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.
Экологический аспект
Эксперты рекомендуют застройщикам не экономить на экологических изысканиях и проводить их в наиболее комплексном объеме.
Инженерно-экологические изыскания являются обязательным этапом подготовительных строительных работ. Специалисты оценивают состояние окружающей среды и дают прогноз потенциальных перемен, связанных с появлением в данной местности того или иного объекта.
Оценить обстановку
По словам генерального директора компании «КБК Проект» Василия Костина, согласно действующему законодательству, заключение экологов нужно при строительстве любого объекта кроме малоэтажных (до 3 этажей) домов, для проживания одной семьи, и сопутствующих построек. «Застройщику важно понимать все нюансы местности, для того, чтобы избежать форс-мажорных ситуаций во время проведения работ. Особенно это актуально, когда стройка идет на сложной пересеченной местности. Комплексная инженерно-экологическая экспертиза состоит из 15 основных пунктов и может занять несколько недель, а то и месяцев. Но полные экспертизы, учитывающие абсолютно все факторы влияния окружающей среды, проводятся достаточно редко – обычно в том случае, когда речь идет о крупных промышленных объектах или массовой жилой застройке», – добавляет он.
Заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов», эксперт негосударственной экспертизы результатов инженерных изысканий Сергей Лазарев также отмечает, что экологические изыскания включают в себя большой комплекс полевых работ и лабораторных исследований. Но наиболее стандартные работы состоят из радиационного обследования, измерения уровня шума, инфразвука, вибрации и электромагнитных полей. Кроме того, почти всегда проводится отбор проб грунтов, грунтовых вод, иногда донных отложений, которые должны исследоваться в лаборатории.
Востребованность тех или иных работ зависит от специфики территории исследований и особенностей объекта. Например, как рассказывает заместитель генерального директора АО «ПНИИИС» Сергей Сергеев, если на участке местности присутствуют насыпные или биогенные грунты, то в таком случае необходимо выполнять газогеохимические исследования грунтового воздуха. Мощность насыпных и биогенных грунтов будет определять объемы данных исследований.
«На этапе выполнения полевых работ используется оборудование для фиксации экологического состояния объектов окружающей среды, в том числе подручный инвентарь и буровая техника для опробования объектов окружающей среды, дозиметры и радиометры для радиационно-экологических полевых исследований. Лабораторные исследования компонентов окружающей среды выполняются с использованием специального оборудования: атомно-эмиссионные спектрометры, жидкостные и газовые хроматографы, системы капиллярного электрофореза. На этапе камеральной обработки данных и написания отчета используются пакеты программ для статистической обработки информации и графические редакторы для построения», – говорит Сергей Сергеев.
Комплексный подход
По мнению специалистов, наиболее полноценную картину состояния окружающей среды и местности дает комплексное исследование. При этом важно, чтобы его проводили настоящие профессионалы.
По словам Сергея Лазарева, конкуренция среди изыскателей сейчас очень высока. «Особенно это чувствуется в периоды экономического спада в строительном секторе. Экологические изыскания, как правило, отдают в одни руки в составе всего комплекса изыскательских работ, и в данном случае у нас есть преимущество, так как мы выполняем все инженерные изыскания для проектирования, а не только инженерно-экологические», – подчеркивает он.
По словам Василия Костина, в настоя-щее время, к сожалению, далеко не каждый застройщик заинтересован в комплексных изысканиях. Большинству важна правильная документация, чтобы поскорее получить разрешение на строительство. Неудивительно, что наиболее частые запросы в фирмы, занимающиеся инженерно-экологическими изысканиями, сво-
дятся именно к анализу и подготовке строительной документации и ее согласованию с государственными структурами. На рынке инженерно-экологических изысканий существует огромное количество фирм, предлагающих исключительно «бумажные» работы, без качественно проведенных полевых и лабораторных исследований, что впоследствии приводит к серьезным проблемам.
«Известны многочисленные случаи, когда в неучтенные пустоты провалились люди и строительная техника. Суды завалены исками от эксплуататоров зданий, которые опять же из-за неучтенных движений почв и грунтов «поплыли» и дали трещины. Кроме того, сейчас, когда государство серьезно озаботилось вопросами экологии, нередки случаи, когда та или иная стройка просто замораживается из-за несоблюдения экологических норм. А это серьезные расходы как для строителя, так и для заказчика. Поэтому нет смысла экономить на такого рода изысканиях. Тем более, что стоят они относительно недорого на фоне общей стоимости строительства», – резюмирует Василий Костин.
