"Ветряк - путь к альтернативной энергии ветра"

                  ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ЦЕНТР  ОБРАЗОВАНИЯ  № 1862

Ветряк –
ключ к альтернативной энергии ветра.

Автор работы: Розанов Даниил

Научный руководитель: Дорофеева Е.Ю.

МОСКВА 2012

Содержание

                                                                                                              Стр.

Введение ........................................................................................................................................3

Энергия ветра ………………………………………………………………………………...….4

Что позволяет нам использовать энергию ветра?…………………………………………………………..…………………………………5

Компоненты ветроустановки…………………………………..……………...………………...5

Как определить мощность ветряка?………………………………………...………………..…5

Типы ветряков………………………………………………………………...….........................5

Принцип работы комплекса использующего энергию ветра…………………………………………………………………………...………………….6

Аккумулятор……………………………………………………………………………………...6

Зависимость непрерывного времени работы

полностью заряженной аккумуляторной батареи от нагрузки ………………………………………………………………………………..…….......................6

Инвертор……………………………………………………………….........................................8

Скорость и сила ветра……………………………………………………………………….…..9

Результаты наблюдения за скоростью ветра……………………….……………….………...12

Достаточно ли электроэнергии получаемой от ветряка  для нужд дома?

…………………………………………………………………………………………………...13

Пример расчёта ветряка……………………………………………………………………… .13

Ветроэнергетика на высоте.…………………………………………………………………....14

Результаты работы………………………………………………...............................................16

Выводы……………………………………………………...……………………………...…...16

Список литературы………………………………………………………………………..……17                                                       Приложение………………………………………………………………………………....…18

Введение

Однажды, когда вся наша семья в выходной день  собралась на даче, погас свет. Мы ждали несколько часов, но света всё не было, как выяснилось, на лини, произошёл обрыв проводов из-за падения деревьев. Это случается часто. После отключения света прекратилась подача воды, разморозился холодильник, отключилось отопление и т.д. А в доме моего друга горел свет. Как это возможно?   Оказалось, что его дедушка установил ветряк и та электроэнергия, что накопилась в аккумуляторах,  позволяет работать электроприборам.  Я стал наблюдать за ним , решил выяснять при каком ветре он работает, как можно определить скорость ветра самим, что необходимо для его эффективной работы. Мне захотелось узнать о ветряках и энергии ветра ещё больше. Ведь энергия ветра неиссякаема, бесплатна, не загрязняет нашу планету.  Приехав в Москву, я стал искать и изучать информацию о ветряках, посмотрел специальные передачи посвящённые альтернативным источникам энергии, узнал много нового и понял, что ветряк не заменим в местах отдаленных  и не доступных для традиционных способов обеспечения электроэнергией.

Цель исследования:

Определить, возможно ли использование энергии ветра

( альтернативного источника энергии) для обеспечения электроэнергией дачного дома в Подмосковье.

Объект исследования:

Для того чтобы обеспечить дом  электроэнергией используя энергию ветра  необходимо комплекс, состоящий  из трех основных блоков: источник, накопитель и выпускной клапан. В нашем случае – ветрогенератор, аккумуляторы и инвертор. 

Гипотезы:

1. Предположим, что климатические условия  Подмосковья позволяют использовать ветер как альтернативный источник энергии.

2. Допустим, что электроэнергии   получаемой от ветряка не достаточно для нужд дома

Задачи:

1. Провести наблюдение за работой ветряка
2. Выяснить необходимые условия для работы ветряка
3. Проанализировать показания  электрического счетчика и определить  среднемесячную потребность в объеме энергии необходимой для дачного дома.

Энергия ветра

Ветер – неограниченный ресурс для производства электроэнергии.

Он есть везде, бесконечен, экологически чист. Использование энергии ветра началось очень давно. Древние персы (территория современного Ирана) использовали силу ветра для размола зерна. В средневековой Голландии ветряные мельницы служили не только для размола зерна, но и для откачки воды . В середине XIX в. в США был изобретён многолопастный ветряк, использовавшийся для подъёма воды из колодцев. Если в прошлом энергию ветра использовали для  повышения эффективности физического труда  то в настоящее время энергию ветра применяют в для выработки электроэнергии (ветер вращает лопасти электрогенератора).

