Отопление ветром
«Укротить» энергию ветра и использовать ее на бытовые нужды можно, именно об этом и поговорим
Что нужно для отопления ветром?
Самыми важными компонентами, без которых невозможно вести речь об отоплении ветром, это ветро генератор и сам ветер.
Бытует мнение, что ветрогенераторы оправдывают себя лишь в прибрежных районах и на севере нашей страны. Однако в ходе последних исследований установлено, что в некоторых центральных районах России, например, в Белгородской области, направленные воздушные потоки (проще говоря, ветер) не менее частые гости, чем в Архангельске, а скорость их движения позволяет вести речь об использовании ветра, как наиболее перспективного источника альтернативной энергии.
Устанавливать ветрогенераторы следует на открытой местности, там, где наибольшая вероятность «поймать» воздушный поток.
Принцип действия ветрогенератора
Ветрогенератором называют устройство, предназначенное для преобразования кинетической энергии воздушного потока в механическую энергию вращения ротора, которая затем может быть использована на различные цели. Примером ветрогенератора прошлого является ветряная мельница, в которой механическая энергия ротора приводит в движение жернова, перемалывающие зерно.
В устройстве современных ветрогенераторов в подавляющем большинстве случаев практикуется преобразование механической энергии движения ротора в электрическую энергию, которая, затем аккумулируется и используется по мере надобности. Именно по этой причине ветрогенераторы называют ветроэлектрическими установками, сокращенно ВЭУ.
Условно ветрогенераторы можно разделить на промышленные, коммерческие и бытовые, предназначенные для использования энергии ветра в бытовых целях, в нашем случае на отопление жилища. Также различают ветрогенераторы по мощности, для расчета которой можно использовать формулу:
где: -V — скорость ветра,
-p — плотность воздуха,
S — ометаемая площадь.
Отсюда следует, что производительность ветровой установки прямо пропорциональна скорости ветра и площади контактных поверхностей лопастей ветрогенератора (ометаемой площади). Проще говоря, чем больше лопасти ветрогенератора, тем большего от него можно ожидать.
В то же время, от небольшого устройства, смонтированного на крыше дома и сопоставимого с флюгером по своим размерам, вряд ли следует ожидать высокой производительности и отдачи: обогреть с его помощью дом не удастся, разве только немного подогреть воду в отопительной системе.
В зависимости от конструктивных особенностей различают ветрогенераторы следующих видов:
с вертикальной осью вращения, которые в свою очередь могут быть роторными или лопастными
с горизонтальной осью вращения или крыльчатые
Наиболее производительными, а, значит, эффективными, являются горизонтально-осевые установки, позволяющие преобразовывать до 30% энергии потока ветра в механическую энергию. Для сравнения у роторных ветрогенераторов этот показатель в лучшем случае составляет 20%.
Подбор ветрогенератора по мощности
Номинальная мощность ветрогенератора, указанная в его паспорте, характеризует его производительность при самых оптимальных условиях эксплуатации и наличии устойчивого воздушного потока. Для обогрева 10 м2 жилого дома в среднем нужен 1 кВт тепловой энергии. Это значит, что ветрогенератор, мощностью 3 кВт обеспечит теплом только 30 м2 жилья. Соответственно для отопления дома большей площади нужен или более производительный ветряк или сразу несколько устройств малой мощности.
Какой он, ветрогенератор?
Для примера можно использовать бытовой ветрогенератор Exmork 3мощностью 3 кВт. Размах его крыльев составляет 4 м. Примерно такие же габаритные размеры у противовеса, необходимого для устойчивого положения крыльчатки в пространстве. Для обеспечения номинальной производительности устройства, ветрогенератор монтируют на специальной штанге, высота которой составляет от 10 метров и более.
Остается добавить, что эксплуатация ветряка неизменно сопровождается вибрацией, а, наиболее восприимчивые граждане сетуют еще и на шум от крутящихся лопастей, поэтому устанавливать их нужно только на отдельно стоящую мачту, желательно на некотором расстоянии от дома. Любая попытка укрепить устройство мощностью более 500 Вт на крыше дома должна рассматриваться, как ошибочная и опасная.
