Неизвестные идеи. Тепловые ветрогенераторы

Мир стремительно движется в направлении расширения использования источников возобновляемой энергии. Одним из перспективных направлений является использование энергии ветра. Электрические ветрогенераторы стали привычным атрибутом пейзажей некоторых зарубежных стран. Однако следует обратить внимание на то, что все они производят электрическую энергию, основная часть которой используется в зимний период для работы электронагревательных приборов. Насколько это правильно?

Для большинства читателей будет открытием, что уже много лет в ряде стран проектируются ветроустановки с тормозной системой для получения тепла. Тепло генерируется за счет силы трения. Нагретая таким способом вода используется для отопления жилых помещений. В Интернете практически нет информации по этим работам. Хотя подобная идея высказывается на форумах. Нашелся только один зарубежный сайт, где автор детально раскрывает содержание данной темы.

По подсчетам спрос на тепловую энергию составляет третью часть от поставляемой энергии. В странах с холодным климатом на получение тепла расходуется уже до 60-80% от общей потребности всей энергии.

Энергия ветра может быть использована напрямую без предварительного преобразования ее в электрическую. Это наиболее эффективный путь, т.к. на производство только тепла затраты резко снижаются. К сожалению, работы в этом направлении ведутся недостаточно активно.

Хотя человек использует ветряные мельницы не менее двух тысячелетий, никому не приходило в голову применять их для получения тепловой энергии. Только в 70-е годы XX столетия, когда разразился нефтяной кризис, в Дании началось строительство первых ветроустановок для получения тепла. В сочетании с новыми технологиями они оказались более энергоффективными, по сравнению с электрическими ветроустановками.

Водяной тепловой ветрогенератор

В тепловом ветрогенераторе механическая энергия преобразуется в тепловую по принципу, который применил в своей установке английский физик Дж. Джоуль для измерения механического эквивалента тепла.

Теплогенератор представляет собой изолированный резервуар с водой, в котором имеется крыльчатка, приводимая во вращение ветроустановкой. Вода нагревается из-за трения, возникающего между молекулами воды. Нагретая таким образом вода насосом подается для отопления в дома.

Справка. Свою установку Джоуль построил в 1840 году как измерительный прибор. Он установил, что 1 калория равна количеству теплоты, необходимой для нагревания 1 куб. см воды на 1 градус Цельсия.

Преимущества механических тепловых ветроустановок

В отличие от электрических ветрогенераторов, в механических ветроустановках отсутствуют электрогенератор, трансформатор, коробка передач. Они имеет меньшую массу, отличаются простотой конструкции, менее сложны в изготовлении и монтаже. Имеют боле длительный срок службы.
Прямое преобразование энергии ветра в тепло более эффективно и менее затратно.

Сколько производит тепла механическая ветроустановка

Одна из первых датских ветроустановок Calorius 37 имела диаметр ротора 5 м, высоту 9 м и вырабатывала до 3,5 кВт тепловой мощности при скорости ветра 11 м/с.

В 80-е годы была построена самая совершенная ветроустановка с водяным тормозом высотой 20 м. Нижние 10 м занимал резервуар с 15 тоннами воды. Тепловая мощность установки составляла 90 кВт при скорости ветра 14 м/с. Резервуар теплогенератора заполнялся маслом, т.к. его можно было нагреть до более высокой температуры, чем воду. В теплообменнике масло отдавало теплоту воде.

В исследованиях, проводимых в Литве в 2015 году, было установлено, что при скорости ветра 4 м/с и диаметре ротора 8,2 м тепловая мощность ветрогенератора составляет 1 кВт.

Хранение тепла

Основная проблема, связанная с генерацией тепла, это непостоянство скорости ветра. Для решения этой проблемы тепловые ветроустановки оснащают тепловым аккумулятором. Так, например, датские теплогенерирующие установки имели аккумулирующие емкости объемом до 20 куб. м., что давало возможность обогревать дом в течение недели.

Электричество остается в приоритете

Еще один принцип генерации тепла связан с использованием индукционных токов.

Ветроустановка приводит во вращение магнит. Изменяющееся во времени магнитное поле возбуждает в статоре вихревые токи, что приводит к его нагреву. Внутри статора циркулирует вода, которая уносит тепло из статора в тепловой аккумулятор. На мой взгляд, это наиболее перспективная идея. Такая установка с вертикально осевым валом и с неодимовыми магнитами должна генерировать тепло даже при слабом ветре. Но эта идея требует экспериментальной проверки.