Как можно создать ветер: Как можно самому создать ветер

Содержание

Искусственный ветер — ars333 — LiveJournal

Американская компания Clean Wind Energy арендовала землю в Аризоне и утрясает с местными властями строительство башни в 1 200 метров высотой — самого высокого здания в мире.

В формуле мощности ветрогенератора скорость ветра стоит в кубе: это означает, что при 11 м/с и 22 м/с энергия, вырабатываемая ветром, различается в восемь раз. Одно плохо: в жизни задолго до 22 м/с ветрогенератор отключится, поскольку рассчитан на «обычные» ветры, иначе его конструкция будет дорогой и тяжёлой.


Выход? Создать искусственный ветер.
Идея была выдвинута в середине 1960-х годов Филипом Карлсоном из Lockheed. Всё просто: в пустыне строится колоссальная открытая сверху башня высотой более километра, в верхней части которой морская вода распыляется в искусственный туман. Насыщенный водой пустынный воздух охлаждается (испаряя капли морской воды) и, соответственно, опускается вниз, достигая скоростей в 22 м/с.

Внизу находятся прочные лопасти конструктивно усиленных ветровых турбин, готовых работать с ветром таких скоростей. Дополнительно ветер нагнетается вниз башни по периферийным каналам в её стенах ветроуловителями — особой формы раструбами на внешних бортах сооружения. Миновав турбины, холодный воздух возвращается в окружающую среду. В конце находится система по захвату неиспарившихся капель. Капли собираются в отстойниках и направляются обратно в море. Конструкция башни в основе своей стальная, со специальным покрытием изнутри, предотвращающим коррозию.

В США идея не прижилась, а в 1989-м её вторая жизнь началась в Израильском технологическом институте (Технион), где было проведено моделирование системы и выяснилось, что ветер достигнет высоких скоростей лишь при высоте башни в 1 200 м и диаметре 400 м.

Строительство в толще горы себя не оправдает: конструкция должна быть стальной. При этом КПД системы, по всем расчётам, будет равен 45%; 33% уйдёт на доставку и подъём воды на километровую высоту; 22% «съест» трение. И всё равно энергобашня будет значительно эффективнее современной эоловой энергетики, не говоря уже о солнечной. Мощность этой циклопической башни ветров будет составлять около 2 500 МВт, из которых на нетто-генерацию придётся более 1 100 МВт.

КИУМ, согласно моделям Техниона, для засушливой местности будет равен 60%, что означает годовую выработку около 5,5 млрд кВт•ч. Вместе с зоной отчуждения потребуется менее половины квадратного километра — несравнимо меньше, чем у ветровой или солнечной станции сходной мощности

Clean Wind Energy, используя технионовское моделирование, сумела убедить власти Сан-Луиса (Аризона) выделить ей в черте города (!) место под две (!!) башни при условии использования при их строительстве местной рабочей силы. Теперь вопрос лишь в том, сумеет ли компания, основанная в 2010 году, найти деньги: по оценкам, стоимость возведения такой электростанции равна 2 300 долларов за киловатт установленной мощности, то есть всего более 2,5 миллиардов долларов.

как создание ионолёта может изменить современную авиацию — РТ на русском

Американские учёные испытали самолёт, работающий на ионной тяге. Это явление, при котором движение воздуха создаётся с помощью электрического поля. В ходе испытаний аппарат пролетел 60 м. Инженеры планируют усовершенствовать конструкцию машины, чтобы она смогла преодолевать большие расстояния и перевозить пассажиров.

Инженеры Массачусетского технологического института провели успешное испытание ионолёта. В действие такой аппарат приводит ионная тяга — явление, при котором движение воздуха создаётся с помощью электрического поля. Силовая установка обеспечила ионолёту тягу в три ньютона. Аппарат смог пролететь 60 м.

От идеи до воплощения

Автор исследования Стивен Барретт задумал разработку бесшумного и безопасного для окружающей среды летательного аппарата несколько лет назад. Вдохновение для создания ионного самолёта инженер черпал из фильма и сериала «Звёздный путь». Наблюдая в детстве за космическими кораблями, скользившими по воздуху на экране телевизора, будущий инженер мечтал однажды претворить фантастическую задумку сценаристов в жизнь.  

«Я полагал, что турбины и пропеллеры не будут нужны летательным аппаратам будущего. В моём воображении самолёты должны были напоминать шаттлы из «Звёздного пути», которые тихо скользят по воздуху, могут вертикально садиться и взлетать, а также зависать над поверхностью», — сообщил Баррет.

Около девяти лет назад Баррет начал искать способы создания двигательной установки для «самолёта будущего». Инженер решил обратиться к явлению ионного ветра, также называемому эффектом Бифельда — Брауна. В 1921 году физики Пауль Бифельд и Томас Браун выяснили, что ионный ветер возникает между двумя отрицательно заряженными электродами, если по металлическому проводу между ними пустить ток.

