32. Желдің стихиялы энергиясын электр энергиясына түрлендіргіш құралдар.

Жел энергиясы атмосферадағы ауа массаларының кинетикалық энергиясын электр энергиясы, жылу немесе басқа да энергия түрлеріне айналдыру үшін қолданылады. Энергияның бір түрден екінші түрге өзгеруі жел генераторлары (электр тоғын алу үшін), жел диірмендері (механикалық энергия үшін) және басқа да агрегаттар көмегімен жүзеге асады. Жел генераторларының қуаттылығы генератор қалақтарының ауданына тәуелді. Мысалы, даниялық компания Vestas шығарған қуаттылығы 3 МВт (V90) турбинаның жалпы биіктігі 115 метр болса, мұнара биіктігі 70 метр және қалақ диаметрі 90 метрді құрайды.Жел энергиясын өндірудің ең тиімді жерлері ретінде жағалау аймақтары және биік тау шыңдары қарастырылады. Теңізде, жағадан 10-12 км қашықтықта офшорлық жел электр фермалары салынады. Жел генераторларының мұнаралары тереңдігі 30 метрге дейін қағылған қадалы іргетастартарға қондырады.Жел генераторлары іс жүзінде қазбалы жанар-жағар май қолданбайды. Қуаттылығы 1 МВт жел генераторы 20 жыл бойғы қолданысымен 29 мың тонна көмір, 92 баррель мұнай үнемдеуге мүмкіндік береді. Жел қондырғысы дегеніміз – жел энергиясын механикалық энергияға түрлендіретін қондырғы. Бұны желқозғалтқыш деп те атауға болады. Желқондырғысына негізгі əсер етуші күш – ауа ағыны (жел). Ауа ағыны барлық қозғалатын заттар сияқты қозғалыс энергиясы немесе кинетикалық энергияның қоры болады. Ауа ағынының кинетикалық энергиясын жел дөңгелегі немесе басқадай жұмыс органы арқылы механикалық энергияға түрлендіреді. Қондырғының міндетіне байланысты механикалық энергия орындаушы механизмдердің көмегімен электрэнергия, жылулық, механикалық жəне де қысылған ауа энергиясына айналдыруы мүмкін. Əлемдік нарықта 95 % пайыз көлденең айналу осі бар желқондырғыларының сұлбасы қолданылады. Екі сұлбада да бірқатар артықшылықтар бар – олар ауаны ластамайды, салқындатуға суды қажет етпейді, жылулық ластау тудырмайды жəне отынды қолданбайды. Барлық айтылып кеткен жел қозғалтқыштары жұмыс органының айналымы түзілген кезде пайда болатын, алдыңғы жағы мен артқы жағындағы қысымның айырмашылығы нəтижесінде жұмыс істейді. Олардың қуаттары желдің энергиясын қаншалықты түрлендіруіне байланысты. Сəйкесінше, түрлендіру мүмкіндігі жел қозғалтқышының түрлеріне байланысты желкеннің немесе қалақшаның жұмыс аймағының ауданына тура пропорционал. Бұл жел қозғалтқыштар құрылысы əр түрлі болғанымен жұмыс істеу принципі бірдей – жел энергиясын механикалық энергияға түрлендіреді. Кейбір жел қозғалтқыштар орнатылуы кезінде ауданның жағрафиялық қасиеттері ескерілуі тиіс.Көптеген желқондырғылары құрылымы өте қарапайым болса да, өздерінің жел энергиясын қолдану коэффициенті мəні аз болғандықтан көп таралымға ие болмады. Көлбеу айналу осі бар жел қозғалтқышы жел бағыты өзгермеген жағдайда кішкентай жəне аз қуатты қондырғыға тиімді. Олардың қанаттарының құлашы үлкейген сайын тиімділігі төмендей түсті, яғни əр түрлі биіктікте желдің бағыты əр түрлі бағытта соғады. Бұндай жағдайда қондырғы жел бағытына қарсы басқарылуы қиынға соғып, қанаттарының бұзылуына қауіп төнеді. Егер де желқондырғыға жалпы сипаттама беретін болсақ, жел жылдамдығы 8 м/с болғанда тиімділігі аз болғандықтан экономикалық пайдасыз, ал 20-25 м/с болғанда апаттан, ақаудан сақтау үшін оларды автоматты немесе қолмен тоқтату керек.

33.Жел турбиналарының конструкциялары және олардың өндіретін энергияға әсері. Карусель типті құрастырмалы жел турбинасы Дарье турбинасына қарағанда жел қондырғысын вертикаль жағдайда ұстап тұратын және вертикаль біліктің айналуын центрлейтін подшипниктердің кӛмегімен екі немесе үш осьтіорналасқан біліктерден тұрады. Оның әрқайсысы серпер немесе тропоскино әдісінің

кӛмегімен жалғыз жұмысшы қалақшалармен жалғасады.

2 (а)-суретте тік қалақшалы құрастырмалы Бидарье жел турбинасының нұсқасы келтірілген. Әрбір екі коаксиальды білік серпер арқылы қос қалақшамен симметриялы бекітілген. Әрбір білік автономды түрде жұмыс істеп, айналу кезінде күш моментін тудырады. Бұл нұсқада екі білікті турбина бір бағытта бірдей бұрыштық жылдамдықпен айналуы тиіс. Жұмыс кезінде бұрышты 900 - қа келтіріп ұстап тұратын арнайы құрылғы бар. 2 (ә)-суретте Бидарье турбинасының қалақшалары тропоскино түрінде бекітілген. 2(б)-суретте біліктері қарама-қарсы бағытта айналатын турбинаның конструкциясы [1]. Жоғарыда айтылған қондырғылардың ерекшелігі турбинаның әрбір білігі автономды түрде жұмыс істейді жел энергиясын электр тоғына айналдыратын генераторға қосылған.

Жел энергиясын пайдалану коэффициентінің эффективті ӛсуі бір-бірінен тәуелсіз айналатын біліктердің ӛндіретін энергияларының қосындысына тең. Тік қалақшалы Дарье жел турбинасының қуаты F ауданға, жел жылдамдығының кубына және жел энергиясын пайдалану коэффициентіне тура пропорционал.Желқондырғылардың конструкциялары жел жылдамдығының 3-30 м/с диапазон аралықтарында жұмыс істейтіндей етіп жабдықталған. Үлкен дауылдар желқондырғасын бүлдірмеу мақсатында, үлкен желқондырғысын тежеуіш механизммен жабдықтайды. Кішкентай желқондырғысы жел жылдамдығы 3 м/с кем болған жағдайда жұмыс істей береді.

