Ветер

Aug 23, 2023

Отопление является одним из крупнейших видов использования энергии в современном человеческом обществе. Если когда-то мы жгли дрова, чтобы избежать жестоких зимних холодов, то теперь мы полагаемся на газ и электричество, чтобы согреть наши дома и обеспечить нам безопасность и тепло. В некоторых странах с более холодным климатом, например, в Великобритании, отопление может составлять 60–80% общего внутреннего спроса на энергию.

Однако существуют альтернативные способы обеспечения отопления. Использование энергии ветра для непосредственного производства тепла может стать ключевым моментом в этой области, используя множество интересных методов, которые могут найти уникальные нишевые приложения.

Если один заголовок и стал однообразным и скучным за последние два года, так это рост цен на газ и электроэнергию. В результате миллионы людей во всем мире платят больше, чем когда-либо, за отопление своих домов. Устойчивые источники энергии в домашнем масштабе могут в некоторой степени компенсировать это для тех, кто полагается на методы электрического отопления – будь то резистивные средства или тепловые насосы. Конечно, в самые холодные зимы обычные домашние солнечные панели, к сожалению, работают на самом низком уровне, обеспечивая в лучшем случае слабую экономию.

Эти проблемы пролили новый свет на альтернативные методы отопления домов экологически чистым, возобновляемым способом. В частности, энергия ветра при правильном использовании может использоваться для отопления. Наиболее очевидным решением является непрямое решение, при котором ветрогенератор обеспечивает электроэнергию для работы обычного электрического отопления. Однако более интересными являются прямые методы, которые в некоторых случаях могут быть дешевле и энергоэффективнее.

Самый интуитивный тип генерации тепла из ветра — с помощью системы жидкостного тормоза, также известной как джоулевая машина. Это включает в себя ветряную мельницу, вращающую весло внутри контейнера с жидкостью, чаще всего с водой. Энергия, захваченная ветровым потоком, по существу рассеивается в жидкости из-за сопротивления, которое она оказывает ветряной мельнице, нагревая ее. Нагретую жидкость затем можно перекачивать в радиаторы для обеспечения отопления там, где это необходимо. Это достаточно простая концепция, однако для того, чтобы она заработала на практике, требуется тщательное проектирование. Ключевым моментом является правильный подбор размеров ветряной мельницы и гидравлического тормоза, чтобы они соответствовали друг другу, а также выбор правильных параметров для нагрева жидкости до полезной степени. Преимущество этого метода заключается в том, что система преобразует механическую энергию непосредственно в тепловую, минуя электрическую стадию, что увеличивает затраты и сложность. Это также экономит дополнительную ступень преобразования энергии, что может быть полезно для повышения эффективности.

Ветряная мельница с жидкостным тормозом — с механической точки зрения удивительно простое устройство. Его можно было бы использовать для отопления в ранние индустриальные времена, если бы кто-то тогда придумал эту идею. Однако впервые они приобрели известность, когда некоторые предприимчивые люди в Дании экспериментировали с этой технологией в 1970-х годах. Страна была охвачена глобальным нефтяным кризисом, поскольку она зависела от надежного снабжения теплом. Когда цены на нефть взлетели, альтернативы быстро стали привлекательными.

Следует отметить, что эта концепция в основном применима для тех, кто живет в сельской местности и имеет свободное пространство. Это также места, где ветер, вероятно, более доступен. Кроме того, в отличие от застроенных территорий, проще построить более крупную и более производительную турбину. Небольшие или низкие ветряные турбины обычно работают плохо, особенно в густонаселенных городских районах. Однако для сельской местности с большим пространством и ограниченным подключением к электросетям устройство «ветер-тепло» может подойти.

Ранняя датская конструкция, известная как Calorius Type 37, является хорошим примером типичной установки «ветер-тепло». Имея ротор длиной 5 м и высоту 9 м, он мог производить 3,5 кВт тепла при ветре скоростью 11 м/с. Пара таких агрегатов способна отопить дом среднего размера.

Для сравнения, более совершенная конструкция LO-FA 1980-х годов продемонстрировала, насколько мощной может быть система «ветер-тепло». Благодаря мощному 12-метровому ротору на 20-метровой башне он был способен генерировать около 90 кВт тепла при скорости ветра 14 м/с. В частности, для гидравлического тормоза использовалось гидравлическое масло с более высоким сопротивлением, а не вода в большинстве других конструкций. Затем тепло передавалось воде для распределения. Имея такую ​​большую теплопроизводительность, LO-FA предположительно может отапливать несколько домов, что позволяет предположить, что большие установки, работающие от ветра и тепла, могут быть идеальными для автономных коммун или семейных ферм.