Ветровые электростанции
Созданные ветряные электростанции в качестве источника энергии используют силу ветра. В результате обеспечивается выработка дешевой электроэнергии. Применение таких конструкций имеет высокую эффективность, поскольку перемещение воздушных масс идет постоянно, и этот источник энергии является возобновляемым. С течением времени использование ветровых генераторов становится все популярнее, что влечет за собой развитие данного направления. Выражается это в появлении новых разновидностей ветровых агрегатов, используемых в промышленности и для частных нужд.
Основные характеристики и принцип работы
Работа ветряных электростанций характеризуется следующими показателями:
- Мощностью. Это основной параметр ветровой электростанции. Мощность установки зависит от способности генератора вырабатывать электроэнергию при стандартной скорости ветра равной величине 12 м/с.
- Номинальным напряжением. Данная величина, которая также вырабатывается генератором, может изменяться в широких пределах. Она бывает 220 В, 12 В и 24 В.
- Мощности турбины. Данная величина зависит от диаметра турбины,
- Производительностью. Этот параметр позволяет определить количество вырабатываемой ветроустановкой электроэнергии в год.
При выработке электроэнергии важной величиной является диаметр турбины, которая должна выдержать сильные порывы ветра. Ее расчет ведется с учетом особенностей региона, поскольку в каждой местности перемещение воздушных масс обладает разной силой. При этом за базовую величину берется максимальная сила ветра.
Производителями выпускается большое разнообразие ветроустановок. При этом принцип действия у них всех одинаковый. Заключается он в следующем:
- В верхней части установки располагаются лопасти, задача которых состоит в захвате перемещающихся воздушных масс.
- При соприкосновении ветра с лопастями последние приводятся во вращение, которое передается на ротор генератора.
- Как только генератор начинает вращаться, между магнитами статора тут же происходит формирование электромагнитного поля, с последующим появлением в обмотках статора переменного электрического тока. Его создание происходит на основе физического явления электромагнитной индукции.
- На следующем этапе происходит образование постоянного тока путем прохождения его сквозь выпрямитель.
- Затем он снова преобразуется в переменной ток, частота которого составляет 50-60 Гц. Достигается это путем прохождения его через инвертор. Выработанная энергия поступает в электрические сети.
Из-за разного рельефа местности часто ветряные электростанции устанавливаются на высоких мачтах, поскольку близко к земле потоки воздуха не отличаются стабильностью, а также их сила уменьшается. При этом на высоте они дуют равномерно, что обеспечивает оптимальную эксплуатацию установки.
Разновидности по конструкции
Существует несколько видов ветрогенераторов, которые разделяются по конструкции и месторасположению. Каждая из них отличается своей особенностью и применяется с учетом конкретных условий. При этом принцип действия у всех ветряных электростанций одинаковый, основанный на использовании силы ветра.
Горизонтальные
Особенностью данного типа ветрогенераторов является расположение оси вращения в горизонтальном направлении. Это сложные устройства, отличающиеся высокой эффективностью. Такой конструкции ветрогенераторы выпускаются нескольких видов:
- С фиксированным углом наклона лопастей. Такого типа ветровые электрогенераторы можно встретить чаще всего. Их особенностью являются лопасти, расположенных с наиболее эффективным углом наклона, что позволяет их использовать при любой силе и скорости ветра.
- С регулируемым углом наклона лопастей. В таких ветровых установках есть возможность изменять расположение наклона лопастей. Это увеличивает универсальность оборудования и дает возможность подстраиваться под любую ветровую нагрузку.
- Саблевидной формой лопастей. Такие лопасти имеют особую геометрию, специально приспособленную под высокую скорость ветра.
Горизонтальные ветровые электростанции нашли наиболее широкое применение среди других типов оборудования.
Вертикальные
Это ветровые устройства, ось вращения в которых установлена вертикально. В результате у них отсутствует зависимость от направления ветра. Такие изделия имеют упрощенную конструкцию, но обладают меньшей эффективностью. Вертикальные агрегаты выпускаются следующих видов:
- С ротором Савониуса. Геометрия лопастей выполнена в виде синусоиды, что способствует формированию подъемной силой при попадании на них воздушных масс.