34.Жел турбиналарының жұмыс істеу принциптеріне түсінік беріңіз. Көлбеу айналу осі бар жел қозғалтқышы жел бағыты өзгермеген жағдайда кішкентай жəне аз қуатты қондырғыға тиімді. Олардың қанаттарының құлашы үлкейген сайын тиімділігі төмендей түсті, яғни əр түрлі биіктікте желдің бағыты əр түрлі бағытта соғады. Бұндай жағдайда қондырғы жел бағытына қарсы басқарылуы қиынға соғып, қанаттарының бұзылуына қауіп төнеді. Егер де желқондырғыға жалпы сипаттама беретін болсақ, жел жылдамдығы 8 м/с болғанда тиімділігі аз болғандықтан экономикалық пайдасыз, ал 20-25 м/с болғанда апаттан, ақаудан сақтау үшін оларды автоматты немесе қолмен тоқтату керек. Қолданылып жүрген желқозғалтқыштарының қуаты негізінен қанат санына, қанаттың ұзындығына жəне желдің сапасына тəуелді. Сол себепті неғұрлым қанаттары ұзын болып жəне жел жылдамдығы жоғары, тұрақты болса, соғұрлым, пайдаланылатын энергия мөлшері жəне сапасы жоғары. Осыдан шығатыны, биіктігі 100 м жəне одан да биік мачта немесе арнайы мұнара тұрғызу, диаметрі 90 м, əр қанаттың салмағы 10 т болатын жұмыс дөңгелегін жасау, осындай биіктікте генераторды, беріліс қорабын (кейбір үлкен жəне орташа желқозғалтқыштары үшін), электр сымдарын, контактілік сақинаны, қауіпсіздік жүйесін жəне қозғалтқышты тоқтату жүйесін (немесе дауыл соққанда қанаттарды желге қарсы бұратын бағыттауышын), автоматикасын орнату қажет. Бұл деген өте қиын, күрделі, қымбат жəне қауіпті құрылыс. Сондықтан, бұл типті желқондырғыларын өндіріске немесе тұрғын үйлерге жақын қоюға болмайды. Оларды негізінен биік, ашық алаңқайларға, құрылыстардан алыс жерге салынады. Оларға электр сымдарын тарту өте қолайсыз жəне экономикалық тиімсіз. Бұларды орнату өте қымбатқа түседі. Перифериялық аспаптардың жинағы (электроника, коммутациялық аспабы, қауіпсіздігі жəне т.б.), транспорттық шығындар, монтаждық шығындар, іске қосу – реттеуіші жəне басқа да орнату жұмыстарының шығыны осындай типтің шығарған əр кВт энергиясы 4000$ ға дейін жетеді.Осы айтылғандардан басқа қанатты жел қозғалтқыштары (6-сурет) солтүстік жəне оңтүстік жақтарда қыс мезгілдерінде қанаттарының қырау басуы себепті жақсы жұмыс жасамайды. Тік айналу осі бар желқондырғыларына келсек, қанатты жел қозғалтқыштарымен салыстырғанда бірқатар тиімді жақтары бар. Мысалы, солардың кейбіреулері айналу моменті жоғары, желдің барлық бағыттарында да жұмыс істейді, қоршаған ортаға əсері аз, пайдалану шығыны аз. Бірақ та, өзінің бірқатар кемшіліктерімен жел энергетикалық нарықта 5 %-ды қамтиды. Мысалы, номиналды жұмыс режимінде салыстырмалы түрде тиімділігі аз, айналу моментінің лүпілдеуінің болуы генератордың шығыс параметрлерінің қажетсіз лүпілдеуінің пайда болуын тудырады.Ортогональды. Мамандардың айтуы бойынша, ортогональды жел қозғалтқышы (7-сурет) үлкен энергетикаға қолайлы. Кемшіліктерінің арасында іске қосу қиыншылығы. Бұл қондырғылардың қалақшалары ұшақ қанаттарының құрылымы сияқты жасалады. Ұшақ ұшу үшін ең алдымен жылдамдық алу керек. Ортоганальды қондырғыларда да осы сияқты. Қозғалтқыш режимінен генератор режиміне өту үшін ең алдымен оны белгілі бір аэродинамикалық мəнге дейін айналдыру керек. Желдің жылдамдығы 5м/с кезінде іске қосуға болатын қолайлы қуат мөлшері алынады, ал 14-16м/с жылдамдықта номинальді қуат мөлшері алынады.Алдын-ала есептеулер бойынша бұл қондырғылар 50-ден 20 000 кВт-қа дейінгі аралықта қолданылады. Егер де қондырғының қуаты 2000 кВт болса, махтың айналатын шеңбері 80 метрді құрайды.Қуатты жел қозғалтқыштарының көлемі үлкен болады. Қуаттарының қосындысын тура сондай көлемдері кішкентай бірнеше қондырғымен алмастыруға болады. Бұл жағдайда қондырғының сенімділігі мен өміршеңдігі артады.Осындай жұмыс істеп тұрған агрегаттардан бірқатар кемшіліктер байқалған. Мысалы, қондырғылардың көп таралуы телехабарды қабылдауды қиындатады жəне күшті дыбыстық тербелістер тудырады. Жел турбинасының қалақшалары радиотолқынды жұтпайтын, шағылдырмайтын стеклопластиктен жасалған. Бөгеуілдерді қалақшалардың темір каркасы жəне онда болатын найзағайға қарсы металл бөлшектері тудырады. Олар ультрақысқатолқынды сигналды шағылдырды жəне сейілтіп жіберді. Шағылған сигнал передатчиктің сигналымен араласып бөгеуілдер туғызады. Адам құлағы сезбегенімен, заттардың төмен жиілікті тербелісін тудырады жəне адам ағзасына қауіпті. Қалақшалардың кемшіліктерін жою жұмыстарынан кейін инфрадыбыс тербелістері жойылды. Жел қозғалтқыштары энергия өндіруімен қатар жарнама мақсатымен қолданылады. Ең қарапайым бір қалақшалы айналма жел қозғалтқышы қабырғаға бекітілген тік бұрышты шеттері бүгілген пластинадан тұрады. Ол желдің аз ғана жылдамдығында айнала бастайды. Үлкен көлемді 3-4 қалақшалы жел қозғалтқышы жарнама плакаттары мен кішкене көлемді генераторды айналдыра алады. Аккумуляторда жиналған электр энергиясы түнде плакаттарды жарықтандырып, жел болмаған күндері жел қозғалтқышын айналдырады.Желкенді. Мұндай жел энергетикалық қондырғының құрылымы ( 8-сурет) өте күрделі – айналма рельсті жолға орналастырылған, басы мен аяғы біріктірілген платформаға жел бағытына сəйкес өзгеретін жəне өз осінен айналатын желкен қондырылған. Кемшіліктері:

Орналасу ауданының көлемділігі;

Темір жолдың құрылысына қойылатын талаптардың жоғарылығы;

Үлкен ауданда желдің əр түрлі бағытта соғуына байланысты желкендердің басқарылуы күрделі;

Құрылыстың қымбатқа түсуі;

ЭБЖ салу қажеттілігі;

Қуатының шектеулігі;

Жұмыс істеген кезінде шуыл тудыруы;

Күтудің қолайсыздығы;

Генераторлардың платформада орналасуы алынған электр энергиясының тасымалына кедергі жасайды.

Айналмалы жел қозғалтқышы дəстүрлі жел қозғалтқыштарына қарағанда пайдалы əсер коэффициенті жоғары (9-сурет). Желдің жылдамдығы өскен сайын бұл қондырғылар тарту күшін жылдам жоғарылатып, айналу жылдамдығын тұрақтандырады. Айналма жел қозғалтқышы жай жүрісті, бұл қарапайым схеманы қолдануға мүмкіндік береді, мысалы, асинхронды генератормен, жел екпіні күшейгенде апатқа ұшырау қауіптілігі жоқ. Бұл қондырғылардың жайжүрістілігі аз айналым кезінде қолданылатын көп полюсті генераторды қажет етеді. Мұндай генератор көп таралмаған, ал, ПƏК-і аз болғанықтан мультипликаторды (редуктор) қолдану тиімсіз.Бұл жел қозғалтқыштың тағы бір артықшылығы желдің бағытына тəуелді емес.Айналма жел қозғалтқышының бір жақ желкендеріне ауа ағыны келіп соғылады, екінші жағынан желге қарсы кермені немесе желкеннің рамасы айналмалы болып келеді. Егер желкеннің рамасы айналмалы болса, желдің бағытындағы желкенде қысымы желге қарсы қозғалатын желкенге қарағанда жоғары болады. Қысымдар айырымы айналу моментін туғызады.Желкендердің санына байланысты жылдам жүрісті (4-тен аз), орташа жылдам жүрісті (4-ден 8-ге дейін) жəне жай жүрісті (8-ден көп) болып бөлінеді. Айналмалы жел қозғалтқышы қолданылуы жағынан өте қарапайым.

