Почему у ветрогенератора три лопасти, зачем защищать его от ветра и при чем здесь Олимпиада
Кольская ветроэлектростанция. Фото «ЭЛ5-Энерго»
Ветроэнергетические установки (ВЭУ) — дальние родственники ветряных мельниц. Внешне ветрогенератор напоминает своих мукомольных предков, но в глаза бросается одно важное конструктивное отличие: у старинных мельниц было больше лопастей — четыре, шесть, а то и восемь. Почему же у подавляющего большинства современных ветряков их всего три и как конструкция ветрогенератора связана с олимпийским девизом «Быстрее, выше, сильнее»?
Выше
Ветроэнергетическая установка, даже небольшая, выглядит гигантом по сравнению с ветряной мельницей. ВЭУ стараются проектировать и изготавливать настолько высокими, насколько позволяет экономическая целесообразность. Чем выше, тем сильнее и устойчивее захватываемый лопастями ветер — и тем большее энергии вырабатывается.
Китайский ветряк-рекордсмен MingYang Smart Energy MySE 16-260. Фото China Three Gorges Corporation / ctg.com.cn
На сегодня высочайший и крупнейший в мире ветрогенератор установлен в Тайваньском проливе в Китае. Он называется MingYang Smart Energy MySE 16-260, где 16 — мощность установки в мегаваттах, 260 — диаметр вращающейся части в метрах. Сердцевина установки с машинным отделением расположена на высоте 152 метра. С учетом 123-метровой длины лопастей общая высота объекта достигает 275 метров. И это не предел: китайские специалисты трудятся над созданием установок мощностью 18 и 20 мегаватт — еще более крупных и высоких.
Средний «рост» современных ветряков гораздо меньше: обычно высота мачты достигает 70 метров, длина лопасти — 50 метров.
Сильнее
Чем сильнее ветер воздействует на установку, тем больше электроэнергии она выработает. Силу ветра нужно захватить и заставить выполнить полезную работу. Для этого предназначена лопасть, которая вращается воздушным потоком и тем самым генерирует крутящий момент. Эта физическая величина равна произведению силы на радиус вращения, то есть на длину лопасти: М = F*r.
Чем лопасти длиннее и чем их больше, тем больше общий крутящий момент. Значит, тем больше энергии ветра можно собрать и превратить в электричество. Однако количество энергии зависит не только от силы воздействия на лопасти: важна еще и скорость вращения.
Быстрее
Чем быстрее вертится ротор с лопастями, тем больше механической энергии передается генератору, тем больше сила тока и, соответственно, количество производимого электричества. При этом чем больше лопастей у ветряка и чем они длиннее, тем ротор тяжелее и тем труднее ветру его крутить.
Разработчики ветроэнергетических установок нашли сбалансированное решение — ротор с тремя лопастями. Двухлопастные быстро вертятся, но создают малый крутящий момент, и это снижает выработку электроэнергии. Ротор с четырьмя лопастями повышает крутящий момент по сравнению с трехлопастным, но ненамного, при этом замедляет вращение — и показатели работы установки не улучшаются.
Проектируя ветрогенератор, инженеры оперируют многими конструкционными параметрами: длиной лопастей, углом их наклона, формой, материалом и другими. При этом учитывают климатические особенности региона — в первую очередь, ветровые потоки и силу ветра. Всегда имеются ограничения по высоте мачты, мощности установки, размерам лопастей и другим факторам.
— Андрей Бритвин. Эксперт по технологическому развитию в сфере энергетики «Газпром нефти».
Вот одно из ограничений, которое, на первый взгляд, кажется парадоксальным: ВЭУ нужно обязательно защищать от… ветра. Если он слишком сильный, то может опрокинуть установку: его давление пропорционально площади ометаемой поверхности — площади круга, который описывают лопасти ветряка при вращении. Поэтому при слишком сильных порывах ветряк нужно остановить. Тогда давление ветра снижается в десятки раз, поскольку он воздействует на поверхность, равную сумме площади лопастей, — это гораздо меньше, чем площадь описываемого круга.
Пороговой величиной, на которую рассчитывают ВЭУ, стала скорость ветра 25 метров в секунду. По шкале Бофорта это 10 баллов со статусом «сильный шторм». Выше него только «жестокий шторм» (11 баллов, 26–32 метра в секунду) и «ураган» (12 баллов, 33 и более метров в секунду). При достижении скорости ветра 25 метров в секунду у ветрогенератора срабатывает автоматическая система буревой защиты — и вращение лопастей блокируется.
Оригинал статьи и другие материалы читайте на сайте журнала Энергия+:
https://e-plus.media/vse-publikatsii/
Noname photo #24
Камера: Canon 600d
Объектив: kit 18-55
Обработка: Lr
55 mm | 1/200 sec | iso 100 | f/7.1
Инстаграм
Зелёная энергетика - "бесплатное электричество". Ветряк
Посмотрим на эту штуку - ветряк, лопасти по 100 метров, весом под 10 тонн. Скажем, 3 лопасти.
1) Как эта сталь оказалась вообще? Её добывали из земли, плавили, потом делали вот эту лопасть. Надо считать затраты энергии на весь процесс!
2) Как эта лопасть оказалась в этом месте? Строится нехилый такой фундамент, к нему везут вертолётами либо огромными кораблями эту лопасть, все три штуки, крепят. Тоже нужно посчитать.
3) Зимой летают вокруг неё на вертолётах, сбивают лёд и прочие классные мероприятия.
4) Летом она просто стоит и скучает, нет ветра. Ну тут считать ничего не надо
Поэтому вопрос у меня один - когда выдадут ордена всем тем зелёным, что убедили западный мир перейти на эти технологии и закрыть все АЭС ?