- Ветровая электростанция Дарье. В состав конструкции входит ряд лопастей, которые устанавливаются вдоль вертикальной оси. Они также имеют особую изогнутую форму, которая обеспечивает создание подъемной силы.
- Ветрогенераторы Фена. Лопасти устанавливаются на цилиндрической турбине и приводят ее во вращения под воздействием силы ветра.
Вертикальные ветровые электростанции также находят широкое применение в местах, где ветер может часто менять направление.
Роторные и карусельные
В роторных устройствах используются специальные узлы для улавливания ветра с дальнейшим превращением его в энергию. Оборудование имеет усложненную конструкцию, но обладает большой эффективностью. Такие ветрогенераторы могут работать в плохих погодных условиях. При этом их монтаж не вызывает сложности. Рассматривая недостатки, можно выделить небольшую высоту башни, что увеличивает риск разрушения лопастей. Также аппараты издают повышенный шум.
Высокой надежностью обладает и карусельное оборудование, принцип работы которого заключается в следующем:
- Движущийся воздух попадает через патрубок во вращающийся барабан ветрогенератора.
- При вращении барабана за счет центробежной силы вся присутствующая в воздухе пыль отбрасывается к боковым стенкам, а затем попадает в пылесборник. В результате воздух очищается и не загрязняет оборудование
Роторные и карусельные ветровые электростанции относятся к наиболее качественному оборудованию. Оно выполнено в соответствии со всеми технологическими требованиями, а почему необходимо придерживаться разработанных норм, не отклоняясь от стандарта, вы можете узнать здесь.
Типы ветровых электростанций
Важным моментом является место установки ветровых электростанций. В зависимости от этого они разделяются на виды:
- Прибрежные. Устанавливаются на некотором расстоянии от берега моря или океана. Именно в этом месте регулярно дует бриз, способствующий стабильности работы установки. Его присутствие обеспечено разностью температур между морской водой и поверхностью суши. В результате формирование ветра происходит днем и ночью, поскольку перемещение воздушных масс постоянно чередуется с морского побережья в сторону водоема, а затем в обратном направлении.
- Наземные. Установка таких ветровых электростанций ведется на возвышенных участках земли. Желательно, чтобы высота территории превышала 50 м. Очень удобными местами являются холмы. Формирование нужной площадки ведется на протяжении 7-10 дней. Основная сложность заключается в выборе местности, поскольку необходимо обеспечить подъезд строительной техники, а это связано с наличием дорог. Кроме того, длительность процедуры монтажа ветрогенераторов увеличивается за счет необходимости согласования всей документации в различных организациях.
- Шельфовые. Такие ветрогенераторы располагаются в море на расстоянии от берега в районе 60 км. К достоинству установок относится их месторасположение, когда не занимается полезная территория земли. Также они не видны с берега и при работе показывают хорошую эффективность. Их строительство ведется в местах, где присутствует небольшая глубина. Это необходимо для закладки свайного фундамента на глубину 30 м. Также под землей прокладываются подводные кабеля. Строительство шельфовых электростанций обходятся намного дороже, чем их наземные варианты. Для изготовления используются качественные материалы, поскольку в соленой водной среде они быстро покрываются коррозией. При строительстве таких сооружений специально используются самоподъемные корабли.
- Парящие. Особенностью конструкции таких ветровых электростанций является их расположение над землей. С помощью специальной оболочки, наполненной гелием, ветрогенератор поднимается на высоту несколько сотен метров. Внутри агрегатов расположены турбины мощностью до 40 кВт. Оборудование имеет множество преимуществ, но применяется редко из-за сложности его изготовления и монтажа.
- Плавающие. Это ветровые генераторы, выполненные в виде платформы с башней. Устройство опускается под воду на десятки метров, а верхняя часть возвышается над морской гладью. Для стабилизации системы внутри водоема используется специальный балласт, сделанный из гравия или любых камней. Для удержания оборудования на месте применяются якоря.
- Горные. Такое оборудование представляет собой обычные ветровые генераторы, только установленные в горах. Они характеризуются большой эффективностью, поскольку в горной местности всегда присутствуют сильные ветры.
