Энергия из воздуха

Самолеты с винтами и вертолеты летают, отбрасывая от себя воздух. Ветряные мельницы тоже исправно машут лопастями, но никуда не летают, хотя имеют винт. Воздух, перемещаясь относительно неподвижного воздушного винта, сам вращает его. Так вырабатывается энергия из воздуха.

Так вырабатывается энергия из воздуха!

Сегодня часто можно увидеть родичей ветряных мельниц – ветряков или ветроэлектростанций. Высотой свыше 100 м, они стоят, группами и в одиночку, вырабатывая энергию из воздуха. Многие страны, например, США и Германия, добывают таким образом энергию из воздуха и хотят в скором времени полностью избавиться от атомных электростанций.

Ветроэлектростанции в основном делят на два типа – с горизонтальной осью вращения винта и с вертикальной. Наибольшее распространение имеет первый тип ветроэлектростанций. Ветроколеса могут иметь разное число лопастей – три, две и даже… одну, уравновешинную противовесом!

На вершине башни ветроэлектростанции помещается машинное отделение. Оно имеет размеры приличной квартиры и весит приблизительно 100 т. Там помещаются машины для преобразования вращения в электроэнергию, и, таким образом, добычи энергии из воздуха. Так как лопасти крутятся медленно – 30-40 оборотов в минуту, а вал генератора должен иметь не менее 1500-1800 оборотов в минуту, между ними размещается повышающая передача – мультипликатор весом около 10 т.

Конечно, ветряк вырабатывает даровую энергию из воздуха, но ветер дует не всегда, а если и дует, то с разной силой. Как следствие, мощность ветроэлектростанции далеко не постоянная, что нельзя отнести к ее достоинствам. Поэтому, когда позволяют возможности, ветряки объединяют в сети, чаще всего с общей энергосистемой страны или района.

А что же делать при частом штиле? Тогда, нужна дизель-электрическая установка, которая запускается при штиле автоматически. Но часто запускать такую установку не выгодно. Поэтому, используют различные виды аккумуляторов энергии, полученной из воздуха – электрохимические, как в автомобилях, маховичные, конденсаторные. Электрохимические запасают значительную энергию, но дороги, недолговечны, плохо работают в морозы и имеют малый КПД. Конденсаторы долговечны, но тоже дороги, а энергии запасают в сотни раз меньше (на единицу массы), чем электрохимические. Маховичные накопители энергоемки, долговечны, имеют высокий КПД… Но, хороший маховичный накопитель с малыми внутренними потерями очень дорогой. Как же можно применить маховичный накопитель для получения энергии из воздуха?

От ветроколеса длинный вал идет вниз и через повышающую передачу, например цепную, вращает генератор с сидящим на его валу маховиком или даже супермаховиком. Маховик помещен в корпус, из которого выкачан воздух для снижения потерь энергии на вращение. Маховик разгоняется во время порывов ветра и отдает энергию во время пауз. Если башня электростанции очень высокая, то генератор связывается электропроводами с генератором маховика, образуя так называемый электрический вал. Обычный вал тогда уже не нужен. Расчеты, проведенные специалистами по ветроэнергетике, показали, что в большинстве случаев достаточно запаса энергии в маховике на 5–6 минут работы ветроэлектростанции на полной мощности. Тогда дизель-электрическую установку придется запускать очень редко.

Если имеется вертикальный вал, а он почти всегда присутствует на ветряках средней мощности, то с его нижней частью можно без всякого мультипликатора непосредственно соединить мешалку Джоуля, которую легко приготовить, например, из большой 200-литровой бочки. Эта мешалка преобразовывает механическую энергию в тепловую. При вращении ветроколеса вода в мешалке, перемешиваемая лопастями, нагревается. Горячая вода по патрубкам может направляться в батареи отопления домов или для других целей.

Инструменты