В 1960-е годы в США изобретатель и авиаконструктор Александр Прокофьев-Северский продолжил изучение этого явления и даже пытался построить свой ионолёт. Его модель могла взлетать и садиться, а также поворачиваться в воздухе. Электричество к аппарату подводилось по специальному кабелю.

  • Летающая модель ионолёта и проект одноместного аппарата А.Н. Северского.
  • © Popular Mechanics

Однако проблема создания ионолёта, который смог бы летать, заключалась в том, что его силовой установке требовался ток очень высокого напряжения. Учёные из Массачусетского технологического института смогли решить эту проблему. В фюзеляже ионолёта они расположили литиево-полимерные батареи, генерирующие электричество напряжением 40 тыс. вольт, которых, по их расчётам, должно было хватить для поднятия в воздух небольшого аппарата. Масса готового ионолёта составила 2,27 кг, размах крыльев — 5 м. 

«Электрификация» транспорта 

Инженеры провели испытания ионолёта в закрытом помещении — в спортивном зале. В ходе эксперимента аппарат вертикально поднялся в воздух и пролетел около 60 м на высоте 47 см от пола, после чего благополучно приземлился. Испытания учёные успешно повторили десять раз. 

«Это первый в истории полёт самолёта, который не имеет в своей двигательной конструкции никаких движущихся частей. Инженерам открывается перспективный путь для создания новых ионолётов», — заявил Баррет. 

По словам изобретателей, в отличие от современных лайнеров, ионолёту не требуется топливо, то есть он является экологически чистым. Кроме того, новый аппарат работает бесшумно. Американские учёные планируют усовершенствовать конструкцию ионолёта, чтобы он смог перемещаться на большие расстояния и в конечном счёте перевозить пассажиров.

По мнению российских экспертов, переход на электрическое движение в авиации открывает новые перспективы в самолётостроении.

«Становится труднее совершенствовать текущие авиационные двигатели, делать их более эффективными. В этом случае перевод авиации на электричество кажется перспективным, даже логичным. На дорогах уже появились электромобили, теперь дело за воздухом. Можно смело сказать, что электроэнергия начинает играть важную роль в развитии транспорта», — сообщил в беседе с RT инженер-исследователь Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН Александр Наумов.

По мнению Наумова, результаты испытаний американских учёных выглядят многообещающими. Однако создание полноценного ионолёта сопряжено с рядом трудностей. Так, в отличие от реактивных двигателей, у ионных довольно маленькая плотность тяги. Это означает, что для взлёта такому аппарату потребуется довольно большая силовая установка, скорее всего, превышающая размеры самого ионолёта.

«Конечно, до практического использования ионолётов пока далеко. Однако нет никаких оснований сомневаться в возможности появления самолётов, работающих на ионной тяге. Такие аппараты, вероятно, пригодятся и в космической отрасли — для долгосрочных полётов к другим планетам», — отметил Наумов.

Проект на тему «Ветер» | Творческие проекты и работы учащихся

В процессе работы над учебным исследовательским проектом по географии «Ветер» учащийся 6 класса изучает теоретические сведения о таком природном явлении как ветер, выясняет причины его возникновения, зависимость от климатических условий, а также его степень и характер влияния на окружающий мир и жизнь человека.

Подробнее о проекте:


В готовой исследовательской работе по географии «Ветер» автор дает развернутое определение и характеризует некоторые виды ветров, изучает особенности работы с приборами, позволяющими измерять скорость ветра и определять его направление, а также рассказывает, что это за приборы и выясняет роль ветра и возможности его использования человеком в повседневной и профессиональной жизни.

В предложенном проекте по географии «Ветер» рассматривается сила и скорость ветра, а также дается определение понятий «господствующий ветер», «местный ветер», «сезонный ветер». Также в рамках проекта учащимся 6 класса были проведены практические опыты, направленные на выяснение способов и условий, при которых можно создать искусственный ветер.

Оглавление

Введение
1. Что такое ветер. Роль ветра в природе и в нашей жизни.
2. Как возникает ветер?
3. Характеристика ветра.
4. Приборы определяющие направление и силу ветра.
5. Виды ветров.
6. Господствующие ветры (Постоянные ветры).
7. Местные ветры.
8. Сезонные ветры.
9. Опыты. Можно ли создать самим ветер в помещении?
Заключение
Литература
Приложение

Введение


Мне очень нравятся познавательные телевизионные программы, касающиеся нашей планеты и жизни на Земле. Я люблю наблюдать, задавать вопросы и искать на них ответы. С раннего детства в семье меня знакомили с энциклопедиями, в которых раскрываются волнующие вопросы.