Мнение
Заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов», Сергей Лазарев:
– Если сравнивать Петербург с крупными промышленными городами России, то думаю, что экологическая ситуация у нас относительно неплохая. По большому счету, основные проблемы Северной столицы, прилегающих районов Ленобласти связаны с незаконными свалками мусора и отсутствием инфраструктуры переработки отходов.
Вторая жизнь
Строительные отходы и мусор можно эффективно перерабатывать. Однако в России значительная часть остаточных материалов все еще утилизируется на полигонах без возможности вторичного использования.
По оценке экспертов, в западных странах перерабатывается до 90% строительных отходов. В России этот показатель не превышает 20%. В настоящее время большинство остаточных строительных материалов складируется на мусорных полигонах, где затем сжигается или закапывается, что наносит вред окружающей среде. Кроме того, по всей стране регулярно появляются несанкционированные свалки.
В 2018 году Правительство России приняло Стратегию развития промышленности по переработке, утилизации и обезвреживанию отходов производств до 2030 года. В соответствии с ней, переработка строительных остаточных материалов должна дорасти как минимум до 60%. Предполагается, что в ближайшие годы в отрасль будут внедряться новые технологии. Застройщики, снижающие объемы мусора, а также его переработчики могут получить различные преференции, в том числе и налоговые.
Возможно всё
Специалисты различают понятия переработки и утилизации. Первое, вполне понятное, предполагает превращение объекта в новый материал или его составляющую. Второе – более объемное, оно может включать в себя, в частности, и полную или частичную переработку. Уничтожение – это последнее звено.
По мнению директора по инжинирингу ФГИК «Размах» Алексея Фунтова, современные технологии позволяют перерабатывать практически все. Даже ртутные отходы можно превратить в новую ртуть, а грунт, загрязненный тяжелыми металлами, можно очистить. Другое дело, подчеркивает специалист, что до нашей страны эти инновации пока не дошли и доходят с трудом, сталкиваясь с различными ограничениями.
По его словам, значительная часть строительного мусора появляется при демонтажных работах. Это бой кирпича, бетона и железобетона, отходы известняка, бута и доломита, щебня. Все это – V класс опасности, то есть пригодный для вторичного использования материал. Кроме того, часто встречается IV класс опасности – отходы от сноса деревянных строений, лом асфальтобетонного покрытия, загрязненный грунт и несортированный строительный мусор. Они также могут перерабатываться и использоваться.
О возможности вторичного применения большинства строительных отходов говорит и директор по демонтажу холдинга «СносСтройИнвест» Пётр Юскин. Он отмечает, что чаще всего перерабатываются металл (для выплавки новых изделий), бой кирпича (для дорожных работ, дренажных систем, садового дизайна, улучшения теплоизоляции), бой бетона (для обустройства фундаментов, изготовления железобетонных конструкций и для создания временных дорог).
«Утилизировать можно любые отходы с I по V класс опасности, при этом получая на 100% новый продукт или частично выделяя ценный компонент и повторно его применяя. При этом компания, которая занимается утилизацией отходов I–IV классов опасности, должна иметь лицензию на осуществление этой деятельности. Для работы с отходами V класса лицензия не требуется. Состав отходов чаще всего неоднородный, и утилизировать их без образования побочных отходов достаточно сложно. Компании чаще всего выделяют из отходов ценные компоненты, используя их в дальнейшем, а остатки от сортировки подлежат дальнейшему размещению на полигоне», – говорит Пётр Юскин.
Технологические особенности
Строительные отходы могут использовать в собственных целях и те, кто их создал. Генеральный директор компании «РПН-Сфера» Юрий Кортунов напоминает, что в строительном мусоре велика доля такого компонента, как древесный материал. «Это рамы, двери, напольные покрытия. Ввиду того, что издревле дерево является для человечества топливом, логично использовать эти элементы именно в этом качестве. Их образуется достаточно, чтобы питать небольшие или временные котельные (например, внутри предприятий или отапливающие «строительные городки»). Конечно, остается часть мусора, которой трудно найти применение, – обрывки линолеума, рубероида и т. п., которые ввиду сложного химического состава не стоит сжигать из-за риска существенного загрязнения атмосферы. Их-то как раз нужно отправлять на полигоны. Эту часть строительных отходов разумно измельчать и, используя в смеси с отходами грунта и крошкообразной фракцией, образовавшейся при дроблении кладки и монолитных элементов, использовать как рекультивационный грунт», – считает он.