Получать электроэнергию при помощи ветра первыми научились датчане в 1890 г. Производство «ветряной» электроэнергии организовано как на огромных ветряных фермах, так и  для частных домов.  До середины 1990-х гг. наибольшее распространение получили малые и средние ветроэнергетические установки мощностью от 100 до 500 кВт. В последние годы началось серийное производство ветрогенераторов мощностью до 2000 кВт. Их ротор имеет диаметр до 80 м, а высота башни достигает 120 м и более.

Крупные ветряки часто концентрируют на одной площадке, создавая так называемую ветровую ферму. География мировой ветроэнергетики за последние десятилетия измененилась. До середины 1990-х гг. по суммарной мощности ветроэлектростанций первое место занимали США: в 1985 г. на эту страну приходилось 95% мировых мощностей. Почти все они были сконцентрированы в штате Калифорния. Во второй половине 1990-х гг. мировое лидерство перешло к Западной Европе, где уже в 1996 г. было сосредоточено 55% мировых мощностей ветроэнергетических установок. Десять лет назад ветроэнергетические установки Западной Европы обеспечивали бытовые потребности в электроэнергии примерно 3 млн человек.

В последние годы ветроэнергетика развивалась более высокими темпами, чем энергетика, использующая остальные виды альтернативных источников энергии. Отсюда и значительный рост мощностей ветроустановок в мире. Объём выработки электроэнергии из ветра в период с 2000 г. по 2006 г. вырос в 4 раза. Темпы роста рынка ветрогенераторов в мире за последние несколько лет составляют 25-30%.

И хотя энергия ветра составляет лишь около 1% от общей величины выработки электроэнергии в мире, для некоторых стран этот показатель значительно выше. В частности, доля ветряной электроэнергии в Дании составляет 20%, в Испании – 9%, в Германии – 7%.

Как распределяются ветроэнергетические мощности по странам мира? На первом месте уверенно «расположилась» Германия, далее следуют Испания , США, Индия , Дания

В настоящее время в России действуют 10 крупных ветропарков и 1600 малых ветрогенераторов.

Что позволяет нам использовать энергию ветра?

Ветряки используют энергию ветра, чтобы вырабатывать электричество. Все работают по одному принципу: преобразуют  скорость ветра в  скорость вращения оси ветрогенератора. Генератор  преобразует вращательное движение в электроэнергию.  Энергия накапливается в батареях или даже подается на линию электропередач. Энергия ветра - это неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии.

Для того чтобы обеспечить дом  электроэнергией используя энергию ветра  необходимо комплекс, состоящий  из трех основных блоков: источник, накопитель и выпускной клапан. В нашем случае – ветрогенератор, аккумуляторы и инвертор. ( Рисунок 1)

Ветрогенератор (ветряк)

Ветряк -  устройство, преобразующее линейное движение масс воздуха во вращательное.

Компоненты ветроустановки

К основным компонентам системы, без которых работа ветряка невозможна, относят следующие элементы:

1. Ветряной генератор- это устройство, преобразовывающее  энергию ветра в электрическую. Ветер вращает вал , катушка с проводом  располагаясь на валу, вращается вместе с ним, создавая  электрический ток в цепи в момент прохождения мимо полюсов постоянного магнита.  Генератор – необходим для заряда аккумуляторных батарей. От его мощности зависит как быстро будут заряжаться  аккумуляторы. В нашей установке используется генератор на 24 магнитах и 9 катушках.  Генератор необходим для выработки переменного тока. Сила тока и напряжение генератора зависит от скорости и стабильности ветра.( Рисунок 2)
2.  Лопасти – приводят в движение вал генератора благодаря  энергии ветра.
3. Мачта – обычно, чем выше мачта, тем стабильнее и сильнее сила ветра. Отсюда следует – чем выше мачта, тем больше выработка генератора. Мачты бывают разных форм и высот. Мы используем мачту высотой 8,5 метров без растяжек, закреплённую в грунте. Для использования мачты большей высоты необходимы дополнительные растяжки.

Вырабатываемая ветрогенераторов начинается мощность от 300 Вт для маленьких ветряков и заканчивается 6 МВт для больших ветряных электростанций. У нас это 500 вт.

Как определить мощность ветряка?

Для определения электрической мощности, мы использовали следующую формулу:

Мощность = Напряжение(вольт) * Сила тока(амперах).

