمصادر الجوفية (على سبيل المثال، السخانات).

الطاقة الحرارية الأرضية هي الطاقة التي يتم الحصول عليها من الحرارة الطبيعية للأرض. ويمكن تحقيق هذه الحرارة باستخدام الآبار. ويزداد التدرج الحراري الأرضي في البئر بمعدل درجة مئوية واحدة كل 36 متراً. يتم توصيل هذه الحرارة إلى السطح على شكل بخار أو ماء ساخن. يمكن استخدام هذه الحرارة بشكل مباشر لتدفئة المنازل والمباني وتوليد الكهرباء.

تمثل مصادر الطاقة المتجددة (البديلة) حوالي 1% فقط من توليد الكهرباء على مستوى العالم. نحن نتحدث في المقام الأول عن محطات الطاقة الحرارية الأرضية (GeoTES)، التي تولد جزءًا كبيرًا من الكهرباء في دول أمريكا الوسطى، والفلبين، وأيسلندا؛ تعد أيسلندا أيضًا مثالاً لدولة تستخدم فيها المياه الحرارية على نطاق واسع للتدفئة.

محطات توليد الطاقة من المد والجزر (TPP) متاحة حاليًا في عدد قليل من البلدان فقط - فرنسا، وبريطانيا العظمى، وكندا، وروسيا، والهند، والصين.

تعمل محطات الطاقة الشمسية (SPP) في أكثر من 30 دولة.

في الآونة الأخيرة، قامت العديد من البلدان بتوسيع استخدام محطات طاقة الرياح (WPP). معظمهم موجود في دول أوروبا الغربية (الدنمارك وألمانيا وبريطانيا العظمى وهولندا) والولايات المتحدة والهند والصين. تحصل الدنمارك على 25% من طاقتها من الرياح

1 من 13

عرض تقديمي حول الموضوع:

الشريحة رقم 1

وصف الشريحة:

الشريحة رقم 2

وصف الشريحة:

طاقة الرياح على الأرض لا تنضب. لعدة قرون، حاول الناس تحويل طاقة الرياح لصالحهم من خلال بناء محطات الرياح التي تؤدي وظائف مختلفة: المطاحن ومضخات المياه والنفط ومحطات الطاقة. كما أظهرت الممارسة والخبرة في العديد من البلدان، فإن استخدام طاقة الرياح مربح للغاية، حيث أولا، تكلفة الرياح صفر، وثانيا، يتم الحصول على الكهرباء من طاقة الرياح، وليس عن طريق حرق وقود الكربون، والاحتراق من المعروف أن منتجاتها خطيرة التأثير على البشر.

الشريحة رقم 3

وصف الشريحة:

محطة طاقة الرياح الدوارة (WPP) تقوم بتحويل الطاقة الحركية لتدفق الرياح إلى طاقة كهربائية. تتكون مزرعة الرياح من جهاز ميكانيكي للرياح (دوار أو مروحة)، ومولد تيار كهربائي، وأجهزة أوتوماتيكية للتحكم في تشغيل محرك الرياح والمولد، وهياكل لتركيبها وصيانتها.

الشريحة رقم 4

وصف الشريحة:

محطة طاقة الرياح عبارة عن مجموعة من الأجهزة التقنية لتحويل الطاقة الحركية لتدفق الرياح إلى طاقة ميكانيكية لدوران دوار المولد. تتكون توربينات الرياح من توربينات رياح واحدة أو أكثر، وجهاز تراكم أو احتياطي وأنظمة تحكم وتنظيم أوتوماتيكية لأوضاع تشغيل المنشأة. أما المناطق النائية، التي لا تزود بالكهرباء الكافية، فليس لديها عملياً أي بديل آخر مجدي اقتصادياً، مثل بناء محطات طاقة الرياح.

الشريحة رقم 5

وصف الشريحة:

تمتلك الرياح طاقة حركية، والتي يمكن تحويلها بواسطة جهاز ميكانيكي للرياح إلى طاقة ميكانيكية، ومن ثم بواسطة مولد كهربائي إلى طاقة كهربائية. يتم قياس سرعة الرياح بالكيلومترات في الساعة (كم/ساعة) أو متر في الثانية (م/ث): 1 كم/ساعة = 0.28 م/ث 1 م/ث = 3.6 كم/ساعة. تتناسب طاقة الرياح مع مكعب سرعة الرياح طاقة الرياح = 1/2 dAtS3d - كثافة الهواء، A - المساحة التي يمر عبرها الهواء، t - الفترة الزمنية، S - سرعة الرياح.

