Содержание:
Ветер у всех народов всегда воспринимался как проявление божественной силы. Эта сила очевидна, и в некоторых случаях – огромна. По мере развития человечество, кроме своего почитания божеств воздушной стихии научилось использовать ее для собственных нужд. Парус у всех народов стал основой движения на воде, появились мельницы-ветряки. На непродолжительный по историческим меркам срок, с началом использования тепла как основы для работы большинства механизмов, использование ветра сократилось.
Но в наше время с появлением экологических проблем интерес к использованию силы ветра возрождается быстро и мощно. Современные технические решения позволяют эффективно преобразовать энергию воздушных потоков в электричество. Хотя и более дорогое в сравнении с другими технологиями, которые используются на основных типах электростанций. Их три – тепловые, атомные и гидроэлектростанции. Сегодня ветряные электростанции нашли свою нишу на рынке электроэнергии. Более подробно расскажем об этом и не только далее в статье.
Археологические исследования информируют о том, что несколько тысячелетий тому назад вавилонские умельцы создавали ветряные машины для превращения болот в сельскохозяйственные угодья. Эти механизмы применялись для вычерпывания воды и осушения почвы. Аналогичные машины на своих рисовых полях применяли китайцы примерно в те же времена. А первые мельницы-ветряки появились еще у древнеегипетских предпринимателей. Со временем мельницы появились и в Европе, и восточнее примерно в XII веке.
Развитие электрических технологий не могло не натолкнуть инженеров на идею заменить жернова мельницы электрогенератором. Это и произошло в тридцатые годы прошлого века. Проблемы, существующие на топливных рынках, а также аварии на атомных электростанциях стимулировали развитие ветряных электростанций. Сегодня их число быстро увеличивается, о чем свидетельствует статистика, приведенная ниже:
Однако стихия непредсказуема. А для воздушной стихии существует такое определение, как полный штиль. Это значит, что даже в открытом море, где воздух находится в постоянном движении, бывает так, что ветер исчезает. Поэтому ветряная электростанция эффективна только в том месте, где штиль случается как можно реже. Такие места наиболее распространены вблизи морского побережья, на холмах, в горах, и в некоторых специфических местностях.
Основой ветряной электростанции является крыльчатка (турбина). Наиболее эффективная конструкция – крыльчатка с тремя лопастями пропеллерного типа, установленная высоко над поверхностью земли. Работу электростанции с такой крыльчаткой иллюстрирует изображение ниже:
Для получения максимальной эффективности специальные механизмы управляют положением ротора и лопастей. Их автоматически подбирают в соответствии с направлением и силой ветра. Существуют и другие конструкции крыльчаток, так называемые барабанные. Например, такие, для которых направление ветра не имеет значения. В основном это результат творчества отдельных энтузиастов.
Главный недостаток всех непропеллерных моделей – более низкий КПД. У электростанции с пропеллерной крыльчаткой КПД чуть меньше 50%. А главным недостатком всех без исключения ветряных электростанций является сам ветер. Его сила подвержена частым изменениям. В результате обороты крыльчатки изменяются, а вместе с этим меняется вырабатываемая электрическая мощность. Поэтому для сопряжения генератора ветряной электростанции с электросетью необходимо дополнительное электрооборудование.
Обычно это аккумуляторы с инверторами. Генератор сначала заряжает аккумуляторы, и для этого процесса равномерность силы тока неактуальна. Передача электричества в сеть выполняется инвертором, который преобразует заряд, накопленный в аккумуляторе. Дополнительным плюсом пропеллерной конструкции можно считать ее управляемость. Если сила ветра становится чрезмерной, угол атаки лопасти делается минимальным. В результате ветровая нагрузка на турбину падает.
Но не всегда удается уберечь ветряную электростанцию от поломки. На побережье случаются ураганы, которые ломают крыльчатку. Такие случаи продемонстрированы далее.
Современная ветряная электростанция – это огромное сооружение. Поэтому воздействие сильного ветра на него весьма заметно. Хорошее наглядное представление о масштабах такой электростанции дает изображение, показанное далее.
Высота, на которой размещается электрогенератор, в среднем равна пятидесяти метрам. Чем выше, тем сильнее и стабильнее дует ветер. Для получения наибольшей мощности устанавливаются десятки электрогенераторов. Из наземных ветряных электростанций наиболее мощная расположена в США. Ниже предоставлена краткая информация о ней.
Самое большое число электростанций построено на побережье. Они называются прибрежными. Но поскольку земля прибрежных территорий дорогая, целесообразнее строить на мелководьях морского шельфа. Такие электростанции называются шельфовыми. Однако из-за дороговизны строительства мощность крупнейшей в мире шельфовой электростанции, построенной у берегов Англии, составила 630 мВт, что более чем в 2 раза меньше, чем у наземного аналога.
Дальнейшим развитием электростанций морского базирования стали плавающие ветряные электростанции. Но они самые большие и дорогие, и по этой причине, по сути, единичные. Скорее всего, они никогда не станут основными при получении электричества от силы морского ветра. Для получения более высоких экономических показателей используется ветер на высоте более ста метров. При этом используется специальная конструкция на основе аэростата, называемая парящей ветряной электростанцией.
