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.
Стройка нового формата
В управлении строительными проектами все активнее задействуются цифровые технологии. Это не только BIM-моделирование, но и ряд других форматов
и направлений, позволяющих эффективно решать поставленные задачи.
В консервативную строительную отрасль продолжает приходить цифровизация. Об этом уже говорят не только чиновники, но и сами игроки рынка. Различные цифровые технологии задействуются как в управлении самой девелоперской компанией, так и в отдельных проектах.
Технологичный контроль
Руководитель направления информационного моделирования AECOM Андрей Кумсков отмечает, что в управлении строительством распространение новых технологий можно разделить на два направления: строительный контроль и анализ проектной и строительной информации. Эти направления имеют разные начала. Первое распространяется с площадки строительства с уровня технических специалистов, второе – из офиса с уровня менеджмента.
«Технологии строительного контроля включают организацию единой среды хранения проектной и строительной информации. В том числе инструменты для использования планшетов для подгрузки актуальной BIM-модели и чертежей выпущенных в производство работ непосредственно на стройплощадке. Применяемая система стройконтроля также обеспечивает систематическое хранение результатов инспекции строительных работ, выдачи заданий и предписаний на устранение замечаний», – рассказывает он.
Основатель проектного бюро Rumpu Евгений Богданов отмечает, что специальная система контроля уже задействована для авторского надзора. «Наши чертежи, созданные в Revit, имеются в оперативном доступе на планшете у специалиста, который находится на объекте. При проведении надзора он имеет возможность прикрепить фотографию, например, нарушения качества строительных работ напрямую к чертежу и отправить ее в отчете заказчику. Это гарантированно позволяет избежать ситуаций, когда кто-то что-то забыл, сделал не так, как было нужно, и т. д», – говорит он.
Не в полную мощь
Тем не менее BIM как платформа управления строительством, как считают многие эксперты, пока еще отраслью не «распробована». В настоящий момент, отмечает технический специалист САПР компании «Системный софт» Олег Кирьянов, рынок изобилует решениями от разных вендоров, которые перекрывают практически все задачи проектировщиков. Чего нельзя сказать о разнообразии решений для управления строительством. Комплексных решений для управленцев и строителей пока что нет. Есть только отдельные программы, которые решают определенные виды задач.
С этим согласен и директор по строительству компании «Строительный трест» Андрей Паньков. «К сожалению, несмотря на огромные возможности, которые предоставляют BIM-технологии, сегодня они не используются на полную мощность. Отчасти эту тенденцию можно объяснить спецификой и масштабом отечественного рынка, а также отсутствием достаточного количества компетентных кадров. И если на этапе проектирования здания возможности BIM сегодня применяются максимально эффективно, то непосредственно при строительстве его используют единицы. На этапе эксплуатации здания BIM-технологии не применяются вовсе», – подчеркивает он.
По словам эксперта компании bimaudit.ru Олега Кырова, сейчас уже появилась пятимерная BIM-модель, где четвертое измерение – это время, а пятое – сметная цена. Соответственно, можно в реальном времени управлять изменением сметной стоимости. Эксплуатирующей компании пригодится BIM-модель с LOD (level of detalization) 350 или 400, чтобы обеспечивать эффективное функционирование здания. Все эти технологии активно предлагаются разработчиками программного обеспечения.
Не только BIM
По словам специалистов, цифровизация строительной сферы предполагает использование не только BIM, но и других технологий. К ним можно отнести переход на электронный документооборот. Директор департамента информационных технологий Группы ЦДС Михаил Орлов сообщил, что компания уже начинает в таком формате работать с поставщиками. Эффект от этого будет виден чуть позже. В «цифру» будут переведены как юридические документы (счета-фактуры, акты и т. д.), так и коммуникация между поставщиком, отделом материально-технического обеспечения генподрядчика и стройплощадкой. «Сроки перехода на электронный документооборот достаточно длительные, так как нам приходится работать индивидуально с каждым поставщиком. Но важно, чтобы не только мы, но и каждый партнер, с которым мы сотрудничаем, был готов перейти на новую систему взаимодействия», – отмечает он.
Также проконтролировать поставку того или иного материала на стройку помогут электронные датчики. В частности, RFID-метки на железобетонных изделиях уже сейчас позволяют контролировать бизнес-процессы, рассказывает начальник отдела технологии сохранности департамента стратегического развития ГК «Силтэк» Максим Селиванов. Они помогают отслеживать каждую единицу маркированной продукции на протяжении всего производственного цикла, а также выделить изделия внешне одинаковые, но имеющие разную характеристику, например, по марке бетона, форме металлокаркаса и т. д. «Строительная организация, принимая партию продукции, может очень быстро сделать входной контроль, получив от поставщика первоначальную информацию из RFID-меток. Контроль может продолжаться и дальше, уже на стадии сборки и эксплуатации железобетонных изделий», – подчеркивает специалист.