Каждый тип ветрогенератора обладает своими особенностями и применяется в той местности, где от него можно получить максимальную отдачу.
Правила выбора
При выборе ветрогенератора нужно учитывать множество параметров оборудования:
- Мощность. Для этого необходимо рассчитать, какое количество электроэнергии необходимо для обслуживания данной территории. К полученному результату следует обязательно прибавить запас на случай возможных потерь.
- Тип оборудования. Обычно вопрос стоит перед выбором горизонтального или вертикального аппарата. В первом случае производительность агрегата будет выше, но это произойдет только при нужном направлении движения воздушных масс. Вертикальный вариант имеет меньшую эффективность, но занимает небольшое пространство и не зависит от направления ветра.
- Размер ротора. Здесь все зависит от необходимой производительности оборудования. Большого размера ротор значительно эффективнее, но требует наличия значительного пространства. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо предварительно провести расчеты.
- Материал лопастей. Такие изделия могут изготавливаться из пластика, стали или алюминия. Металлические лопасти обладают большей прочностью, но и выше по цене. Оптимальным вариантом является пластик. По своим характеристикам он прочный и долговечный.
- Инвертор. Это прибор, в задачу которого входит преобразование переменного тока с целью зарядки аккумуляторов. Устройство может быть в составе ветрогенератора или установлено отдельно.
- Производитель. Здесь нужно выбирать надежного хорошо известного поставщика. При покупке такого дорогостоящего оборудования обязательно следует проверять гарантию и возможность его ремонтирования в сервисных центрах.
- Стоимость оборудование. Это обстоятельство также играет не последнюю роль и во многом зависит от бюджета хозяина.
Кроме перечисленных факторов обязательно нужно заранее определиться с местом установки оборудования. Здесь следует ориентироваться на территорию, насколько стабильно дуют ветры, и меняют ли они свое направление движения. Для этого необходимо выбрать возвышенность, где сила перемещения воздушных масс будет максимальной. В том случае, когда ветры дуют слабо, требуется подбирать соответствующее оборудование с высоким КПД.
Использование силы ветра как альтернативного возобновления источника энергии относится к перспективному направлению. Установленные в ряд ветрогенераторы дают хороший результат, но при изготовлении оборудования следует обращать внимание на качество его производства и ответственность работников. Об этом можно почитать здесь.
Факторы энергоэффективности
Российские предприятия все активнее занимаются выпуском энергоэффективной продукции, при этом оптимизируют свои технологические решения для снижения потребления энергоресурсов.
По данным Минэкономразвития РФ, за последние три года объемы производства энергоэффективной продукции, применяемой в строительстве, ЖКХ и других отраслях, в стране выросли более чем на треть. В ведомстве, с февраля 2019 года курирующего сферы энергосбережения и энергоэффективности, тенденцию объясняют несколькими факторами. По мнению чиновников, объемы производства энергоэффективной продукции выросли благодаря действию федеральных и региональных программ, направленных на стимулирование ее выпуска, в том числе на уровне госзаказа. Второй фактор – технологический. Изготовление энергоэффективных продуктов способствует оптимизации на предприятиях самих производственных процессов, снижению потреблению ресурсов.
Компании, занимающиеся выпуском энергоэффективных материалов, также отмечают растущий спрос рынка на такую продукцию. Ориентируясь на потребителя, они расширяют линейку таких продуктов, наращивают их объемы производства.
Заместитель начальника цеха нанесения покрытий по НИОКР Pilkington Glass Russia Дмитрий Бернт сообщает, что в настоящее время предприятие выпускает крупноформатное листовое стекло с энергоэффективными покрытиями различного функционала. Они имеют сниженный коэффициент излучательной способности. Такие покрытия придают стеклу теплосберегающие свойства – контролируют теплопотери в холодное время года и снижают необходимость кондиционирования помещений в жаркие солнечные дни. «Другой возможный функционал стекол с покрытиями – контроль инсоляции (интенсивности светопритока). Линейка стекол Pilkington Suncool, к примеру, позволяет подобрать остекление с оптимальным для конкретного региона балансом светопропускания и солнечного фактора. В результате можно прилично сэкономить на искусственном освещении помещений, так как максимально эффективно используется естественное. Данная продукция используется при фасадном остеклении зданий», – отмечает он.