الشريحة رقم 6

وصف الشريحة:

تتناسب القدرة (P) مع طاقة الرياح التي تمر عبر السطح ("السطح المكتسح") لكل وحدة زمنية. طاقة الرياح = 1/2 dAS3

الشريحة رقم 7

وصف الشريحة:

وتتميز الرياح بالمؤشرات التالية: متوسط ​​السرعة الشهرية ومتوسط ​​السرعة السنوية حسب التدرجات في الحجم والخصائص الخارجية على مقياس بوفورت؛ تعد السرعة القصوى للعاصفة مؤشرًا مهمًا جدًا لاستقرار محطة طاقة الرياح. اتجاه الريح/الرياح - "وردة الريح"، وتيرة التغيرات في اتجاهات الرياح وقوتها (الشكل 1)؛ الاضطراب هو البنية الداخلية لتدفق الهواء، مما يخلق تدرجات في السرعة ليس فقط في المستوى الأفقي، ولكن أيضًا في المستوى الرأسي؛ العاصفة - التغير في سرعة الرياح لكل وحدة زمنية؛ كثافة تدفق الرياح حسب الضغط الجوي ودرجة الحرارة والرطوبة. يمكن أن تكون الرياح أحادية الطور، بالإضافة إلى وسط ثنائي الطور ومتعدد الأطوار يحتوي على قطرات من جزيئات سائلة وصلبة بأحجام مختلفة تتحرك داخل التدفق بسرعات مختلفة.

الشريحة رقم 8

وصف الشريحة:

الشريحة رقم 9

وصف الشريحة:

استخدام طاقة الرياح في عام 2008، زاد إجمالي قدرة طاقة الرياح في جميع أنحاء العالم إلى 120 جيجاوات. أنتجت محطات طاقة الرياح حول العالم حوالي 200 مليار كيلووات/ساعة في عام 2007، وهو ما يمثل حوالي 1.3% من الاستهلاك العالمي للكهرباء. في جميع أنحاء العالم، تم توظيف أكثر من 400 ألف شخص في صناعة طاقة الرياح في عام 2008. وفي عام 2008، نما السوق العالمي لمعدات طاقة الرياح إلى 36.5 مليار يورو، أو حوالي 46.8 مليار دولار أمريكي. وفي عام 2007، تركزت 61% من محطات طاقة الرياح المركبة في أوروبا، و20% في أميركا الشمالية، و17% في آسيا. وفي عام 2009، ولدت مزارع الرياح في الصين حوالي 1.3% من إجمالي توليد الكهرباء في البلاد. وفي الصين، دخل قانون مصادر الطاقة المتجددة حيز التنفيذ منذ عام 2006. ومن المتوقع أن تصل قدرة طاقة الرياح بحلول عام 2020 إلى 80-100 جيجاوات.

الشريحة رقم 10

وصف الشريحة:

الشريحة رقم 11

وصف الشريحة:

طاقة الرياح في جمهورية بيلاروسيا يجب أن تحتوي طاقة الرياح، مثل أي قطاع اقتصادي، على ثلاثة مكونات إلزامية تضمن عملها: موارد طاقة الرياح، ومعدات طاقة الرياح، والبنية التحتية المتطورة لطاقة الرياح. 1. بالنسبة لقطاع طاقة الرياح في بيلاروسيا، فإن موارد طاقة الرياح غير محدودة عمليا. تمتلك البلاد شبكة كهرباء مركزية متطورة وكمية كبيرة من المساحة الحرة التي لا تشغلها الكيانات الاقتصادية. لذلك، يتم تحديد وضع محطات طاقة الرياح (WPP) ومحطات طاقة الرياح (WPS) فقط من خلال الوضع المختص لمعدات طاقة الرياح في المناطق المناسبة.2. فرص شراء معدات طاقة الرياح الأجنبية محدودة للغاية بسبب عدم وجود خيار كافٍ لمعدات توربينات الرياح ومزارع الرياح التي تتوافق مع الظروف المناخية في بيلاروسيا، فضلاً عن المعارضة القوية من المسؤولين الإداريين المسؤولين من قطاع الطاقة الرسمي. .3. لا يمكن التغلب على نقص البنية التحتية لتصميم وتنفيذ وتشغيل تكنولوجيا الرياح، وبالتالي الخبرة العملية والموظفين المؤهلين، إلا من خلال التعاون النشط مع ممثلي البنية التحتية المتقدمة لطاقة الرياح في الخارج.