Но поскольку грузоподъемность аэростата ограничена, максимальная мощность электростанции соответствует по своей массе мощности в 30 кВт. Она сможет обеспечить несколько домов. Их количество будет зависеть от режима потребления электроэнергии. Недостатком парящей электростанции является ее рискованность. Она может быть унесена сильным ветром, и воспрепятствовать этому проблематично.
У крыльчаток имеется один непреодолимый недостаток. Они излучают инфразвук. А он пагубно влияет на все живые организмы, в том числе и на человека. Если электростанция расположена вдали от жилья, как, например, шельфовая или горная, человеческий фактор снимается. Но воздействие на экосистему остается. Насколько инфразвук от ветряных электростанций проблематичен, свидетельствует одна из жительниц Германии:
В этой стране ветряки устанавливают повсеместно, где только позволяет территория. Отказавшись от атомных электростанций, Германия наиболее активно из всех стран строит ветряные электростанции. Появление таких новостроек принуждает людей, живущих по соседству, переезжать на новые места жительства. Но их дома никто не желает покупать. Поэтому появляются проблемы в обществе. Так что оптимальное место для ветряных электростанций – это морской шельф.
Полностью автономные ветряные электростанции с выработкой электроэнергии свыше 100кВт/ч.
Серьезный подход к обеспечению энергонезависимости для среднего и крупного бизнеса, а также для коллективного ипользования в удаленных жилых районах.
Ветряные электростанции мощностью более 100 кВт следует рассматривать, как производственное подразделение в составе комплекса энергообеспечения объектов жилого или промышленного назначения или как самостоятельное предприятие. В обоих случаях следует принимать во внимание факторы, определяющие особенности применения:
Ветряная электростанция большой мощности может быть эффективным долговременным вложением средств при правильном расчете затрат и сроков окупаемости проекта. Область применения не ограничивается электроснабжением жилых объектов. Эффективность вложений резко повышается при использовании ветроэлектростанции на 100 кВт и более для энергоснабжения потребителей не требовательных к характеристикам тока: для обогрева и освещения теплиц, освещения улиц или энергоемких производств, которые работают по мобильной схеме.
Комплектация и цена ветроэлектростанции обычно индивидуально рассчитывается для конкретной задачи.
Комплектация:
Гидравлическая мачта 18м
Контроллер
Цена: 4 879 867 руб.
Очень важна поддержка постоянной подачи электричества в больших медицинских учреждениях и госпиталях, т.к. от любого перебоя питания зависит жизнь пациентов. Избежать таких проблем поможет ветровая электростанция 100 кВт.
Ветрогенератор 100 кВт можно установить на территорию медицинского учреждения в качестве основного или .
Так же мощности данной электростанции хватит для подачи тока в большие отели, образовательные учреждения, компании. Среднее количество рабочих мест в таких предприятиях должно быть около 100-150.
Срок службы таких приборов при соблюдении норм обслуживания 25 и более лет.
Ветровые электростанции часто используются в качестве удалённых объектов. Их применяют на буровых установках и в качестве обеспечения электричеством вахтовых посёлков, туда, где подача электричества очень часто затруднена из-за ряда погодных условий.
Ветровая электростанция 200 кВт станет идеальным вариантом для подачи электричества при масштабных строительных работах, где простой будет означать выбивание из сроков, большие дополнительные денежные затраты и задержку плана сдачи объектов.
Срок службы таких приборов при постоянном диагностическом обслуживании составляет более 25 лет.
Цена ветровой электростанции не кажется столь заоблачной, если пересчитать количество электричества, которое она произведёт за свой срок службы.
Для предприятий среднего и крупного бизнеса часто большую роль играет стабильная подача электричества. С перебоями питания сбиваются сроки поставок и заказов.
Для решения проблемы без перебойного электроснабжения существует ветровая электростанция 300 кВт . Её мощности вполне хватит для того, чтобы обеспечивать бесперебойное питание компаний, в штате которых находится от 200 до 500 рабочих мест.
Разработка интегральных микросхем, создание баз данных и промышленных концептов, за всё это можно будет не волноваться, если на территории предприятия установлена своя персональная электростанция.
Срок службы таких приборов при постоянном обслуживании составляет от 20 до 25 лет в сочетании с ультравысокой надежностью изделия.
Купить ветровую электростанцию можно в лизинг или кредит, а наша компания поможет оформить все сопутствующие документы.
Часто на крупных предприятиях, занимающихся выпуском большого количества продукции, происходят перепады электричества. В целях предотвращения застоя и получения убытков, в качестве источников питания часто используются промышленные ветрогенераторы.
Данный тип электростанции без труда сможет обеспечивать бесперебойным питанием крупные финансовые объекты, такие как заводы занимающиеся производством машинной и крупногабаритной бытовой техники, обработкой и массовой добычей полезных ископаемых и т.д.