На фото: Штаб-квартира «Новатэк»
По словам начальника технического отдела ООО «ИВАПЕР» Сергея Молоткова, профильные системы компании предназначены для изготовления энергоэффективных окон и дверей, способствующих сокращению теплопотерь, созданию здорового климата и повышению шумоизоляции жилых и нежилых помещений. Только за последние 5 лет системы IVAPER были установлены более, чем в ста жилых комплексах Петербурга. По сравнению с обычными, энергосберегающие окна, например, из морозостойкого профиля «ИВАПЕР 70» позволяют экономить до 10 тыс. рублей за отопительный сезон в трехкомнатной квартире.
«Еще одно энергоэффективное решение, которое мы продвигаем, но которое пока находит применение только в частном строительстве – это встроенные рольставни. Во-первых, использование этих конструкций позволяет на треть увеличить энергоэффективные характеристики окна. Во-вторых, короб рольставень полностью скрыт за внешней отделкой здания, поэтому они не портят фасад и не уменьшают световой проем. Также рольставни надежно ограждают дом от уличного шума, взлома и посторонних взглядов. А в нашем регионе обеспечат комфортный сон в период белых ночей», – отмечает Сергей Молотков.
Согласно формуле
Руководитель направления «Энергоэффективность зданий» компании ТЕХНОНИКОЛЬ Станислав Щеглов рассказывает, что компания производит теплоизоляционные материалы на основе каменной ваты, экструзионного пенополистирола (XPS) и жесткого пенополиизоцианурата (PIR). Каждый из этих видов теплоизоляции активно применяется при строительстве энергоэффективных зданий и сооружений, поскольку обладает целым рядом преимуществ. Эксперт считает, что термин «энергоэффективность» как в России, так и в остальном мире в 99% случаев используется некорректно. Чаще всего он подразумевает только энергосбережение, что неполно и, соответственно, неверно.
На фото: Лофт-квартал Docklands, Петербург
Для того, чтобы говорить об энергоэффективности, собственнику необходимо располагать как минимум двумя показателями, отмечает Станислав Щеглов. Первый – величина энергосберегающего эффекта, который та или иная мера обеспечивает. Он может выражаться в кВтч, МДж, Гкал. Обозначается, как правило, в виде символа ∆Э. Это величина физической экономии энергии, численно равная разнице между расходом энергии при эксплуатации до внедрения энергосберегающего мероприятия и после. Второй показатель – размер единовременных капитальных затрат на внедрение новой энергосберегающей меры.
Располагая двумя этими показателями, можно рассчитать величину простой окупаемости мерероприятия, как отношение ∆К.З./∆Э (капитальные затраты / энергосберегающий эффект). Решение, продукция или технология, речь может идти о чем угодно – то, что будет иметь наименьшее значение разницы ∆К.З./∆Э, как раз и можно назвать особо энергоэффективным.
Станислав Щеглов добавил также, что приемлемый для собственника эффект зависит от большого числа факторов. Ключевой из них – выбор в пользу минимального из всех возможных вариантов размера отношения показателей капитальных затрат и энергоэффективности, а также фактор физической готовности инвестора выдержать минимальный срок окупаемости, который получается по расчету.
Снижая расходы
По мнению экспертов, энергоэффективная продукция не может производиться на устаревшем оборудовании и высоком потреблении энергетических ресурсов. В частности, как отмечает директор департамента стратегического развития компании EKF Дмитрий Кучеров, на практике часто на предприятиях основные средства уходят на замену обычных лампочек энергосберегающими. Тогда как большая часть электроэнергии, порядка 60%, обычно расходуется на вращение асинхронных электродвигателей – приводов насосов, вентиляторов, воздушных и холодильных компрессоров, подъемных машин. Поэтому насосное оборудование – тот сектор, где следует повышать энергоэффективность в первую очередь.
