Вэу для лабораторных работ

«Современная ВЭУ (ветроэнергетическая установка)-энергетика будущего»

Фестиваль детского творчества «Звёзды нового века»

Научное и техническое творчество

«Современная ВЭУ (ветроэнергетическая установка) — энергетика будущего»

МОУ Сиренькинской СОШ

проживающий по адресу:

423 413 Альметьевский район,

Д. Рус. Сиренькино

улица Центральная дом 12

–учитель физики и химии

МБОУ Сиренькинская СОШ

2011 – 2012 учебный год.

1. Условия для постройки ВЭУ…………………………………………………6

1.2. Месторасположение ВЭУ………………………………………….6

1.3. В каком размере я нуждаюсь. 6

1.4. Конструкция – общий взгляд………………………………………7-8

1.5. Расчёт ветрогенератора…………………………………………….8-9

1.6. Безопасность для человека…………………………………………10

1.7. Ориентирование в потребностях…………………………………10-11

2. Самостоятельные работы

2.2. Практическая работа №1.……………………………………………15-17

2.3. Практическая работа №2……………………………………………..17-18

Тема моего проекта: «Современная ВЭУ (ветроэнергетическая установка) – энергетика будущего».

Я выбрал эту тему, потому что хочу предложить свою идею по использованию и созданию перспективных ВЭУ.

Цель моей работы — изучение конструкции новых современных ВЭУ, и на основе их проанализировать и усовершенствовать свои чертежи и схемы для осуществления разработки и создания действующего макета ветроэнергетической установки, как альтернативного источника электрической энергии, исследование его работы как экологической составляющей.

1. Изучить чертежи и схемы конструкции ВЭУ.

2. Разработать и усовершенствовать конструкцию ВЭУ.

3. Проанализировать полученные результаты усовершенствованных мною ВЭУ.

4. Проектировать и изготовить мини ВЭУ.

Основные методы исследования: моделирование, разработка и модернизация.

Проектным продуктом является – действующий макет ветроэнергетической установки и исследовательская работа с презентацией.

Программа действий: Сначала искал информацию по экономному и современному стилю изготовления ВЭУ из школьных учебников, справочников, энциклопедии и интернета, затем, проанализировав полученную информацию, приступил к созданию макета установки и к оформлению работы.

Для постройки ВЭУ надо учесть следующие условия:

— Чертежи и схемы ВЭУ для постройки.

— Размер ветрогенератора и ВЭУ.

— Требования к ветру, воде и холоду.

— Безопасность для человека.

— Ориентация в потребностях.

В среднем для обеспечения одного дома требуется ВЭУ с мощностью 3 кВт.

Для повышения КПД ВЭУ необходимо:

— сделать лопасти из ткани, т. е. на основе паруса

— на корпус ВЭУ установить генераторы на основе громкоговорителя (микрофона).

Установив эти новшества на каждый ВЭУ нашей страны, мы повысим их работоспособность в несколько раз.

Ожидаемый результат: применение ветровых установок для личного подсобного хозяйства, как альтернативный источник электрической энергии, подтвердить информацию о широкой области использования ветровых установок.

Гипотеза исследования: ВЭУ имеют широкие области применения благодаря открытой возвышенной местности и модернизированной техники.

Ветер дует везде — на суше и на море. Человек не сразу понял, что перемещение воздушных масс связано с неравномерным изменением температуры и вращением земли, но это не помешало нашим предкам использовать ветер для мореплавания.

Первый ветродвигатель был, вероятно, простым устройством с вертикальной осью вращения, таким, например, как устройство, применявшееся в Персии за 200 лет до нашей эры для размола зерна. Использование такой мельницы с вертикальной осью вращения получило впоследствии повсеместное распространение в странах Ближнего Востока. Позже была разработана мельница с горизонтальной осью вращения, состоящая из десяти деревянных стоек, оснащенных поперечными парусами. Подобный примитивный тип ветряной мельницы находит применение до настоящего времени во многих странах бассейна Средиземного моря. В XI в. ветряные мельницы широко использовались на Ближнем Востоке и попали в Европу 10 в. при возвращении крестоносцев. В средние века в Европе многие поместные права, включая и право отказа в разрешении на строительство ветряных мельниц, вынуждали арендаторов иметь площади для посева зерна около мельниц феодальных поместий. Посадки деревьев вблизи ветряных мельниц запрещались для обеспечения «свободного ветра». В XIVв. голландцы стали ведущими в усовершенствовании конструкций ветряных мельниц и широко использовали их с этого времени для осушения болот и озер в дельте р. Рейн. Между 1608 и 1612 гг. Польдер Беемстер, находившийся на три метра ниже уровня моря, был осушен с помощью 26 ветродвигателей мощностью 37 кВт каждый.

