Ветрогенератор

Номинация: Самая актуальная работа
Просмотреть картинки списком
Автор: Голиков Евгений Сергеевич, Устинов Вадим Вадимович, Хамраев Георгий Русланович. Наставник: Грошев Алексей Михайлович
Город: Москва
Место учебы: ГБОУ СПО Политехнический колледж №31

Описание инженерно-технического проекта

Тема работы выбрана нами не случайно. Занимаясь этой работой, мы хотели достичь нескольких целей сразу:

• дать людям (в основном: жителям сельской местности и дачникам) бесплатную энергию для бытовых нужд;

• сэкономить на покупке моторизованных источников электроэнергии импортных производителей;

• сохранить углеводородные виды топлива нашей страны (планеты), а, следовательно, сохранить её экологию;

• исключить из утилизации и переработки отдельные детали

Ознакомившись с описанными в СМИ альтернативными видами топлива и источниками электроэнергии, мы поняли, что любые конструкции для их изготовления,требуют больших экономических затрат и промышленного оборудования. Студентам и жителям деревень и сёл, это может быть не под силу. И тогда было принято решение: использовать подручные материалы и отходы строительства жилых домов.

Человечество уже много сотен или тысяч лет использует энергию ветра в своей жизни. Это парусные суда, ветряные мельницы, летательные аппараты, детские игрушки и даже системы кондиционирования воздуха. Но с развитием науки и техники появились другие движители и энергетические источники с более высоким КПД. Ветер был забыт.

Мы решили дать второй виток развития ветроэнергетики в бытовом применении. Наряду с промышленными ветрогенераторами, имеющими высокую стоимость и мощность, наш проект сделает свой полезный вклад в жизнь простых людей, испытывающих недостаток энергии в сельской местности.

В автосервисах и пунктах приема металлолома мы неоднократно наблюдали готовые к утилизации неисправные автомобильные генераторы. Понимая, как автомеханики и автомобилисты, что генераторы являются источником электроэнергии, мы решили совместить ветер и металлолом.

Из генераторов мы удалили электронную начинку и заставили их работать от магнитных сил природы. Лопасти для ветряка в первом варианте были сделаны из металла кузова автомобилей, но это утяжеляло конструкцию и увеличивало трудозатраты. Выбор пал на отходы строительства - обрезки пластиковых труб. В качестве накопителей были использованы аккумуляторы с неполной емкостью - отходы автосервиса. Самодельный преобразователь, в последствии, был заменён на промышленный, ввиду того, что нагрузки (телевизоры и холодильник) имели высокую стоимость. Для ламп и светодиодов этого преобразователя не требуется.

Расчет мощности ветрогенератора.

В ветрогенераторе кинетическая энергия ветра преобразуется в электрическую энергию. Мощность ветрового потока определяется по формуле

Р = V³ • р • S

где V - скорость ветра, м/с, р - плотность воздуха, кг/м³, S - площадь, на которую дует воздушный поток, м² .То есть, энергия ветра пропорциональна кубу скорости ветра и площади воздействия потока.

В реальных условиях максимально мы можем получить только 30-40% от потенциальной энергии воздушного потока. Это ограничение связано с технологическим и физическим выполнением ветрогенератора. Поэтому, более точный расчет можно сделать по формуле:

Р = ξ • π • R² • 0,5 • V³ • ρ • η_ген

Где, ξ - коэффициент использования энергии ветра (в номинальном режиме для быстроходных ветряков достигает максимум ξ_max = 0,4 ÷ 0,5), R - радиус ротора, м, V -скорость воздушного потока, - м / с, ρ - плотность воздуха, кг/м³, η_ген - КПД генератора.

Для принятых нами следующих данных:

ξ = 0,45 - коэффициент эффективности ротора

R = 1,5 м - радиус ротора, принят из конструктивных соображений для выбранного генератора,

V = 5 м / с - скорость ветра, средняя для нашей климатической зоны,

ρ = 1,25 кг/м³ - плотность воздуха,

η_ген = 0,85 - КПД генератора

Рассчитываем:

P = ξ• π • R² • 0,5 • V³ • ρ • η_ред • η_ген = 0,45 • π • 1,5² • 0,5 • 5³ • 1,25 • 0,85=211 Вт

Не так много выходит... Однако, эту энергию можно использовать для накопления в аккумуляторе, а уже от него запитывать необходимые потребители.

Преимуществом нашего проекта являются:

• низкая себестоимость производства системы;

• быстрая окупаемость возможных финансовых затрат;

• малые трудозатраты и отсутствие специальных навыков при производстве;

• быстрые монтаж и демонтаж системы;

• абсолютная электробезопасность при любой погоде и в любых помещениях.

Область применения решения

Наш проект готов к применению в сельской местности, а также в дачных поселениях, где наблюдаются ветра, со скоростью от 4 м\сек. Температура воздуха и влажность значения не имеют. Ввиду того, что напряжение в 12 вольт является безопасным для человека. При автопутешествиях и выездах на природу на длительные сроки, целесообразно брать с собой подобные установки для сохранения топлива и энергоресурсов автомобиля. В случае применения уменьшенных копий системы, крепежа на рюкзак или бейсболку велосипедиста, роллера или лыжника, 100% зарядка телефонов, плееров и др. современных гаджетов. Для промышленного применения (геология, метеорология, МЧС и т.д.) потребуются доработки.

Ветроэнергетика уже имеет массу патентов на разные темы. Но наша цель была: не достичь первенства в гонке за славой или заработать на этом денег. Нет! Мы думали о своих родителях, друзьях, соседях, согражданах и просто: о людях.

В нашей работе мы опирались на знания и умения старшего поколения. Это наши родители, наши педагоги (Грошев Алексей Михайлович, который умело направлял нашу творческую инициативу. Результатом этого и стал данный проект), наши отечественные изобретатели электрических машин и электроэнергетики. Всем им мы выражаем огромную нашу благодарность!!! И очень надеемся, что и наш труд пригодится кому-то и принесет пользу людям!