Использование энергии ветра

От огромных ветряных электростанций до небольших турбин, питающих один дом, ветряные турбины по всему миру вырабатывают чистую электроэнергию для различных нужд.

В Соединенных Штатах ветряные турбины становятся обычным явлением. С начала века общая мощность ветроэнергетики в США увеличилась более чем в 24 раза. В настоящее время в США имеется достаточно мощностей ветровой энергетики, чтобы генерировать достаточно электроэнергии для питания более 15 миллионов домов, что помогает проложить путь к будущему экологически чистой энергии.

Что такое ветряная турбина?

Концепция использования энергии ветра для производства механической энергии насчитывает тысячелетия. Еще в 5000 году до нашей эры египтяне использовали энергию ветра для движения лодок по реке Нил. Американские колонисты полагались на ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачки воды и рубки древесины на лесопилках. Сегодняшние ветряные турбины — это современный эквивалент ветряной мельницы, преобразующий кинетическую энергию ветра в чистую возобновляемую электроэнергию.

Как работает ветряная турбина?

Большинство ветряных турбин состоят из трех лопастей, закрепленных на башне из трубчатой стали. Реже встречаются разновидности с двумя лопастями, с бетонными или стальными решетчатыми башнями. На высоте 100 футов или более над землей башня позволяет турбине использовать более высокие скорости ветра, характерные для больших высот.

Турбины улавливают энергию ветра своими пропеллерными лопастями, которые действуют подобно крылу самолета. Когда дует ветер, на одной стороне лопасти образуется карман воздуха низкого давления. Затем воздушный карман низкого давления притягивает лопасть к себе, заставляя ротор вращаться. Это называется лифт. Подъемная сила намного больше, чем сила ветра, действующая на переднюю сторону лопасти, что называется сопротивлением. Сочетание подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер.

Ряд шестерен увеличивает скорость вращения ротора примерно с 18 оборотов в минуту до примерно 1,800 оборотов в минуту — скорость, которая позволяет генератору турбины производить электричество переменного тока.

Обтекаемый корпус, называемый гондолой, содержит ключевые компоненты турбины, обычно включая шестерни, ротор и генератор, которые находятся внутри корпуса, называемого гондолой. Некоторые гондолы, расположенные на вершине башни турбины, достаточно велики, чтобы на них мог приземлиться вертолет.

Другим ключевым компонентом является контроллер турбины, который удерживает скорость ротора от превышения 55 миль в час, чтобы избежать повреждений от сильного ветра. Анемометр непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру. Тормоз, также расположенный в гондоле, останавливает ротор механически, электрически или гидравлически в аварийных ситуациях. Изучите интерактивную графику выше, чтобы узнать больше о механике ветряных турбин.

Типы ветряных турбин

Существует два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью и с вертикальной осью.

Большинство ветряных турбин имеют горизонтальную ось: конструкция в виде пропеллера с лопастями, вращающимися вокруг горизонтальной оси. Турбины с горизонтальной осью расположены либо против ветра (ветер бьет по лопастям раньше, чем башню), либо по ветру (ветер бьет по башне раньше, чем лопасти). Ветряные турбины также включают в себя привод рыскания и двигатель — компоненты, которые поворачивают гондолу, чтобы удерживать ротор по направлению ветра при изменении его направления.

Хотя существует несколько производителей ветряных турбин с вертикальной осью, они не проникли на рынок коммунальных услуг (мощностью 100 кВт и выше) в той же степени, что и турбины с горизонтальным доступом. Турбины с вертикальной осью делятся на две основные конструкции:

Тормозные турбины, или турбины Савониуса, обычно имеют роторы со сплошными лопастями, которые вращаются вокруг вертикальной оси.
Турбины на основе подъемной силы, или турбины Дарье, имеют высокий вертикальный аэродинамический профиль (некоторые из них имеют форму взбивателя яиц). Windspire — это тип подъемной турбины, которая проходит независимые испытания в Национальном центре ветровых технологий Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

