Проблеми, свързани с използването на енергията на вятъра, проблеми на ветротурбините

Икономии чрез използването на енергията на вятъра: вятърни машини.
Гигантомания и икономии.
Формула за изчисляване мощността на вятъра.

Изчисляване мощността на потока, земната атмосфера и ветрени двигатели

Идеалното място за използване на ветротурбинити от "самолетно-въртолетен тип" е планетата Венера. Голямата плътност на атмосферата и може би силният вятър могат да предадат върху турбините голяма мощност. На Венера няма насекоми, сняг, лед, скреж, полепващи по перките и променящи тяхната аеродинамика.

На Венера няма природозащитни организации, защитаващи птиците, които да се борят срещу 150-метровите перки, смятащи, че птиците се плашат от ветротурбините. (А има ли изследвания, доказващи, че птиците се страхуват? Орнитолозите на летищата застъпват противоположната версия. Или защитниците на птиците изнудват за пари ветроенергийните компании?)

Да се върнем на Земята.

Атмосфера на Земята

( СНИМКАТА: НОЕМВРИ 2007. БЪЛГАРИЯ, ВАРНЕНСКА ОБЛАСТ. СЕЛО ОРЕШАК )

Атмосферата на Земята на морското равнище има плътност около 1,225 килограма на кубически метър. Кинетичната мощност на ламинарния (равномерен и без вихри) поток на газа или течността може да се изчисли по формулата:
W=0.5*Ro*A*(V**3),
где
W - мощност на кинетичната енергия, Вата
Ro - плътност на газа (въздуха) или течността, килограма на куб. метър
A - площ на сечението на потока, квадратни метра
V - скорост на потока, метри в секунда.

С малко повече фантазия може да приемем вятъра за ламинарен поток на газ. Митът, че в горните пластове въздухът се движи ламинарно си остава мит - още на няколко километра височина турболентност се среща рядко, но ако се случи - "затегнете коланите, приближаваме буреносен фронт (зона с турболентност, въздушни ями, тайфуни и т.н.)". Вижте снимката "Атмосферата на Земята": това са вълни във въздушна река, наподобяващи облаци - места с различна плътност и влажност на въздуха.

Формула за изчисляване мощността на вятъра

И така, ще считаме вятъра за ламинарен поток на газ с плътност 1,225 килограма на кубически метър. При скорост на вятъра 2-3 метра в секунда, най-често срещана в метеорологичните прогнози, мощността му, изчислена по формулата W=0.5*Ro*A*(V**3) ще бъде около 15 вата на метър сечение. Вятър от 3 до 5 метра в секунда ще има мощност около 50 вата на квадратен метър. Вятърът, който метеоролозите определят като "5-10 метра в секунда, на моменти до 15 метра в секунда" (а на практика такъв вятър обръща чадърите и го има не рядко), ще има мощност около 400 вата на квадратен метър сечение.

Вятърните машини се движат в реалната атмосфера, в която скоростта и направлението на вятъра се променят всеки момент, понякога даже и в противоположна посока (вж. снимката "Воден смерч"). Перките, даже с регулируем ъгъл на атака, не могат да вземат 100% от половината кинетична енергия на вятъра (половината е максималното количество кинетична енергия, която може да се извлече от ламинарен поток на газ наведнъж). Целият винт, всяка точка от който има еднаква ъглова скорост, се върти в поток, всяка точка от който има различна моментна скорост и направление на движение (векторна скорост).

В рекламите и техническите характеристики на пропелерните вятърни машини, по правило се скрива статистиката за скоростта на вятъра и произведената мощност в реални условия. Може да се предположи, че реалното производство на механична енергия представлява 10-20% от кинетичната енергия на идеалния ламинарен поток на газ (вж. формулата за изчисление на мощността):

• вятър 2-3 метра в секунда - мощност, извлечена от един квадратен метър работна площ - 2 вата
• вятър 3-5 метра в секунда - мощност 7,5 вата/кв.м
• вятър 5-10, с пориви до 15 метра в секунда - мощност 60 вата на квадратен метър.

Ако разгледаме случай, в който вятърната машина се използва като електрогенератор, то киловатите на електрическа мощност на изхода "127/220 Волта 50-60 херца" ще бъдат още по-неоптимистични заради загубите в редуктора, намотките, преобразувателя.

Воден смерч

(СНИМКАТА: ЮЛИ 2006. БЪЛГАРИЯ, ЧЕРНО МОРЕ )

Формула за изчисляване мощността на вятъра и платното

Разпространените стереотипи представят мнението, че съвременното приложение на преобразувателите на кинетичната енергия на вятъра се използва единствено за добиването на електроенергия и че единствено пропелерните вятърни машини (вятърната турбина, wind turbine) могат да бъдат полезни. Те забравят за водните помпи, яхтите с платна, вятърните мелници и т.н. На практика броят на видовете вятърни машини е безкраен.

Корабно платно
(Който не вярва в мощността на корабното платно -
преобразовател на енергията на вятъра -
може да пробва да се повози на парусна яхта на буксир.)

( СНИМКАТА: ЮЛИ 2006. БЪЛГАРИЯ, ЧЕРНО МОРЕ )

Получаваната от вятърни машини евтина механична енергия решихме да използваме за привеждане в движение на топлинна помпа, тъй като най-важното енергопотребление у нас е под формата на топлина. За съхранението и използването на този вид енергия в домашни условия - вж. статията За отоплението на жилището и други домакински нужди не винаги е необходима топлинна енергия с висока температура.

2006-2007, 2008 - допълнения

първата публикация:
"Проблеми, свързане с използването на вятъра, проблеми на ветротурбините"
energy-saving.hit.bg/articles/wind_power_and_wind_turbines_problems.html