Ветряная электростанция 500 кВт сможет обеспечить стабильную и безопасную работу сети, и всё это вкупе с возможностью легкого дистанционного обслуживания.
Цена ветряной электростанции не кажется столь заоблачной, если пересчитать количество электричества, которое она произведёт за время работы.
Срок службы данных приборов при постоянном обслуживании колеблется от 20 до 25 лет.
Ветряная электростанция (ВЭС) — альтернативный экологичный источник энергии. ВЭС представляет собой несколько распределённых или сосредоточенных ветроэлектрических установок (ветрогенераторов или ВЭУ), соединённых в общую сеть (каскады). Крупнейшие ВЭС могут состоять из сотни и более ветрогенераторов, работающих как на собственные, так и на один общий энергоблок. Для ВЭС наиболее эффективны регионы со средней скоростью ветра более 4,5 м/с.
Россия располагает крупными ветроэнергитическими ресурсами, в сумме ветропотенциал страны оценивается приблизительно в 14000 ТВт час/год. Крупнейшая ветровая станция России — Зеленоградская ВЭУ (5,1 МВт), также отметим Анадырскую ВЭС, Заполярную и ВЭС Тюпкильды. Общая мощность работающих ВЭС России более 16,5 МВт. Кроме электрической, ветровая энергия используется в получении тепловой и механической энергий.
"Зеленоградская ВЭУ расположенна в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области.
ВЭУ преобразует кинетическую энергию воздушных потоков в механическую, которая используется для вращения ротора генератора электротока. Промышленные ВЭУ используются в построении ветряных электростанций. Их мощность может достигать 7,5 МВт, она зависит от конструкции ветряка, силы воздушного потока, плотности воздуха и площади обдуваемой поверхности. Промышленная ВЭУ обычно состоит из фундамента, силового шкафа управления, башни, лестницы, поворотного механизма, гондолы, электрогенератора, механизма слежения за параметрами ветра, тормозной системы, трансмиссии, лопастей, обтекателя, коммуникаций и системы защиты от молний. Ветротурбины бывают с вертикальной осью вращения (карусельные лопастные и т.д.) и горизонтально-осевые — кругового вращения, наиболее распространённые из-за простоты и высокого КПД.
Устройство ветрогенератора включает в себя ветротурбину (раскручиваемую лопастями или ротором) и электрогенератор. Полученное с генератора электричество обычно поступает на устройство управления аккумуляторами, после чего накапливается в аккумуляторах, и с помощью инвертора, подключённого в электросеть, преобразуется в переменный ток необходимой силы, частоты и напряжения (например: 50 Гц/220 В). ВЭУ на выходе электрорегулятора имеет 24, 48 или 96 вольт постоянного тока. Батареи аккумулятора накапливают энергию для использования в безветрие. Принципиальную электросхему взаимодействия ВЭУ с устройствами можно как угодно модифицировать и улучшать.
Типы ветровых электростанций.
Наземная — самый распространённый вид. Ветрогенераторы здесь размещены на возвышенностях (горы, холмы). Самой крупной ВЭС считается калифорнийская «Альта» в США с мощностью 1,5 ГВт. Ветрогенераторы на высоте более 500 м над уровнем моря - это горная разновидность наземных станций.
Шельфовая строится в море, в 10-60 км от берега. Даёт преимущество в отсутствии выделенных сухопутных территорий и высокую эффективность в силу постоянства морских ветров. В сравнении с наземной обладает большей дороговизной.
Крупнейшая станция «London Array» в Великобритании производит 630 МВт электроэнергии.
Прибрежная строится в прибрежных зонах морей и океанов, что обусловлено суточными морскими бризами.
Плавающая — сравнительно новый вид. Устанавливается на плавающей платформе на некотором удалении от берега.
Парящая, где ветровые турбины размещены высоко над землёй с целью использования более сильных и стойких воздушных потоков.
Преимущества ВЭУ:
Недостатки ВЭУ:
Проекты ветряных установок будущего:
Ветростебли вместо лопастей. Установка в проекте «зелёного» города без машин Масдара близ Абу-Даби. 1203 энергоэффективных стебля высотой 55 м на расстоянии друг от друга в 10-20 м будут «расти» из земли, покачиваться от ветра и генерировать таким образом энергию путём сжатия керамических дисков электродных слоёв.
Сверхмассивный ветряк Aerogenerator X отличается от классических ветряков своими внушительными размерами и выработкой энергии в 3 раза больше, чем обычный ветряк (10 МВт). Размах лопастей 275 м. Конструкция используется в ширину, а не ввысь. Ветряк вращается над морской гладью как карусель.
Норвежский город турбин на побережье Ставангер. Так как Евросоюз поставил цель обеспечения энергией хотя бы на 20% от природных сил, то не исключено что Норвегия станет основным производителем энергии через ветер и воду. Множество связанных ветроустановок будут настоящим городом с двумя млн. рабочих мест. Этой энергии должно хватить на Норвегию и часть Европы. К 2020 г. разработчики рассчитывают обеспечивать 12% энергии от энергии во всём мире. Экологически чистые турбины сберегут более 10700 млн. тонн выбросов двуокиси углерода.
Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры — от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии! Почему же столь обильный, доступный да и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.
Еще в Древнем Египте за три с половиной тысячи лет до нашей эры применялись ветровые двигатели для подъема воды и размола зерна. За пятьдесят с лишним веков ветряные мельницы почти не изменили свой облик. Например, в Англии имеется мельница, построенная в середине XVII в. Несмотря на свой преклонный возраст, она исправно трудится и по сей день. В России до революции насчитывалось приблизительно 250 тыс. ветряных мельниц, общая мощность которых составляла около 1,5 млн. кВт. На них размалывалось до 3 млрд. пудов зерна в год.
Техника XX века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой — получение электроэнергии. В начале века Н. Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.
Ветряные мельницы оказались прекрасными источниками даровой энергии. Неудивительно, что со временем их стали использовать не только для размола зерна. Ветряки вращали дисковые пилы на больших лесопилках, поднимали грузы на большие высоты, использовались для подъема воды. Наряду с водяными мельницами они оставались, практически, самыми мощными машинами прошлого. В той же Голландии, например, где ветряков было больше всего, они успешно работали до середины нашего века. Часть их действует и в настоящее время.
Что интересно, мельницы в средневековье вызывали у некоторых суеверный страх — настолько непривычными были даже простейшие механические приспособления. Мельникам приписывали общение с нечистой силой.
В наши дни к созданию конструкций ветроколеса — сердца любой ветроэнергетической установки — привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.
Разработано большое количество ветрогенераторов. В зависимости от ориентации оси вращения по отношению к направлению потока ветрогенераторы могут быть классифицированы:
С горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветрового потока;
с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра (подобные водяному колесу);
с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветрового потока.
Здесь — сайт ветроэнергетики. НПГ «САЙНМЕТ» является отечественным РАЗРАБОТЧИКОМ И ПРОИЗВОДИТЕЛЕМ ветроэнергетических установок (ветрогенераторов), одним из мировых лидеров в области автономной ветроэнергетики – обладателем Гран-при и трех золотых медалей Всемирной Брюссельской выставки инноваций «Eureka-2005». НПГ «САЙНМЕТ» представляет автономные ветроэнергетические установки: ветрогенератор мощностью 5 и ветрогенератор мощностью 40кВт, а также ветросолнечные и ветродизельные установки на их основе.
Ветродизельные энергетические установки могут быть объединены в локальные сети, а также сопряжены с солнечными батареями. Ветродизельные агрегаты, в зависимости от ветрового потенциала местности, позволяют экономить 50-70% топлива, потребляемого дизель-генераторами сравнимой мощности.
Основные конструктивные решения ветрогенераторов защищены патентами на изобретения.
Человек использует энергию ветра с незапамятных времен. Но его парусники, тысячелетиями бороздившие просторы океанов, и ветряные мельницы использовали лишь ничтожную долю из тех 2,7 трлн. кВт энергии, которыми обладают ветры, дующие на Земле. Полагают, что технически возможно освоение 40 млрд. кВт, но даже это более чем в 10 раз превышает гидроэнергетический потенциал планеты.
Почему же столь обильный доступный и экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии.
Ветровой энергетический потенциал Земли в 1989 году был оценен в 300 млрд. кВт * ч в год. Но для технического освоения из этого количества пригодно только 1,5%. Главное препятствие для него – рассеянность и непостоянство ветровой энергии. Непостоянство ветра требует сооружения аккумуляторов энергии, что значительно удорожает себестоимость электроэнергии. Из-за рассеянности при сооружении равных по мощности солнечных и ветровых электростанций для последних требуется в пять раз больше площади (впрочем, эти земли можно одновременно использовать и для сельскохозяйственных нужд).
Но на Земле есть и такие районы, где ветры дуют с достаточным постоянством и силой. (Ветер, дующий со скоростью 5-8 м/сек., называется умеренным, 14-20 м/сек. – сильный, 20-25 м/сек. – штормовым, а свыше 30 м/сек. – ураганным). Примерами подобных районов могут служить побережья Северного, Балтийского, арктических морей.
Новейшие исследования направлены преимущественно на получение электрической энергии из энергии ветра. Стремление освоить производство ветроэнергетических машин привело к появлению на свет множества таких агрегатов. Некоторые из них достигают десятков метров в высоту, и, как полагают, со временем они могли бы образовать настоящую электрическую сеть. Малые ветроэлектрические агрегаты предназначены для снабжения электроэнергией отдельных домов.
Сооружаются ветроэлектрические станции преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину – генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы.
Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования.
Основное направление использования энергии ветра – получение электроэнергии для автономных потребителей, а также механической энергии для подъема воды в засушливых районах, на пастбищах, осушения болот и др. В местностях, имеющих подходящие ветровые режимы, ветроустановки в комплекте с аккумуляторами можно применять для питания автоматических метеостанций, сигнальных устройств, аппаратуры радиосвязи, катодной защиты от коррозии магистральных трубопроводов и др.
