> Техника, страница 29 > Ветросиловые станции
Ветросиловые станции
Ветросиловые станции, сооружения, имеющие своим назначением утилизацию силы ветра для получения работы в том или ином виде. В самом общем виде В. с. состоят из ветряного двигателя, аккумулятора энергии ветра и резервн. (неветряного) двигателя. Для расчета ветросиловых станций необходимо, задавшись графиком нагрузки станции, произвести специальную обработку ежедневных наблюдений над энергией (скоростью) ветра с целью определения
Фигура 2.
продолжительности работы резервного двигателя при разлил, емкости аккумулятора. Обработка наблюдений производится след, образом. К энергии ветра за данный промежуток времени (день) прибавляют оставшуюся неиспользованной от предыдущего промежутка времени емкость аккумулятора; отсюда вычитают заданную для данного промежутка времени работу станции, согласно графику нагрузки; разность, если она будет положительной, даст величину заряда аккумулятора для следующего промежутка времени, а разность отрицательная—величину работы резервного, неветряного двигателя. Энергия ветра, остающаяся свободной после заряда аккумулятора, рассеивается в пространство. По данным о продолжительности работы резервного двигателя за достаточно длинный промежуток времени (10 лет) строят кривые продолжительности работы или простоя ветряного двигателя (в днях), в зависимости от емкости аккумулятора (в днях средней годовой нагрузки станции). Такие кривые строятся для разн. значений W3(W—скорость ветра), т. к. полная мощность станции пропорциональна W3. Задавшись различными емкостями аккумулятора, определяют для разных размеров ветряных двигателей, сообразуясь с продолжительностью работы резервного двигателя, стоимости как единицы мощности, так и единицы энергии, получаемой на В. с.
С удалением от земной поверхности скорость ветра увеличивается, и для получения определенной мощности достаточно ветряного двигателя меньшего диаметра; вместе с этим увеличивается, однако, и стоимость башни. Существует наивыгоднейшая высота башни и соответствующий ей диаметр ветряного двигателя. Подсчеты показывают,
‘ что для открытого места наивыгоднейшая высота башни для ветряных двигателей разных диаметров соответствует 8—10 метров расстояния нижнего конца крыла от земли.
Теоретич. подсчеты показывают, что при московских ветрах в современных условиях СССР (при условии возврата основного капитала в 8 лет и 6 % годовых на капитал) 1 kWh ветроэлектрич. станции мощностью 15 kW должен обходиться в 35,8 к. с электрохимии, (свинцовым) и 38,3 к. с гидравлич. аккумулятором. Отсюда следует, что в современных условиях СССР небольшие ветроэлектрические станции с любыми аккумуляторами энергии ветра нерентабельны. Более рентабельны мелкие электрические станции, работающие от нефтемотора параллельно с усовершенствованными ветряными двигателями. В этом случае топлива расходуется в 2,5—3 раза меньше, и стоимость энергии понижается на 20—30%.
Что касается ветряных двигателей, применяемых для орошения, то кривые на фигуре 1 показывают количество га, к-рое в зависимости от скорости ветра W, при разных высотах подъема воды Н м, может оросить ветряной двигатель с диам. крыльев в 8 ж, с поршневым насосом, при постоянной скорости вращения двигателя; при этом принимается кпд трансмиссии %=0,75, кпд насоса %=0,65 и, следовательно, общий кпд всей установки η=0,487 и. перед полагается, что за шесть летних месяцев установка должна подать воды для орошения 4 000 м3 на га. При переменной скорости вращения двигателя производительность увеличивается с увеличением этой скорости; если последняя возрастет вдвое, то при постоянном ходе поршня насоса производительность увеличится в полтора раза, а при автоматически переменном ходе поршня даже в два раза против данных фигура 1. Центробежные насосы, приводимые в движение ветрян. двигателем, при пере- щ мен. скорости вращения двигателя }0 и при прочих рав- яных условиях делают работу установки более плавной, чем поршневые насосы, и несколько увеличивают общую выработку за сезон, уменьшая стоимость всей установки вследствие меньшей стоимости центробежных насосов.