Значения напряжения и силы тока получили опытным путём. В нашем комплексе установлен специальная приборная доска, с закреплёнными на ней приборами для измерения этих значений.

Вольтметр (вольт + гр. μετρεω измеряю) — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения  в электрических цепях.

 Амперме́тр (см. ампер +метр от μετρέω — измеряю) — прибор для измерения силы тока в амперах.

Типы ветряков

Ветрогенераторы бывают: с горизонтальной осью вращения и с ветрикальной осью.

Первые известны достаточно давно и применяются повсеместно. Для работы таких ветряков требуется стабильный ветер от 5 м/с. Лопасти напоминают лопасти самолета, скорость их вращения значительна. (Рисунок 3)

Второй тип, который применяется у нас  - генераторы с вертикальной осью появились относительно недавно. Таким устройствам не требуется такой сильный ветер - они способны работать и при более слабых потоках. (Рисунок 4)

Принцип работы комплекса использующего энергию ветра

Для того чтобы понять как работает комплекс использующий энергию ветра , проведём  аналогию между данным  комплексом и водоемом, в который впадает ручей.(Рисунок 5) В таком случае энергия-вода из ветрогенератора-ручья попадает в аккумулятор-водоем и накапливается там. Периодически к водоему подходит человек и открывает кран-инвертор, чтобы набрать воды (т.е. воспользоваться накопившейся электроэнергией).

Возможна работа приборов и минуя аккумуляторы (Рисунок 6)

Аккумулятор

Например, днем и ночью ветрогенератор вырабатывает энергию и сбрасывает ее в аккумуляторы. Независимо от нашего присутствия или потребления энергии ветряк вырабатывает энергию в своем режиме. Он зависит только от ветра. Чем сильнее ветер, тем больше поток энергии, и наоборот. Аккумуляторы накапливают энергию круглые сутки, пока идет подача тока. Приток и накопление энергии происходит без какого-либо расписания, но более-менее постоянно. Пусть иногда совсем слабо, но ручеек продолжает наполнять емкость.(Рисунок 7)

Зависимость непрерывного времени работы

полностью заряженной аккумуляторной батареи от нагрузки

(без учета подзаряда от ветроэлектрической установки)

Аккумуляторы обладают свойством остаточной емкости. Используя при работе ветроустановку для постоянной подзарядки аккумуляторной батареи, Мы можем значительно увеличить приведенное в таблице время работы потребителей (в зависимости от количества используемых  ветряков). “Вычерпывание” 100% не рекомендуется во избежание быстрого сокращения ресурса аккумулятора. При потребляемой мощности потребителей ниже расчетной продолжительность работы увеличивается. Время работы потребителей указано среднее приблизительное и зависит от состояния, срока службы аккумуляторной батареи, степени заряженности, устойчивости ветра, температуры аккумуляторов. Выбирая нужное количество аккумуляторов для обеспечения желаемой длительности обеспечения электроэнергией  электроприборов, необходимо учитывать, что:

1. увеличение ёмкости батареи (количества аккумуляторов) способствует увеличение времени их восстановления (заряда);указанные в таблицах параметры работы аккумуляторной батареи с ветрогенераторами возможны при наличии необходимого ветра (не менее 3-5 м /сек.);
2. использование электроэнергии в бытовых целях не является круглосуточной потребностью. Как правило, пик потребления электроэнергии приходится на вечернее время (продолжительностью 4-7 часов), и в утренние часы (2-2,5 часа).

Таким образом имеется достаточно времени, чтобы при работе ветрогенераторов полностью зарядить аккумуляторы до готовности к обеспечению энергией электроприборов.

Примерная расходуемая мощность различными электроприборами
(в зависимости от конкретной модели)

Когда мы включаем электрочайник, тот кратковременно использует накопившуюся энергию аккумуляторов. Он берет сразу 1,5-2 кВт энергии, но в течение 2-3 минут. Другими словами, мы открываете кран-инвертор на большую мощность, но на небольшое время. Создается мощный сливной напор энергии, но длится он совсем недолго. Поэтому за это время расходуется совсем немного воды-энергии. То же самое происходит, когда на некоторое время включается холодильник, работает насос, сверлит дрель и т.п. Энергия используется в значительных количествах, но очень короткие промежутки времени. Лампы освещения, телевизор или компьютер потребляют энергию значительно дольше, однако для своей работы используют куда меньший напор. Ночью, когда мы спим, и днем, когда отсутствуем дома, потребление энергии резко сокращается. Периодически включается только холодильник. Почти все приборы находятся в спящем режиме и берут по капельке энергии – для индикации наличия сети.