الشريحة رقم 12

وصف الشريحة:

الشريحة رقم 13

وصف الشريحة:

تتميز الرياح التي تتشكل في المناطق القارية وخطوط العرض الشمالية بهبات حادة وتغيرات متكررة في الاتجاه، وتختلف عن الرياح الهادئة إلى حد ما على ساحل البحر الأوروبي (هولندا وألمانيا). وتتغير بنية الرياح تبعاً للارتفاع عن سطح الأرض، بينما يزداد ثبات تدفق الهواء في طبقات الهواء المرتفعة. يتطلب الاختلاف في مزاج الرياح اتباع نهج بناء معين عند إنشاء مزرعة رياح. الحل المقترح عالمي للرياح من أي اتجاه وسرعة، بما في ذلك الرياح العاصفة.

يبدأ تاريخ طاقة الرياح منذ زمن سحيق: لقد كانت طاقة الرياح تخدم الناس بشكل موثوق وأمين لأكثر من 6000 عام. تم استخدام أول توربينات الرياح البسيطة في العصور القديمة في مصر والصين. وهكذا، في مدينة الإسكندرية، تم الحفاظ على بقايا طواحين الهواء من نوع الأسطوانة الحجرية (القرنين الثاني إلى الأول قبل الميلاد). قام الفرس (في القرن السابع الميلادي) ببناء طواحين الهواء ذات التصميم الأكثر تقدمًا - الطواحين المجنحة. وبعد ذلك بقليل، في القرنين الثامن والتاسع، ظهرت طواحين الهواء في روسيا وأوروبا.(5) وبدءًا من القرن الثالث عشر، انتشرت محركات الرياح على نطاق واسع في أوروبا الغربية، وخاصة في هولندا والدنمارك وإنجلترا، لرفع المياه وطحن الحبوب وطحنها. قيادة الآلات المختلفة. تجدر الإشارة إلى أنه قبل ثورة أكتوبر العظيمة، كان هناك حوالي 250 ألف طاحونة هوائية في مزارع الفلاحين الروس، والتي تطحن نصف المحصول سنويًا. ومع اختراع المحركات البخارية، ومن ثم محركات الاحتراق الداخلي والمحركات الكهربائية، تم إخراج محركات وطواحين الرياح البدائية القديمة من العديد من الصناعات وتركت للزراعة. في بداية القرن العشرين، طور العالم الروسي إن إي جوكوفسكي نظرية محرك الرياح عالي السرعة ووضع الأسس العلمية لإنشاء محركات رياح عالية الأداء قادرة على استخدام طاقة الرياح بشكل أكثر كفاءة. تم بناؤها من قبل طلابه بعد تنظيم المعهد المركزي للديناميكية الهوائية (TsAGI) في عام 1918.

أثبت العلماء والمهندسون السوفييت نظريًا مخططات جديدة بشكل أساسي وأنشأوا محطات طاقة الرياح ومحطات طاقة الرياح (WPPs) من أنواع مختلفة بقدرة تصل إلى 100 كيلووات، مثالية في التصميم، للميكنة والكهرباء وأغراض أخرى. تم تقديم مساهمة كبيرة في تاريخ طاقة الرياح واستخدامها من قبل العلماء السوفييت مثل: N.V. كراسوفسكي، ج.خ.سابينين، إي.م. فاتيف وغيرها الكثير. في القرن 20th التقدم العلمي والتكنولوجي، الذي كان يكتسب زخما بوتيرة هائلة، غيّر بشكل جذري الصورة التكنولوجية للعالم. لقد أدى الفولاذ والنفط والغاز والمواد والفرص الجديدة إلى دفع إنجازات الحضارة الإنسانية في مجال طاقة الرياح إلى الخلفية. ومع ذلك، فإن الاستخدام النشط للنفط والفحم والغاز يمكن أن يؤدي إلى اختفائها، لذلك بدأت العديد من البلدان في تطوير ما يسمى بالطاقة غير التقليدية أو البديلة - مصادر الطاقة المتجددة، والتي لها أيضًا مزايا بيئية. ولكن، كما تعلمون، الجديد هو القديم المنسي، وبالتالي فإن البشرية تحول انتباهها مرة أخرى إلى طاقة الرياح.