«Одним из наиболее перспективных способов энергосбережения в этой области является переход на частотно регулируемый электропривод. Он состоит из двигателя, работающего на электроэнергии, и преобразователя частот. Коэффициент полезного действия последнего может достигать 98%. Для повышения энергоэффективности промышленных предприятий предназначена наша собственная разработка – преобразователи частоты Vector. Внедрение такого продукта на насосной станции заводоуправления в одном из российских городов позволило ощутимо повысить ее экономическую и эксплуатационную эффективность», – подчеркнул Дмитрий Кучеров.
Мнение
Дмитрий Бернт, заместитель начальника цеха нанесения покрытий по НИОКР Pilkington Glass Russia:
– Отдельно, как особо качественную энергоэффективную продукцию, я бы выделил, например, сравнительно недавно выпущенное на рынок всесезонное стекло Pilkington Lifeglass Plus. Его главная особенность – в высоком уровне светопропускания и высокой селективности, характерной для более темных на просвет стекол с покрытиями. Другими словами, Pilkington Lifeglass Plus пропускает в помещение максимум естественного света, сохраняет тепло в холодное время года и защищает дом от перегрева в жаркие солнечные дни, что особенно актуально для южных и юго-восточных регионов РФ и стран СНГ.
Сергей Молотков, начальник технического отдела ООО «ИВАПЕР»:
– Производственный комплекс «IVAPER оконные системы» оснащен собственным автономным энергоблоком нового поколения с повышенным КПД, что позволило в три раза минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. На производстве внедрены энергосберегающие технологии, в частности, гильотинная резка готового профиля. Освещение производственных и офисных помещений осуществляется исключительно с использованием светодиодных и энергосберегающих осветительных приборов. Отработанные энергосберегающие лампы обязательно утилизируются. Современное производственное оборудование с частотными преобразователями позволяет выбирать наиболее оптимальный режим производительности и энергопотребления.
Качественный подход
Инновационные технологии позволяют ускорить дорожное строительство и повысить сроки службы асфальтобетонного покрытия. Однако их масштабному внедрению мешают устаревшие нормативы.
Премьер-министр РФ Дмитрий Медведев порекомендовал регионам активнее внедрять в дорожное строительство новые технологии. С этим предложением он выступил на прошлой неделе в Екатеринбурге на совещании по вопросам реализации национального проекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги». По его словам, в этом году на эту программу из федерального бюджета было выделено 110 млрд рублей. Однако ряд регионов страны (Приморье, Чукотка, Крым) освоили менее трети предоставленных средств.
Глава российского правительства также предложил наращивать в дорожной отрасли долю контрактов на принципах полного жизненного цикла. «Это мировая практика, она позволяет существенно улучшить качество работ и обеспечить последующий мониторинг. Она, конечно, дисциплинирует подрядчиков, которые не заинтересованы в том, чтобы свой брак постоянно переделывать. К концу 2019 года на принципах жизненного цикла в России должен заключаться каждый 10-й контракт на дорожные работы, то есть 10%. Пока удалось достичь показателя приблизительно 7%, поэтому нужно с подготовкой этих документов в целом ряде регионов поторопиться», – подчеркнул Дмитрий Медведев.
Экспериментальный образец
Стоит отметить, что Петербург и Москва в нацпроекте «Безопасные и качественные автомобильные дороги» не участвуют. В соседней Ленобласти на данный момент по годовому плану данная программа реализована приблизительно на 70%. Параллельно идет подготовка проектов, которые должны стартовать в 2020-м. В целом же в Петербурге и Ленобласти власти стараются активно заниматься ремонтом и строительством дорог и вне федеральных программ. Особое внимание чиновники сейчас уделяют качеству проводимых работ. Многие крупные подрядные организации обоих регионов на своих объектах стараются задействовать инновационные технологии, в том числе и собственные. Правда, чаще всего пока в качестве эксперимента или теста.