Мнение
Андрей Кумсков, руководитель направления информационного моделирования AECOM:
– В некоторой степени новые технологии строительного контроля принимаются легче, чем новые технологии анализа проектной и строительной информации. Дело в том, что они накладываются на привычные методы работы, лишь совершенствуя их, сохраняя при этом сформировавшиеся устои организации работы. Новые же технологии анализа проектной и строительной информации подразумевают более комплексный подход, так как вовлекают множество участников проекта. Например, 4D- и 5D-моделирование позволяет проанализировать качество и стоимость строительных работ на новом уровне, получить более точную картину графика поставки материалов, но также предполагает включение в процесс проектировщиков и специалистов по планированию, сметчиков, специалистов ПТО, руководителей различных звеньев со стороны генерального проектировщика, генподрядчика, техзаказчика, подрядчиков. Качество реализации данной работы во многом зависит от слаженности взаимодействия каждого из звеньев.
Тимофей Татаринов, член экспертной комиссии по внедрению BIM-технологий при Общественном совете Минстроя РФ, генеральный директор ООО «Мобильные решения для строительства»:
– Имея пятилетний опыт внедрения IТ-продуктов для строительной отрасли, могу с уверенностью сказать, что ни один программно-аппаратный комплекс не будет приносить желаемую пользу без экспертного аудита бизнес-процессов, выверенного внедрения и дальнейшего сопровождения. При комплексном подходе эффект можно получить уже в первые три месяца и реально оценить результаты внедрения после сдачи объекта, что в среднем по РФ составляет 18 месяцев. Именно поэтому успешно внедренных и оттиражированных цифровых технологий для управления строительством – единицы.
Для управления качеством внедряется мобильный строительный контроль, для управления сроками – умные системы мониторинга выполнения объемов СМР. Искусственный интеллект и big data помогают анализировать план-факт и все происходящее на стройке, прогнозировать внештатные ситуации, отставание от графика, а также выступают в роли цифрового ассистента для каждого непосредственного участника строительства. А облачные и мобильные технологии создают единое специализированное информационное пространство, запрос на которое есть уже не только у ведущих столичных застройщиков, но и у региональных девелоперов. Экономия 16% на дополнительных работах, увеличение скорости устранения замечаний до 10 раз, снижение риска срыва сроков на треть – доказанный эффект от внедрения проверенных цифровых технологий в управлении строительством.
Во избежание фундаментальных проблем
Основные дефекты фундаментов связаны с размытием подстилающих слоев и повреждением гидроизоляции. Причиной нарушений все чаще становится человеческий фактор.
Обследование фундаментов является неотъемлемой частью строительных работ после нулевого цикла, при комплексной технической проверке уже возведенных зданий, а также при их реконструкции. Регламентируется оно ГОСТ 31937-2011 и имеет ряд нюансов. По словам представителей компаний, работающих в этой сфере, данная услуга востребована на рынке. Работа эксперта очень ответственна, так как дефекты и повреждения подземных стеновых конструкций хоть не всегда и видны, но очень опасны.
Пойти трещинами
По словам президента «Ассоциации обследователей зданий и сооружений» Алексея Улыбина, поскольку фундаменты скрыты под землей, их обследование наиболее трудоемко. Поэтому они обследуются, как правило, реже надземных конструкций. Чаще всего такие работы проводятся при увеличении нагрузки на фундамент, а также при наличии признаков неудовлетворительного состояния фундамента, отражающихся на надземных конструкциях.
В частности, как отмечает генеральный директор «Центра строительного контроля и экспертизы строительства» Максим Перепелицин, такие исследования необходимы, когда в стенах здания появились трещины, а дверные или оконные проемы перекосились. А также когда присутствуют визуальные просадки, хотя деформации несущих конструкций незаметны. Провести проверку фундамента нужно будет при надстройке этажа дома или его реконструкции. Не обойтись без нее и в том случае, если в подвальном помещении здания постоянно присутствует вода. Кроме того, обследование проводят при возникновении сомнений в соблюдении проекта при строительстве.
«Фундаменты постоянно находятся в агрессивной среде, так как взаимодействуют с грунтами, осадками. Это приводит к микроразрушениям бетона и снижает его прочность. Также бывает, что на фундамент воздействует землетрясение, но это нехарактерно для нашей географической зоны», – поясняет Максим Перепелицин.
Генеральный директор «КБК Проект» Василий Костин рассказывает, что обследование подземных конструкций начинается с изучения проектно-технической документации, затем проводится наружный визуальный осмотр объекта на наличие видимых дефектов и деформаций (трещины, осадка, коррозия и т. п.). По его итогам составляется отчет с дефектной ведомостью фундамента, в котором указываются положение и детальные характеристики обнаруженных повреждений.
