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.
Вид сверху. В геодезии все активнее применяются БПЛА
Профессиональные БПЛА требуют серьезного вложения денежных средств. Технология исследования местности с помощью БПЛА имеет ряд особенностей.
По словам и. о. зав. кафедрой городского хозяйства, геодезии, землеустройства и кадастров СПбГАСУ Алексея Волкова, геодезическая деятельность предусматривает разнообразное использование БПЛА. В инженерно-геодезических изысканиях для строительства они чаще всего используются при создании и обновлении инженерно-топографических планов масштабов от 1:500 до 1:5000 как основы для производства дальнейших работ (без подземных коммуникаций). Многие компании применяют БПЛА при рекогносцировочном обследовании территории предполагаемого строительства, при строительном контроле объемов выполненных работ и контроле геометрических параметров возводимых конструкций.
В целом, отмечает руководитель конструкторского бюро Optiplane Кирилл Яковченко, использование БПЛА позволяет существенно удешевить и ускорить проведение измерительных работ геодезистом, особенно если площадь или протяженность объекта больше, чем люди способны охватить традиционными методами съемки. Есть случаи, когда без данного оборудования просто не обойтись. Существуют труднодоступные места, добраться до которых зачастую практически невозможно или чрезвычайно дорого.
Эксперт выделяет три вида беспилотников. Первый – это квадрокоптеры, у которых синхронизацией моторов управляет инерциальная система. Такое оборудование отличается хорошей управляемостью, маневренностью и гибкостью эксплуатации. Недостаток – малые скорость и продолжительность полетов. Второй тип – самолеты (планеры), тут главная цель – экономичный полет. Главные недостатки самолетов – это невозможность маневрировать, зависать над объектом и включать реверс, большие петли разворота (лишние расстояния) при выходе на параллельную линию для покрытия площадей. Третий тип БПЛА – это дроны с гибридной аэродинамикой, например, винтокрылы, которые лишены недостатков предыдущих двух схем. Они могут вертикально взлетать и садиться, а также маневрировать на малой скорости. Кроме того, они могут летать далеко, как самолеты.
Начальник отдела мониторинга и геодезического контроля компании «Строй-Эксперт» Дмитрий Егоров рассказывает, что для геодезистов интерес представляют БПЛА самолетного и вертолетного типа: «Самолетный тип обеспечивает высокую скорость и дальность полета, используется в основном для аэрофотосъемки больших площадей земной поверхности и линейных объектов. Вертолетный используется для детальной аэрофотосъемки небольших участков и точечных объектов».
Цена вопроса
Стоимость беспилотников варьируется очень широко из-за разных задач использования. Приобретение высокопрофессионального БПЛА для геодезической организации – серьезные финансовые расходы. Кроме самого летательного аппарата, поясняет Алексей Волков, необходимо приобретать камеру, GNSS-оборудование, гиростабилизирующее оборудование, а также специализированное программное обеспечение. Поэтому средняя стоимость комплектов БПЛА для геодезических работ может быть от 300 тыс. до 3 млн. рублей.
Генеральный директор кадастровой компании «Вита-Хауз» Марьян Будич отмечает, что для того, чтобы выбрать хороший беспилотник, нужно обратить внимание на некоторые характеристики, а именно устойчивость и стабильность прибора, точность позиционирования и, конечно, качество матрицы фотоаппарата. По его словам, самые распространенные и дешевые беспилотники – DJI Phantom. Их стоимость начинается от 80 тыс. рублей. С их помощью можно проводить геодезические работы, но характеристики фотографий неидеальны, на них больше искажений, и эти аппараты не снимают до сантиметровой точности. Еще один недостаток дешевых беспилотников в том, что они легкие – и уровень стабильности у них низкий. Это означает, что на проведение съемки влияют погодные условия, например, ветер.
«Более профессиональные БПЛА на рынке можно встретить по цене от 200 тыс. руб. Они тяжелее и устойчивее – и, соответственно, камера фотоаппарата позволяет делать более детальные снимки. Кроме того, при работе с БПЛА следует учитывать и покупку специального программного обеспечения, стоимость которого может доходить до 100 тыс. рублей. В такой специальной программе сшиваются все фотографии, сделанные беспилотником, проводится фототриангуляция. Такую сшивку программа делает за 8–12 часов. Разумеется, для этого нужен мощный компьютер. Его покупка обойдется тоже примерно в 100 тыс. рублей», – объясняет Марьян Будич.
