Windparks (Windparks) - Geräte besonderer Bauart, bei denen Windenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Mit jedem Tag werden sie beliebter. Die bequemen und einfachen Windkraftanlagen, die sogenannten Windmühlen, nutzen natürliche und vor allem erneuerbare Energiequellen und sind eine hervorragende Alternative zu herkömmlichen Kraftwerken, insbesondere in Privathäusern.
Windkraft nutzen
In den zwanziger Jahren des letzten Jahrhunderts gerieten Windmühlen, oder vielmehr das Prinzip ihrer Tätigkeit, unverdient in Vergessenheit. Windkraft wurde jedoch schon damals nicht zur Gewinnung elektrischer Energie genutzt. Sie trieb Mühlsteine an, wurde als Motor für Segelschiffe eingesetzt und brachte später Pumpen zum Pumpen von Wasser in Tanks auf den Markt, die in mechanische Energie umgewandelt wurden.
Die Windenergie begann sich in den späten sechziger Jahren des 20. Jahrhunderts rasant zu entwickeln. Zu dieser Zeit mangelte es den traditionellen Energieträgern stark, außerdem stiegen die Preise stark an, und die mit ihrer Verwendung verbundenen Umweltprobleme wurden immer akuter.
Er förderte die Nutzung alternativer Stromquellen, einschließlich Windkraft, und den technologischen Fortschritt. Neue hochfeste und relativ leichte Materialien ermöglichen den Bau von Türmen mit einer Höhe von bis zu 120 m und riesigen Schaufeln.
Die in vielen Regionen des Planeten wehenden Winde können die Turbinen des Kraftwerks mit einer ausreichenden Geschwindigkeit drehen, um Privathäuser, kleine Farmen oder Schulen in ländlichen Gebieten mit Energie zu versorgen.
Aber in jedem Fass Honig befindet sich mindestens eine Fliege in der Salbe. Der Wind kann nicht gedämpft werden, er weht nicht immer, besonders nicht in die gleiche Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit. Der technologische Fortschritt steht nicht still. Wenn Windparks für ein Privathaus, in denen Hunderte von Kilowatt Strom erzeugt werden, heute keine Seltenheit mehr sind, werden morgen vielleicht zehn Megawatt zum Tagesgeschäft. In jedem Fall gibt es bereits Windparks mit einer Leistung von 5 mW oder mehr.
Vor- und Nachteile von Windparks
Neben der Nutzung der freien Windenergie und der Unabhängigkeit von externen Stromquellen bieten Windenergieanlagen mehrere wesentliche Vorteile. Es gibt kein Umweltproblem bei der Lagerung und Entsorgung von Abfällen, und die Methode zur Energieerzeugung ist eine der umweltfreundlichsten. Ganz zu schweigen davon, wie eine Windkraftanlage ästhetisch am Himmel aussieht, kann als Vorteil angesehen werden, dass die Installation sowohl stationär als auch mobil sein kann.
Darüber hinaus ist es bereits heute möglich, einen Windpark mit einem geeigneten Modell und einer geeigneten Kapazität auszuwählen oder eine Anlage zu verwenden, die die Verwendung mehrerer traditioneller und alternativer Energiequellen kombiniert. Es kann sich um ein Diesel- oder Solarwindkraftwerk handeln.
Windparks haben auch Nachteile. Erstens sind sie so laut, dass große Installationen nachts ausgeschaltet werden müssen. Zweitens stören sie häufig den Flugverkehr oder Funkwellen. Drittens müssen sie auf wirklich großen Flächen platziert werden. Und es gibt einen weiteren signifikanten Nachteil der gelappten Strukturen - sie müssen während saisonaler Massenvogelflüge ausgeschaltet werden.
Arten von Windparks
Windparks können je nach Kraftwerksfunktionalität in stationäre und mobile oder mobile unterteilt werden.Leistungsstarke stationäre Anlagen erfordern eine ganze Reihe von Vorbereitungsarbeiten, können jedoch bei ruhigem Wetter in wiederaufladbaren Batterien genügend Strom speichern.
Mobile Kraftwerke sind einfacher aufgebaut, unprätentiös, einfach zu installieren und einfach zu bedienen. Sie werden normalerweise für die Stromversorgung von Elektrogeräten oder auf Reisen verwendet.