О применении В. с. к промышленной электрификации грубо ориентировочные подсчеты показывают следующее. В случае, если подстанция, состоящая из 8 ветряных двигателей диам. 30 м, снабженных асинхронными генераторами по 100 kW каждый с компенсацией на подстанции cos ψ, работает на сеть высокого напряжения (38 000 У) параллельно с существующей районной электрич. станцией, то размеры первоначальных расходов на 1 установленный kW составят 513 руб.; стоимость 1 kWh получается: для Москвы (среднегодовой ветер 4,32 м/с к и число часов использования 1 660 в год)—5,5 коп., для Крыма (7 м/ск, 4 400 ч. в год)—2,09 коп., для района Баку (8,5 м/ск, 5 340 ч. в год)— 1,72 коп. и для района Новороссийска (9,3 м/ск, 5 950 часов в год)—1,54 коп. В случае создания ветряных двигателей мощностью по 1 000 kW каждый, если принять, что расходы по установке единицы мощности будут такие же, как и для ветряного двигателя в 100 kW, стоимость 1 kW установки для станции мощностью в 8 000 kW составит 362 руб., а стоимость энергии: для Москвы—3,4 коп., для Крыма—1,3 коп., для Баку—1,07 коп. и Новороссийска—0,95 коп. за 1 kWh. Для района протяжением 1 000 км, покрытого широко развитой сетью электропередач, с приключенными к ней в разных местах группами ветряных двигателей, энергия ветра не обеспечивает непрерывности подачи тока по твердому графику нагрузки, хотя и может принять на себя, в общем, до 80% среднегодовой нагрузки районной электростанции. Подсчеты показывают, что безусловно полного перекрытия затишья одной части района ветрами другой его части не получается даже для района протяжением в 3 000 км. Резерв для энергии ветра, следовательно, необходим. Весьма подходящим источником энергии для параллельной работы с ветряным двигателем
является вода, так как в засушливые годы количество энергии ветра увеличивается, а по временам года периоды стока воды и сильных ветров также, в общем, взаимно противоположны; тем не менее необходимы широкое регулирование стока воды гидравлической станции и утилизация его преимущественно в периоды безветрия.
Энергию ветра человечество стало применять для приведения ветряных двигателей во вращение уже со 2 в нашей эры. В С.-А.С.Ш. в конце 19 в было около 200 з-дов, занимавшихся изготовлением ветряных двигателей, причем годовой выпуск в 1895 г. составлял: двигателей «Аэромотор»—60 000 шт. и двигателей «Эклипс» — 45 000 шт. Земледелие и садоводство во многих полузасуш-ливых штатах С. Америки получили возможность развития исключительно благодаря применению ветряных двигателей для орошения и других с.-х. работ. В Аргентине на площади 2 987 000 км2 до 1914 г. ежегодно устанавливалось 12—15 тыс. ветряных двигателей. В 1926 г. в С.-А. С. Ш. вновь было установлено более 100 000 ветряных двигателей. BJ Дании существует целая сеть вспомогательных ветроэлектрических установок, работающих параллельно с небольшими общинными электрическ. станциями, причем оказалось, что в нек-рых случаях удалось достигнуть 50% экономии в годовом расходе топлива.
Общее количество ветряных двигателей в 38 губерниях (197 уездах) европ. части СССР по неполным статистич. данным можно оценить числом ок. 170 000 штук, из которых двигателей заводского производства только 67 штук. Общую среднегодовую мощность всех этих ветряных двигателей можно считать равной 700 000IP. Для всего СССР—· эти числа будут значительно выше. Более 99% существующих в СССР ветряных двигателей применяется для помола муки, причем почти всюду их достаточно для помола всего местного урожая хлеба. При уплотнении работы этих мельниц примерно в 2Уг раза они были бы в состоянии перемолоть всю муку СССР при утилизации лишь 26,3% проходящей через них энергии ветра.
На фигуре 2 представлен общий вид ветряной мельницы голландского шатрового типа (смотрите Ветряные мельницы). Низкий коэфф-т утилизации энергии ветра I в этих ветряных мельницах обусловлен гл. обр. воздухопроницаемостью (щелями) крыльев и помещением за крыльями толстого, ничем не прикрытого маха (из нескольких бревен), который представляет очень большое сопротивление для воздуха. Создание хорошо обтекаемой воздухом формы крыльев и устранение их воздухопроницаемости могут повысить значение коэффициента утилизации энергии ветра | вдвое.
Лит.: см. Ветряные Овигатели. Н. Красовский.