По словам Сергея Яруллина, генерального директора компании AXE Machinery (производитель оборудования для сбора, сортировки и переработки отходов), с помощью современных дробилок непосредственно на стройплощадке можно переработать в щебень битый кирпич, асфальт, железобетон, металлолом и другие материалы. «Современный измельчитель способен переработать 100 т бетона всего за час. Получившуюся крошку можно использовать повторно при заливке фундамента. Крупные строительные компании, например, могут вывозить этот материал на другой объект после завершения строительства. К сожалению, дробилки стоят недешево, поэтому отходы чаще всего вывозят на полигоны», – отмечает он.
Алексей Фунтов соглашается с коллегой. Он добавляет, что помимо механического рециклинга, в том числе с задействованием дробилок, можно выделить и сырьевой, связанный с изменением химического состава исходного материала – в ходе реакций провоцируется деградация до низкомолекулярных исходящих состояний. В этой сфере в России сейчас производится множество разработок и патентуется много новых средств.
«В нашей стране технологически процесс рециклинга существенно не изменился за последние десятилетия, поскольку мы не говорим о переработке мусора, а имеем в виду вторичное использование тех или иных отходов. Раздельные элементы передаются не на мусороперерабатывающие предприятия, а на заводы, которые используют эти материалы вторично», – говорит руководитель проектов комплексного освоения территорий компании «Строительный трест» Анзор Берсиров.
Он также сообщил, что в проекте NEWПИТЕР на юго-западной границе города и области уже несколько лет применяется система раздельного сбора мусора. Жители домов отделяют твердые бытовые отходы и выбрасывают их в специальные контейнеры для пластика, стекла, бумаги и алюминиевых банок.
Значительная часть строительного мусора идет на переработку и при монтаже и демонтаже лифтового оборудования. Как отмечает инженер-эколог компании «МЛМ Нева трейд» Гульназ Сабирова, лифтовые кабины в основном сделаны из металла, а цветной и черный металл являются ценным ресурсом. «Его можно переработать, а затем применить в любой отрасли промышленности. Переработке подвергаются и стенки купе кабины, сделанные из ДСП. Кроме того, при демонтаже образуются строительные материалы: бетон, железобетон и кирпич. Они также могут быть переработаны и снова вовлечены в процесс производства. После демонтажа материалы передаются лицензированным организациям по обращению с отходами, а затем утилизируются», – рассказывает она.
Мнение
Анзор Берсиров, руководитель проектов комплексного освоения территорий компании «Строительный
трест»:
– С помощью стройматериалов создаются жилые дома, промышленные здания и социальные объекты. А вот материалы, которые используются при их упаковке, – бумага и пластиковая пленка – подходят для переработки. Пластик не разлагается и плохо горит, поэтому для рециклинга отходов такого рода должны работать перерабатывающие заводы. А регионы, в свою очередь, должны создавать комфортные экономические условия для их строительства.
Пётр Юскин, директор по демонтажу холдинга «СносСтройИнвест»:
– Процесс рециклинга постоянно совершенствуется, используется современная техника. Например, новые дробильно-сортировочные установки, в состав которых входят грохоты, конвейеры, дробилки различной степени дробления. Такое оборудование позволяет осуществлять большой объем работ в кратчайшие сроки.
Владимир Марков, генеральный директор корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Большинство строительных материалов могут и должны подвергаться рециклингу. Однако до недавнего времени в России вторую жизнь получали только изделия из железобетона и кирпича, а все остальные материалы отправлялись на свалку. С внедрением программ реновации проблема приобрела особенную остроту. Появилась необходимость утилизации огромного количества отходов строительства и сноса (ОСС). Только с 2010 по 2015 года объем ОСС увеличился в 12 раз, а на переработку отправлялось всего 12%. Поэтому в настоящее время актуальнее говорить не о технологических переменах в рециклинге, а скорее о становлении системы переработки в России.
Так, на своих предприятиях мы внедрили программу «ТН-Рециклинг», реализацию которой начали с собственных предприятий. Для начала мы установили специальное оборудование, которое позволяет перерабатывать вторичный полистирол и отслужившую минераловатную изоляцию. Таким образом, на своих заводах мы полностью перерабатываем собственный вторичный полистирол (это может быть крошка от изоляции, плиты, не прошедшие контроль качества), упаковку, пленку, каменную вату.
Несколько лет назад мы расширили программу и пригласили к участию профессиональное сообщество. Теперь строители могут сдавать отслужившую теплоизоляцию на основе пенополистирола и каменной ваты на предприятия ТЕХНОНИКОЛЬ. При определенных объемах компания даже готова организовать транспортировку данных продуктов.