Повітряний генератор як альтернативне джерело енергії

Авксент’єва Аліна Петрівна

студент 4 курсу, спеціальність 145 «Гідроенергетика»

Інженерний інститут Запорізького національного університету

ЕКОЛОГІЯ (Альтернативні (відновлювальні) джерела енергії)

Повітряний генератор як альтернативне джерело енергії

Двадцять перше століття – століття альтернативних джерел енергії, що спонукає людей знаходити шляхи нетрадиційного, екологічно безпечного отримання електричної енергії. Важливим елементом підтримки сталого розвитку країни та її енергетичної незалежності є ефективне використання невичерпних енергоресурсів вітру, води та сонця.

Вважається, що енергетичні потреби Європи постійно збільшуються. Очікується, що залежність Європейського Союзу від імпорту енергоресурсів досягне у 2022 році 70% від загального споживання первинної енергії. В доповіді Європейської Комісії “Європейська енергетика 2020” розглянуто 4 сценарії для майбутнього, тільки один з яких передбачає зниження викидів вуглекислого газу до рівня, меншого ніж у 1990 році, хоча і супроводжується підвищенням частки атомних станцій у виробництві енергії. Однак існують інші можливості. При наявності політичної волі, яка б супроводжувалась значними змінами у політиці, спрямованої на підтримання життєздатних альтернатив, можливе зменшення викидів вуглекислого газу одночасно із згортанням атомної енергетики. Суттєвою перепоною є недостатня політична усвідомленість того факту, що потенціал заходів, пов’язаний з розробкою відновних енергетичних джерел і підвищення енергоефективності, зменшує залежність від корисних копалин і ядерного палива.

Основною загрозою для України є енерговитратність промисловості, яка до 2025 року буде знижувати свою конкурентоспроможність і податкові надходження, що у свою чергу буде погіршувати прибутковість бюджету країни в довгостроковій перспективі.

В енергетичних програмах різних країн, зокрема в Україні, передбачено значний обсяг досліджень в області вітроенергетики, що спрямовані на вибір найбільш перспективних зон та районів, які характеризуються високим потенціалом енергії вітру. За оцінкою експертів, найвищий потенціал для розвитку генерації електроенергії з вітру в Україні є південна частина країни, а саме узбережжя Чорного та Азовського морів. Там розташовані найбільші вітропарки країни, загальною потужністю 500 МВт: Ботієвська ВЕС, потужністю 200 МВт; Приморська ВЕС, потужністю 200 МВт та Орловська вітрова електростанція, потужністю 100 МВт.

Крім високопотенційних шляхів перетворення енергії вітру в електричну енергію, існують також і низькопотенційні, але не менш важливі методи отримання електроенергії з енергії повітряного потоку, які застосовуються найчастіше в якості автономного енергопостачання. Пристрої таких незалежних енергосистем дозволяють постачати електричну енергію безперебійно, забезпечивши житловому будинку належний рівень комфорту за рахунок відсутності стрибків, падіння та перевищення напруги в мережі, а також відносно низьку оплату за енергоспоживання.

Одним з таких методів перетворення енергії повітряного потоку в механічну, а після в електричну енергію є повітряний генератор.

Повітряний генератор – винахід, що відноситься до технічних пристроїв альтернативної енергетики, принцип дії якого ґрунтується на перетворенні енергії потоку суцільного середовища в механічну енергію.

Запропонована модель генерації електричної енергії встановлюється в багатоповерхових житлових будинках на місці раніше вбудованих сміттєпроводів (рис.1).

Діаметр стовбура сміттєпроводу дорівнює 0,4 м, швидкість повітря за шкалою Бофорта (за відсутності вітру) – 0,2 м/с. Для збільшення швидкості повітряного потоку в стовбурі сміттєпроводу встановлюються від 3 до 9 конфузорів (коефіцієнт прискорення потоку кожного – 25), на даху вмонтовується турбіна та електрогенератор, за допомогою яких енергія суцільного повітряного потоку перетворюється в механічну, а потім в електричну, яку можливо акумулювати за допомогою акумуляторних батарей.

Для визначення доцільності встановлення даної моделі генерації електричної енергії були проведені й отримані певні результати розрахунків можливої потужності електрогенератора (рис.2) при мінімальній швидкості потоку повітря – 0,2 м/с (за шкалою Бофорта) та встановленні від 3 до 9 конфузорів в сміттєпроводі багатоповерхового будинку. Результати проведених розрахунків демонструють:

• розрахована потужність при встановленні 3 конфузорів становить 2,01 кВт, що достатньо для освітлення сходових майданчиків дев’ятиповерхового будинку LED лампою 10 Вт, еквівалент лампи розжарювання 75 Вт;


• розрахована потужність при встановленні 5 конфузорів становить – 13,56 кВт, що достатньо для освітлення сходових майданчиків 16-типоверхового будинку енергозберігаючою лампою 20 Вт, еквівалент лампи розжарювання 100 Вт.


• розрахована потужність при встановленні 7 конфузорів становить – 57,8 кВт, що достатньо для встановлення радіаторів опалення на міжповерхових майданчиків дев’ятиповерхового будинку ( енергоспоживання 185 Вт/год);


• розрахована потужність при встановленні 9 конфузорів становить –140,79 кВт, що достатньо для енергоспоживання насосного обладнання холодного та гарячого водопостачання ( 3 кВт/год), а також ліфту вантажопідйомністю 320 кг ( у робочому режимі – 7,2 кВт/год, в режимі очікування – 0,63 кВт/год).

Отримана розрахункова потужність демонструє високі енергетичні показники, які значно збільшують спектр можливостей використання згенерованої електричної енергії.

Автономність зазначеної системи постачання електричної енергії та можливе її акумулювання значно збільшує відсоток доречного встановлення повітряного генератора в багатоповерхових будинках та подальшої модернізації пристрою, підвищуючи коефіцієнт корисної дії.

Література:

1. Ветроэнергетика/ под ред. Д. де Рензо; пер. с англ.; под ред. Я. И. Шефтера. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 272 с.


2. Левинзон С.В. Энергоресурсы: прогнозы и реальность. М.: Академия естествознания, 2018. – 409 с.


3. Лысенко О.В. Энергетическая оценка ветрового потенциала юга Украины / О.В. Лысенко //WebofScholar. – 2018. - №1. – С. 9-11.

Керівник: Чейлитко А.О., доктор технічних наук, професор,

завідувач кафедри теплоенергетики та гідроенергетики

Консультант: Осаул О.І., кандидат технічних наук, доцент,

доцент кафедри теплоенергетики та гідроенергетики