35. Жел электр қондырғыларының классификациясы. Жел энергетикалық қондырғылардың көптеген модификациясы бар, басты элементі ретінде стихиялық жел энергиясын жасанды механикалық энергияға түрлендіретін жел турбинасы. Олар конструкциясына және тағайындалуына байланысты әртүрлі сипаттамаларға ие бола алады. 1- суретте қазір кезде қолданылып жүрген жел турбиналарының бірнеше түрлерінің сипаттамалық қисығы келтірілген. Көп таралғаны пропеллерлі жел турбинасы болды. Алайда соңғы жылдары вертикаль айналу ості Дарье жел турбиналарына қызығушылық артты. Бұл жерде айналу моментін тудыру үшін қанаттың көтеру күші шығарылатын қанат профилдері қолданылады. Дарье жел турбинасы хордаға қатысты симметриялы қанатшалары NASА профиліндері бойынша жасалған диаметральды, бір біріне қарама – қарсы 2 қалақшалардан (кейде бір бірінен бірдей қашықтықтағы 3 қалақшадан) тұрады. Дарье аппаратының пропеллер типті жел турбиналарымен салыстырғанда келесі артықшылықтары бар: 1) турбинаның айналу осі вертикаль орналасқандықтан, желдің бағытына тәуелсіз; 2)электр генераторы мен басқа да құралдары жерде орналасқан, бұл жөндеу мен іске қосу жұмыстарын жеңілдетеді; 3) жел энергиясын пайдалану коэффициентінің жоғарғы мәніне ие (𝜉=0,45). Бұл агрегаттар техникалық – экономикалық көрсеткіштері бойынша пропеллер типті агрегаттарға жол бермейді (1 – суретті қараңыз). Жоғарыда айтылып өткендей, Дарье жел турбиналарында жел энергиясын пайдалану коэффициентінің максимал мәні _max=0,45 –тен аспайды (14 – сурет). Бұған қарамастан, бұл коэффициенттің мәнін 1,3-1,6 есе тиімді түрде арттыруға болады. Осы мақсатта карусел типтес жел турбинасының жаңа түрі «Бидарье» жел турбинасы ұсынылып отыр. Сонымен, бұл жаналықтың негізгі тапсырмасы барлық белгілі турбиналармен салыстырғанда, меншікті қуаты жоғары карусель типті жел турбинасын жасау. Техникалық маңыздылығы жел ағысынан, ауданы белгілі турбина қалақшаларының ауданындай қалақшалардан алынатын энергия мөлшерін арттыру болып табылады. «Бидарье» жел агрегатымен жел энергиясының айтарлықтай үлкен мөлшерін алуға болады. Бұл карусель типті жел энергетикалық қондырғысының тағы бір артықшылығы. Ұсынылған құрылғы коаксиалды орналасқан 2 біліктен тұрады, олар белгілі бір жолмен жұмыс қалақшаларымен байланысқан. Белгілі Дарье турбиналарындағы секілді жұмыс қанатшалары (қалақша) айналу білік серпердің көмегімен немесе тропоскино әдісімен байланыстырылуы мүмін. Бидарье құрылғысының айырықша ерекшелігі, турбинамен жалғасқан және жел энергиясын ток генераторына беретін біліктерінің автономды жұмыс істеу принципінде. 2-3 – суреттерде Бидарье жел турбинасының біржақты конструкциялық схемасы көрсетілген. Олардың біріншісі – түзулермен берілген нұсқасы.(1) жұмыс қалақшаларымен. Әр екеудің біреуі коаксиалды орналасқан валдар (4) серппенің (2) көмегімен, айналу кезінде күш моментін тудыратын, «өзінің» білігіне автономды әсер ететін, өзінің симметриялы орналасқан жұп қалақшаларымен (1) байланысқан. Бұл нұсқада екі білікте бір бағытта бірдей бұрыштық жылдамдықпен айналуы тиіс. Жұмыс барысында α = 90⁰ мәнін ұстап тұратын арнайы түзететін құрылғы жасалды. 10-суретте жұмыс істеу схемасы келтірілген, бірінші жағдайдағыға ұқсас, бірақ қалақшалары тропоскино түрінде. Бидарье жел турбинасы Дарье іспеттес жұмыс істейді, бірақ жел энергиясын пайдалану коэффициентінің тиімді мәні жоғарырақ. Бұнымен ауа ағыны алдыңғы және артқы жаққы бөлігіне кірген кездегі қалақшаларына әсер ететін күш моментінің әр түрлі екені түсіндіріледі.

Өзімізге белгілі, тік қалақшалы Дарье двигателінің жел дөгелекшелеріне берілетін N_в қуат F ауданға , желдің кинетикалық энергиясына 𝜌U³/2 және осы энергияны пайдалану коэффициентіне 𝜉 пропорционал. 𝜉 мөлшері ротордың жүрдектілігіне тәуелді 𝜒=W/U, мұндағы W – ротор қалақшаларының сызықты айналу жылдамдығы. Әр түрлі типтегі турбиналардың 𝜉(𝜒) тәуелділігі бар (11-сурет). Бұдан бірлік ауданнан алынатын қуат мына формуламен өрнектеледі:

(1)

18- суретте тік қалақшалы Дарье турбинасының цилиндр бетінің радиусы r₀ , биіктігі Н болатын F ауданының схемасы көрсетілген

36. Жел энергетикалық қондырғыларының жел энергиясын пайдалану коэффициенті. Ұсынылған нәтижені егжей - тегжейлі ашу үшін F бетпен біткен тік бұрышты АВСДА’B’C’Д’ параллипипедін қарастырамыз. Параллипипедтің жоғарғы және төменгі шегі тік қойылған цилиндр жазықтығы арқылы өтеді, ал қалған төртеуі қос-қостан оған жанама жанасады. Жел бағытына перпендикуляр және цилиндрдің осі арқылы өтетін тағы бір жазықтықты қарастырамыз. Нәтижесінде әрқайсысының ауданы цилиндрдің F бүйір бетінің көлденең осі арқылы өтетін бойлық қимасының ауданына (Ғ=2r₀H) тең үш жазықтық аламыз (I), (II), (III). Егер 1 – суретке назар аударсақ, ол жерден Дарье аппараты жел қуатының максисум 45 % (𝜉_max=0,45) пайдаланатынын және оны валға жіберетіндігін көреміз. Осы қуаттың қандай бөлігі беттің алдыңғы жағынан ( 4-суреттегі цилиндрдің сол жаққы жаны) және артқы жағынан (оң жақ жаны F) алынатындығы сұралады. Осы мақсатта (I), (II), (III) жазықтықтардағы энергия ағысын қарастырамыз:

а) (I) жазықтық арқылы өтетін жел энергия ағысының тығыздығы мынаған тең:

(2)

б) цилиндрлік бет ауданының сол жақ жартысынан өткен кезде жел ағыны өзінің энергиясының бір бөлігін жел агрегатының қалақшаларына береді, ал энергия ағысының тығыздығы “k” мөлшеріне төмендейді және (II) бақылау беті арқылы өтетін желдің меншікті қуаты мынандай болады . (3)

в) цилиндрдің оң жақ бетінен өткенде Ғ желдің энергиясы қандай да бір “k”- шамаға кемиді, яғни тағы “k”-бөлігін жоғалтады және жел агрегатының артында орналасқан (III) жазықтық арқылы жел мынандай тығыздығымен өтеді:

. (4)

Меншікті энергия ағынының тығыздығының бастапқы мәні мынаған тең екенін ескере отырып

жел доңғалағынан кейін энергия ағынының тығыздығы қаншаға өзгергенін анықтау қиын емес немесе ол үшінші бақылау бетінен (III) кейін энергия ағынының тығыздығы бүтіндей (1 – ) есеге кемиді:

. (5)

(20) және (21) формулаларын теңестіре отырып, к” және “” шамалары арасындағы байланыстарды тауып және содан Дарье жел энергетикалық қондырғысының әрбір цилиндрлік жарты аудандары Ғ арқылы алатын жел энергиясы шамаларын анықтаймыз:

.