Das Design unterscheidet zwischen Flügel- und Rotorwindparks.
Am Aufstellungsort des Windparks befinden sich:
- Boden. Sie befinden sich auf einer Anhöhe und sind heute am häufigsten anzutreffen.
- Küsten. Sie werden in der Küstenzone der Meere und Ozeane gebaut, wo aufgrund der ungleichmäßigen Erwärmung von Land und Wasser ständig Winde wehen;
- Offshore. Sie sind im Meer in einer Entfernung von 10-15 km von der Küste gebaut, wo ständig Meereswinde wehen;
- schwimmend. Sie befinden sich ungefähr in der gleichen Entfernung von der Küste wie vor der Küste, jedoch auf einer schwimmenden Plattform.
Windenergieanlagen sind nach Kraftwerksumfang gewerblich und privat.
Flügelrad-Windpark
Flügelrad-Windparks, die auf dem Windenergiemarkt führend sind, sind bekannt geworden. In einem großen Traum ist ein Klingenmechanismus mit einer horizontalen Drehachse installiert, hauptsächlich einer mit drei Klingen, und seine Kraft hängt von der Größe der Klingen ab. Eine solche Baugruppe erreicht ihre maximale Drehzahl, wenn die Flügel senkrecht zum Windstrom stehen, daher sieht ihre Konstruktion die automatische Drehachsendrehvorrichtung in Form eines Stabilisatorflügels bei kleinen und elektronischen Giersteuersystemen an leistungsstärkeren Stationen vor.
Flügelwindparks unterscheiden sich hauptsächlich durch die Anzahl der Flügel. Sie können aus mehreren Blättern und zwei Blättern bestehen, auch mit einem Blatt und Gegengewicht.
Rotary Windparks
Rotations- oder Rotationswindkraftanlagen haben eine vertikale Rotationsachse und sind unabhängig von der Windrichtung. Dies ist ein wichtiger Vorteil bei der Verwendung von Oberflächengierluftströmen. Der Nachteil eines Windparks dieser Bauart ist die Verwendung von mehrpoligen Generatoren, die bei niedrigen Drehzahlen arbeiten und nicht weit verbreitet sind.
Diese Installationen bewegen sich langsam und verursachen daher nicht viel Lärm. Ihr Vorteil ist außerdem die Einfachheit der Stromkreise, die nicht durch zufällige plötzliche Windböen verletzt werden.
Experten sind der Meinung, dass Rotationswindparks für große Windenergieanlagen am vielversprechendsten sind. Es stimmt, um eine solche Installation zu fördern, muss externe Energie darauf angewendet werden. Erst wenn es eine bestimmte aerodynamische Leistung erreicht, wechselt es aus dem Motorbetrieb in den Generatorbetrieb.
Kombiniertes Wind-Diesel-System
Dem Nachteil von Windenergieanlagen - ungleiche Stromversorgung - in großen Netzen steht eine Vielzahl von Installationen gegenüber.
Sie können diesen Nachteil auch durch kombinierte Systeme ausgleichen, bei denen es spezielle Vorrichtungen gibt, die die Last zwischen der Windkraftanlage (Windkraftanlage) und dem Dieselmotor verteilen. Daher können autonome Netze mit geringer Leistung von 0,5 bis 4 MW in Kombination mit einem Dieselmotor zuverlässig und gleichmäßig arbeiten.
Mit modernen Geräten, die jährlich etwa 65% flüssigen Kraftstoff einsparen, können Sie einen Dieselmotor anschließen oder bei Bedarf in wenigen Sekunden ausschalten.
Windparks für Haushalt und Industrie
Haushaltswindkraftanlagen haben eine Leistung von 250 W bis 15 kW und können mit Solarmodulen mit oder ohne Batterie betrieben werden.
Strom aus privaten Windparks ist recht teuer, aber es kommt oft vor, dass es einfach keine anderen Quellen gibt.
In Russland werden inländische Windparks mit einem Gleichstromgenerator hergestellt, der Batterien mit bis zu 800 Ah auflädt. Alle Haushaltsgeräte können mit solchen Batterien im Haus betrieben werden: ein Fernseher, ein Wasserkocher usw.