«После этого применяется инструментарий. Самым популярным методом инструментального исследования является прокладывание шурфов – вертикальных выработок в грунте глубиной ниже подошвы обследуемого фундамента. Более современные методы включают ультразвуковое сканирование, тесты на неразрушающий контроль и ударный импульс, лабораторные исследования образцов фундамента и грунта. Из новых приборов используются лазерные рулетки и нивелиры, измерители прочности бетона, виброметры и пр. Они помогают анализировать геометрию конструкций, прочность материалов и несущую способность фундаментов, а также состояние арматуры и гидроизоляции здания», – отмечает эксперт.
По словам специалистов, виды фундаментов имеют свою специфику, что может отражаться на методе их исследования. Так, в Санкт-Петербурге, как сообщает генеральный директор ООО «Энигма-С» Виталий Соколов, особенно в исторической части города, у одного дома фундаменты могут быть трех и более типов (бутовый, монолитный, свайный или деревянный и т. д). «Соответственно, и оценка технического их состояния имеет свои особенности как при проведении «полевых» работ, так и при камеральной обработке данных. Самым надежным методом определения прочностных характеристик материалов фундаментов являются лабораторные испытания. Широкий спектр современной приборной базы этих испытаний позволяет определить все необходимые параметры. В том числе прочность, влажность, водопроницаемость, стойкость к агрессивным средам и т. д», – утверждает он.
Формальный подход
В последнее время, по словам специалистов, нарушения в эксплуатации и повреждения фундаментов все чаще выявляются при обследовании сравнительно новых зданий.
Как отмечает заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов» Сергей Лазарев, к сожалению, сегодня основательно обследуются фундаменты только в аварийных случаях. Также такое обследование проводится по окончании нулевого цикла строительства перед увеличением нагрузки. Однако строители после заливки фундамента проводят наблюдения в основном формально. Также имеет место несоблюдение проектных условий при устройстве оснований. Оно может выражаться в несоответствии использующихся марок раствора и класса бетона, нарушении правил армирования и может привести к обратному заполнению пучинистыми грунтами.
Иногда обследование фундаментов формально проводят и некоторые экспертные организации. Поэтому заказчику надо тщательнее подходить к выбору подрядчика. Директор ООО «Архитектурно-строительная компания» Вадим Аткишкин напоминает, что специалист, производящий обследование фундаментов, должен не только иметь профессиональные знания и подготовку по специальности «инженер-строитель», но и обладать знаниями и иметь подтвержденную квалификацию. Причем, согласно разъяснению Минстроя РФ, из-за обследования грунтов основания фундаментов обследование зданий и сооружений в целом отнесено к инженерным изысканиям, и, соответственно, организациям, выполняющим такие работы, необходимо иметь членство в соответствующей СРО (до 2018 года эта деятельность была отнесена к проектированию).
«Решение по устранению дефектов и повреждений рекомендуется организацией, проводившей обследование. Детально оно разрабатывается уже проектной компанией при формировании пакета проектно-сметной документации на ремонт, реконструкцию и т. д», – говорит Вадим Аткишкин.
Мнение
Максим Перепелицин, генеральный директор «Центр строительного контроля и экспертизы строительства»:
– Видов нарушений и дефектов фундаментов достаточно много. Можно выделить несколько основных. Например, нарушения возникают при неправильной глубине заложения фундамента. Устранить эту ошибку невозможно, но при небольшом проседании конструкции рекомендуется искусственно увеличить глубину заложения фундамента. При подъеме грунтовых вод спасение в устройстве дренажной системы. Трещины в конструкции при надстройке еще одного этажа означают неправильную оценку несущей способности фундамента. Соответственно, следует рассчитать новую нагрузку и усилить фундамент. При потере прочности фундамента необходим капитальный ремонт либо замена конструкций на новые.
Сергей Лазарев, заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов»:
– Основные причины дефектов фундаментов связаны с ошибками при проведении инженерных изысканий и проектировании, с нарушениями в технологии работ (избыток грунта, некачественное уплотнение, промерзание, намачивание) и в дальнейшей эксплуатации данных конструкций. После проведения обследования фундаментов всегда составляется технический отчет, в котором наряду с описанием обследуемого объекта, результатами отборов и лабораторных испытаний в обязательном порядке приводятся рекомендации по устранению нарушений. В частности, мы рекомендуем разработать проект по усилению фундамента здания или сооружения в 95% случаев нарушений.
Алексей Улыбин, президент «Ассоциации обследователей зданий и сооружений»:
– Возможность (и стоимость) устранения дефектов в фундаментах полностью зависит от того, на какой стадии они выявлены. Если речь идет о контроле в процессе строительства, устранение не вызывает больших проблем. Например, сломанную или поврежденную сваю можно заменить «дублем», а дефектный бетон демонтировать и замонолитить заново. Гораздо сложнее ситуация, когда на фундаменте уже построено здание, еще хуже, если оно эксплуатируется. В данном случае сложность работ по усилению конструкций иногда возрастает в разы, а их стоимость увеличивается на порядок.