История ветрогенератора

Размещено на http://www.allbest.ru/

История ветрогенератора

1. Историческая справка

1.1 Первые упоминания использования энергии ветра

По данным М.В. Колодина и Я.И. Шефтера первые простейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и Китае.

В Египте около г. Александрия до сих пор сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа с вертикальной осью вращения. Каменная кладка сохранившихся частей мельниц говорит о том, что они были построены еще во 2-1 веках до н.э.

Представим себе горизонтальное бревно -- вал с двумя крестовинами на концах. К крестовинам прикреплены продольные доски-лопасти. Вал помещается в двух опорах, укреплённых на столбах. Ветроколесо такого простейшего ветродвигателя очень похоже на общеизвестное водяное колесо, работа его также напоминает работу водяного колеса. Лопасти такого ветродвигателя ниже вала прикрываются щитом. Если поместить теперь вал поперёк ветра, то ветер будет давить лишь на верхние лопасти ветродвигателя. Нижние лопасти не будут испытывать давления ветра, так как их прикрывает щит. Благодаря этому лопасти начнут под действием ветра вращаться и будут вращать вал. Такие ветровые машины называются барабанными ветродвигателями: они раньше применялись там, где ветер часто дует в одном направлении.

В 7 веке н.э. в Персии были построены более совершенные конструкции - крыльчатые карусельные ветродвигатели. Использовавшаяся конструкция идентична барабанному ветродвигателю, но с расположенной вертикально осью вращения. У таких ветродвигателей лопасти имеют самую разнообразную форму. Порой отличались очень низким коэффициентом полезного действия, несмотря на то, что лопасти изготавливались из легкого дерева и материи. Причина их неэффективности состояла в том что многими народами была забыта иновационная составляющая -заслонка одной половины вала. В результате сила ветра, толкающая одну половину колеса с лопастями, тормозила вторую половину. Эти мельницы первоначально использовались в качестве двигателей для насосных станций, подающих воду для бытовых нужд и орошения полей. Использование такой мельницы получило впоследствии повсеместное распространение в странах Ближнего Востока.

Позднее была разработана мельница с горизонтальной осью вращения, которая состояла из десяти или более деревянных стоек, оснащенных поперечными парусами.

энергия ветер ветроэлектростанция

Несколько позднее, в 8-9 веках ветряные мельницы появились в Западной Европе и на Руси. Начиная с 13 века ветродвигатели получили широкое распространение в Голландии, Дании, Англии и России для подъёма воды, размола зерна и в качестве привода различных станков и механизмов. Знаменательным моментом можно выделить начало строительства мельниц башенного типа с огромными крыльями, расположенными горизонтально к поверхности земли. Одна из первых таких мельниц появилась в Голландии, издавна славившейся изобретательными мастерами. В 1745 году некий Эдмунд Ли осчастливил мельников изобретением нового типа крыльев - деревянных каркасов, обтянутых материей. Выдумка оказалась настолько удачной, что применяется в ветряных мельницах и сейчас.

Особенно широко были распространены ветряные мельницы и ветронасосные установки в Голландии. С помощью ветронасосных установок эта маленькая страна постоянно отвоёвывала свою землю у наступающего моря.

Так же в Голландии был создан свой оригинальный тип ветряного двигателя, массивная башня которого была неподвижна, а на ветер поворачивалась вместе с ветровым колесом её верхняя часть или шатёр. Такие ветряные двигатели получили название шатрового или голландского типа. Ветродвигатели в развитии хозяйства Голландии сыграли огромную роль.

По этому поводу Карл Маркс в «Капитале» писал: «Частью недостаток естественных водопадов, частью борьба с избытком воды в других формах заставили голландцев применять ветер в качестве двигательной силы. Самые ветряные мельницы голландцы заимствовали из Германии, где это изобретение вызвало серьёзную борьбу между дворянством, попами и императором из-за того, кому же из них троих «принадлежит» ветер... Ещё в 1836 г. в Голландии было в ходу 12000 ветряных мельниц в 6000 лошадиных сил, которые предохранили две трети страны от обратного превращения в болото».

1.2 Применение и значение энергии ветра в истории цивилизации

Мукомолье это единственный вид сельскохозяйственного производства, где энергия ветра используется с незапамятных времён. Но известно и множество других примеров её (энергии) применения.

В Китае, Персии и на острове Крит явно найдены свидетельства того, что ветряки здесь использовались не только для перемола зерна, но и подачи воды на поля и в дома.

В 14 столетии голландцы стали ведущими в усовершенствовании конструкций ветряных мельниц и широко использовали их с этих пор для осушения болот и озер в дельте реки Рейн. В 1582 г. в Голландии была построена первая маслобойня, через 4 года первая бумажная фабрика. Оба предприятия использовали энергию ветра. Конструктивное решение в этих случаях было примерно таким: к нижней части вертикального вала через дополнительную металлическую или деревянную зубчатую передачу подключается горизонтальный вал. На нём размещаются рабочие шкивы для привода различных машин.

В 1714 г. француз Дю Квит предложил использовать пятилопастное карусельное ветроколесо, установленное на треноге, для вращения гребных колес судна. Гениальность этой идеи состояла в том, что такое судно могло свободно двигаться в любом направлении независимо от направления ветра. Однако в начале 20 века ветряки использовали для эксплуатации дополнительного оборудования на судах, например для подъема якоря или работы помп.