Der Ladevorgang der Batterien nach dem Trennen der Last kann je nach Windstärke und Generatorleistung sehr lang sein.
Es gibt auch inländische inländische Windparks auf dem russischen Markt, die recht teuer sind, aber normalerweise weniger als die Hälfte der Nennleistung abgeben.
Industrielle Windparks zeichnen sich durch eine deutlich höhere Leistung aus und sind in der Regel in einzelne Netze integriert.
Private Windparks haben in der Regel eine Leistung von 3 bis 5, seltener 10 kW. Wenn die durchschnittliche jährliche Windgeschwindigkeit in der Region 3-4 m / s erreicht, kann ein solcher Windpark ein durchschnittliches Landhaus, eine Tankstelle oder ein kleines Café mit Strom versorgen.
Die Hauptmerkmale des Windparks
Nennleistung ist der Hauptindikator, der alle Kraftwerke kennzeichnet, Windkraftanlagen sind keine Ausnahme. Sie wird durch die vom Generator bei einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von 12 m / s erzeugte Leistung bestimmt und hängt vom Stationstyp ab.
Der nächste wichtige Indikator ist die Nennspannung des Windparks, den der Generator erzeugt. Es kann entweder 220 V oder 12 V und 24 V sein.
Die elektrische Leistung des Generators ist abhängig von der Leistung der Turbine. Da die Leistung der Turbine umso höher ist, je größer ihr Durchmesser ist und je stärker der Mast ist, ist dieser Indikator bei der Auswahl und Berechnung der Mastkonstruktion von Bedeutung.
Die Windkraftanlage weist mehrere weitere Eigenschaften auf. Die Leistung ist wichtig - dies ist die Menge an Strom, die das Gerät pro Jahr erzeugt. Bei der Auswahl einer Windenergieanlage ist es erforderlich, die maximale Windgeschwindigkeit zu kennen, der die Windenergieanlage standhalten kann, sowie die minimale (Anlauf-) Geschwindigkeit, mit der sie zu drehen beginnt. Bei der Wahl einer Drehzahl der Turbine spielen auch die Anzahl der Schaufeln eine Rolle.
Funktionsweise und Anordnung eines Windparks
In einem Windpark dreht ein Luftstrom ein Rad mit Schaufeln, von denen das Drehmoment auf andere Mechanismen übertragen wird. Je größer die Abmessungen des Rades sind, desto größer ist der Luftstrom, den es aufnimmt und der sich daher schneller dreht.
In der Sprache der Physik wird die lineare Windgeschwindigkeit in die Winkelgeschwindigkeit der Drehachse des Generators umgewandelt, die wiederum die Drehbewegung in elektrische Energie umwandelt und diese über die Steuerung an die Batterien überträgt. Am Ausgang des Gerätes ist Strom bereits für den Hausgebrauch geeignet.
Das heißt, ein kleiner Windpark besteht aus einer Turbine, Schaufeln, Leitwerk (Drehmechanismus), einem Mast mit Verlängerungskabeln, Batterien, einem Laderegler und einem Wechselrichter, der 12 V in 220 V umwandelt.
Neben diesen Geräten enthält ein industrieller Windpark auch Nachführsysteme für die Windrichtung und -geschwindigkeit, den Zustand der Windkraftanlage und den Schutz vor Blitzentladungen. Darüber hinaus ist der Mast nicht für größere Lasten geeignet und wird durch einen Turm ersetzt, in dem sich alle zusätzlichen Geräte befinden.
Windpark-Design
Der Hauptindikator, anhand dessen Sie sich für die Nutzung eines Windparks entscheiden können, ist die durchschnittliche jährliche Windgeschwindigkeit, die mindestens 5 m / s betragen sollte. Zwar gibt es bereits heute leicht dispergierbare Windparks für den Betrieb von Privathaushalten, die mit einer Mindestluftgeschwindigkeit von 3,5 m / s in Betrieb gehen.
Um diesen Indikator zu bestimmen, werden spezielle Windkarten verwendet.
In verschiedenen Klimazonen von Russland Windgeschwindigkeitsmessungen wurden durchgeführt, um festzustellen, wie effizient Windparks sind. Windenergieanlagen und -stationen sind bereits in der Region Kaliningrad auf den Commander Islands, in Murmansk, in der Republik Sacha (Jakutien) und in Baschkortostan in Betrieb.