По оценкам специалистов, энергию ветра можно эффективно использовать там, где без существенного хозяйственного ущерба допустимы кратковременные перерывы в подаче энергии. Использование же ветроустановок с аккумулированием энергии позволяет применять их для снабжения энергией практически любых потребителей.
Мощные ветровые установки стоят обычно в районах с постоянно дующими ветрами (на морских побережьях, в мелководных прибрежных зонах и т.д.) Такие установки уже используют в России, США, Канаде, Франции и других странах.
Широкому применению ветроэлектрических агрегатов в обычных условиях пока препятствует их высокая себестоимость. Вряд ли требуется говорить, что за ветер платить не нужно, однако машины, нужные для того, чтобы запрячь его в работу, обходятся слишком дорого.
При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток её в периоды безветрия. Как же накапливать и сохранить впрок энергию ветра? Простейший способ состоит в том, что ветряное колесо движет насос, который накапливает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока. Существуют и другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива. Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород, Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.
Наука и жизнь, №1, 1991 г. М.: Правда.
Техника молодёжи, №5, 1990 г.
Феликс Р. Патури Зодчие ХХI века М.: ПРОГРЕСС, 1979.
Наука и жизнь, No10, 1986 г. М.: Правда.
Багоцкий В.С., Скундин А.М.
Химические источники тока М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.
Коровин Н.В. Новые химические источники тока М.: Энергия, 1978. 194 с.
Д-р Дитрих Берндт Конструкторский уровень и технические границы применения герметичных батарей А/О ВАРТА Беттери Научно-исследовательский центр
Лаврус В.С. Батарейки и аккумуляторы К.: Наука и техника, 1995. 48 с.
Наука и жизнь, №5…7, 1981 г. М.: Правда.
Мурыгин И.В. Электродные процессы в твердых электролитах М.: Наука, 1991. 351 с.
T he Power Protection Handbook American Power Conversion
Шульц Ю. Электроизмерительная техника 1000 понятий для практиков М.: Энергоиздат, 1989. 288 с.
Наука и жизнь, №11, 1991 г. М.: Правда.
Ю. С. Крючков, И. Е. Перестюк Крылья Океана Л.: Судостроение, 1983. 256 с.
В. Брюхань. Ветроэнергетический потенциал свободной атмосферы над СССР Метрология и гидрология. №6, 1989 г.
New scientist №1536, 1986 г.
Daily Telegraf, 25.09.1986 г.
Каркас одноэтажных зданий состоит из поперечных рам, шарнирно связанных поверху стропильными конструкциями. Поперечная жесткость здания обеспечивается колоннами, жестко защемленными в фундаменте и диском покрытия.
В зданиях с кровлей, устраиваемой по сплошному настилу из крупноразмерных железобетонных плит, условия работы отдельных рам облегчаются за счет частичной передачи нагрузок «жесткой» кровлей на смежные рамы.
Здания с кровлей из плит, укладываемых по прогонам, находятся в менее благоприятных условиях, т.к. независимость деформации отдельных рам при воздействии на них местных нагрузок может привести в ряде случаев к ухудшению эксплуатационных свойств здания.
Поэтому при проектировании зданий с мостовыми кранами значительной грузоподъемности, а также бескрановых, имеющих большую высоту, следует предусматривать продольные связи по верхним поясам стропильных конструкций, до некоторой степени объединяющих работу рам в поперечном направлении.
Обеспечение жесткости здания в продольном направлении только за счет колонн экономически оправдывается лишь для бескрановых зданий: с пролетами L ≤ 24 м и высотами Н ≤ 8,4 м, а также для зданий с L= 30 м и Н ≤7,2 м. Для зданий большой высоты и зданий с мостовыми кранами необходимо предусматривать вертикальные связи жесткости в продольном направлении.
Такие связи устраивают между колоннами и при необходимости в покрытии здания.
Передача ветровых нагрузок с торцовых стен на колонны и вертикальные связи через конструкции кровли целесообразна только для зданий определенных пролетов и высоты. В большепролетных зданиях более или менее значительной высоты такое использование кровли затрудняет крепление стропильных конструкций к колоннам, усложняет конструкции, обеспечивающие устойчивость покрытий, а в ряде случаев и вообще не может быть осуществлено без нарушения целостности кровли, прочности креплений ее к стропильным конструкциям.
Торцовые стены таких зданий должны проектироваться с применением горизонтальных ветровых ферм и с передачей на них подавляющей части ветровой нагрузки.
Кровли из относительно мелких изделий, укладываемых по прогонам, могут воспринимать ветровые нагрузки от торцовых стен и передавать их на колонны лишь при условии развязки их системой поперечных горизонтальных связей по верхним поясам стропильных конструкций.
Условия применения таких, а также других второстепенных конструкций (вертикальные связи между фермами, распорки, растяжки) зависят от параметров здания.
Все одноэтажные промышленные здания делят на конструктивно однородные группы в зависимости от типа транспортного оборудования и габаритных характеристик (пролет и высота), которые приведены в таблице 1 ниже.
