XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Ветрогенератор, как альтернативный источник энергии

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Бельков М.А. 1

---

1МБОУ г. Иркутска СОШ №80

Ободенко О.Н. 1

---

1МБОУ г. Иркутска СОШ №80

Работа в формате PDF

867.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Традиционные виды добычи электроэнергии наносят непоправимый вред природе, поэтому ветрогенератор является неплохой альтернативой для человечества.

1. 1. Актуальность: На данный момент ветрогенераторы (ветроэлектрическая установка) в нашей стране плохо распространены. Во многом это связано с тем, что у нас много природного газа, нефти и других энергетических ресурсов, но также стоит отметить, что ветроэнергетика является одним из самых привлекательных направлений альтернативной энергетики, так как следует считать неограниченность источника и независимость от времени суток и сезона.

   2. Цель: исследование работы ветрогенератора и его изготовление.

Задачи:

• Изучить интернет ресурсы и литературы по данной теме.

• Выяснить какие существуютветроэлектрические установки.

• Выяснить принцип его работы.

• Создать ветрогенератор в домашних условиях.

• Проверить его работу на практике.

1. 3. Проблема: Государство и энергетические компании уделяет мало внимания разработке и продвижению данного вида добычи электроэнергии.

   4. Гипотеза: Если создать программу по развитию ветроэлектрических установок при поддержке государства или крупных частных лиц, то возможно распространить данный вид электродобычи.

   5. Назначение проекта: распространить знания об альтернативной технологии добычи электроэнергии.

Объект исследования: ветрогенератор.

Предмет исследования: сведения о ветрогенераторе.

Методы исследования: обощение информации, анализ.

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика специализируется на преобразовании кинитической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую или другой вид энергии. Такое преобразование может осуществляться, например: ветрогенератором, ветряной мельницей, парусом и др. Так как территория Российской Федерации по большей части это равнины, то существуют большие возможности развития данной отрасли - ведь для работы ветроэнергетики необходимо только наличие сильных воздушных потоков в атмосфере.

Преимущество:

1. Энергия ветра – это возобновляемая энергия, обладающая неисчерпаемостью ресурсов.

2. Экологичность энергетического ресурса и процесса производства электрической энергии.

3. Способность быстрого выполнения монтажа установок и обеспечения потребителей электрической энергией.

Недостатки:

1. КПД установок зависит от времени года, погодных условий и региона монтажа агрегата.

2. Высокий уровень шума при работе

3. Опасность для пернатых обитателей региона, где установлен ветровой генератор.

4. При промышленном производстве электрической энергии, при использовании ветровых генераторов, требуется значительные площади земли.

История ветрогенератора

История ветрогенератора начинается сотни лет назад, когда люди начали строить ветряные мельницы для того, чтобы накачать воду для орошения сельскохозяйственных культур и превратить зерно в муку.

Археологи утверждают, что первые ветряные мельницы были построены на территории Ближнего Востока примерно в IX веке на границах между современным Афганистаном и Ираном. Это были мельницы с вертикально ориентированной осью, вертикальными валами и лопастями прямоугольной формы, на которые была натянута плотная ткань. Функцией таких мельниц были помол зерна и насосная подача воды.

Более поздние свидетельства использования энергии ветра учёные находят на Ближнем Востоке и в Средней Азии, в Китае и Индии. На территории современной Европы ветряные мельницы появились значительно позже: примерно в ХII веке.

она была построена зимой 1887–1888 годов на его заднем дворе. Его ротор был 17 метров в диаметре. Большая прямоугольная форма слева от ротора — это лопасть, используемая для перемещения лопастей против ветра. Динамо-машина проворачивалась 50 раз за каждый оборот лопастей и заряжала дюжину аккумуляторов по 34 элемента в каждом. В 1908 году Браш разобрал турбину.

В настоящее время ветровые турбины можно увидеть во многих местах, прибрежные районы очень подходят для таких машин, и даже морские районы являются хорошим местом, чтобы использовать силу ветра.

Ветрогенератор

Ветрогенератор (рис.3) – это техническое устройство, посредством которого кинетическая энергия ветра преобразуется в элетрическую энергию, для использования потребителями.

Рис. 3 ветрогенераторы

Принцип работы ветрогенератора

Принцип работы ветрогенератора (рис.4) основан на принципе преобразования кинетической энергии движения ветра в механическую энергию вращения лопастей ротора, которая преобразуется в электроэнергию.

• Под воздействием воздушных потоков (№1), ротор (A) и лопасти (B), закреплённые на нём, приводятся во вращательное движение.

• Вращательное движение (№2) ротора (A) передаётся на ведущую ось (C) и редуктор (D).

• С редуктора (D), вращательное движение передаётся на электрический генератор (G), в обмотках которого, вырабатывается электрический ток.

Рис. 4 схема работы ветрогенератора

Виды ветрогенераторов

Ветрогенераторы различаются по конструкции, способу установки и монтажа, и у каждого вида есть свои достоинства и недостатки.

С горизонтальной осью вращения

Ось ротора и ведущая ось расположены параллельно поверхности земли (рис.5).

О днолопастный (№1), двухлопастный (№2), трёхлопастный (№3) и многолопастный, с количеством до 50 штук лопастей (№4), представлены на рисунке 3.

Рис. 5 ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения

Преимущество:

1. Высокие показатели коэффициента полезного действия (КПД).

Недостатки:

1) Необходимость в ориентации по направлению воздушных потоков.