Егер _max =0,45 деп қабылдасақ, онда аламыз, к=0,256 және к(1–к)=0,192 яғни, жел энергиясының толық мөлшерінің 26 % алдыңғы жағынан, ал кинетикалық энергия ағынының тығыздығы (1–к) есеге кеміген артқы бөлігінен қалған 19%-ын жинап алады. Бұл жағдай 2 бір бағытта (әр түрлі бағытта айналатын турбина конструкциясы да бола алады) айналатын Дарье жел турбинасын біріктірсек және екі тәуелсіз ток генераторымен байланыстырсақ F бірдей беттен жел энергиясының үлкен мөлшерін алуға мүмкіндік береді. Қалақшалары бір біріне 90^о бұрышпен бұрылған екі қалақшалы жел турбинасын пайдалану бұдан да тиімдірек. Әрбір жолы турбина қалақшалары жел жаққа айналған кезде үздіксіз қозбаған ағыннан 26 % энергия алады және оны өзінің білігі арқылы ток генераторына жібереді. Бұдан артқы жағы энергияны екі есе әлсіреген желден алатындығы белгілі. Қарапайым Дарье турбинасына қарағанда, өзіндік қуат 2k есе азаяды. Сондықтан “Бидарье”-нің жұмысы кезінде жел доңғалағының екінші жақ бетінде жел ағыны мынадай түрде анықталады (көрші бұзылмаған турбуленттік ағыс қабаттарынан жел энергиясының ішке енуі немесе сыртқа шығуы ескерілмеген жағдайда):

Бұдан шығатыны екі жел дөңгелекшесі Бидарье алдыңғы жағынан 26 % энергия алса, артқы жағынан 12 % алады, “m” индексі k_m -нің 𝜉_max сәйкес келетін мәні. Нәтижесінде әр генератор 38 % қуатты электр энергиясына түрлендіреді, яғни суммасы 76 % құрайды. Әрине бұл нәтижелер экспериментте айқындалуы тиіс. Дарье жел энергетикалық қондырғысындағы негізгі мәселе, ондағы жұмыс кем дегенде екі қарама-қарсы әсер ететін процес нәтижесінде болғандығында. Біріншіден, F цилиндр бетпен қоршалған көлемде әлсіреген ағыс пен сыртқы қозбаған ортамен энергия алмасу болады, бұл жел энергиясын шеткі және бақылау беттер аралығында тенденциялық қалпына келтіру есебінен болады. Басқа қырынан қарасақ, аудандағы жел энергиясының азаюы салдарынан жел энергиясын пайдалану коэффициенті азаяды, нәтижесінде парамметрінің мәні өседі. Еске сала кетсек, 𝜒 мәнінің өсуі бұрыштық жылдамдықтың өсуінен емес, U – дың кемуінен болады. Егер Дарье турбинасымен жұмыс барысында U₁, U₂, U₃ – ауаның қозғалыс жылдамдықтарын (I), (II), (III) бақылау беттерінде көрсетсек, онда мынаны алу қиын емес

(6)

Бұдан жылдамдықтың азаюының квадратына пропорционал (I), (II) және (III) беттердің аралығындағы қысым артады.

Бидарьемен жұмыс барысында жылдамдық пен қысымның өзгерісі күшейтіледі:

. (7)

сәйкесінше қысым артады. Жергілікті қысымның артуынан, жел осы ауданды ағып өте бастайды, және бақылау бетіндегі жел жылдамдығының нормал құраушысы азаяды, және онымен бірге қалақшаларға ағылатын жел энергиясы да азаяды. Сондықтан валдың санын өсіру арқылы үздіксіз ағылған қозбаған ағысттан валдың энергиясын 26 % жеткізуге болмайды. Орасан зор турбалентті жел ағысы ауданды орай аққан кезде, біріне – бірі киілген валдың санын үшке не оданда жоғары арттыру (I) және (III) сол сияқты (III) бақылау беттеріндегі аралықтарындағы қысым мен ағыс жылдамдығының үлкен өзгерісіне әкеледі, бұл жел энергетикалық қондырғысының қуатына практикалық маңызды ешнәрсе қоспайды, керісінше Бидарье аппаратымен салыстырғанда мұндай үш және одан да көп «қатар қолданылған» жел агрегаттары пайдалы жұмыс коэффициенттеріне кері әсерін тигізеді. Бұл эксперименттен анықталды.

37.Ауданның метео жағдайын ескере отырып жел қондырғыларын жобалау түрлері. Жел энергетикасы – жел энергиясын механикалық, жылу немесе электр энергиясына түрлендірудің теориялық негіздерін, әдістері мен техникалық құралдарын жасаумен айналысатын энергетиканың саласы. Алматы облысының Қытаймен шекаралас аймағындағы 40-ендікте, Еуразия мегабассейніндегі орасан зор ауа массасының көлемі ауысатын — Орталық Азиядағы «жел полюсі» деп аталатын Жетісу қақпасындағы желдің қуаты мол. Ол екі таудың ең тар жеріндегі (ені 10 – 12 км, ұзындығы 80 км) табиғи «аэродинамикалық құбыр» болып табылады. Қақпа Қазақстанның Балқаш – Алакөл ойпатын Қытайдың Ебінұр ойпатымен жалғастырады. Осы жердегі жел ерекшеліктерін зерттеу нәтижесінде оның электр энергиясын өндіруге өте тиімді екені анықталды. Қыс кезінде желдің соғатын бағыты оңтүстік, оңтүстік-шығыстан болса, жаз айларында солтүстік, солтүстік-батыстан соғады. Желдің орташа жылдамдығы 6,8 – 7,8 м/с, ал жел электр стансалары 4 – 5 м/с-тен бастап энергия бере бастайды. Желдің қарама-қарсы бағытқа өзгеруі сирек болуына байланысты мұнда турбиналы ротор типті жел қондырғысын орнату тиімді. Желдің жалпы қуаты 5000 МВт-тан астам деп болжануда. Бұл өте зор энергия көзі, әрі көмір мен мұнайды, газды үнемдеуге, сонымен қатар қоршаған ортаны ластанудан сақтап қалуға мүмкіндік береді.

Жердің кедір – бұдыр құрылымы мен ондағы өсімдіктер жел жылдамдығы- ның төмендеуіне ықпалын тигізеді. 1 км. жоғары қабатта кедір – бұдыр желдің жылдамдығына әсерін де тигізбейді. Жел жылдамдығының кемуі, атмосфераның төменгі қабаттарында жел ағынының жер бетінің кедір – бұдырының үйкелеуінен туындайды. Жел жылдамдығы орман –тоғайлы аудандарда, үлкен қалалы жерлер- де кемісе, ал сулы аудандарда, аэропорт территориясында жел жылдамдығы баяуламайды. Үй, ғимараттар, орман – тоғайлар және басқа объектілер жер жыл- дамдығын баяулатып қана қоймайды, сонымен қатар турбулентті ағыстар туғызады. Желқондырғысын орналастыру үшін, мамандар сол аймақтың жарамды- лығын бағалай отырып, жер бетінен кедір – бұдырын классификациялау үшін жел потенциалын енгізді. Мысалы, жер бетінің кедір – бұдырын жоғары класс ретінде теңіз беті есептелінеді. Жер бетінің кедір – бұдыр классификациаларын төмендегідей бағалаймыз.

1. 0 – су беті ; 2. 0,5 – аэропорт ашық алаңы ; 3. 1 – ашық ауыл шаруашылық алқабы ; 4. 1,5 – алыс ораласқан үйлерден тұратын ауыл ; 5. 2-2,5 – үйлері бар, аздаған ағаштары бар ауыл ; 6. 3 – поселок, үлкен ауыл ; 7. 4 – үлкен қалалар.

Жел ығысуы деген түсінік бар, ол жер бетіне жақындағанда, жел жылдамдығының өзгерісін (төмендеуін) сипаттайды. Жел турбинасының диаметрі үлкен болып, мұнараның биіктігі онша үлкен болмаса, жел ығысуы кезінде жоғары позицияда тұрған қалақшаның жылдамдығы жоғары болып, төменгі позициядағы қалақшаның жылдамдығы төмендеп, желқондырғысының бүлінуіне әкеп соғады.

38. Жел турбиналарының өндіру қуатының турбинаның геометриялық параметрлеріне тәуелділігі. Бидарье жел турбинасы Дарье іспеттес жұмыс істейді, бірақ жел энергиясын пайдалану коэффициентінің тиімді мәні жоғарырақ. Бұнымен ауа ағыны алдыңғы және артқы жаққы бөлігіне кірген кездегі қалақшаларына әсер ететін күш моментінің әр түрлі екені түсіндіріледі.

Өзімізге белгілі, тік қалақшалы Дарье двигателінің жел дөгелекшелеріне берілетін N_в қуат F ауданға , желдің кинетикалық энергиясына 𝜌U³/2 және осы энергияны пайдалану коэффициентіне 𝜉 пропорционал. 𝜉 мөлшері ротордың жүрдектілігіне тәуелді 𝜒=W/U, мұндағы W – ротор қалақшаларының сызықты айналу жылдамдығы. Әр түрлі типтегі турбиналардың 𝜉(𝜒) тәуелділігі бар (11-сурет). Бұдан бірлік ауданнан алынатын қуат мына формуламен өрнектеледі:

(1)

18- суретте тік қалақшалы Дарье турбинасының цилиндр бетінің радиусы r₀ , биіктігі Н болатын F ауданының схемасы көрсетілген.