Применение ветряных турбин

Ветряные турбины используются в самых разных областях — от использования прибрежных ветровых ресурсов до выработки электроэнергии для одного дома:

Крупные ветряные турбины, которые чаще всего используются коммунальными службами для подачи электроэнергии в сеть, имеют мощность от 100 киловатт до нескольких мегаватт. Эти турбины коммунального масштаба часто группируются вместе в ветряных электростанциях для производства большого количества электроэнергии. Ветряные электростанции могут состоять из нескольких или сотен турбин, обеспечивая достаточно энергии для десятков тысяч домов.
Небольшие ветряные турбины мощностью до 100 киловатт, как правило, располагаются рядом с местами, где будет использоваться вырабатываемая электроэнергия, например, рядом с домами, телекоммуникационными антеннами или водонасосными станциями. Небольшие турбины иногда подключают к дизельным генераторам, батареям и фотогальваническим системам. Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах, где подключение к коммунальной сети недоступно.
Оффшорные ветряные турбины используются во многих странах для использования энергии сильных, устойчивых ветров, возникающих у береговых линий. Технический ресурсный потенциал ветров над прибрежными водами США достаточен для выработки более 4,000 гигаватт электроэнергии, что примерно в четыре раза превышает генерирующую мощность нынешней электроэнергетической системы США. Хотя не все эти ресурсы будут освоены, это открывает большие возможности для обеспечения электроэнергией густонаселенных прибрежных городов. Чтобы воспользоваться огромными оффшорными ветровыми ресурсами Америки, Департамент инвестирует в три демонстрационных проекта оффшорной ветроэнергетики, предназначенных для развертывания офшорных ветровых систем в федеральных водах и водах штата к 2017 году.

Будущее ветряных турбин

Чтобы обеспечить будущий рост ветровой промышленности США, программа Министерства энергетики по ветру работает с отраслевыми партнерами над повышением надежности и эффективности технологии ветряных турбин, а также снижением затрат. Исследовательские усилия программы помогли увеличить средний коэффициент мощности (показатель производительности электростанции) с 22 процентов для ветряных турбин, установленных до 1998 года, до более чем 32 процентов для турбин, установленных в период с 2006 по 2012 год. Затраты на энергию ветра были снижены с более от 55 центов за киловатт-час (кВтч) в 1980 году до менее 6 центов/кВтч сегодня в районах с хорошими ветровыми ресурсами.

Ветряные турбины предлагают уникальную возможность использовать энергию в тех областях, где население нашей страны больше всего в ней нуждается. Это включает в себя потенциал морского ветра для обеспечения электроэнергией населенных пунктов вблизи береговой линии, а также способность наземного ветра поставлять электроэнергию в сельские общины с несколькими другими местными источниками энергии с низким уровнем выбросов углерода.

Департамент энергетики продолжает работу по развертыванию ветровой энергии в новых районах на суше и на море и обеспечению стабильной и надежной интеграции этой энергии в электрическую сеть нашей страны.

Как я могу принять участие?

Присоединяйтесь к нам сегодня для нашей ветряной турбины часы работы Twitter в 2:XNUMX по восточному времени.

Чтобы принять участие в обсуждении, заранее отправьте свои вопросы в социальных сетях с помощью #HowEnergyWorks или по электронной почте newmedia@hq.doe.gov.

Ветер — это возобновляемый источник энергии, который мы можем использовать для самых разных целей. Если вы когда-нибудь задумывались над тем, как на самом деле используется энергия ветра, то эту статью стоит прочитать. Мы исследуем различные способы использования кинетической энергии ветра. Некоторые из этих применений могут даже стать для вас неожиданностью.

1 – Для производства энергии ветра

Одним из самых популярных способов использования энергии ветра является производство электроэнергии. Во время этого процесса ветряная турбина использует энергию ветра. Когда ветер начинает вращать лопасти турбины, начинает вращаться генератор, который производит электричество.