Мне нравится раскрывать тайны и секреты некоторых явлений. Вот почему я с удовольствием взялся за изучение данной темы. Я хочу провести исследование и понять это удивительное явление природы – ветер.

Цель: узнать о природном явлении «ветер», о причинах его возникновения, влиянии на жизнь человека и окружающий мир.

Задачи:

  • Познакомиться с понятием «Ветер», установить причины его возникновения;
  • Познакомиться с некоторыми видами ветров, приборами, позволяющими измерять скорость ветра и определять его направление;
  • Выяснить роль ветра и возможности использования его человеком;
  • изучить и проанализировать литературу по данной теме.
  • провести наблюдения и опыты.

Объект исследования: ветер.

Гипотеза: ветер – это движение воздуха.

Новизной исследования является то, что я на опытах установил влияние различных температур на движение воздуха, доказал одну из причин возникновения ветра и на практике увидел как человек использует ветер в своих целях.

Описание работы:

В исследовательской работе представлены основные причины возникновения ветра. В работе рассмотрены различные виды ветров и их влияние на жизнь человека, на живую и неживую природу. Работа содержит наблюдения и опыты, доказывающие причины возникновения ветра.

Тема ветра всегда была и есть актуальной. Люди всегда мечтали приручить ветер. И сделать так, чтобы он работал на благо людей. Когда я первый раз узнал о ветре, меня заинтересовал вопрос, а как появляется ветер и можно ли его приручить. В своём исследовании я приложил силы для того, чтобы ответить на все эти вопросы.

Что такое ветер? Роль ветра в природе и в нашей жизни


Ветер — это поток воздуха, движущийся относительно земной поверхности со скоростью свыше 0,6 м/с. Это преимущественно горизонтальное перемещение воздуха из области повышенного атмосферного давления в область пониженного атмосферного давления.

Ветер – это движение воздуха, а всё, что движется, обладает энергией. Энергия ветра сыграла немаловажную роль в развитии человека. Начиная с древних времен люди, использовали энергию ветра, как в мирных, так и в военных целях. За 5 тысячи лет до рождения Христа древние египтяне использовали ветер, чтобы переплывать Нил на лодке с помощью паруса. Так было изобретено парусное судно. Именно благодаря парусным кораблям были сделаны все великие географические открытия. Особую роль в истории, но уже не в мирных целях, сыграл скандинавский вариант использования ветра. В 9 столетии нашей эры на лёгких парусных судах викинги пересекли Северное море и терроризировали Западную Европу. Местному населению трудно было им противостоять. Появление легких и быстрых лодок приводило всех в ужас.

Благодаря парусным суднам, которые плыли за счет ветра, впервые появилась возможность преодолевать большие расстояния по морям и океанам. Воздушные шары, которые тоже двигались с помощью ветра, впервые позволили отправляться в воздушные путешествия, а современные летательные аппараты используют ветер для увеличения подъемной силы и экономии топлива.

Ветры могут влиять и на формирование рельефа, вызывая эоловые отложения, которые формируют различные виды грунтов (например, лёсс) или эрозию. Они могут переносить пески и пыль из пустынь на большие расстояния. Ветры разносят семена растений и помогают передвижению летающих животных, которые приводят к расширению видов на новой территории. Связанные с ветром явления разнообразными способами влияют на живую природу. Велико эстетическое значение ветра. Ощущать в жаркий день ласковый, нежный, легкий, летний ветерок – одно удовольствие.

Ветер заставлял работать ветряные мельницы. Существует мнение, что еще до нашей эры в Китае была изобретена ветряная мельница. Но подтвержденные сведения про использование энергии ветра в бытовых целях дошли до нас из Персии. Персы использовали ветер и ветряные мельницы, чтобы молоть зерно, примерно за 200 лет до н.э.

Развитие технологий использования энергии ветра приводит к тому, что многие страны перешли с одиночных установок ветряных «мельниц», до образования многогектарных «ветровых полей», на которых на близком расстоянии друг от друга устанавливаются сотни ветряков. Так создаются так называемые ветровые фермы.

Ситуация с ветроэнергетикой в нашей стране, такой богатой на ветра и поля, оставляет желать лучшего. И если до 60х годов были неплохие результаты эксплуатации энергии ветра, то после был сделан упор на строительство ГЭС (гидроэлектростанция), ТЭС (Тепловая электрическая станция) и АЭС (атомная электрическая станция). И только после ряда проблем и аварий на крупных АЭС уже в 90х годах ученые смогли достучатся до правительства с предложениями о внедрении безопасной добычи энергии с возобновляемых источников.

Но экономический кризис 90х годов не дал возможности для развития этой отрасли в нашей стране. А спустя несколько лет были полностью забыты все разработки в этой сфере. Для того, чтобы сейчас продолжить внедрение ветровых установок, придется начать все с самого начала или позаимствовать у более развитых стран уже работающие технологии.