Не быть вне закона
В 2016 году российские власти ужесточили возможности использования БПЛА. Согласно принятому закону, аппараты, взлетная масса которых более 250 г, должны быть зарегистрированы и сертифицированы. В государственный орган необходимо предоставить план полета и получить отметку об его согласовании.
В настоящее время данные правила использования БПЛА как гражданами, так и многими компаниями не исполняются. Тем не менее, представители геодезических компаний опасаются, что их беспилотники стоимостью в несколько сотен тысяч рублей могут быть без предупреждения сбиты сотрудниками правоохранительных органов или спецслужб.
Безусловно, считает Кирилл Яковченко, правовые ограничения нужны, чтобы отделить профессионалов от «серых дронщиков», летающих без разрешений и создающих опасность для имущества и здоровья граждан: «На наш взгляд, важно ввести обязательное страхование гражданской ответственности для работ с использованием БПЛА. В этом случае страховые компании быстро проведут квалификационный отбор участников рынка. Кроме того, необходимо выполнить необходимую работу над нормативно-правовыми актами, указанными в «дорожной карте» AeroNet».
С его доводами согласны и другие эксперты. «Некоторые БПЛА весят достаточно много, и если они управляются непрофессионалами – могут возникнуть серьезные проблемы. Также их характеристики позволяют подниматься на высоты, где летают самолеты и вертолеты, что естественным образом приводит к опасности. Поэтому правовое регулирование этой сферы обязательно должно быть», – полагает Марьян Будич.
По словам Дмитрия Егорова, ужесточение возможности использования БПЛА, безусловно, необходимо: «Эти аппараты являются такими же участниками воздушного движения, как и все остальные. Следует допускать к управлению беспилотным летательным аппаратом только тех, кто прошел специализированное обучение, а также усовершенствовать саму процедуру получения разрешения на полеты БПЛА».
Сравнение облака точек и 3D-модели по данным БПЛА и НЛС. Зеленый цвет – ошибка в 25 мм, синий – 5–10 мм
Мнение
Дмитрий Егоров, начальник отдела мониторинга и геодезического контроля ООО «Строй-Эксперт»:
– Специалисты ГК «Строй-Эксперт» проводили собственное исследование, сравнивая данные аэрофотосъемки и данные, полученные с помощью наземного лазерного сканирования (НЛС). Сравнивали следующие параметры – точность, полноту, время выполнения и создания 3D-модели. В результате пришли к выводу, что использование БПЛА немного уступает в точности данных НЛС, но скорость выполнения и полнота данных в некоторых случаях в разы лучше, чем при использовании НЛС.
Включить «автопилот». Современные технологии позволяют ускорить строительство
Современные информационные технологии позволяют ускорить этапы строительства и усилить контроль над ними. Внедрение этих сервисов требует дополнительных финансовых затрат, но их использование впоследствии положительно отражается на эффективности деятельности компании.
Эксперты выделяют три основных вида автоматизированных систем, которые сейчас активно используются в строительстве. Все они помогают оптимизировать и ускорить технологическую и экономическую деятельность компании.
Три в одном
К первому виду относятся приложения САПР (системы автоматизированного проектирования). Они управляют проектированием в 2D и 3D, дизайном и т. п. Здесь есть и российские, и зарубежные нишевые решения.
Второй вид – это системы учета, начиная от классических ERP (планирование ресурсов предприятия) и заканчивая специфическими решениями, актуальными именно для строительной отрасли. Например, для учета работ подрядчиков на строительной площадке подходит российская разработка «1С:Подрядчик строительства». «Это достаточно простое и доступное решение. Зарубежные аналоги – более дорогие», – говорит исполнительный директор компании «Первая форма» Михаил Хаскельберг.
Третий вид автоматизированных систем связан с управлением, решением операционных задач, поддержкой принятия решений и контроля исполнения поручений. Оптимально для этого использовать BPM-платформы.
Специализированное программное обеспечение помогает справиться с большими объемами информации, ускоряет поиск «узких мест» и увеличивает возможности для роста, отмечает генеральный директор ITLand Сергей Лебедев. По его словам, обычно в первую очередь автоматизируют ключевые процессы – трудоемкие, с большим количеством операций и документов, комплексно их объединяя. Наиболее эффективно использовать единовременно ERP, PM и BIM. Информационное моделирование зданий (BIM) задействует 3D-модели объектов, сопоставляя их с информацией из ERP и PM о материалах, работах, подрядчиках, сроках, стои-мости. Соответственно, девелоперская компания получает сквозной контроль над полным циклом работ, от проектирования до эксплуатации.