Позже известный инженер — гидравлик Лигвотер, применив 14 ветродвигателей производительностью 1000 м/мин, перекачивавших воду в аккумулирующий бассейн, осушил за четыре года польдер Шермер. Затем 37 ветродвигателей перекачивали воду из бассейна в кольцевой канал, откуда она попадала в Северное море.

В 1582 г. в Голландии была построена первая маслобойня, использующая энергию ветра, через 4 года — первая бумажная фабрика, которая удовлетворяла повышенные требования к бумаге, обусловленные изобретением печатной машины. В конце XVI в. появились лесопильные заводы для производства лесоматериалов, импортируемых из прибалтийских стран. В середине XIX в. в Голландии использовалось для различных целей около 9 тыс. ветродвигателей. Голландцы внесли много усовершенствований в конструкцию ветряных мельниц и, в частности, ветроколеса.

Еще в 1714 году француз Дю Квит предложил использовать ветродвигатель в качестве движителя для перемещения по воде. Пятилопастное ветроколесо, установленное на треноге, должно было приводить в движение гребные колеса. Идея так и осталась на бумаге, хотя понятно, что ветер произвольного направления может двигать судно в любом направлении.

Позже для улучшения аэродинамической формы лопасти бруски были присоединены к ее задней кромке. В более современных конструкциях паруса были заменены тонким листовым металлом, использовались стальные махи и различные типы жалюзи и щитков для регулирования частоты вращения ветроколеса при больших скоростей ветра. Крупные ветряные мельницы заводского изготовления при больших скоростях ветра могли развивать мощность до 66 кВт.

Современная ВЭУ (ветроэнергетическая установка)

с горизонтальной осью вращения.

Условия для постройки ВЭУ.

Будет ли моя ВЭУ экономически целесообразным — больше всего зависит от качества ветра. В большинстве случаев, среднегодовая скорость ветра в 4.0-4.5 м/с (14.4-16.2 км/ч) является тем минимумом, чтобы ветрогенератор был экономически выгоден. В анализе ветра мне может помочь местная метеорологическая станция, где я могу посмотреть архив данных по силе ветра.

Для более точной оценки ветра в нашей местности мне необходимо приобрести устройство измеряющий скорость ветра — анемометр. Особенно это актуально, если местность, где будет устанавливаться ВЭУ холмистая или имеет необычный ландшафт.

Действительно ли мой район является достаточно ветреным для использования самодельного ветрогенератора?

Большинство людей думает, что они живут в ветреном месте, но фактически большинство жилых расположений не является подходящим для производства ветровой энергии. Деревья и здания повреждают силу ветра, и создают бурные порывы, которые могут быть очень разрушительными. Открытый районов вершины или прибрежные территории со свободными размещением могут быть подходящими для того, чтобы поместить ветродвигатель. Очень высокая башня полезна, но они осуждаются как не эстетический момент. Не забывайте эффект, который Ваш ветродвигатель может не удовлетворять соседей, которые, возможно, не совместно разделяют Ваш энтузиазм!

Место для размещения ветрогенератора.

Большое значение имеет место, где вы собираетесь разместить ВЭУ. Помните, что не следует его размещать вблизи деревьев, домов и т. п., т. к. вы не получите полной отдачи от ветряка!

В каком размере ветродвигателя я нуждаюсь?

Ветрогенератор работает с разреженным воздухом, таким образом, они должны быть большими относительно мощности, они производят электрическую энергию. Чтобы обеспечить современный дом энергией на хорошей территории, лопасти должны были бы охватить приблизительно 5 метров от наконечника до начала. Это известно как диаметр ротора. С осторожным сохранением энергии может быть достаточной машина меньшего размера. Диаметр ротора 2 метров мог бы привести приблизительно к 500 кВтч электричества ежегодно, по сравнению со средним ежегодным домашним потреблением примерно 4 500 кВтч.

Конструкция – общий взгляд.

Основные компоненты типичной ветряной электростанции показаны на рисунке ниже.

ротор с лопастями, которые имеют аэродинамическую форму. редуктор или коробка передач, которые согласует скорость вращения между ротором и генератором. Маленькие ветряки (до 10 кВт) обычно не имеют редуктора. защитный кожух, который защищает от внешних воздействий редуктор, генератор, электронику и другие компоненты ветрогенератора. хвост ветряка — необходим для его поворота по ветру.

Для ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения необходима мачта (вертикальные ветряки обычно устанавливаются прямо на земле).

Мачты бывают различных видов: на растяжках (которые жестко закреплены), поворотная мачта на растяжках (может подниматься и опускаться для обслуживания и ремонта), свободно стоящая мачта без растяжек (они тяжелые, но зато занимают не так много места на земле).

Очень важным факторов является высота мачты. Энергия ветра пропорциональна скорости ветра в третей степени (в кубе). То если скорость ветра удвоилась, то энергия ветра возрастет в 8 раз (2х2х2=8). Скорость ветра увеличивается с высотой, т. е. увеличивая высоту мачты можно сильно увеличить энергоэффективность ветряка.

Рекомендуемая высота установки 24-37 метров. Устанавливать ветряк на меньшей высоте — то же самое, что расположить солнечные батареи в тени.

Также важную роль в выработке большой энергии играют площадь и размеры лопастей. Чем больше площадь, тем больше энергии может вырабатывать ветряк. При удвоении площади солнечных батарей — мощность увеличивается вдвое. Также и в ветрогенераторе — при увеличении площади лопастей возрастает выходная мощность.

Если вы не знаете площадь лопастей ветряка, то вы можете сравнивать по диаметру ротора. Незначительное увеличение диаметра ротора ведет к значительному увеличению отдаваемой электроэнергии от ветрогенератора.

Для электробезопасности необходимо использовать разъединители и автоматические выключатели. Они также обеспечат безопасный доступ к ветряку для его обслуживания и модернизации.

Также могут понадобиться другие компоненты ветроэлектростанции. Аккумуляторы — смогут накапливать излишки электроэнергии от ветряка. Но, поскольку аккумуляторы используют постоянный ток, то для преобразования его в переменный необходим инвертор.

Если дом, ферма или хозяйство подключены к общей системе энергообеспечения, то ветренные дни излишек энергии можно продавать электросетям (неактуально для нашей страны). А когда ветер слабый и электроэнергии ветряка не хватает, то нужно будет покупать электроэнергию от общей электросети.

В связи с ростом цен на энергоносители, все больше владельцев частных домов обращаются к возобновляемых и нетрадиционных источников энергии (ВНИЭ), таких как ветровая, солнечная, гидроэнергия и геотермальная. Здесь расскажем, как рядовому гражданину нашей страны рационально и доступно, с финансовой точки зрения, можно воспользоваться энергией ветра.

Перед тем как будет продемонстрирован пример выбора ветроэлектростанции (ВЭС), следует узнать, каким образом поток воздуха трансформируется в электрическую энергию и сколько такой энергии можно будет получить на своем участке. По приведенной формуле можно рассчитать энергию, которая «гуляет» по вашим участкам:

Например, на площадь, равной 3 кв. м дует воздушный поток обычной плотности со скоростью 5 м/с. При таких условиях получим:

P = V3 • ρ • S = 53 • 1,25 • 12,5 = 1953,125

Где,
V — скорость ветра, единица измерения — м/с
ρ — плотность воздуха, единица измерения — кг/м3
S — площадь, на которую дует (пожимает) воздушный поток, единица измерения — м2

Все ветрогенераторы имеют максимальную скорость вращения ветра, выше которой они не могут работать. Когда скорость ветра превышает это значение, то в ветрогенераторе должен сработать тормозной механизм не допускающий превышения критического значения.