Ұсынылған нәтижені егжей - тегжейлі ашу үшін F бетпен біткен тік бұрышты АВСДА’B’C’Д’ параллипипедін қарастырамыз. Параллипипедтің жоғарғы және төменгі шегі тік қойылған цилиндр жазықтығы арқылы өтеді, ал қалған төртеуі қос-қостан оған жанама жанасады. Жел бағытына перпендикуляр және цилиндрдің осі арқылы өтетін тағы бір жазықтықты қарастырамыз. Нәтижесінде әрқайсысының ауданы цилиндрдің F бүйір бетінің көлденең осі арқылы өтетін бойлық қимасының ауданына (Ғ=2r₀H) тең үш жазықтық аламыз (I), (II), (III). Егер 1 – суретке назар аударсақ, ол жерден Дарье аппараты жел қуатының максисум 45 % (𝜉_max=0,45) пайдаланатынын және оны валға жіберетіндігін көреміз. Осы қуаттың қандай бөлігі беттің алдыңғы жағынан ( 4-суреттегі цилиндрдің сол жаққы жаны) және артқы жағынан (оң жақ жаны F) алынатындығы сұралады. Осы мақсатта (I), (II), (III) жазықтықтардағы энергия ағысын қарастырамыз:

а) (I) жазықтық арқылы өтетін жел энергия ағысының тығыздығы мынаған тең:

(2)

б) цилиндрлік бет ауданының сол жақ жартысынан өткен кезде жел ағыны өзінің энергиясының бір бөлігін жел агрегатының қалақшаларына береді, ал энергия ағысының тығыздығы “k” мөлшеріне төмендейді және (II) бақылау беті арқылы өтетін желдің меншікті қуаты мынандай болады:

. (3)

в) цилиндрдің оң жақ бетінен өткенде Ғ желдің энергиясы қандай да бір “k”- шамаға кемиді, яғни тағы “k”-бөлігін жоғалтады және жел агрегатының артында орналасқан (III) жазықтық арқылы жел мынандай тығыздығымен өтеді:

. (4)

Меншікті энергия ағынының тығыздығының бастапқы мәні мынаған тең екенін ескере отырып

жел доңғалағынан кейін энергия ағынының тығыздығы қаншаға өзгергенін анықтау қиын емес немесе ол үшінші бақылау бетінен (III) кейін энергия ағынының тығыздығы бүтіндей (1 – ) есеге кемиді:

. (5)

(20) және (21) формулаларын теңестіре отырып, к” және “” шамалары арасындағы байланыстарды тауып және содан Дарье жел энергетикалық қондырғысының әрбір цилиндрлік жарты аудандары Ғ арқылы алатын жел энергиясы шамаларын анықтаймыз:

.

39.ҚР ның аймақтарының жел энергетика құнын бағаланыз және жел энергетикасына қолайлы жерлер туралы жалпы шолу жасаңыз. Жел энергетикасы — жел энергиясын механикалық, жылу немесе электр энергиясына түрлендірудің теориялық негіздерін, әдістері мен техникалық құралдарын жасаумен айналысатын жаңартылатын энергетиканың саласы. Ол жел энергиясын халық шаруашылығына ұтымды пайдалану мүмкіндіктерін қарастырады. Елімізде арзан электр энергия көздерін іздеу мақсатында, “Қазақстанда 2030 жылға дейін электр энергиясын өндіруді дамыту туралы” мемлекеттік бағдарламаға сәйкес, жел күшімен өндіретін электр энергиясы қуатын халық шаруашылығына қолданудың тиімді жолдары қарастырылуда. Қазақстанда жел күшімен алынатын электр энергиясы қуатын кеңінен және мол өндіруге болады.

Жел энергиясының басқа энергия көздерінен экологилық және экономикалық артықшылықтары көп. Жел энергетикасы қондырғыларының технологиясын жетілдіру арқылы оның тиімділігін арттыруға болады. Жел энергиясын тұрақты пайдалану үшін жел энергетикасы қондырғыларын басқа энергия көздерімен кешенді түрде ұштастыру қажет. Республиканың шығыс, оңтүстік-шығыс, оңтүстік аймақтарында су электр станциялары мен жел электр станцияларын біріктіріп электр энергиясын өндіру өте тиімді. Қыс айларында жел күші көбейсе, жаз айларында азаяды, ал су керісінше, қыс айларында азайса, жаз айларында көбейеді. Сөйтіп, энергия өндіруді біршама тұрақтандыруға болады. Алматы облысының Қытаймен шекаралас аймағындағы 40-ендікте Еуразия мегабассейніндегі орасан зор ауа массасының көлемі ауысатын Орталық Азиядағы “жел полюсі” деп аталатын Жетісу қақпасындағы желдің қуаты мол. Ол екі таудың ең тар жеріндегі (ені 10 — 12 км, ұзындығы 80 км) табиғи “аэродинамикалық құбыр” болып табылады. Қақпа Қазақстанның Балқаш — Алакөл ойпатын Қытайдың Ебінұр ойпатымен жалғастырады. Осы жердегі жел ерекшеліктерін зерттеу нәтижесінде оның электр энергиясын өндіруге өте тиімді екені анықталды. Қыс кезінде желдің соғатын бағыты оңтүстік, оңтүстік-шығыстан болса, жаз айларында солтүстік, солтүстік-батыстан соғады. Желдің орташа жылдамдығы 6,8 — 7,8 м/с, ал жел электр станциялары 4 — 5 м/с-тан бастап энергия бере бастайды. Желдің қарама-қарсы бағытқа өзгеруі сирек болуына байланысты мұнда турбиналы ротор типті жел қондырғысын орнату тиімді. Желдің жалпы қуаты 5000 МВт-тан астам деп болжануда. Бұл өте зор энергия көзі, әрі көмір мен мұнайды, газды үнемдеуге және, әсіресе, қоршаған ортаны ластанудан сақтап қалуға мүмкіндік береді. 1. Жел энергиясы

Жел энергиясы негізінен Күн энергиясының Жер бетін бірқалыпты қыздырмауынан туындайды. Сағат сайын Жер Күннен 1014 кВт сағ энергия алады. Күн энергиясының 1-2 % -і жел энергиясына түрленеді. Бұл көрсеткіш жер бетіндегі барлық өсімдіктердің биоқалдыққа айналғанда бөлініп шығатын энергиясынан 50-100 есе асып түседі.

Бірнеше мыңдаған жылдар бойы адамдар желді – энергия көзі ретінде пайдаланған. Жел энергиясын пайдаланып желкен көмегімен жүзген. Жер суландыру кезінде, жел диірмені ретінде дәнді-дақыл өнімдерін ұнтақтау үшін қолданған. Жел энергиясының қоры бүкіл планета өзендерінің гидроэнергиясынан 100 есе асып түседі. Ылғи да және барлық жерде жел соғып тұрады. Жаздың қоңыр салқын самал желін, апат, зардап шығын әкелетін керемет дауылдарды атап өтуге болады. Қалпына келтіретін дәстүрлі емес жел энергиясының келешегі зор, экологиялық таза, қоры ешуақытта сарқылмайды, әрі арзан, тиімді. Қазақстанның энергия жүйесін зерттеуге сәйкес орталықтандырылған теңгерімдеу бар. Бұл жел энергиясының кірігуіне ықпал етеді, өйткені жел энергиясының тұрақсыздығын деңгейлестіру бойынша ең жоғарғы нәтижені қамтамасыз етуге болады: Қазақстандағы жел электр станцияларының  жалпы пайдаланатын өндіруші қуаты 80 % жоғары немесе жалпы белгіленген қуаттан 10 % төмен сирек болады.