2) Необходимость монтажа высокой конструкции для установки устройства. Причём, чем выше мощность агрегата, тем выше должна быть конструкция.

3) Необходимость устройства фундамента для монтажа мачты (дорого в глобальных размерах).

4) Опасность для летающих животных и летательных аппаратов

5) Высокий уровень шума в процессе эксплуатации.

С вертикальной осью вращения

Ось вращения расположена вертикально по отношению к поверхности земли. Данный вид делиться на множество видов:

С ротором Савоуниса

Данная конструкция, представленная на рисунке 6, состоит из нескольких полуцилиндров. При этом ось постоянно вращается, вне зависимости от потоков ветра и их интенсивности.

Рис.6 ротор Савоуниса

Преимущество:

1. Высокая технологичность конструкции.

2. Значительный пусковой крутящий момент.

3. Способность работать при малых воздушных потоках.

Недостатки:

1. Низкая эффективность работы лопастей.

2. Значительная потребность в материалах при изготовлении

С ротором Дарье

В данной конструкции, на оси вращения закреплены несколько лопастей, представляющих из себя плоскую полосу. Классический вариант ротора Дарье (№1), показан на рисунке 7.

Рис. 7 роторы Дарье

Преимущество:

1. Нет необходимости в ориентации на воздушные потоки.

2. Простота изготовления лопастей.

3. Простой и удобный способ обслуживания

Недостатки:

1. Низкие показатели коэффициента полезного действия (КПД).

2. Слабая способность к само запуску при равномерных потоках ветра.

3. Непродолжительные межремонтные циклы опорных узлов и элементов конструкции.

С геликоидный ротором

Э то модифицированное устройство с ротором Дарье. Винтообразный ротор Дарье (№3), показан на рисунке 8.

Рис. 8 гелиокоидный ротор Дарье

Преимущество:

1. Более продолжительные сроки эксплуатации по сравнению с классическими роторами Дарье.

2. Менее значительная нагрузка на опорные узлы и механизмы.

Недостатки:

1. Более высокая стоимость по сравнению с классическими роторами Дарье.

2. Более трудный процесс изготовления лопастей.

С многолопастным ротором

Является модификацией устройств с ротором Савоуниса. В данной конструкции, представленной на рисунке 9, присутствуют два ряда лопастей.

Р ис. 9 многолопастный ротор

Первый ряд – неподвижный, он захватывает воздушный поток и сжимает его, в связи с чем скорость воздушного потока увеличивается. После этого поток воздуха поступает на второй ряд, работающий по принципу ротора Савоуниса.

Преимущество:

1. Высокая эффективность в работе.

2. Способность работать при малых потоках ветра

Недостатки:

1. Высокая стоимость

С ортогональным ротором

Данная конструкция является основой выше приведённых – ось вращения располагается вертикально, к ней прикреплены несколько лопастей, расположенных параллельно оси и удаленных от неё на определённое расстояние. Ротор Дарье типа H (№2), показан на рисунках 10 и 11.

Рис.10 ортогональный ротор 2 Рис. 11 ортогональный ротор 1

Преимущество:

1. Отсутствие механизмов ориентации по ветровым потокам.

2. Простота в эксплуатации и обслуживании.

Недостатки:

1. Непродолжительные межремонтные циклы опорных узлов и элементов конструкции.

Ветрогенератор – парус

Парус закреплён на круглой раме его движения передаются на поршни гидравлической системы, к которой подключен электрический генератор. Пример ветрогенератора паруса приведён на рисунке 12.

Рис.12 Парус

Преимущество:

1. Способность работать при малой скорости ветра.

2. Малый вес конструкции.

3. Простота монтажа.

4. Простота обслуживания.

Недостатки:

1. При использовании на территориях, где сильные ветра, основные преимущества перед прочими конструкциями, теряет свою актуальность.

Практическая часть. Изготовление ветрогенератора

Экономическая оценка

Заключение

Результаты моего проекта показывают, что ветроэнергетика представляет собой важный и перспективный источник энергии. Ее преимущества включают в себя возобновляемость, экологическую чистоту, местные выгоды и снижение зависимости от ископаемых топлив. Эти факторы делают ветроэнергетику важным элементом энергетической стратегии многих стран.

Цели моего проекта были достигнуты, но гипотеза не была подтверждена и проблема не была решена по причине невозможности, так как такой глобальный вопрос решаем только на уровне государства.

В свете вызовов изменения климата и необходимости перехода к устойчивому развитию, ветроэнергетика играет ключевую роль в диверсификации источников энергии и снижении воздействия на окружающую среду.

Работая над проектом, я понял, что ветроэнергетика заслуживает внимания как важный элемент современной энергетической политики и экономики, и ее развитие может способствовать достижению устойчивого и экологически чистого энергетического будущего.

Список литературы

1. БИБЛИОТЕКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ. Серия 3. Возобновляемая энергетика. ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА.  П.П. Безруких (мл.), С.В. Грибков

2. Википедия, https://ru.wikipedia.org , https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0

3. Совет инженера, https://sovet-ingenera.com, https://sovet-ingenera.com/eco-energy/generators/vetrogenerator-dlya-chastnogo-doma.html?ysclid=lso856sm4k782782932

4. Дзен, https://dzen.ru, https://dzen.ru/a/XyLVrNmKmUMIy6_l

5. https://www.youtube.com , https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=CCFDNjxJsC4