К группе I относят здания с пролетами до 24 м, имеющих высоту до 8 м, а также здания с пролетами 30 м и высотой до 7 м.
К группе II относятся здания, имеющие поперечные температурные швы при: L= 18 м и Н = 9 – 15 м; L= 24 м и Н = 9 – 12 м; L ≥ 30 м и Н = 9 – 10 м;
К группе III относятся здания с поперечными температурными швами, но более высокие, чем здания группы II, а также здания без поперечных температурных швов с пролетами L= 18 м, 24 м, 30 м, высотой более 12 м.
Все здания указанной номенклатуры, за исключением зданий группы А – б — I, требуют применения связей.
Таблица 1
| Группа зданий по высоте | с беспрогонными кровлями | с кровлей по прогонам | ||
| с мостовыми кранами | без мостовых кранов | с мостовыми кранами | без мостовых кранов | |
| Низкие | А – а — I | А – б — I | Б – а — I | Б –б — I |
| Средние | А – а — II | А – б — II | Б – а — II | Б –б — II |
| Высокие | А – а — III | А – б — III | Б – а — III | Б –б — III |
Вертикальные связи жесткости между колоннами устанавливают в середине температурного блока каждого продольного ряда. В зданиях с мостовыми кранами вертикальные связи по колоннам устраиваются только на высоту до низа подкрановых балок (рис.1), а в зданиях без мостовых кранов – на полную высоту колонн. Между стальными колоннами крановых зданий связи устанавливают еще и в надкрановых частях колонн, как в середине температурного блока, так и в крайних его шагах (рис. 2 а, б). При высоте подкрановой части стальной колонны превышающей 8,5 м связи сдваивают (рис. 2 в).
По схеме стальные связи между колоннами подразделяются на крестовые и портальные. Крестовые характерны 6-метровым шагам колонн, портальные – 12-метровым.
2. Вертикальные связи по стальным колоннам:
а – крестовые связи; б – портальные связи; в – крестовые сдвоенные связи
Капитальные стены, расположенные в распор между колоннами и прочно связанные с ними, могут быть использованы для обеспечения продольной жесткости здания вместо вертикальных связей лишь при гарантии, что эти стены не будут подлежать разборке при эксплуатации или реконструкции здания.
Во всех зданиях с кровлей по прогонам необходимо предусматривать горизонтальные поперечные связи жесткости, которые устанавливают по верхним поясам стропильных конструкций в крайних панелях каждого температурного блока, независимо от наличия или отсутствия ветровых ферм.
В высоких зданиях требуется устройство горизонтальных ветровых ферм в торцах зданий. В зданиях с мостовыми кранами ветровые фермы устанавливаются на уровне верха подкрановых балок (рис.3).
 |
Рис. 3. Схема расположения ветровой фермы в уровне подкрановых балок
Для передачи давления ветровых ферм по линии подкрановых балок зазоры между торцами балок заполняют бетоном, а крепление подкрановых балок к колоннам связевой панели рассчитывается на восприятие всех горизонтальных сил (включая силы от продольного торможения кранов), действующих по линии подкрановых балок.
В зданиях без мостовых кранов ветровые фермы необходимо располагать в уровне верха вертикальных связей.
Во всех случаях применения ветровых ферм в зданиях без подстропильных конструкций между колоннами на уровне ветровых ферм должны быть поставлены распорки для передачи ветрового давления от ферм на вертикальные связи.
В зданиях с подстропильными конструкциями крепление их к колоннам рассчитывается на горизонтальные нагрузки от ветровых ферм. Зазоры между торцами подстропильных конструкций рекомендуется заполнять бетоном.
Все продольные нагрузки, воспринимаемые отдельными элементами здания, в конечном счете, должны быть переданы вертикальным связям в продольных рядах колонн или распределены между колоннами. Необходимость во второстепенных устройствах для обеспечения прочности узлов и устойчивости элементов покрытия, участвующих в такой передаче, в значительной мере определяется типом кровли.
В зданиях типов А – а – I, II, III и А – б – I с жесткими беспрогонными кровлями ветровые нагрузки распределяются покрытием между всеми колоннами в продольных рядах. Крепление каждой из стропильных конструкций к колоннам в этих случаях должно быть рассчитано на воспринимаемую ею часть общей ветровой нагрузки.
При невозможности обеспечить необходимую прочность крепления стропильных конструкций к колоннам (например, в покрытиях имеющих стропильные конструкции с большой высотой на опорах) устанавливают вертикальные связи между опорными стойками стропильных конструкций в крайних панелях температурного блока. При этом устанавливают и распорки между всеми колоннами ряда по их оголовкам для распределения, воспринимаемого вертикальной связью, ветрового давления между всеми колоннами ряда.