Инвертор

Инвертором называется прибор, схема, или система, которая создает переменное напряжение при подключении источника постоянного напряжения.(Рисунок 8)

При наличии ветра ветроустановка заряжает аккумуляторные батареи. На инвертор поступает достаточное кол-во электроэнергии в виде постоянного тока с напряжением 48В. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный с напряжением 220В/50Гц во внутреннюю сеть. При слабом ветре либо увеличении нагрузки внутренней сети, энергии, поступающей от ветрогенератора, недостаточно и инвертор начинает не только потреблять энергию от ветряка, но и забирать энергию у аккумуляторов, разряжая их. Если потребление электроэнергии понадобится больше чем может выработать ветрогенератор, инвертор отключится до того, пока нагрузка на ветроустановку не уменьшится до уровня реального потребления электроэнергии, или ветер не поднимится до уровня, при котором выработка энергии будет больше, потребляемой в данный момент.При отсутствии ветра ветрогенератор останавливается и инвертор потребляет энергию исключительно от аккумуляторов. Если аккумулятор разрядится на 80% инвертор выключится и ток в сети пропадет. Исходя из этого надо всего лишь экономно относиться к использованию электроэнергии. В течение года иногда бывают дни когда нет ветра. В этом случае необходимо бережно расходовать энергию необслуживаемых аккумуляторов.  Пока мы не используем энергию, она продолжает накапливаться от ветряка независимо от наших потребностей. Таким образом, мы, потребляем энергию мощными рывками и дозами, а она накапливается постепенно, относительно равномерно и небыстро.

Отсюда вытекают следующие выводы:

1. Источник энергии не должен быть такой же мощности, как совокупная нагрузка сразу всех приборов дома. Мы же не включаем одновременно все бытовые приборы дома на круглые сутки.
2. Мощность энергокомплекса определяет его инвертор – сливной кран, через который идет раздача энергии приборам дома. За мощность энергокомплекса отвечает инвертор. Ветрогенератор-источник тут нет играет роли.
3. От объема аккумуляторов-водоема зависит не только время, которое вы сможете продержаться без ветра, но и степень неравномерности потребления. Т.е. чем больше объем аккумуляторов, тем более неравномерно можно потреблять энергию и не волноваться о ее запасах.
4. Бесконечно большая емкость аккумуляторов – не выход из ситуации. Во-первых, это дорого, а во-вторых, ветрогенератор не будет успевать заряжать их огромный объем. Аккумуляторы нельзя держать вечно недозаряженными. Это приводит их к быстрому выходу из строя. Можно провести аналогию с почти пересохшим озером – любая добавка воды рассасывается по трещинам и не наполняет его. Аккумуляторы не поддаются восстановлению.
5. Самый главный вывод: ветрогенератор надо подбирать не по мощности, а исходя из объема энергии, который он вырабатывает в неделю (месяц, год).

Ветрогенератор должен успевать вырабатывать то количество энергии, которое мы потребляем. Мощность ветряка – важная, но второстепенная характеристика. Гораздо важнее его выработка – количество созданной энергии за определенный период времени.

Для доказательства этого утверждения приведем такой пример. Если мы поставим  большой мощный ветрогенератор в место, где преобладают слабые ветра, а сильные бывают редко, он нам  особо не поможет. Потому что мощный ветрогенератор стартует при хорошем ветре, а при остальных ветрах простаивает. Той энергии, которую он будет вырабатывать при редких сильных ветрах, будет явно недостаточно. Если в том же месте поставить малый ветряк, то он принесет гораздо больше пользы. При слабых ветрах он быстро начнет крутиться и давать энергию. Пусть и немного, но достаточно постоянно. А при средних и сильных ветрах – тем более.

Вывод: главная характеристика ветрогенератора – не мощность, а его способность вырабатывать как можно больше энергии в конкретных условиях местности.