Таким образом, основные принципы работы ветродвигателей, используемые и в современности, были изобретены очень давно. Инженерная мысль на основе современных знаний находит применение этим принципам в самых разных областях. Открытие электричества, изобретение генератора стали новым стимулом к совершенствованию ветряных двигателей. Несомненно, что идея использовать силу ветра для выработки электроэнергии приходила в голову не одному инженеру.

И вот наконец в 1888 году в США Чарльзом Брашем был создан первый ветрогенератор для производства электричества, он был очень большим: диаметр ротора был равен 17 метрам и ротор имел 144 лопасти, изготовленные из кедра. Турбина проработала 20 лет, в течение которых заряжала батареи в подвале под ней. Несмотря на внушительные размеры турбины, на ней был установлен генератор мощностью всего 12 кВт.

2. Первые ветроэлектростанции

2.1 Ветряк Джеймса Блита

Первый ветряк, использующийся для производства электроэнергии, был построен в Шотландии в июле 1887 г. профессором Джеймсом Блит в колледже Андерсона. Его диаметр был равен 10 метрам. Он была установлен в саду его коттеджа и использовался для зарядки аккумуляторов , разработанных французом Камиль Альфонс Фором. Аккумуляторы в свою очередь были нужны для питания освещения в коттедже. Блит предложил излишки электроэнергии для освещения главной улицы, однако, жители отклонили предложение, поскольку они думали, что электричество было "работой дьявола." Несмотря на это, Блит построил ветряные турбины для поставки аварийного питания местного лазарета и диспансера. Никто не обратил внимания на его изобретение, посчитав их экономически невыгодными.

2.2 Ветроэлектростанция Чарльза Браша

В течение зимы 1887-88 гг. Браш сконструировал и построил первую автоматически управляемую ветровую турбину для производства электроэнергии. Её он и использовал на ветроэнергоустановке, которую удалось возвести в конце 1888 года. Вот некоторые её характеристики:

диаметр ротора: 17 метров

высота башни: 18 метров

количество лопастей: 144

мощность: 12 кВт

материал лопастей: кедр (этот материал был выбран благодаря способности выдерживать большие нагрузки на сжатие, растяжение и изгиб. Кроме того он не поддается влаге и не разъедается жучками. Кедровая древесина почти не подвержена гниению, чревоточине.)

2.3 Турбина Поль Ла Кура

В Дании в 1891 г. Дан Поль Ла Кур разработал и построил ветряную турбину, вырабатывающую до 25 кВт, для выработки электроэнергии. Он применял ее для производства водорода посредством электролиза. Водород он использовал в своих экспериментах и более наглядного преподавания в средней школе деревни Askov, в которой он работал. В том же году он попытался организовать компанию по продаже электричества. Однако бизнес по продаже энергии ветра не получился. Позже, усовершенствовав свое изобретение и добившись более стабильной выработки энергии, он переделал свой ветряк в прототип электрической электростанции, которая была использована в 1895 году для освещения деревни Askov.

В его изобретениях числится так же электропривод с генератором, позволявшим подключаться к наиболее эффективным по своей конструкции на то время ветряным мельницам и вырабатывать электричество.

Несмотря на коммерческие неудачи изобретателя, его установка считается первым электроветряком современного типа.

3. Двадцатый век

Развитие в 20 веке можно разделить на периоды:

1900-1973, когда ветрогенераторы использовались в случае если поблизости не было ископаемого топлива или рек, а расстояние до центральной энергосети слишком далеко.

1973-наше время, когда нефтяной кризис стимулировал поиски альтернативных видов энергии.

3.1 Ветроэнергетика в России

В 1918 году получением электричества с помощью ветра заинтересовался профессор В. Залевский. Он создал теорию ветряной мельницы и сформулировал ряд принципов, которым должен отвечать ветрогнератор. В 1925-м профессор Н. Жуковский организовал отдел ветряных двигателей в Центральном аэрогидродинамическом институте. В 30-х годах двадцатого века руководство Советского Союза всерьез озаботилось использованием энергии ветра. Было налажено производство ветроустановок мощностью 3-4 кВт, причем выпускались они сериями.

Самую первую ветроэлектрическую станцию в СССР установили в 1930 году в городе Курске. Разработал ее Анатолий Георгиевич Уфимцев, причем ветроэлектростанция строилась на средства самого изобретателя.

Это сооружение имеет:

- раскреплённую вантами башню ферменной конструкции высотой 42 м с площадкой;

- поворотную конструкцию;

- ветросиловую установку, состоящую из трёхлопастного ветроколеса диаметром 10 м, имеющего механизм (первый в мире) управления шагом лопастей, и флюгерные лопасти;

- инерционно-кинетический аккумулятор, выполненный в виде диска диаметром 95 см и массой 328 кг, помещённого в кожух с разреженным воздухом;

- динамомашину постоянного тока мощностью 3,5 кВт (220 В, 16 А) при 1580 об/мин.

В 1931 году в СССР заработала самая крупная на тот момент в мире Ялтинская ВЭС мощностью 100 кВт.

Строительство и установка ветрогенераторов шло высокими темпами вплоть до начала 60-х. Достаточно сказать, что с 1950 по 1955 годы Союз выпускал до 9 тысяч ветроустановок ежегодно. Когда осваивалась целина в Казахстане, советские люди соорудили первую многоагрегатную ВЭС, работавшую совместно с дизелем; общая мощность данной установки составляла 400 кВт.

Однако к концу 60-х ветроэнергетика Советского Союза уступила место крупным ТЭС, ГЭС и АЭС, и серийное производство "ветряков" было свернуто. К ВЭС вернулись в 90-е годы ХХ века, не в пример США и Европе.

Размещено на Allbest.ru