Устанавливают мачту ветряка на специально подготовленный и предварительно рассчитанный фундамент, помня о том, что ветер непредсказуем и может не только обеспечить теплом, но и разрушить ветрогенератор, опрокинув его. Хорошо, если при этом не пострадают люди и постройки, расположенные вблизи.
Все это позволяет вести речь о наиболее характерных особенностях (трудностях), связанных с эксплуатацией ветрогенераторов, с которыми придется столкнуться при принятии решения отапливать дом с помощью энергии ветра. Перечислим их:
неправильно сделанный фундамент
обледенение, увеличивающее вес лопастей и снижающее мощность устройства
выход из строя тормозной системы (разнос устройства)
возгорание, возникающее при трении движущихся частей ветрогенератора
удар молнии и сопутствующий ему пожар
Для тех, кого не испугали перечисленные трудности, приятным бонусом станет бесплатная электрическая или тепловая энергия, выработка которой вполне окупит затраты на приобретение и эксплуатацию ветрогенератора, повысит самооценку его собственника и, к тому же, поможет сохранить природу для потомков.
Ветрогенератор куплен! Что дальше?
Отапливать дом энергией ветра можно двумя способами:
Преобразовать механическую энергию ротора в электрическую энергию, а, затем, с ее помощью включить в работу электрические приборы отопления.
Для этого нужно соответствующее оборудование, в состав которого входит аккумуляторная батарея соответствующей емкости, инвертор, контролер заряда и т.д. Достоинством этого способа использования энергии ветра является взаимозаменяемость: при недостатке поступления электричества в безветренную погоду можно приборы отопления включить в общую электрическую сеть.
К недостаткам следует отнести низкий КПД, сложность эксплуатации оборудования и высокую стоимость аккумуляторных батарей, эксплуатационные характеристики которых пока желают лучшего.
Преобразование механической энергии ротора непосредственно в тепловую энергию и нагрев теплоносителя. Для этого используется вихревой теплогенератор ВТГ
Именно этот способ отопления ветром следует считать наиболее оптимальным и эффективным: удается избежать промежуточного звена преобразования механической энергии в электрическую энергию, что позволяет повысить КПД процесса.
Недостатком прямого получения тепла от энергии ветра является нестабильная работа ветрогенератора (нет ветра, нет тепла). Для компенсации этого явления можно использовать теплоаккумулирующие баки, закладываемые под фундамент дома и нагреваемые при чрезмерной выработке тепла.
Остается добавить, что только с помощью ветрогенератора можно главный недостаток плохой погоды, сильный ветер, сделать ее достоинством!
Теплоснабжение с применением ветроэнергетических установок
А. В. Бежан, Центр физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра РАН, г. Апатиты
В области использования энергии ветра в России наработан огромный опыт в создании и эксплуатации ветроэнергетических установок (ВЭУ), являющихся экологически чистым возобновляемым источником энергии. В статье рассматривается возможность организации теплоснабжения с участием ветроэнергетических агрегатов разной мощности, и дается оценка получаемого при этом энергосберегающего эффекта.
Применение ВЭУ для теплоснабжения потребителей подразумевает подключение этих агрегатов в существующую систему теплоснабжения небольших городов и поселков, расположенных в ветреных районах страны и испытывающих трудности в обеспечении работающих котельных топливом по разным причинам: трудности транспортировки, постоянный рост цен на традиционные энергоносители и т. п.
На рис. 1 приведена принципиальная схема возможного присоединения ВЭУ к действующей системе децентрализованного теплоснабжения, т. е. когда источник и потребитель тепла находятся рядом. Данные для оценки получаемого энергосберегающего эффекта при подключении ВЭУ в систему обеспечения теплом потребителя были взяты из результатов непрерывных наблюдений за скоростью ветра и температурой наружного воздуха, полученных на ветроэнергетическом полигоне ИФТПЭС КНЦ РАН, расположенном на побережье Баренцева моря в пос. Дальние Зеленцы 1 .
 | |
 |
 |