В зданиях типа А – б – II, в которых вертикальные связи между колоннами устраиваются на всю высоту колонн, ветровые усилия передаются покрытием на колонны лишь в узлах крепления стропильных конструкций к колоннам связевой панели. В этом случае необходимо устраивать дополнительные связи в покрытии. Так, при небольшой высоте стропильных конструкций на опоре между колоннами каждого продольного ряда устанавливают распорки, передающие ветровые нагрузки на вертикальные связи. Крепление каждой из стропильных конструкций к колоннам будет при этом работать лишь на приходящуюся на него часть общей ветровой нагрузки. А при значительной высоте стропильных конструкций на опоре (стальные и железобетонные фермы с параллельными поясами, железобетонные безраскосные фермы и т.п.) следует устанавливать вертикальные связи (С1) между опорными стойками ферм в крайних шагах температурного блока, соединяемые непрерывной цепью распорок. Стальные стропильные фермы дополнительно развязываются по нижним поясам раскосами (С2) и крепятся к остальным фермам с помощью растяжек по нижнему поясу (С3) и распорок по верхнему поясу (С4) (рис. 4).
 |
|||
 |
|||
Рис. 4. Схема связей в покрытии по стальным фермам
В зданиях с мостовыми кранами тяжелого или особо тяжелого режимов работы по продольным краям каждого температурного блока в уровне нижнего пояса стропильных ферм устанавливают распорки (С5) и раскосы (С6) (рис.4).
В зданиях с фонарями в пределах фонаря устанавливаются распорки в середине пролета, соединяющие узлы верхних поясов стропильных конструкций, а также вертикальные и горизонтальные связи в крайних шагах температурного блока.
Связи проектируют из прокатных, гнутых, гнутосварных профилей или электросварных труб.
Крепят их с помощью болтов нормальной точности или высокопрочных, а также на сварке.
Дата публикования: 2014-10-17; Прочитано: 8172 | Нарушение авторского права страницы
Studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.003 с)…
Ветровые электростанции являются одним из вариантов получения альтернативной энергии. Энергия ветра относится к возобновляемому виду наряду с солнечной, термальной и т. п. Потенциал ветровой энергетики, конечно, меньше солнечной, но всё равно перекрывает современные потребности человечества в энергии. КПД ветровых электростанций небольшой, и составляет в лучшем случае 30 процентов. Но всё равно их строительство продолжается, и они считаются довольно перспективным видом энергетических установок.
Ветровая электростанция состоит из определённого количества генераторов, которые собраны вместе. Крупные ветровые электростанции включают в себя до 100 и более отдельно стоящих ветрогенераторов. В литературе также можно встретить название ─ ветровые фермы. Сразу стоит сказать, что подобные электростанции можно строить только в определённых регионах планеты. В этих местах средняя скорость ветра должна быть не менее 4,5 метра в секунду.
Стоит отметить, что стандартная информация о метеорологов не годится при оценке целесообразности строительства ветровой электростанции. Ведь информацию о ветре метеорологи собирают на высоте до 10 метров над поверхностью Земли. Практически во всех странах мира специальные карты доступности энергии ветра создаются либо государством, либо при его участии.
Среди примеров этого можно назвать атлас ветров и компьютерную модель WEST для Канады. Этим занимались министерство природных ресурсов и министерство развития этой страны. Благодаря этим сведениям предприниматели могут планировать строительство ветровых электростанций в любой точке Канады. В Организации Объединённых Наций ещё в 2005 году была создана карта ветров для 19 развивающихся стран.
Ветрогенераторы, работающие в составе ветровых электростанций, устанавливают на различных возвышенностях естественного или искусственного происхождения. И это неслучайно, поскольку скорость ветра тем больше, чем выше от поверхности планеты. Поэтому ветрогенераторы работают на специальных башнях, высота которых от 30 до 60 метров. При планировании ветровой электростанции также принимается в расчёт наличие деревьев, крупных строений и т. п. Всё это также может повлиять на скорость ветра.
Кроме того, при строительстве подобных электростанций должны учитываться требования к охране ОС и влияние на человека. Ведь от подобных установок исходит немалый шум. В европейских странах давно приняты законы, которые ограничивают максимальный уровень шума ветровых энергетических установок. Днём этот показатель не должен превышать 45 дБ, а ночью ─ 35 дБ. Подобные установки должны находиться на расстоянии не менее 300 метров от жилых домов. Кроме того, современные ветровые электростанции останавливаются на время перелёта птиц.
Ветровые электростанции, как правило, занимают большое пространство. Для их строительства используются такие регионы, которые мало заселены и не вовлечены в экономическую деятельность. Среди них можно назвать:
В состав ветровых электростанций входят отдельно стоящие ветрогенераторы. Давайте, вкратце рассмотрим, какая у них конструкция. В неё входят следующие узлы и детали:
Монтаж ветряной электростанции на дачном участке или в личном доме дает множество преимуществ, которые имеет автономное электроснабжение. Это устройство, предназначенное для улавливания, преобразования и накапливания ветровой энергии, обеспечивает человеку такое необходимое благо, как бесплатная возобновляемая электроэнергия. Работа по сборке собственной ветряной электростанции не отличается сложностью и реализуема при небольших затратах на материалы, главное в этом деле желание, а результат оправдывает затраченные на его достижение средства.