В частности, компания «ВАД» совместно с «Газпромнефть – Битумные материалы» летом этого года на тестовом участке в Ленобласти задействовала в работе технологию нанесения защитно-восстанавливающего состава «Брит» (ЗВС-Р) на дорожное покрытие. Этот продукт изготавливается на основе раствора битумно-полимерного вяжущего вещества в органических растворителях и восстанавливает поверхностную структуру асфальтобетона, эффективно защищая его покрытие. Предполагается, что использование ЗВС-Р на автомобильных дорогах поможет продлить срок службы асфальтобетонного покрытия на два-три года и снизит затраты на обеспечение межремонтного периода.
Также этим летом компания «ДСК АБЗ-Дорстрой» уложила километровый экспериментальный участок асфальта на трассе Огоньки – Стрельцово – Толоконниково в Ленобласти, по методу объемного проектирования. В данной технологии был использован ЩМА-19 (щебеночно-мастичный асфальт), а не ЩМА-20, требуемый по ГОСТу. Новая смесь призвана помочь снизить колееобразование, возникающее из-за высокой интенсивности движения на дорогах. Отмечается, что срок эксплуатации дорожных одежд с использованием данного материала в полтора-два раза выше, чем у традиционных смесей.
Необходима актуализация
По мнению первого заместителя директора компании «Стройтех» Сергея Ивашова, качественное строительство дорог невозможно без актуализации действующих государственных стандартов. В настоящее время они меняются, но недостаточно быстро, не успевая за появлением все новых технологий, начиная от проектирования, заканчивая повседневной эксплуатацией дорог. Также необходимо своевременно обновлять различные подзаконные акты.
«Другая боль дорожников – это конкурсы. Сейчас заказчику требуется выбрать подрядчика с наибольшим снижением начальной максимальной цены. При этом демпингующая организация – не обязательно «Рога и копыта». Минимизирование цены приводит к тому, что работы выполняются некачественно, а иногда и вовсе не могут быть завершены. Соответственно, проект остается нереализованным, а проведение дополнительного конкурса требует дополнительных средств и времени. Необходимо отходить от проведения аукционов к прямым договорам, но для этого необходимо существенно менять все законодательство», – полагает Сергей Ивашов.
Мнение
Максим Хрипунов, директор Департамента «3D-системы автоматического управления TOPCON» ООО «Геостройизыскания»:
– В настоящее время при проектировании и строительстве активно применяются различные сканирующие системы, предназначенные для оперативного сбора данных, на основе которых создаются проекты. Получение реальных данных о поверхности дороги входит в часть задач системного рабочего процесса, включающего работу системы 3D на асфальтоукладчиках и дорожных фрезах. Преимущества такой технологии: быстрый сбор большого количества данных; четко спрогнозированное использование времени, оборудования и материалов; проектирование с учетом всех требований и критериев; выполнение работ по фрезерованию и укладке; работа с переменным слоем; интеллектуальное уплотнение.
Сергей Луценко, генеральный директор компании «Дорианс»:
– Сейчас все говорят о необходимости применения BIM-технологий при проектировании дорог. Эту позицию мы поддерживаем и в своих проектах задействуем информационное моделирование. Но в целом, чтобы эти технологии действительно показали свою эффективность, важно их задействовать всем, а не только проектировщикам. Сейчас, к сожалению, они почти не используются при согласовании с заказчиками, представителями ресурсоснабжающих организаций и др. В частности, специалист может с помощью BIM быстро подготовить проект, но далее экспертиза все равно от него попросит чертежи в PDF-файле. С одной стороны, мы внедряем прогрессивную программу, с другой – барьеры для ее эффективного использования сохраняются.
Михаил Смирнов, продакт-менеджер направления «Ремонт бетона» подразделения строительной химии Master Builders Solutions концерна BASF:
– Пока, на наш взгляд, распространение инновационных технологий в дорожной отрасли идет достаточно медленно. Несмотря на их очевидные плюсы, производителям все еще приходится убеждать дорожников, что подобные подходы оправдывают свою стоимость. В целом же решений, способных обеспечить быстрый и качественный ремонт мостов и дорог, на рынке достаточно много. Но хотелось бы отметить, что ставка должна делаться на комплексное использование существующих решений. В частности, составы для ремонта бетона, его вторичной защиты и гидроизоляции необходимо подбирать с учетом индивидуальных особенностей объекта.