11.2 Энергия воздушного потока и мощность вэу

При расчёте возможностей ветродвигателей необходимо учитывать энергию ветра, которая будет вращать генератор. Величина этой энергии зависит в основном от размеров ветряка и скорости ветра..

Кинетическая энергия Т. которой обладает воздушный поток зависит от его массы m и скорости v и может быть определена по формуле:

Если в эту формулу подставить значение массы воздуха, протекающей через ветровое колесо за 1 секунду, то получим выражение для секундной энергии потока, или, что то же самое, для его мощности:

* ометаемая ветроколесом поверхность (м);

V - скорость ветра (м/с);

у-удельный вес. т.е. вес одного кубического метра воздуха (кг/м2)

g - ускорение земного тяготения, равное 9,81 м^с2;

D - диаметр ветроколеса (м)

Число показывающее, какая часть мощности воздушного потока полезно используется ветровым колесом называется коэффициентом использования энергии ветра и обозначается t

Мощность ветродвигателя на валу ветроколеса, т.е. без учёта потерь в передачах и подшипниках, может быть подсчитана по формуле:

Величина коэффициента использования энергии ветра прежде всего зависит от типа ветродвигателя, формы его крыльев и качества их изготовления, а также от ряда других факторов.

11.3 Солнечная энергетика

Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

Достоинства

• Общедоступность и неисчерпаемость источника.

• Теоретически, полная безопасность для окружающей среды.

Недостатки

• Зависимость от погоды и времени суток.

• Как следствие необходимость аккумуляции энергии.

• При промышленном производстве -- необходимость дублирования солнечных ЭС маневренными ЭС сопоставимой мощности.

• Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов (к примеру, индий и теллур).

• Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли.

• Нагрев атмосферы над электростанцией.

12.1 Магнитогидродинамическое преобразование энергии

Работа магнитогидродинамических (МГД) преобразователей видов энергии, к которым относятся МГД-генераторы электрической энергии, МГД-ускорители плазменных сред, МГД-насосы, компрессоры и дроссели, основана на принципах магнитной гидродинамики. МГД-преобразователь (МГДП) является электроэнергетическим (или электротермо-динамическим) устройством, в котором в соответствии с закономерностями магнитной гидродинамики происходит прямое преобразование тепловой и (или) кинетической энергии электропроводящей среды (рабочего тела) в электрическую постоянного (или переменного) тока (МГД-генератор (МГДГ) или наоборот (МГД-ускоритель (МГДУ), МГД-компрессор (насос, дроссель).

Принцип действия

Также как и в обычных машинных генераторах, принцип работы МГД-генератора основан на явлении электромагнитной индукции, то есть на возникновении тока в проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля. Но, в отличие от машинных генераторов, в МГД-генераторе проводником является само рабочее тело, в котором при движении поперёк магнитного поля возникают противоположно направленные потоки носителей зарядов противоположных знаков.

Рабочим телом МГД-генератора могут служить следующие среды:

• Электролиты

• Жидкие металлы

• Плазма (ионизированный газ)

Устройство

МГД-генератор состоит из канала, по которому движется рабочее тело (обычно плазма), системы магнитов для создания магнитного поля и электродов, отводящих полученную энергию. В качестве магнитов могут быть использованы электромагниты или постоянные магниты, а также другие источники магнитного поля.

Для создания электропроводности газа, его необходимо нагреть до температуры термической ионизации (около 10000 К). Для работы при меньших температурах газ обогащают парами щелочных металлов, что позволяет снизить температуру смеси до 2200—2700 К.

Схема МГД-генератора.

1 - камера сгорания; 2 - МГД-канал; 3 - электроды; 4 - магнитная система

Следовательно, движение плазмы представляет собой электрический ток. Для разделения положительных и отрицательных ионов плазма должна пересекать магнитное поле, в котором положительные ионы отклоняются в одну сторону, а отрицательные – в другую. Концентрация положительных и отрицательных ионов на металлических пластинах придает им положительный и отрицательный потенциал; пластины становятся источником электродвижущей силы (ЭДС). В МГД установках в качестве энергоносителя используется низкотемпературная плазма (около 2700 С), образующаяся при сгорании органического топлива – природного газа или твердого топлива.