Тем не менее, по мнению исполнительного директора компании DMSTR Антона Романова, комплексный процесс автоматизации на сегодняшний день является достаточно сложным, трудоемким и не всегда применимым в условиях современного строительства. К тому же автоматизация требует достаточно больших затрат, которые окупаются при «длинном» сроке реализации проекта, и с наибольшей долей вероятности – не по одному объекту. «Что касается унификации IT строительной отрасли, на мой взгляд, сегодня говорить об этом несколько преждевременно, так как непременным и обязательным условием для внедрения унификации в любой сфере деятельности является унификация составных элементов автоматизированной системы. В строительстве сейчас, несмотря на наличие множества передовых технологий, существует ряд моментов, которые процесс автоматизации не охватывает», – считает Антон Романов.
Работа на перспективу
Как рассказывают представители группы компаний Softline, стоимость внедрения автоматизированных систем может быть очень разной и зависит от величины и потребностей бизнеса. Внедрение простых систем автоматизации в сегменте среднего и малого бизнеса может уложиться в сумму порядка 2 млн рублей. Масштабные проекты в крупных строительных компаниях, имеющих в активах большие производственные мощности, будут стоить в разы дороже, иногда затраты доходят до миллиардов рублей. По мнению руководителя отдела САПР и ГИС группы компаний Softline в Москве Дмитрия Русина, целесообразность их применения зависит от постановки задачи, бюджета на закупку ПО и оборудования, а также конечных целей, которых нужно достигнуть за определенный временной интервал. «Программные решения позволяют автоматизировать управление проектом в целом и организовать эффективный обмен данными между всеми участниками строительного производства для оперативного принятия решений на всех этапах его реализации», – добавляет он.
По словам руководителя компании «ИМПУЛЬС-ИВЦ» Дмитрия Марикуца, в среднем, как показывает практика, стоимость внедрения программ автоматизации всех строительных процессов варьируется в пределах 1–2% от готовой выручки компании. Затратно это для строительной компании или нет, безусловно, решать собственникам, отмечает он. Наиболее правильно рассматривать такой проект как инвестиционный, направленный на повышение эффективности (рост объема производства и экономию затрат по всем направлениям). Ведь современная система автоматизации позволяет держать все строительные процессы под контролем и окупает себя в разумный срок.
Руководитель направления компании «БАРС Груп» Тимур Валиев отмечает, что при использовании системы автоматизации важно ее взаимодействие с информационными ресурсами участников рынка на каждом этапе жизненного цикла объектов капитального строительства: «В рамках каждого этапа – у всех свои бизнес-процессы и свои информационные ресурсы от различных вендоров. И на каждом этапе необходимо обмениваться этими данными – как с информационными ресурсами других участников процесса, так и с государственными информационными ресурсами. К сожалению, сегодня пока отсутствуют государственные стандарты и форматы такого взаимодействия».
Непосредственно под объекты строи-тельства в ближайшее время будут создаваться индивидуальные сервисы по управлению производством работ, основанные на шаблонах для различных типов объектов, считает директор департамента по работе с проектными организациями Partner Projects Division компании Schneider Electric Дмитрий Бибик. «В соответствии с сервисами будет выстраиваться дальнейшее взаимодействие участников процесса: подрядчиков, заказчиков, надзорных органов и проч. По полученной исполнительной модели можно будет проводить анализ качества выполненных работ. Сейчас технологии автоматизации строительных процессов находятся на начальных этапах развития, поэтому затраты на внедрение таких технологий вряд ли будут низкими, при том, что качество новых инструментов будет относительно невысоким. Однако, несмотря на это, использование подобных приложений будет сокращать затраты на строительство», – полагает эксперт.
Директор компании «СибКапСтрой» Сергей Басараб считает, что пока рано говорить о необходимости широкого применения технологий автоматизации: «Если быть точнее, их нужно применять там, где нужно, где это действительно приведет к повышению эффективности, при этом без удорожания стоимости работ. Ведь в рыночной экономике конечному потребителю неважно, с помощью каких технологий выполнялись работы, если при одинаковом качестве цена работ будет выше. Иными словами, не нужно забивать гвозди микроскопом. Я полагаю, что сегодня автоматизация может быть эффективна в процессах планирования и контроля работ, так как эти направления напрямую связаны с оптимизацией сроков и повышением качества производимых работ».