Bei der Entscheidung, ob eine Windkraftanlage oder ein privater Windpark installiert werden soll, sollten zunächst Spezialisten hinzugezogen werden, um die Windrichtung und -stärke mithilfe von Anemometern zu untersuchen und Karten über die Verfügbarkeit ihrer Energie zu erstellen.Basierend auf diesen Daten, einer Windkraftanlagenauslegung oder einer Auslegung mehrerer Anlagen, werden deren technische und geometrische Parameter berechnet und entwickelt.
Ohne Investoren ist es nicht möglich, einen industriellen Windpark mit ausreichender Kapazität zu errichten. Gut durchgeführte Berechnungen und ein abgeschlossenes Projekt werden dazu beitragen, die Amortisationszeit des Projekts zu bestimmen und zusätzliche Finanzmittel anzuziehen.
Private Windparks
Deutlich unterschätzten Statistiken zufolge, in denen abgelegene Gebäude und Strukturen nicht berücksichtigt werden, verfügen etwa 30% der privaten Haushalte in ländlichen Gebieten, in denen die Verlegung elektrischer Netze aus wirtschaftlichen Gründen unmöglich ist, nicht über Elektrizität. Nicht überall gibt es auch Generatoren für Flüssigbrennstoff. Und das ist im 21. Jahrhundert!
Studien haben gezeigt, dass in weiten Teilen des Nordens und des hohen Nordens, auf Sachalin und Kamtschatka, in der unteren Wolgaregion, in Sibirien, in Karelien und im Nordkaukasus Windkraftanlagen mit unterschiedlichen Kapazitäten installiert werden können.
Die Wahl der Installation wird von den Kundenbedürfnissen beeinflusst. Wenn es notwendig ist, den Betrieb von landwirtschaftlichen Maschinen sicherzustellen, wird ein Windgenerator mit geringer Leistung diese Aufgabe bewältigen. Wenn Sie das gesamte Gebäude elektrifizieren, eine Straßenbeleuchtung einrichten und das Haus heizen möchten, müssen Sie das Projekt einer Windkraftanlage durchführen.
Neben der durchschnittlichen monatlichen Windgeschwindigkeit und ihrer Richtung ist es erforderlich, den durchschnittlichen monatlichen Stromverbrauch und die Spitzenlast zu berechnen. Solche Berechnungen sind, falls gewünscht, unabhängig voneinander leicht durchzuführen.
Es gibt einen weiteren Indikator, der sich auf die Kosten für Ausrüstung und Installation von Windkraftanlagen auswirkt. Dies ist die Höhe des Mastes. Je höher die Struktur, desto höher die Windgeschwindigkeit und desto teurer die Kosten. Optimal ist nach Expertenmeinung eine Masthöhe von 10 m, die größer ist als der höchste Baum oder das höchste Gebäude im Umkreis von 100 m.
DIY Windpark
Für den Betrieb einer Elektropumpe, eines Fernsehers, einer Beleuchtung oder anderer stromsparender Elektrogeräte in einem Sommerhaus kann eine Windkraftanlage mit eigenen Händen ausgeführt werden, sofern elektrotechnische Kenntnisse vorhanden sind.
Es gibt Referenzdaten und Empfehlungen für die Auswahl der Leistung des Windgenerators, der Größe und Anzahl seiner Flügel sowie recht detaillierte Anweisungen, wie Sie eine Windkraftanlage aus welchen Materialien und Komponenten mit Ihren eigenen Händen herstellen können.
Heute wachsen in Europa die Investitionen in den Bau großer Windparks. Der Massenbau senkt die Kosten für ein Kilowatt und nähert sich dem Preis für Strom aus traditionellen Quellen an.
Das Design von Windparks wird ständig verbessert, aerodynamische und elektrische Anzeigen werden verbessert, Verluste werden reduziert.
Heimwindparks werden von Wirtschaftswissenschaftlern als die kostengünstigsten Energieprojekte eingeschätzt. Sie versprechen in Zukunft Unabhängigkeit von negativen Trends in diesem Markt.
