Альтернативные источники энергии (стр. 5 из 11)

Все перечисленные типы двигателей работают в результате наличия разности сил лобового давления, образуемых относительно оси вращения. При этом нетрудно показать, что наибольшую мощность двигатель развивает в том случае, когда рабочая плоскость, воспринимающая давление ветра, движется по направлению потока со скоростью, примерно равной 1/3 его скорости. Большинство из указанных типов двигателей имеет весьма простую конструкцию, но тем не менее они не нашли широкого распространения из-за своей тихоходности, громоздкости, малого значения коэффициента использования энергии ветра ij (в лучших условиях он не превышает 0,18), больших трудностей, возникающих при необходимости оборудования их системами автоматического регулирования развиваемой мощности и частоты вращения.

В последние годы в ряде зарубежных стран (США, Канаде, Аргентине, Великобритании и др.) большое внимание привлекли к себе ветродвигатели с вертикальной осью вращения, предложенные в 30-х годах французским изобретателем Дарье. Этот ветродвигатель (рис. 4.7) отличается тем, что его ветроприемное устройство — ротор состоит из двух-четырех изогнутых лопастей, имеющих в поперечном сечении аэродинамический профиль. Лопасти, закрепленные в точках А и Б на оси вращения, изогнуты так, что образуют пространственную конструкцию, вращающуюся под действием подъемной силы, возникающей на лопастях от ветрового потока. Это позволяет повысить величину £ до 0,3—0,32. Преимуществами такого ветродвигателя являются его меньший относительный вес на единицу мощности, чем у других типов двигателей с верти-

риc. 1.5. Ветродвигатель (ротор) системы Дарье:

1 - лопасти; 2 - вал; 3 - растяжки; 4 - опора; 5 - привод

кальной осью вращения, большая быстроходность. Кроме того, в отличие от двигателей с горизонтальной осью система Дарье не нуждается в механизме ориентации по направлению ветрового потока.

Более совершенными двигателями являются так называемые крыль-чатые ветродвигатели с горизонтальной осью вращения ветроколеса, рабочий момент на котором создается за счет аэродинамических сил, возникающих на лопастях, которые в простейших конструкциях представляют собой плоскости. В современных агрегатах применяют лопасти, имеющие специальный аэродинамический профиль. Они появились примерно в IV—III в. до н. э. в Александрии [321.

Рис. 1.6. Принципиальная схема ветродвигателя крыльчатого типа с горизонтальной осью вращения:

/ - редуктор; 2 - генератор; 3 - вертикальный вал

Рис. 1.7. Принцип работы ветроколеса:

а - подъемная сила крыла Р_у; б - план скоростей воздушного потока и сил, действующих на лопасть

Такие ветродвигатели более быстроходные, имеют меньшую относительную массу, снабжены устройствами, автоматически регулирующими развиваемую мощность, ограничивающими частоту вращения и ориентирующими ось вращения ветроколеса по направлению вектора скорости потока. Коэффициент использования энергии ветра у них примерно в 3 раза выше, чем у двигателей карусельного, роторного и барабанного типов.

В большинстве стран производят и применяют только крыльчатые ветродвигатели. Двигатели других типов изготовляют обычно кустарным путем или производят в очень небольших количествах. Поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать только агрегаты и установки с двигателями крыльчатого типа. Основным рабочим органом такого двигателя является ветроколесо с лопастями, расположенными по радиусам и под некоторым углом tpк плоскости вращения. Число лопастей может быть различным и зависит от назначения двигателя. При обтекании воздушным потоком крыла под ним создается зона повышенного давления, а над ним, напротив, пониженного. Это обусловливает возникновение подъемной силы P_v, которая создает вращающий момент на ветроколесе

Электрические зарядные ветроагрегаты, предназначенные для зарядки аккумуляторов с целью освещения жилищ чабанов, полевых станов, юрт оленеводов, палаток и домиков различных экспедиций, а также для питания сигнальных устройств, радиоузлов, приемников и телевизоров, обычно имеют мощность 1 кВт и используются в неэлектрифицированных, удаленных от линий электропередачи и малонаселенных районах, где v_v> 3,5 м/с. Агрегаты мощностью от 50 Вт до 1,5 кВт применяют также в качестве энергоустановок для питания устройств катодной защиты магистральных нефте- и' газопроводов, морских эстакад, питания автоматических метеостанций и опреснительных установок индивидуального пользования. Агрегаты снабжены аккумуляторными батареями низкого напряжения (6—24 В), которые работают в буферном режиме.

Агрегат АВЭУ-2 (прежняя марка — АВЭС-0,1) имеет следующие узлы (рис. 5.26): ветроколесо 1 диаметром 2 м, головка 2, хвост 3, стойка 4 и электрический щиток с аккумуляторной батареей. Стойка головки прикреплена к опорному столбу 5 и растяжками 6, на котором укреплен рычаг ручного управления, с помощью которого, тормозя вал генератора, останавливают агрегат.