Как ветряк определяет, откуда дует ветер: вопрос, который вас давно мучает, но спросить было не у кого
Впервые увидев такую турбину, как на этом фото, любой любознательный человек задастся этим вопросом. Скорее всего, он промелькнул и у вас в голове, но вы его отмели, сочтя малозначительным. Если он продолжает время от времени возвращаться и теребить сознание, сегодня вы узнаете ответ.
Вы наверняка знаете, как работает флюгер – флажок на вертикальной оси, который всегда поворачивается по ветру.
Если спереди к флюгеру приделать пропеллер, под давлением потока воздуха он начнет крутиться. С давних времен деревенские мужики мастерили такие вертушки и ставили на высоких шестах в огородах – отчасти для отпугивания птиц, отчасти на потеху детям.
Так же устроены небольшие ветрогенераторы с диаметром лопастей до нескольких метров: в их конструкцию входит хвостовое оперение, направляющее их вдоль линии ветра.
А у больших ветрогенераторов оперения нет. Или все же есть? Есть, только очень маленькое.
Поэтому на фотографиях ветряных турбин его практически незаметно. Смотрим ниже.
На каждой турбине установлен анемометр – комплекс из вертушки на вертикальной оси и флажка, позволяющий измерять скорость и направление ветра. Данные датчиков угла поворота и каденса (скорости вращения) поступают на цифровой контроллер, который на основании этих данных включает силовые приводы и разворачивает турбину, а также регулирует угол атаки лопастей.
Почему турбина не поворачивается под действием ветра?
На самом деле, она поворачивается, только довольно медленно. На высоте 100-200 м, на которой находятся ее лопасти, ветер гораздо более стабильный, чем у поверхности земли. Поэтому огромная турбина не мотается вправо-влево, как небольшой ветрогенератор.
Об этом умалчивают корпорации: Почему вокруг ВЭС природа мертва?
У всего есть две стороны. Даже у, казалось бы, однозначно хороших вещей. Ветряные генераторы, с одной стороны, помогают получать энергию буквально из воздуха, а с другой — становятся погибелью для птиц, летучих мышей и вещателем тревоги для всей живности вокруг. Какой выбор гуманнее?
Птицы не привыкли к тому, что в воздухе есть крупные двигающиеся преграды, поэтому они массово врезаются в лопасти ветряков.
Нельзя сказать, что ветрогенераторы — чистое зло, и нужно непременно все их запретить. Есть в них огромный плюс: по сравнению с тепловыми и газовыми электростанциями, ветряки вообще не требуют ни грамма топлива, а значит, и не производят никаких вредных выбросов в атмосферу. Так что в общем плане обуздание энергии ветра выходит куда экологичнее старых способов выработки электричества. Однако в более мелких масштабах каждая турбина — это настоящая мясорубка для всего живого.
Но кто-то всегда идёт против системы!
Два главных убийственных фактора ветряков — инфразвук и лопасти. Причём одно исходит из другого: когда лопасти вращаются под действием ветра, на их концах образуются завихрения, которые и являются источником инфразвука. Из-за этого гибнут сотни тысяч птиц, летучих мышей и насекомых. А сколько остальной живности страдает, не счесть!
Ещё один «экологический» минус ветряков в том, что его составляющие попросту не утилизируются. Лопасти «хоронят» на свалках, не перерабатывая.
Согласно данным американской службы охраны рыбных ресурсов и диких животных, в одной только Америке от столкновения с лопастями ветряков за год погибает 234 тысячи птиц. Они врезаются в лопасти из-за особенностей восприятия мира — не всегда пернатым удаётся адекватно воспринимать огромные и медленно вращающиеся штуковины в воздухе.
С такими ветряными мельницами побоялся бы сразиться даже Дон Кихот.
В глобальных масштабах это не так много. Кошки, например, за то же время истребляют до 2 с лишним миллиардов (!) птиц. Только вот усатые охотятся в черте города и деревень, где видовое разнообразие и без того оставляет желать лучшего. А ветряные генераторы устанавливают в чисто-поле, где с ними сталкивается куда большее число видов. Подсчёт простой: если коты уничтожат 100 голубей, популяция этих пернатых такого урона даже не заметит. Но если те же 100 особей исчезающего вида погибнут от лопастей генератора, будет куда хуже.
Только не включайте этот гигантский вентилятор! Дайте нам долететь спокойно!
Летучие мыши от ветряков страдают не меньше. Они, конечно, могут использовать эхолокацию, детально увидеть каждый генератор и увернуться от всех лопастей, но их это всё равно не спасает. Дело в том, что за ветряком образуется область пониженного давления. И когда животинки оказываются в ней, то из-за своей маленькости они сразу погибают от кровоизлияния в лёгкие.
Жертв среди летучих мышей не меньше, чем среди пернатых: по разным подсчётам, от ветряков погибает от 30 000 до 800 000 рукокрылых.
На всех остальных надземных и подземных зверей колоссальное воздействие оказывает инфразвук. Влияние этих частот изучено не до конца, но все имеющиеся данные говорят о том, что живые организмы при воздействии инфразвука ощущают головную боль, тревожность, усталость и апатию.
Иногда страдают и подводные жители: ветряки устанавливают в прибрежной зоне, где ветра особенно сильные.
Само собой, жить в таких условиях невыносимо — поэтому животные массово переселяются подальше от шайтан-машины. Пищевые цепочки нарушаются, и места размещения ветряков становятся зонами отчуждения, где даже букашки не летают!
На сельхоз животных инфразвук тоже влияет негативно. Стадо уходит подальше от ветряков, что сказывается на маршрутах выпаса.
Вот так, спасая планету, приходится жертвовать тысячами жизнями.