Скорость и сила ветра

В связи с этим, прежде чем устанавливать ветряк необходимо определить  какова скорость ветра в данной местности. Для этого можно использовать специальный прибор

Анемо́метр (от др.гр. ἄνεμος —ветер и μετρέω — измеряю) — метеорологический прибор для измерения скорости ветра.

Ветер – это горизонтальное перемещение, поток воздуха параллельно земной поверхности, возникающее в результате неравномерного распределения тепла и атмосферного давления и направленное из зоны высокого давления в зону низкого давления

Ветер характеризуется скоростью (силой) и направлением. Направление определяется сторонами горизонта, откуда он дует, и измеряется в градусах.

Скорость ветра измеряется в метрах в секунду и километрах в час. Сила ветра измеряется в баллах.

Шкала Бофорта - условная шкaлa для визуальной оценки и записи силы (скорости) ветра в баллах. Первоначально, была разработана английским адмиралом Френсисом Бофортом в 1806 г. для определения силы ветра по характеру ее проявления на море. С 1874 г. принята для повсеместного (на суше и на море) использования в международной синоптической практике. В последующие годы менялась и уточнялась . За ноль баллов было принято состояние полного штиля на море. Изначально система была тринадцатибальная (0-12). В 1946г. шкалу увеличили до семнадцати (0-17). Сила ветра в шкале определяется по взаимодействию ветра с различными предметами. В последние годы силу ветра, чаще, оценивают по скорости, измеряемой в метрах в секунду - у земной поверхности, на высоте порядка 10м над открытой, ровной поверхностью.
В таблице приведена шкала Бофорта, принятая в 1963 году Всемирной метеорологической организацией.

Сила ветра в баллах по шкале Бофорта и морское волнение

Чтобы легче запомнить 
3 - Слабый - 5 м/с (~20 км/час) - листья и тонкие ветки деревьев непрерывно колышутся
5 - Свежий - 10 м/с (~35 км/час) - вытягивает большие флаги, свистит в ушах
7 - Крепкий - 15 м/с (~55 км/час) - гудят телеграфные провода, трудно идти против ветра
9 - Шторм - 25 м/с ( 90 км/час) - ветер валит деревья, разрушает строения

Результаты наблюдения за скоростью ветра

Мы провели наблюдения за скоростью ветра в месте расположения ветряка с помощью анемометра  и получили  следующие результаты:

Весна

В нашем  месте установки ветряка нет сильных постоянных ветров, но под ветер и реальную  пиковую нагрузку оборудования можно подстроиться с помощью инвертора.

Достаточно ли электроэнергии получаемой от ветряка  для нужд дома?

При подборе ветрогенератора важен объем его выработки в заданных условиях местности, а уже потом – мощность. Поэтому необходимо проанализировать показания  электрического счетчика или самостоятельно прикинуть среднемесячную потребность в объеме энергии. Поскольку наш ветряк мы используем в подмосковье, где нет поблизости огромных  открытых пространств, морей и океанов, кухонь ветров, то  мы произвели  наблюдение за скоростью  ветра и проанализировав  пришли к выводу что средняя скорость ветра в Подмосковье, исключая лето, приблизительно 4 м/с.

При таком ветре ветрогенератор, который мы наблюдаем  для дома вырабатывает примерно 500 Вт. Что позволяет его использовать с осени до начала лета, а летом в сочетании с солнечными батареями. Поэтому для полноценного и устойчивого электроснабжения от альтернативных источников солнечные батареи и ветрогенератор нужно сочетать. (Рисунок 9)

Пример расчёта ветряка

Частный дом. Потребление  300- 400 кВт электроэнергии ежемесячно. Электроэнергию используют в основном в утренние и вечерние часы. Одновременно  могут быть включены электроприборы суммарной мощностью до 4 киловатт.

Задача:

Полностью обеспечить 300-400 кВт электроэнергии ежемесячно с пиковыми нагрузками до 4 кВт.

Решение:

 Генератор

 Чтобы понять как быстро должны заражаться аккумуляторы при расходе электроэнергии 400 кВт в месяц, мы должны разделить 400 кВт/мес на 30 дней (получим ежедневное потребление), а затем полученное число разделить на 24 часа (400/30/24 = 0,56 кВт/час – среднее ежечасное потребление). Скорость заряда аккумуляторных батарей генератором должна составить как минимум 560 Ватт в час.