Ветроколесо имеет две металлические лопасти, поворачивающиеся в подшипниках втулки, закрепленной- на валу генератора. Центробежный регулятор работает по такому же принципу, как 'и агрегат «Беркут». В зависимости от скорости ветра и величины нагрузки частота вращения изменяется в диапазоне от 300 до 800 об/мин.

На стойке, несущей ферму с хвостовым оперением, закреплен генератор с возбуждением от постоянных магнитов. В нем расположены трехфазная неподвижная статорная обмотка и ротор в виде восьмиполюсного постоянного магнита. Они размещены в корпусе из алюминиевого сплава. В зависимости от способа соединения обмоток генератор вырабатывает ток напряжением 26 или 15 В.

Генератор соединен с электрическим щитком трехжильным кабелем, пропущенным сквозь трубу стойки, которая может поворачиваться в

Скорость ветра, м/с

Показатели —--------------------------------4 5 6 7 8 и выше

Мощность, кВт 0,8 1,6 4,5 7,8 12 Qnpи H#Ј=50M- 5,9 11,3 14,1 16Q при H #2 = 100 м - 4,6 9,7 12 15

Таблица 1

Полезная мощность и подача агрегата «Сокол», м³/чупорном шарикоподшипнике и направляющей втулке. Щиток имеет один-два селеновых выпрямителя, собранных по трехфазной двухполу-периодной схеме, амперметр для контроля работы агрегата, выключатели, предохранитель и зажимы для присоединения нагрузки к аккумуляторной батарее (рис. 5.27). Транзисторный преобразователь используется для питания телевизора.

Рис.1.9. Электрическая схема агрегата АВЭУ-2:

/ - ветроэлектроагрегат; 2 — электрощит; 3 - преобразователь; 4 - телевизор; 5 - радиоприемник; 6 - аккумуляторные батареи; 7 - электрическое освещение

Рис. 1.10. Электрический агрегат Д-4 для зарядки аккумуляторных батарей

Для предохранения батарей от перезаряда и выкипания электролита предусмотрена релейная автоматика, которая подключает к генератору дополнительную нагрузку при достижении напряжения аккумулятора 15 В и избытке мощности. Этим снижаются напряжение и ток заряда до 0,5 - 1 А.

Агрегат работает с аккумуляторными батареями 6СТ-128 или ЗСТ-84 напряжением 6,12 или 24 В.

Агрегат Д-4 представляет интерес как пример весьма простого по конструкции и устойчивого в работе устройства для получения электрической энергии. Он имеет ветроколесо с регулятором частоты вращения, редуктор, генератор, опору с хвостом, опорный столб с растяжками и рычагом механизма ручного пуска и останова, а также электрический щиток. Простейший по конструкции редуктор и генератор постоянного тока мощностью 750 Вт составляют головку Колесо и регулятор по принципу действия такие же, как у агрегата «Беркут».

ГЛАВА 2

ВИДЫ ЭНЕРГИИ МИРОВОГО ОКЕАНА

§2.1ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ОКЕАНСКОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Резкое увеличение цен на топливо, трудности с его получением, сообщения об истощении топливных ресурсов — все эти видимые признаки энергетического кризиса вызвали в последние годы во многих странах значительный интерес к новым источникам энергии, в том числе к энергии Мирового океана.

Естественно, этот интерес особенно велик в странах, не обладающих достаточными собственными топливными ресурсами, т. е. запасами нефти, газа, угля и пр. Например, в Японии осуществляется национальная программа «Солнечный свет», которая предусматривает к 2000 г. покрытие более 70 % всего энергетического потребления страны за счет новых источников энергии, в том числе — за счет энергии океана. В Англии на исследования в этой области было выделено 13 млн. фунтов стерлингов. Предполагается, что наилучший принцип преобразования энергии волн ляжет в основу будущих мощных волновых электростанций, способных обеспечить значительную часть (до 30 %) потребности этой страны в электроэнергии. В Норвегии реализуется программа по использованию энергии морских волн; па исследования в этой области израсходовано 10 млн. крон. Ведется строительство двух опытных волновых электростанций, каждая из них будет ежегодно производить около 1,5 млн. кВт-ч электроэнергии предположительной стоимостью не более 0,6 крон за 1 кВт-ч.

В разных видах аккумулирует энергию Мировой океан. Вопрос состоит в том, чтобы найти оптимальные способы ее использования.

По оценкам разных авторов, доступная часть энергии Мирового океана, т. е. та часть, которая может быть практически использована при современном уровне техники преобразования, во много раз превышает уровень современного потребления энергии в мире, который определяется цифрой около 3-10²⁰ Дж в год (44,8 % от этой цифры покрываются нефтью; 32,4 — углем; 20 — газом; 2,8 % — энергией, вырабатываемой гидро- и атомными станциями). Больше всего в океане тепловой энергии, поскольку океан — гигантский тепловой аккумулятор энергии Солнца.