Жел энергиясын өндіру жөніндегі болжамдық сценарий 2015 жылы жылына шамамен 250 МВт және 2030 жылға қарай жылына шамамен 2000 МВт өндіруді көздейді. Жел энергетикасының жел энергиясын жалпы өндіруге кірігу деңгейі 2015 жылы электр энергиясын жалпы өндірудің 1 % -ынан азын және 2030 жылға қарай шамамен 4 %-ды құрайтын болады.

Энергетика жүйесінің орныққан тәртіптемесінің авариялық бұзылу зардаптарын үлгілеу нәтижелері осы зерттеуде қаралған жел энергиясын өндіру сценарийі  энергетика жүйесінің қауіпсіздігіне қатер төндірмейтінін көрсетті.  2030 жылы қуаты 300 МВт «Шелек» жел электр станциясына ғана электр торабын күшейту қажеттілігі көрсетілген.

Энергетика жүйесінің шығынын талдау жел энергиясы Қазақстанның энергетика жүйесіндегі шығынды қысқарта алатынын көрсетті. Жел энергиясын теңгерімдеу құны 2030 жылғы деңгейде жел энергиясының құнын 0.3 - 0.6 €/МВт/сағ-қа арттырады.

40.Заманауи жел электр қондырғыларының аэродинмикалық сипаттамалары. . Желқондырғысын пайдалану.

4.1. Үлкен желқондырғысы.

Үлкен желқондырғылардың өндіретін энергиясы мәнінің үлкендігі сонша, жергілікті берілетін энергия беру желілері қуатынан асып түседі. Үлкен желқондырғысы жұмыс жасау үшін, көптеген қаражат жұмсауға тура келеді. Осындай артық шығын жұмсау жалғыз қондырғы бар жерде өте тиімсіз, сондықтан келеңсіз мәселені шешу мақсатында, белгілі аймақта желқондырғысын топтастыр -ып салады. Осылай көп өндірілген энергия, контракт бойынша коммунальді компанияға сатылады. Ең алғаш рет осындай топтастырылған үлкен желқондырғылары Калифорнияда іске асты.

400-600 кВт 16 мың үлкен желқондырғылары Сан-Франциско қаласының тұрғындарын толығымен энергиямен қамтамасыз етеді.

4.2.Теңіз базасының желқондырғылары.

Теңізде қатты жел соғатыны әркімге белгілі, теңіздегі желдің энергиясын пайдалану халық саны көп, тығыз орналасқан Солтүстік Европа мемлекеттері үшін үлкен жетістік деуге болады, себебі бұл мемлекеттердің жерлерінде желқондырғысын орнататын ашық, жазық алаңдар жетіспейді. Таяз өзендерде орнатылған желқондырғылары Европа мемлекеттерінің назарын өздеріне аударуда. Себебі Солтүстік Европа мемлекеттерінде таяз өзенді, сулы аймақтар көп еді. Біріншіден, теңізде жел жылдамдығы 10% есе, өндірілетін энергия 30 % өседі, екіншіден, 30 м тереңдікте, жағалаудан 30 км орналасқан желқондырғысын пайдалану экономикалық тиімді екен.

Европада «атомдық энергиясыз» атты жоба бойынша өткізілген отырыста теңіз базасының электроэнергиясын 2 есе пайдалану туралы ұсыныс қабылданды. Келешекте Дания мемлекеті теңіз базасының желқондырғылары өндіретін энергия қоры 13,5 Т Вт – сағ болады , – деп жоспарлап отыр, бұл елдің 40 % энергия мұқтаждықтарын қанағаттандырады.

4.3. Кіші желқондырғыларын пайдалану.

Алдында айтып кеткендей, дизельді генеротормен салыстырғанда, жел энергетикасы алыс аймақта тұратын халықтар үшін өте экономикалық тиімді. Кіші желқондырғылары ауыл тұрғындары үшін мынандай мақсаттарда қолданылатынын айтып өтейік:

1) Су тарту және сығылған ауа алу үшін ; 2) Электр энергиясын алу үшін; 3) Кейбір механизмдерді қозғалысқа келтіру үшін.

Қазіргі кезде 100 000 астам су тарту насосы жұмыс істейді көбісі электрленбеген ауылдық жерлерде орналасқан. Көбінсе фермерлер ауыз сумен ауыл тұрғындарын қамтамасыз ету үшін және мал, егін суару үшін қолданады. Қазір су тарту қондырғылары рынокта сатылады. Мысалы, 3 метрлік ротор 2000 л суды 1 сағатта 10 метрден 3м/с жел жылдамдығында көтерсе, ал 7метрлік желқондырғысы 8000 л суды осындай жылдамдықта 1сағаттта көтереді екен. Мұндай желқондырғыларды орнату оңай және қолдану өте қарапайым.

Осындай су тарту насосын Индонезияда жер суландыру үшін пайдаланады, бұл аймақтарда жаңбыр аз жауғандықтан фермерлер күрішті жылына 1 рет өсіреді. Құрғақшылық бұл аудандарда жылмен салыстырғанда 75% құрайды, сондықтан күріш алқабы ірі қара жайылым ретінде пайдала- нылады. Индонезияның көп жерлері жер асты суларға бай болғандықтан, жер асты суларын насоспен тартады. Мысалы, желқондырғы насосы

1 секундта 3 л суды тартады. Индонезияда 1992 жылы 15 осындай жүйелерден тұратын насос орнатылды.

Телекоммуникациялық обьектілер үшін жел энергиясы өте тамаша энергия көзі болып табылады, себебі антенналардың орналасқан ауданына желқондырғыларды орналасу биіктігі сәйкес келеді.

Кіші жел турбиналардың энергиясын аккумуляторларды зарядтауға ыңғайлы, оларды пәтерлерді жарықтандыру үшін, тұрмыс техникаларында қолданылады. Желден өндірілген энергияны аккумуляторда сақтап, кез келген уақытта пайдалану экономикалық тиімді.

Жел энергиясын, суды ысыту арқылы пайдалана аламыз, термостатқа суды толтырып қайнату арқылы 1 кВт энергия пайдаланатын болсақ, термостаттың қуаты 1 кВт болып жасалуы тиіс.

Күн мен жел бір-бірін толықтырып тұрады, қыста қатты жел соқса, жазда күн ысиды. Қыста күн жел энергиясымен үйді жылытсақ, жазда күн энергиясын пайдаланып суды жылытуға болады. Осындай комбинацияла- нып жасалған «күн-жел» жүйесі автономдық энергиямен қамтамасыз ету үшін өте қолайлы.

41.Горизонтал және вертикаль ості жел турбиналарының бірлік ауданнан өндіретін қуаты. Жел қондырғыларда жел ағынының кинетикалық энергиясы генератор роторларының айналу процесі кезінде электр энергиясына айналады. Конструкциясы жағынан желқондырғылардың генераторлары электростанция -дағы отын жаққанда ток өндіретін генераторларға ұқсайды. XX ғасырдың басында Н.Е. Жуковский жел двигателі теориясының негізін қалады, осы теорияны негіздей отырып әлсіз желдің ырғағынан жұмыс істелетін жоғары өнімді жетілдірілген желагрегаттардың конструкциялары жасалынды, барлық елдің ғалымдары мен самолет жасаушы конструктор мамандары өз үлестерін қосты.

Барлық жел двигателінің жұмыс істеу принципі біреу-ақ,онда желдің әсерінен қозғалатын желдоңғалағының қалақшаларының қозғалысы электр энергиясын өндіретін генераторының айналып тұратын білігіне беріледі.

Желдоңғалағының диематрі үлкен болған сайын соққан желдің үлкен ағысын қамтиды және агрегат түрлеріне қарап неғұрлым үлкен энергия өндіреді. Жел двигателін екі топқа бөледі:

1) тік осьпен айналатын жел двигателі,оларға карусель типтес,қалақшалы, ортогональді. 2) горизонталь осьпен айналатын жел двигателі (қанатты деп аталады – қанаттарының санына байланысты).

Қалақшалы жел двигателінің айналу жылдамдығы олардың қалақшалар санына кері пропорционал, сондықтан агрегаттың қалақшаларын үштен артық жасамайды.