В Московской области низкая среднегодовая скорость ветра, но открытое пространство и возвышение объекта позволит ветрогенератору работать как минимум на 80% от номинальной мощности. Для того, чтобы обеспечить заряд аккумуляторных батарей генератором при этих условиях со скоростью 560 Ватт в час, нужно взять генератор, номинальная мощность которого будет как минимум в 2 раза больше необходимой, т.к. генератор будет работать всего на 80% от номинальной мощности (560Вт/ч*2=1120Вт/ч). Для этих нужд нам подходит генератор  с номинальной мощностью 1200 Ватт или возможно использовать 3 ветряка с мощностью 500 Ватт

Аккумуляторы

Не используя  8-9 часов электроэнергию в день, за счёт этого  энергопотребление  дома сведено к минимуму. При среднем уровне заряда аккумуляторных батарей 560 Вт/ч за интервал 8-9 часов ветровой генератор сможет выработать около 5000 Ватт. В ветреные дни этот показатель может увеличиться как минимум в два раза, поэтому за тот же период времени может быть выработано 10000 Ватт электроэнергии.

Генератор  имеет напряжение 120 Вольт, поэтому ему необходимо 10 аккумуляторов с напряжением 12 Вольт (12В*10=120В).Одна аккумуляторная батарея 12В 100Ач способна сохранить до 1,2 кВт электроэнергии. Десять таких батарей могут сохранить до 12 кВт (1200Вт*10=12000Вт). Для запаса 10000 Ватт электроэнергии нам отлично подойдут 10 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 100Ач.

Инвертор

Для максимального потребления электроэнергии в пиковые моменты до 4 кВт, можно установить инвертор который  сможет обеспечить постоянную нагрузку 4 кВт и пусковые токи до 6 кВт (150% нагрузка).

Дополнительное оборудование

Солнечные батареи  – их можно использовать как резервное питание при полном отсутствии ветра.

Результат

Для полного энергообеспечения объекта нам необходим генератор 1200 Ватт или возможно увеличение количества ветряков ( в нашем расчёте 2-3 ветряка), 10 аккумуляторных батарей 12В с емкостью 100Ач, инвертор 5 кВА, солнечные батареи

. Гибридная автономная система – солнце-ветер (Рисунок 10)

Модель комплекса: ветряк-солнечная батарея  (Рисунок 11)

Увеличение производительности системы.

 Возможно установить два и более генератора, инвертора и комплекта аккумуляторов для увеличения мощности системы.(Рисунок 12)

Ветроэнергетика на высоте.

Спасет ли ветер человечество от энергетического кризиса? Исследователи посчитали и пришли к выводу: потенциал дующих над нашей планетой ветров  в сто раз превышает наши ежегодные затраты всех нынешних энергоносителей: угля, нефти, , ядерного топлива и т. д.  Размещенные на расстоянии километра от поверхности Земли ветрогенераторы способны произвести в 125 раз больше электроэнергии, чем на высоте 100 м, той максимальной высоте, на которой они сейчас работают. Объяснение тому ветру в вышине не приходится преодолевать естественные препятствия (леса, холмы…), вот поэтому он мчится там раза в три быстрее, чем внизу. C увеличением скорости возрастает и сила ветра.

Простой  эксперимент позволяет убедиться в этом подержим на вытянутых руках наволочку с поверхностью в 1 м2! Ветер, дующий на нее со скоростью 10 км/ч, обладает энергией, равной 20 ватт, а при скорости 30 км/ч количество энергии возрастет до 540 ватт, то есть в 27 раз! Еще одно важное преимущество ветров: этот вид энергии почти всегда доступен, ведь на боль шой высоте ветер дует чаще, чем над самой поверхностью Земли. Поэтому то инженеры всего мира активно размышляют над тем, как повыше разместить ветряки…

Вертолет-генератор

Калифорнийская компания «Sky Wind» предложила проект вертолета-генератора. Принцип работы его прост. Четырехлопастный аппарат самостоятельно поднимается вверх  при помощи одного или нескольких своих электродвигателей на высоту 200-1000 метров в зависимости от силы ветра. Достигнув заданной высоты, электродвигатели отключаются, и лопасти, вращаемые ветром, начинают вращать встроенный генератор, который по кабелю передает электричество на землю.(Рисунок 13)

Летающий ветряк

Новое устройство называется MARS (Magenn Air Rotor System – воздушная роторная система Magenn). Это  миниатюрный гелиевый дирижабль с гранями. Мягкая структура корпуса позволяет его складывать, переносить, надувать на новом месте  – даёт преимущество перед обычными стационарными генераторами.