Популярность и эффективность ветроэнергетики возросла с тех пор, как была создана первая турбина, вырабатывающая электроэнергию. Еще в 1887 году шотландский академик Джеймс Блит построил первую в мире ветряную турбину, которая обеспечивала электричеством освещение его загородного дома.

Сегодня существуют технологии, позволяющие нам строить огромные ветряные электростанции. Как наземные, так и морские ветряные электростанции могут снабжать энергией миллионы домов в зависимости от их размера.

2 – В транспорте

Другое использование энергии ветра в транспорте. Цивилизации на протяжении многих тысячелетий использовали энергию ветра для плавания. Исследователи считают, что парусный спорт в той или иной форме существовал еще с 5000 г. до н.э. В более поздние времена мы видели как маленькие, так и большие корабли, способные плыть под действием ветра.

Вас может удивить, что некоторые современные судоходные компании снова начинают использовать энергию ветра. На судах, включая рыболовные траулеры и даже грузовые суда, установлены большие воздушные змеи. Это может помочь снизить расход топлива в дальних поездках на целых 30% при правильных условиях. Это очевидная привлекательность для компаний, которые тратят значительные суммы на топливо, и для тех, кто хочет уменьшить свой углеродный след.

3 – Для ветровых видов спорта

Более приятное использование энергии ветра – это спорт и деятельность, основанная на силе ветра. Вот лишь некоторые из видов спорта, в которых используется энергия ветра:

Виндсерфинг – здесь используются мачта и парус, прикрепленные к доске для серфинга, на которой человек будет стоять, управляя парусом.
Парусный спорт. Это более традиционное использование энергии ветра может использоваться в спорте, когда отдельные лица или команды соревнуются друг с другом.
Наземный парусный спорт – похож на парусный спорт, только он выполняется на суше с помощью небольшого транспортного средства с колесами и парусом.
Кайтсерфинг – человек, который занимается кайтсерфингом, будет стоять на доске для серфинга, держась за кайта. Затем они катаются как по волнам, так и по воздуху, достигая при этом значительных высот.
Кайтбординг – аналогично кайтсерфингу, только кайтбординг выполняется на суше, а доска для серфинга заменяется доской меньшего размера с колесами.
Кайтэбаггинг – это похоже на кайтбординг, только вместо доски используется небольшая багги, а человек сидит вместо стоек.

Хотя вы можете подумать, что такие виды спорта, как прыжки с парашютом и планеризм, используют энергию ветра, на самом деле это неверно. Эти виды спорта классифицируются как «воздушные виды спорта» и не обязательно используют энергию ветра для движения.

4 – В производстве продуктов питания

Энергия ветра традиционно используется в производстве продуктов питания. До промышленной революции ветряные мельницы широко использовались для помола зерна, чтобы его можно было использовать для производства продуктов питания, таких как хлеб. В последнее время появление электричества и двигателей устранило потребность в таких конструкциях. В результате фабрики теперь могут гораздо эффективнее производить такие предметы, как мука.

5 – Для перекачки воды

Возможно, вы не знаете, что энергию ветра можно также использовать для перекачивания воды с помощью ветряного насоса. Ветряные насосы похожи на традиционные ветряные мельницы, но вместо перемалывания зерна они могут качать воду.

Эти сооружения исторически использовались для осушения земли. Так же, как ветряные мельницы, используемые в производстве продуктов питания, почти все ветряные насосы были заменены в связи с появлением электродвигателей.

Обзор

Итак, у нас есть пять самых популярных способов использования энергии ветра. Хотя некоторые из них более популярны, чем другие, каждое использование имеет свои преимущества. Мы можем использовать ветряные ресурсы для собственного удовольствия, чтобы уменьшить свой углеродный след или даже уменьшить нашу зависимость от ископаемого топлива.

В настоящее время ветроэнергетические технологии, которые производят электроэнергию, безусловно, являются наиболее популярными. Исторически самым популярным видом использования энергии ветра был парусный спорт. Также были очень популярны ветряные мельницы, которые перемалывали зерно для производства продуктов питания.