Горизонталь айналдыру осі бар екі немесе үш қалақшадан тұратын мұнараның басына бекітілген қондырғылар – желқондырғылардың ең көп тараған түрі болып табылады. Горизонталь айналдыру осі бар турбинаның роторының басқарушы білігі де көлденең орналасқан. Ал көп қалақшалардан тұратын горизонталь осі бар моделін монолиттік деп атайды. Бұл қондырғылар төменгі жылдамдықта жұмыс істейтіндіктен, су тарту насосында пайдаланады. Тік осьпен айналатын жел двигателінің (Н - типтес) роторының жетекші білігі вертикаль орналасқан. Турбиналарының қалақшалары өте ұзын, пішіні доға тәрізді, мұнараның үстіңгі және астыңғы жағына берік орнатылған. Осындай жел қондырғыларын әлемнің бірнеше компаниясы ғана жасайды.

H – типтес турбинасы роторының ерекшелігі басқарушы білік вертикаль орналасқандықтан , кез келген бағытта соққан желдің үлкен ағысын қамтиды.

Француз инженері Дарриус тік осьпен айналатын жел двигателінің теория негізін қалай отырып , конструкциясын жасады. Сыртқы түрлерінің айырмашылығына қарамастан горизонталь және вертикаль айналу осі бар желқондырғылардың жұмыс істеу принциптері бірдей.

3.1. Желқондырғылардың негізгі бөліктері

Желқондырғылары мынандай негізгі бөліктерден тұрады :

1. қалақшалардан, 2. ротордан , 3. трансмиссия ( двигательдің механикалық энергиясын машинаға беруге арналған механизмдер жиыны ) , 4. генератордан , 5. бақылау жүйелері .

Турбинаның қалақшалары арқылы соққан желдің үлкен ағысын қамтиды. Қалақшалар шыны талшығынан, полистролдан немесе көмірпластиктен жасалынады. Турбинанаың қалақшалары жұмыс істегенде сол маңайдағы телевизияға кері әсерін тигізеді, өзі қуатты дыбыс тербелістерін тудырады. Сондықтан қалақшаларын берік сынбайтын және иілгіш шыны пластика дан жасайды (радиотолқындарды шағылдырмайды, жұтпайды). Қалақшалардың диаметрінің ұзындығы 15 пен 25 метрдің аралығында болса, салмағы 1000 кг болады.

тормоздық жүйе

транмиссия

генератор

Ротор орталық білікпен жалғанған қалақшалардан тұрады. Орталық білік басқарушы білікке трансмиссия арқылы жалғанған. Трансмиссия – белдік арқылы кинетикалық энергияны генератордың басқарушы білігіне беріп, электр энергиясын өндіретін механизмдер жиыны. Желқондырғының бақылау жүйелері алыстан компьютер арқылы басқарып және бақылап отырады. Бақылау жүйелері қандай да бір бұрышпен көлбеу орнаатылған және айнымалы, әр бағытта қозғалып тұрады. Сонымен қатар электрондық бақылау жүйелері жел жылдамдығы өзгерген кезде, өндірілген кернеу шамасының шамадан асып кетпеуін реттеп отырады. Желқондырғысының басты сипаттамаларының бірі болып оның қуаты болып саналады. Жеке үйге немесе коттеджге орналған кіші желқондырғы -лардың қуаты –100 кВт, ал диаметрі 15 – 40 метрге баратын, 2–3 қалақшалары желқондырғысы 1 МВт ток өндіреді. Қазіргі заманғы желқондырғылары 690 В кернеу береді, ол трансформатордың көмегімен 10 – 30 кВ-қа түрленеді. Мысалы, 500 кВт–тың желқондырғысы 1 сағатта 15 м/с жел жылдамдығы кезінде 500 кВт энергия өндірсе, 600 кВт-тың қондырғы бір жылда жел жыл- дамдығы 4,5 м/с болған кезде 500000 кВт энергия өндіреді. Желдің механикалық энергиясын электр энергиясына айналдыратын машинаның тиімділігін сипаттайтын шама желқондырғысының пайдалы әрекет коэффиценті (ПӘК-і) дейміз. ПӘК-ті есептеу үшін жел қондырғысының 1 жылға өндірілген қуаты 1 жылдағы 8760 сағаттағы максимал қуатқа бөлуіміз керек. Мысалы, 600 кВт–тың турбаны 1 жылда 2 млн. кВт энергия өндірсе оның ПӘК-і:

ŋ = (2000000 : 365,25) •24600 • 100 % = (2000000 : 525600 ) • 100 % =38 %

Қазіргі желқондырғылардың ПӘК-і 25-30 % аспайды.

42.Жел трубиналарының қоршаған орта мен адам өміріне келтіретін пайдасы мен зиянды жақтары. Желэнергетикасы дамуы, энергия жетіспейтін энергия қуаныш әкелгенмен, оның зиянды да әрекеті бар. Желқондырғылардың айналып тұратын қалақшалары, механизмі, айнала ортаға дыбыс шуын шығарады,

40 децибелдан асатын дыбыс толқындары, адам организміне зиянды әрекетін тигізеді. Мысалы шу деңгейінің жоғары болуы дыбыс құлақтың дыбыс қабылдауын нашарлатып, организмнің жүйке-психологиялық әрекетіне зиянын тигізеді. Желқондырғылары бір-бірінен мұнара биіктігімен салыстырғанда 5-10 есе қашықтықта орналасуы тиіс, осы территорияда орналасқан желқондырғылар аймағында ешқандай ғимрат, орман болмауын ескеру қажет.

Құстар жоғары кернеу жиліктері мен антеннамен, ғимрат терезелерімен, кейде автомобиль терезесімен соқтығысып мертігіп жатады. Кейбір желқондырғысы мұнарасының жоғары жағында қонақтайды, бұл бұлардың өміріне қауіп әкеледі. Желқондырғыларын салған кезде құстардың ұшу миграция маршрутын ескеру қажет.

Желқондырғысының металл бөліктері айналғанда қуатты дыбыс тербелістерін туғызады, сол маңайдағы радиотолқындармен жұмыс істейтін телевизиялық радио және радарлық құрылғыларға кері әсерін тигізеді. Әрине телевизиялық немесе радио ретрансияторын орнату қиын емес, бірақ та бұл арзанға түспейді.

6. Жел энергиясын қалай пайдалану туралы кейбір ұсыныстар.

Желқондырғысын орнату керек деген шешім қабылдадық. Біріншіден бізге тұтынатын энергиямыздың мөлшерін есептеп алу керек және өз жерімізге орташа соғатын желдің жылдамдығын білуіміз керек, екіншіден, жел- қондырғысын орнататын жерді таңдау.

Ашық ландшафтағы төбе және тау жотасына жерқондырғысын орнату тамаша орын болып есептеледі. Төбеде жел жылдамдығы жазық тегіс жерге қарағанда ылғида жоғары. Егер 2 немесе бірнеше қондырғылар орнататын болсақ, онда олардың арасы мұнараның биіктігімен кем дегенде 5 есе артық болу керек, олай болмағанда жұмыс істегенде бір-біріне кедергі жасайды.

Жылдамдық артқан сайын, ауа ағысының сипаты өзгере түседі. Ауа қабаттары бірімен-бірі ретсіз араласып кетеді, үйірім пайда болады. Мұндай ағысты турбулентті деп атайды. Турбулентті ағыс жел энергиясын тиімді пайдалану мүмкіндігін азайтады, сонымен қатар машинаның тозуын тездетеді. Сондықтан турбина мұнарасының биіктігін барынша биік етіп қалайды, біріншіден жер бетіндегі пайда болатын турбулентті ағысты болдырмау үшін, екіншіден жел жылдамдығын арттыру үшін. Жел қуаты оның жылдамдығының кубына тура пропроционал. Мысалы, жерден 30 м биіктікте орнатылған желтурбинасы мен жерден 10 м биіктікте орнатылған турбинаның жылдамтықтарының айырмашылықтары 100% болады.

10м биіктікте орнатылған екі жел генераторы мен 30м биіктікте орнатылған бір генератордың өндірілген ток қуаты бірдей. Басында айтып кеткендей, желқондырғының орнын тағайындаған соң, сол аймақтағы орташа жылдамдық мәнін білуіміз керек. Ол үшін айлар бойы зерттеулер жүргізіп немесе метостанцияның көмегіне жүгінуіне болады.