Принцип работы домашней ветроэлектростанции предельно прост. Ветер потоком воздуха воздействует на лопатки воздушного колеса, приводя его в движение. По сути это детский с пропеллером. Но, лопасти с колесом в этом случае исполняют роль ветряного двигателя, так как вращают соединенный посредством передачи с ним генератор электричества, который вырабатывая ток, заряжает АКБ. Батареи, наполнившись электроэнергией, получают возможность отдавать ее в преобразованном инвертором виде всем домашним электроприборам.
Наиболее эффективны ветрогенераторы, у которых лопасти имеют горизонтальное положение по отношению к потоку воздуха. Существенное влияние на КПД всего агрегата оказывает радиус, описываемый его лопатками, так чтобы этот показатель был оптимален, описываемая ими окружность должна быть в диаметре не меньше 2,5 метра.
Количество лопаток также оказывает влияние на работу ветродвигателя, так чем их меньше, тем быстрее скорость вращения ротора, максимальная достигается при использовании одной лопасти с противовесом.
Нормальная работа ветростанции возможна при скорости ветра от 3 м/с, из-за чего при выборе ее как источника электропитания частного дома необходимо принимать в расчет среднюю за год скорость ветра в месте размещения жилища.
Плюсы ветрогенераторных установок:
Не лишена ветроустановка и своих специфических недостатков:
Ветрогенераторы подразделяются на виды по нескольким параметрам:
Современные ветроустановки не требуют сверхмощных порывов ветра. Их конструкция продумана не хуже велосипеда, так что для обеспечения энергией обычного дома хватает ветра со скоростью 2-5 м/с.
Решив приобрести или самостоятельно построить такой агрегат необходимо учесть все особенности такой конструкции:
Для обеспечения эффективности работы генератора, как одного из элементов домашней электростанции, необходимо правильно рассчитать соотношение мощности между всеми источниками потребления в доме и силой конкретного инвертора с домашней аккумуляторной станцией. Стабильная работа всей системы возможна только в том случае если генератор вырабатывает ток, сила которого обеспечивает зарядку батарей.
Рассчитывая среднее значение электропотребления, рекомендуется ориентироваться на сумму мощностей всех домашних электроприборов с учетом порядка их включения и времени работы. Сравнив полученные расчеты с показаниями электросчетчика за месяц, можно определить наиболее близкую к реальному потреблению цифру.
Как правило, для электропитания среднестатистического жилища, достаточно инвертирующего агрегата силой в 3 кВт. Выбирать его необходимо по следующим параметрам:
От общей емкости всех элементов аккумуляторной станции напрямую зависит время автономного функционирования домашней электросети. В качестве таких элементов, эксплуатируемых с инвертором, используются особые АКБ повышенной герметичности и безопасности, поэтому их можно располагать в любом помещении.
Более дешевыми, но менее удобными для использования в жилом помещении являются стандартные автомобильные источники питания. Они имеют конструкцию, накладывающую ограничения даже по току.
Что касается самой электрогенерирующей машины, то агрегата силой в 1 кВт, хватит для подзарядки АКБ, обеспечивающих током инверторный преобразователь мощностью до 3 кВт.
Самым сложным и дорогостоящим элементом любой ветряной электростанции является генератор тот самый агрегат всей системы, где зарождается ток. Лучшим вариантом для самостоятельного конструирования представляется электродвигатель с током постоянного напряжения 60-100 вольт. Он не нуждается в переделке конструкции, и совместим для работы с зарядной аппаратурой машинных батарей.
Использование машинного источника тока имеет свои трудности, ведь она требует номинальной частоты вращения при работе около 1800-2500 об/мин, что нереально для ветрового колеса, конечно, если не использовать повышающих редукторов.
Неплохим выбором, требующим, однако, доработки конструкции, может быть двигатель асинхронного типа, в котором используются неодимовые магниты. Но для его доработки требуются токарный станок и профессионал для работы на нем. Поэтому этот вариант не очень подходит для самоделковых.
Материалы:
Необходимые инструменты:
Цены на такие системы, как правило, прямо пропорциональны их мощности, с удвоением которой удваивается и стоимость всего оборудования электростанции.
Например, ветрогенераторная станция мощностью 3 кВт/48 вольт стоит около 100,000 рублей. А ее аналог производительностью 5 кВт/120 вольт имеют цену приблизительно 220,000 рублей.
Исходя из этого правила, агрегаты на 10 кВт/240 вольт и 20 кВт/240 вольт продаются по цене 413,000 и 750,000 рублей соответственно.
Приобрести такие системы можно, как в специализированных магазинах и компаниях, так и заказать с доставкой и монтажом через интернет.
Основным критерием при покупке ветрогенератора после его цены, является необходимая в конкретном случае мощность установки.
Для бытовых нужд достаточно агрегата мощностью от 3 кВт, и даже если использовать все возможности вряд ли в домашних условиях получится полностью загрузить станцию топового класса мощностью 20 кВт:
