РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ЗДАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Аннотация. Вероятно, вы видели их, возможно, на длинных дорожных поездках: ветряные турбины с огромными гипнотическими лопатками, преобразующие чистую энергию ветра в электрическую энергию. Что вы, возможно, не знаете, так это то, что из-за быстрого роста количества используемых ветровых турбин, когда мы охватываем более чистые источники энергии, эти ветряные электростанции, возможно, не так продуктивны, как они могли бы быть.

Abstract. You've probably seen them, perhaps on long roadtrips: wind turbines with enormous, hypnotic rolling blades, harnessing the clean power of wind for conversion into electric energy. What you may not know is that for the explosion in the number of wind turbines in use as we embrace cleaner sources of energy, these wind farms are quite possibly not as productive as they could be.

Ключевые слова: Ветряные турбины, энергия ветра, источники энергии, ветряные электростанции.

Keywords: Wind turbines, power of wind, electric energy, wind farms.

Ветер является возобновляемым источником энергии. В целом, использование ветра для производства энергии оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем многие другие источники энергии. Ветровые турбины не выделяют выбросов, которые могут загрязнять воздух или воду (за редким исключением), и для охлаждения им не требуется вода. Ветряные турбины могут также уменьшить количество вырабатываемой электроэнергии из ископаемого топлива, что приводит к снижению общего загрязнения воздуха и выбросов углекислого газа.

Существует два основных типа ветряных турбин:

• Турбины с горизонтальной осью
• Турбины с вертикальной осью

Размер ветряных турбин варьируется в широких пределах. Длина лопастей является наибольшим фактором при определении количества электроэнергии, которое может генерировать ветряная турбина. Небольшие ветряные турбины, которые могут питать один дом, могут иметь электрическую мощность 10 киловатт (кВт). Крупнейшие действующие ветряные турбины имеют мощность выработки электроэнергии до 10 000 кВт, а более крупные турбины находятся в разработке. Большие турбины часто группируются вместе для создания ветряных электростанций или ветряных электростанций, которые обеспечивают электроэнергией электрические сети.

Турбины с горизонтальной осью похожи на двигатели воздушного винта самолета.

Турбины с горизонтальной осью имеют лопасти, такие как воздушные винты, и обычно имеют три лопасти. Самые большие турбины с горизонтальной осью имеют высоту 20-этажного здания и имеют лопасти длиной более 100 футов. Более высокие турбины с более длинными лопастями генерируют больше электричества. Почти все используемые в настоящее время ветряные турбины являются турбинами с горизонтальной осью.

Вертикальные оси турбины выглядят как взбиватели яиц.

Турбины с вертикальной осью имеют лопасти, которые прикреплены к верхней и нижней части вертикального ротора. Наиболее распространенный тип турбины с вертикальной осью - ветряная турбина Darrieus, названная в честь французского инженера Жоржа Дарриуса, который запатентовал конструкцию в 1931 году, - выглядит как гигантский венчик с двумя лопастями. Некоторые версии турбин с вертикальной осью имеют высоту 100 футов и ширину 50 футов. Очень немногие ветрогенераторы с вертикальной осью используются сегодня, потому что они не работают так же хорошо, как турбины с горизонтальной осью.

«Мы разрабатываем турбины чтобы пользоваться самим, но мы почти никогда сами их не используем», - сказал профессор машиностроения UC Santa Barbara Паоло Луццатто-Фегиз. Исторически сложилось так, что, по его словам, ветряные турбины использовались индивидуально или в небольших группах, но так как мир движется к экологически чистым энергетическим технологиям, они теперь находятся в группах по сотням или даже тысячам.

Проблема с этими крупными установками заключается в том, что каждая машина, которая была предназначена для извлечения как можно большего количества энергии из встречного ветра, может помешать другим машинам работать на 100%, объяснил Луццатто-Фегиз. В зависимости от того, как турбины расположены относительно друг от друга и преобладающего ветра, те, кто не находится прямо на пути ветра, могут быть оставлены для извлечения энергии из значительно обедненного воздушного потока.

«Эти турбины сейчас очень хороши в извлечении энергии из ветра, но они также формируют эти большие тени ветра», - сказал Луццатто-Фегиз. Подобно тому, как структуры могут ослабить поток света с одной стороны на другую, энергия ветра также уменьшается, когда она течет от передней части турбины к ее тылу. В результате не все турбины в ветропарке оправдывают свой потенциал.

«Итак, вы можете видеть, что дело не в количестве турбин на вашем участке земли, потому что в какой-то момент вы попадаете в эти убывающие прибыли», - сказал он. «Есть места, где, если вы продолжаете добавлять турбины, количество энергии, которую вы получаете, становится меньше».

Однако, согласно Луццатто-Фегиз и Колм-килле П. Колфилду, профессору Кембриджского университета в U.K, есть способы обойти эту проблему уменьшения отдачи ветра. И, как они сказали, эти усовершенствования могут привести к поэтапным улучшениям в производстве энергии ветряных электростанций.

Главная цель, по мнению этих двух исследователей, - предоставить всем турбинам доступ к высокоскоростному воздушному потоку, из которого они могут извлечь большее количество энергии. Так как ветер над фермой намного быстрее, чем между турбинами, смешивание воздушного потока после турбин с вышеприведенным воздухом может стать ключом к тому, чтобы получить больше ударов по вашей ветровой турбине.

«Если бы вы каким-то образом изобрели гаджет, который для каждой из этих турбин заставит эти волны очень быстро перемешаться, вы можете потенциально иметь эти огромные улучшения», - сказал Луззатто-Фегиз.

Еще одно потенциальное решение - относительно новая версия ветряной турбины, в которой лопасти вращаются на вертикальной оси, подобно лопастям лезвия, в отличие от традиционной горизонтальной оси.

«Они не работают так же хорошо ординарно, но важно, что они по существу могут вызвать гораздо более сильное перемешивание в их следах, - сказал он, - и люди показали, что если вы установите их в местах, где они вращаются в противоположных направлениях друг к другу они могут вызвать очень сильное перемешивание ».

Модели, разработанные исследователями, могут привести к созданию более эффективных ветряных электростанций, что в некоторых случаях может не потребовать такого количества турбин, как считалось ранее, что уменьшает потенциальные затраты. Модели также могут привести к созданию пользовательских решений, которые связаны с конкретным ландшафтом фермерских обьектов и местными погодными условиями.

«Мы очень рады, что можем все очень точно смоделировать» - сказал Луззатто-Фегиз.

Список литературы:

1. Паоло Луццатто-Фегиз, Колм-килле П. Колфилд. Увлекательная модель для полностью развитых ветряных электростанции: влияние атмосферной стабильности и идеальная граница для работы ветряных электростанции. Physical Review Fluids, 2018.

References:

1. Paolo Luzzatto-Fegiz, Colm-cille P. Caulfield. Entrainment model for fully-developed wind farms: Effects of atmospheric stability and an ideal limit for wind farm performance. Physical Review Fluids, 2018.