Жел жылдамдығын өлшеу үшін үш шыныдан жасалған, вертикаль оське бекітілген анемометр аспабы пайдаланылады. 1 минуттағы айналым санын электрондық құрылғы тіркейді. Анемометр жел бағытын анықтайтын аспап, флюгермен жабдықталған. Жел бағытын анықтаудың тағы бір тәсілі, сол аймақтың өсімдік ағаштарын бақылау. Жалғыз және өсіп тұрған ағашты алып қарасақ, жел соққан жағының жапырағы сирек, қураған, бұтақтары ұзын және горизонталь болып келеді. Өз аймағымыздың климаттық жағдайы, бізге керекті энергия мөлшері, орташа жел жылдамдығы, орнын тағайындаған соң, желгенераторын шығаратын мамандардан мәлімет алған соң, желқондырғысының керекті моделін таңдауға болады.

43. Биомасса дегеніміз не ? Биомассаны энергия көзі ретінде пайдалану. Биомасса (гр. bios - өмір және масса) — бір түрдің, түрлер тобының немесе бүтіндей бірлестіктердің (өсімдік, микроорганизм және жануарлардың) тіршілік ететін мекенінің бірлік бетіне не көлеміне келетін жалпы массасы; аудан немесе көлем (г/м² немесе г/м³) бірлігіне салмағы бойынша өрнектелген тірі ағзалар мөлшері.

Өлшем бірліктері: кг/га, г/м², г/м³, кг/м³, т.б. Өсімдіктердің биомассасы фитомасса, жануарлардың биомассасы зоомасса деп аталады.

Экожүйеде энергияның таралуы мен орташа биомассаның арасындағы байланысты анықтау үшін Дж/м² өлшемі пайдаланылады. Құрлықтағы гетеротрофты организмдердің ішінде топырақта тіршілік ететін микроорганизмдердің биомассасы өте жоғары болады. Атап айтқанда, жауын құртының тіршілік ету ортасына байланысты биомассасы 200 — 1500 кг/га аралығында болады. Сүтқоректілер мен құстардың орташа жылдық биомассасы 1 — 15 кг/га (бірақ бұл көрсеткіш құстардың қыстауы мен қоныс аударуы кезінде жоғары болады).

Биосферадағы тірі организмдердің жалпы биомассасы, әр түрлі есептеулерге қарағанда 1,8х10¹² — 2,4х10¹² т болуы мүмкін.

Энергия биомассы  Биомасса представляет собой древнейший источник энергии, однако её использование до недавнего времени сводилось к прямому сжиганию либо в открытых очагах, либо в печах и топках, но также с весьма низким КПД. В последнее время внимание к эффективному энергетическому использованию биомассы существенно повысилось, причем в пользу этого появились и новые аргументы:  · использование растительной биомассы при условии её непрерывного восстановления (например, новые лесные посадки после вырубки леса) не приводит к увеличению концентрации СО₂ в атмосфере; · в промышленно развитых странах в последние годы появились излишки обрабатываемой земли, которую целесообразно использовать под энергетические плантации;  · энергетическое использование отходов (сельскохозяйственных, промышленных и бытовых) решает также экологические проблемы;  · вновь созданные технологии позволяют использовать биомассу значительно более эффективно.  Потенциал биомассы, пригодный для энергетического использования в большинстве стран достаточно велик, и его эффективному использованию уделяется значительное внимание.  В США в 1990 г. благодаря использованию биомассы было произведено 31 млрд. кВт·ч электроэнергии, кроме того, за счет твердых бытовых отходов (ТБО) еще 10 млрд. кВт·ч. На 2010 г. планируется выработать соответственно 59 и 54 млрд. кВт·ч. Оценка технического потенциала различных видов биомассы, выполненная в Германии, дает: остатки лесной и деревоперерабатывающей промышленности - 142 млн. ГДж/год; солома – 104 млн. ГДж/год; биогаз – 81 млн. ГДж/год. Эти оценки сделаны при весьма осторожных предположениях. В частности, предполагается, что доля отходов лесной промышленности составляет 25% годового прироста древесины. Аналогично для соломы учитывается ее количество, которое должно остаться на поле для поддержания содержания гумуса в почве. Для биогаза учитываются только хозяйства, имеющие не менее 20 голов крупного рогатого скота или эквивалентного количества свиней или птицы.  Серьезной проблемой является энергетическое использование ТБО. Мусоросжигающие установки (инсинераторы), имеющиеся во многих странах мира, малоэффективны и не удовлетворительны с точки зрения экологии. Поэтому разработка новых схем использования ТБО представляется весьма актуальной. Особенно остра проблема эффективного использования биомассы для развивающихся стран, прежде всего для тех, у которых биомасса является единственным доступным источником энергии. Здесь в основном речь идет о рациональном использовании древесины и различных сельскохозяйственных и бытовых отходов. Известно, что сегодня население некоторых стран, прежде всего Африки, вырубает леса на дрова для приготовления пищи, и что этот процесс обезлесивания представляет собой угрозу как местному, так и глобальному климату. Используемые сегодня дровяные очаги для приготовления пищи имеют КПД 14-15%. Применяя более совершенные устройства, этот КПД легко повысить до 35- 50 %, т.е. сократить потребность в исходном топливе более чем в 3 раза. Хорошо известна программа Бразилии, посвященная получению из отходов сахарного тростника метанола, применяемого как моторное топливо для автотранспорта. Однако этот пример интересен стран с соответствующим климатом.  Большое распространение в некоторых странах (Китай, Индия и др.) получили малые установки, утилизирующие отходы для одной семьи. В этих установках, число которых исчисляет миллионами, в результате анаэробного сбраживания производится биогаз, используемый для бытовых нужд. Эти установки весьма просты, но не очень совершенны. Для больших ферм со значительным количеством отходов создаются более эффективные биогазовые установки.

44.Биомассаның энергетикалық сиымдылығына түсінік беріңіз ? Жасыл өсімдіктердің фотосинтезі, органикалық заттарда күн сәулесінен алынған энергияны топтастыруға мүмкіндік береді, бұлар көмірқышқыл газымен, сумен және жер қыртысының бірнеше «биогенді» элементтерімен синтезделеді. Фотосинтез жер бетінде жылына 120 млрд т – ға жуық құрғақ органикалық заттарды түзеді, ол дегеніміз энергетика шамасымен есептегенде 40 млрд т мұнайдың шамасындай болады (әлемдік деңгей оның қолданысын 10 есе арттырады). Өсімдіктермен қорланған химиялық энергия энергетикада да қолданылуы мүмкін. Биомасса, негізінде әлемдегі қолданыстағы отындардың ішінде 7-ші орында. Биомассадан алынған энергия әлем АЭС-ң есептік энергиясынан 4 есе артық.

Европалық Одақ елдерінде биомасса энергиясының бөлігі, дәстүрлі емес және жаңаратын энергия көзінің жалпы өндірісінің 55%-ын құрайды. Биомассаның ең негізгі тиімді энергиялары әсіресе, Португалияда, Испанияда, Францияда, Германияда, Данияда, Италияда қолданылады. Батыс Европада биомассаның жалпы ресурсы мынадай: (жылына 1 млн т құрғақ масса) ағаш және ағаш қалдықтары 150, ауыл шаруашылық қалдықтары 250, қалалық қоқыс 75,

45.Ағаш отын. Отын түйіршіктер. Пеллеттер. Пеллеттерді өндіру және оның технологиялары. Биоотын – биологиялық қалдықтарды қайта өңдеу арқылы биологиялық шикізаттан алынған отын. Тағы да басқа целлюлозадан және органикалық әртүрлі типті қалдықтардан алынып бағытталған әр түрлі дәрежедегі өңделген жобалар кездеседі, бірақ бұл технолгоиялар әлі бастапқы кезеңдегі өңдеуде немесе коммерциялылықтануда. Био отындар сұйық түрде (іштен жану қозғалтқыштарына арналған, мысалы, этанол, метанол, биоотын), қатты отын (ағаш, шымтезек, отынды гранулалар, жаңқа, сабан, қауыз) және газ тәрізді отындар (биогаз, сутегі).