При использовании ветряка в холодных районах, необходимо позаботиться о проблеме обледенения, а также размещать аккумуляторный блок в изолированном месте.

Установка ветряка на крышу здания не рекомендуется. Но если он маленькой мощности (до 1 кВт), то можно сделать и исключение. Дело в том, что ветрогенератор может давать вибрацию, которая может передаваться на поверхность, на которой он установлен.

Ориентирование в потребностях.

Совершая покупку, мы не всегда точно знаем, что с ней делать и насколько она нам необходима. В случае с ветроэлектростанцией это следует непременно выяснить.

Вариант первый: Я хочу частично обеспечить свою квартиру независимым источником энергии (мой дом подключен к внешней сети. В таком случае мощность установки будет зависеть от количества энергии, которую вы хотите получать не из сети, а генерировать самостоятельно.

Вариант второй: Я хочу обеспечить свою квартиру независимым источником энергии, поэтому выбираю вариант ВЭУ (мой дом не подключен к внешней сети. В этом случае нужно точно знать свои потребности в электроэнергии.

В чем отличие этих двух вариантов? В обоих случаях требуется ВЭС, но необходимо знать, в какой мере она будет использоваться, следовательно, какой мощности установка будет нам нужна.

Подготовка к выбору ВЭУ правильнее будет написать подготовка к разговору с компанией-специалистом, кто же еще сможет предоставить услуги по установке, настройке и гарантийного обслуживания? Прежде чем сделать вам предложения, компания должна иметь некоторые сведения. Попробуем узнать о них. Это заинтересует и вас. Для двух приведенных выше вариантов подготовка имеет несколько общих пунктов:

1. Потребности. Если вы решили купить сок, то сначала оцениваете силу жажды, которую чувствуете. После этого покупаете бутылку сока соответствующего объема. Для установки ВЭС нужно знать свои «аппетиты». Под «аппетитами» в нашем случае следует иметь в виду количество потребляемой электроэнергии за сутки, месяц, время года. Необходимо также установить границу верхней нагрузки (к примеру, в праздничные дни в вашем доме работают одновременно два телевизора, музыкальный центр, компьютер, освещение в нескольких комнатах, микроволновая печь и т. д.), т. е. верхний предел нагрузки — это максимальное энергопотребление вашего жилища. Необходимо также знать продолжительность этой максимальной нагрузки. Установить общее энергопотребление очень просто, однако это потребует от вас изрядной тщательности. Ваша задача — выяснить мощность каждого электроприбора в помещении и время его работы, а после внести сведения в таблицу.

2. Размещение. Следующим подготовительным этапом будет ориентировочный выбор места расположения ВЭУ. Ориентировочный, поскольку только специалисты смогут определить наилучший вариант для Вашего индивидуального случая. Однако есть несколько пунктов, которые позволяют лучше представить возможное расположение ВЭУ. Следует помнить 3 золотых правила:
* Турбулентность. Ветротурбина должна размещаться на 10 метров выше наивысшиего объекта в радиусе 100 метров (включая ЛЭП).
* По возможностью, ВЭУ должен размещаться на открытых участках (берегах рек, морей, озер).
* Орография местности. Следует учитывать, что в природных ущельях, каньонах поток воздуха имеет свойство сжиматься и, как следствие, увеличивается его скорость. Подобную ситуацию можно наблюдать на пригорках.

3. В случае, если ваш загородный дом не планируется подключать к общей сети, то следует рассмотреть вариант комбинированных систем:
* ВЭУ + Солнечные батареи
* ВЭУ + Дизель

Комбинированные варианты помогут решить проблемы в регионах, где ветер переменчивый или зависит от времени года, а также данный вариант является актуальным для солнечных батарей.

Определение мощности ВЭУ для обеспечения энергоснабжением нашего дома.

Цель работы: определить мощность ВЭУ для обеспечения нашего дома работой всеми электроприборами.

Оборудование: таблицы мощностей всех крупных электроприборов.

Ход работы: 1.В руководствах по эксплуатации найду мощности наиболее крупных приборов, которые находятся у нас дома.

Источник