 В процессе эксплуатации MARS, удерживаемый специальными кабелями, поднимается вверх на несколько десятков метров. На этой высоте сила ветра больше по сравнению с тем ветром, с которым  работают лопастные ветряки Это позволяет добиться работы с большей мощностью чем на земле. Направление ветра также не имеет значения - специальный руль (поперечная пластина в центре корпуса) разворачивает ветряк в нужном направлении, и MARS вращается практически непрерывно. Да, вращается весь корпус целиком, а энергия при этом вырабатывается двумя неподвижными генераторными блоками, размещенными по бокам устройства. Вращение становится возможным благодаря ребрам на корпусе и связанному с этим эффекту Магнуса (этот же эффект "отвечает" за вращение футбольного мяча при ударе). (Рисунок 14)

Подобный генератор обладает преимуществами: вырабатывает экологическую электроэнергию, при установка не занимаеттерритории на земле. .Мощность установки составляет от 1 кВт  и выше.

Результаты работы

И так, в ходе исследования  я узнал много нового для себя:  узнал о ветре, о его силе и скорости, о возможности использовать его неисчерпаемую энергию на благо человеку и без вреда для окружающей среды, о тайнах ветров на высоте, об удивительных проектах, с  мог ответить на вопросы, решить поставленные задачи, проверить  гипотезы  и прийти к выводe.

Выводы

Использование ветряков позволяет получить необходимое количество энергии для обеспечения нужд потребителя в доме в Подмосковье. Когда бывают безветренные дни, возможно использование солнечных батарей или ветряков на высоте . Непостоянство ветра не является проблемой его использования на локальном уровне (при использовании ветрогенератора в составе гибридной установки и наличия аккумуляторов). Ветряк необходимо использовать с вертикальной осью вращения, так как  он работает при минимальной скорости ветра и его работа не зависит от его направления.

Список  литературы и информационных  источников:

1. Энциклопедия из серии Детская энциклопедия "Махаон". Открытия и изобретения. Филипп Симон, Мари-Лор Буэ, Махаон, 2008

2. Юному эрудиту обо всем. . Энциклопедия из серии Детская энциклопедия "Махаон" Крис Окслейд, Анита Гэнери. Год выпуска: 2005

3. Занимательные опыты и эксперименты, О. Француа , Айрис Пресс, 2007

4. Первое путешествие в царство машин,  Александр Крайнев, Дрофа, 2007

5. Энциклопедия из серии Что есть Что , Ветер, Зигфрид Ауст, Слово,1995

6.Энциклопедия из серии Оксфордская библиотека, Альтернативные источники энергии, Майкл Скотт, Росмэн,1995

7.Сайт: Альтернативная энергия, http://alternativenergy.ru/

8.Сайт: Русский ветер, http://rusveter.ru/veter.htm

9.Сайт :  http://ecoenergy.org.ua/

10. Фильм,Flight Magenn Air Rotor (Alpha ) from Liftport Ener http://www.youtube.com/watch?v=uQbw8ogA_2M

.

Приложение

Рисунок 1. Общая схема  комплекса  альтернативной энергии

Рисунок 2. Наблюдаемый ветряк.

Рисунок 3 .Ветряк с горизонтальной осью вращения

Рисунок 4.  Ветряк с вертикальной осью вращения, наблюдаемый нами.

Рисунок 5.  Схема-аналог комплекса альтернативной энергии.

Рисунок 6. Пример работы, минуя аккумуляторы.

Рисунок 7.                                                                                   Рисунок 8.

Аккумулятор из нашего комплекса                  Инвертор из наблюдаемого комплекса          

Рисунок 9.

Рисунок 10.  Гибридная автономная система  «солнце-ветер»

Рисунок 11. Модель комплекса системы  «солнце –ветер»

Рисунок 12. Увеличение производительности системы.

       Рисунок 13 (Вертолет-генератор)                     Рисунок 14 (Летающий ветряк)