Желэнергетикасының пайдаланудың даму тарихы

Ауа тығыздығы.

Желқондырғылардың қалақшалары ауа массасының қозғалысының әрекетінен айналады. Ауа қабатының массасы үлкен болса, соғұрлым жел двигателінің қалақшалары жылдам қозғалып, электр энергиясын көп өндіреді. Физика курсынан мынаны білеміз, қозғалатын дененің кинетикалық энергиясы оның массасына тура пропорционал, ендеше жел энергиясы ауа қабатының тығыздығына тура пропорционал. Тығыздық бірлік көлемге келетін молекулалар санына тәуелді. Қалыпты атмосфералық қысымды температура 150С болған кезде, ауаның тығыздығы 1,225кг/м3. Ылғалдылық өскен сайын ауаның тығыздығы азаяды. Қыс мезгілінде тығыздық жоғары болғандықтан, желдің бірдей жылдамдығына қарамастан, жазбен салыстырғанда жел генераторы көп эенргия береді.

Ротор ауданы

Желтурбинасының қозғалатын бөлігін ротор деп атаймыз. Ротор жел ағының энергиясын көп қамтыса, соғұрлым көп электро энергия өндіреді. Ротордың ауданы ротордың диаметрінің ауданының квадратына тура пропорционал, жел- қондырғысының өлшемдерін екі есе арттырып, төрт есе энергия өндіріп алуға болады. Желқондырғысының өлшемдерін өзгерте отырып, энергияны қалағанымызша өндіреміз деп айтуға жеңіл, практикада басқаша. Айналдыру барысындағы қамтитын қалақшаларының ауданын біртіндеп үлкейту арқылы, біз істейтін жүйеге артық күш, салмақ түсіреміз. Осындай асқын салмақты көтеру үшін жүйенің кейбір механикалық құрамдас бөліктеріне зақым келмеуін ескеру өте маңызды.

Жел жылдамдығы.

Жел жылдамдығы – желқондырғысының энергия өндіруіне әсер ететін маңызды өлшемі болып табылады. Желдің үлкен жылдамдығы ауа массасының ағынының көлемін үлкейтеді. Жел энергиясы жел жылдамдығының кубына тура пропорционал өзгереді. Ендеше, ротордың кенетикалық энергиясы жел жылдамдығын екі есе үлкейткенде 8 есе артады. Мына төмендегі кестеде жел жылдамдығының жел энергиясына тәуелділігі көрсетілген. (құрғақ ауаның тығыздығы – 1.225 кг/м³, атмосфералық қысымның шамасы 760 мм.сын. бағанасы кезіндегі қалыпты жағдай).

Энергия мөлшері мына формуламен есептеледі:

Еĸ=ρυ³/2

υ-желдің жылдамдығы ,

ρ-ауаның тығыздығы

Энергия өлшем бірлігі ретінде (В/м²) алып отырмыз. Табиғи жағдайларға байланысты, желдің жылдамдығы да өзгеріп отырады. 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. Жердің кедір – бұдыр құрылымы мен ондағы өсімдіктер жел жылдамдығының 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 жерлерде кемісе, ал сулы аудандарда, аэропорт территориясында жел жылдамдығы баяуламайды. Үй, ғимараттар, орман – тоғайлар және басқа объектілер жер жылдамдығын баяулатып қана қоймайды, сонымен қатар турбулентті ағыстар туғызады.

Желқондырғысын орналастыру үшін, мамандар сол аймақтың жарамдылығын 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–бұдырыныӊ классификацияларын төмендегідей бағалаймыз.

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.

Желэнергетикасының пайдаланудың даму тарихы

1888 ж. Чарльз Бруш пайдаланған жел генераторы

Бірнеше мыңдаған жылдар бойы адамдар желді – энергия көзі ретінде пайдаланған. Қоғам мәдениетінің жаңа қалыптасқан кезінде жел энергиясын теңіз саяхатында пайдаланған. Ертедегі мысырлықтар 5 мың жыл бұрын жел энергиясын пайдаланып желкен көмегімен жүзген. Біздің заманымыздың 700 жылдары қазіргі Ауғанстан жерінде тік бекітілген осі бар жел машинасымен дақылдарды ұнтақтау үшін қолданған. Жерорта теңізінде орналасқан Крит аралында ұзын мұнараға бекітілген жел күшімен қозғалатын диірмен жер суландыру жүйесінің жұмысын атқарған. 14 ғасырда голландықтар жел диірменін жетілдіріп, дәнді-дақыл өнімдерін ұнтақтау үшін қолданды.

1854 жылы АҚШ-та жел энергиясымен жұмыс істейтін су тарту насосы іске қосылды. Су тарту насосының моделі жел диірменінен қалақшалар санының көптігімен және жел бағыты мен жылдамдығын анықтайтын аспап флюгердің болуымен ерекшеленеді. 1940 жылдары осындай жел күшімен қозғалатын диірменнің саны 6 миллиондай еді, оларды су тарту және электроэнергия алу мақсатында қолданды.

Осындай жел диірмендер мал шаруашылық фермасын сумен қамтамасыз етіп тұрды. 20 ғасырдың ортасында жел энергиясын қазіргі заман энергия қоры – мұнай орнын басты. Дүние жүзінің бірнеше рет мұнай дағдарысынан соң, қайтадан жел энергетикасына көпшіліктің қызығушылығы оянды. 70 жылдары мұнай бағасының өсуіне байланысты, энергетика сарапшылары жел энргиясын пайдалану шараларын ұсынды. Мемлекет қаржыландыру қолдауымен өткізілген зерттеулер мен эксперименттердің нәтижелері, жел энергиясын пайдаланудың жаңа технологиясының дамуына жол ашылды.

1981-1984 жылдары Калифорнияның өзінде 6870 жел турбинасы іске қосылды. Бірақ 31 желтоқсан 1985 жылы мұнайдың бағасы баррельге шыққанда 10 долларға түсті, осыған байланысты желқондырғысын шығаратын көптеген шағын компаниялар жойыла бастады. Ал 1998 жылы АҚШ-та желэнергетикасы дамуы қайтадан даму сатысына көтерілді.