Однако, ветры могут быть и небезопасными, так градиентные колебания ветра могут вызвать потерю контроля над самолетом, быстрые ветры, а также вызванные ими большие волны, на больших водоемах часто приводят к разрушению штучных построек, а в некоторых случаях ветры способны увеличивать масштабы пожара [2].

Как возникает ветер

Существует несколько причин появления ветра: 1. Перепады давления. Без солнца не было бы и ветра. Солнце нагревает воздух. Горячий воздух поднимается. Из-за этого в той области Земли, где воздух прогрет, атмосферное давление понижается. Возникает циклон. Поднимаясь в верхние слои атмосферы, воздух остывает и начинает опускаться, создавая область повышенного давления.

Такие области называют антициклонами. Из центра антициклона воздух растекается к окраинам и перемещается в область пониженного давления – циклон. 2. Сила Кориолиса. Открытая французским ученым Густавом Кориолисом сила образуется при вращении Земли. Когда мы находимся в Северном полушарии, Земля под нашими ногами вертится против часовой стрелки.

Сама Земля вращается быстрее, чем окружающая ее атмосфера. Поэтому при движении Земли в Северном полушарии ветер отклоняется вправо. А в Южном полушарии – наоборот, влево. 3. Тепло и холод. Еще одна причина, по которой возникают ветра, – периодическое изменение температуры в каком-либо месте. Например, в течение дня почва накаляется быстрее моря.

Возникает перепад давления, и ветер начинает дуть по направлению к земле: это морской бриз. После захода солнца суша быстро остывает. Поэтому ветер дует с берега. Морской бриз начинает дуть около 10 часов утра. А береговой – после захода солнца. 4. Вечный ветер. Землю постоянно продувают так называемые господствующие ветры. На экваторе воздух нагревается и поднимается. Он растекается в направлении тропиков.

Так образуется ветер антипассат. Остыв, воздух возвращается к экватору. Такой ветер называют пассатом. Ветры возникают и у полюсов Земли. Холодный воздух перемещается от них к экватору. А потом поднимается и возвращается к полюсам. Кроме того, господствующие ветры возникают в верхних слоях атмосферы Земли. Они называются струйными течениями. Эти ветры дуют зимой. Они возникают из-за сильного перепада температур между жаркими экваториальными и холодными полярными областями Земли [3].

Характеристика ветра


Ветер характеризуется силой (скоростью) и направлением. Направление движения воздуха определяется взаимодействием нескольких сил. Это сила Кориолиса (учитывает влияние вращения Земли на двигающийся воздух), сила тяжести, сила градиента, сила давления и центробежная сила. Направление ветра в метеорологии определяется той стороной горизонта, откуда он дует.

Сила ветра (иначе говоря, скорость), зависит от высоты, на которой дует ветер, и от атмосферного давления. Чем больше разница температур между воздушными массами, тем сильнее ветер. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду, километрах в час или баллах (1 балл равен 2 м/с). Средняя многолетняя скорость ветра у земной поверхности – 4-9 м/с. Ветер скоростью 5-8 м/с считается умеренным, выше 14 м/с – сильным, выше 20-25 м/с – штормом, выше 30-35 м/с – ураганом.

Скорость ветра отличается большим непостоянством: она изменяется не только за продолжительное время, но и за короткие промежутки времени (в течение часа, минуты и даже секунды) на большую величину.

Скорости ветра, наблюдаемые за короткие промежутки времени от нескольких секунд до 5 мин, называют мгновенными или действительными. Скорости же ветра, полученные как средние арифметические из мгновенных скоростей, называют средними скоростями ветра. Если сложить замеренные скорости ветра в течение суток и разделить на число замеров, то получится среднесуточная скорость ветра. Если же сложить среднесуточные скорости ветра за весь месяц и разделить эту сумму на число дней месяца, то получим среднемесячную скорость ветра. Сложив среднемесячные скорости и разделив сумму на двенадцать месяцев, получим среднегодовую скорость ветра [4].

Приборы определяющие направление и силу ветра

Скорости ветра замеряют с помощью приборов, называемых анемометрами. Анемометр — прибор для измерения скорости ветра и газовых потоков по числу оборотов вращающийся под действием ветра вертушки.

Простейший анемометр, позволяющий определять мгновенные скорости ветра и называемый простейшим флюгером-анемометром.

Он состоит из металлической доски, качающейся около горизонтальной оси а, закрепленной на вертикальной стойке б. Сбоку доски на той же оси а закреплен сектор в, с восемью штифтами. На стойке б ниже сектора закреплен флюгер г, который все время устанавливает доску плоскостью к ветру. При действии последнего доска отклоняется и проходит мимо штифтов, каждый из которых указывает при этом на определенную скорость ветра.

Стойка б с флюгером г поворачивается по втулке д, в которой закреплены в горизонтальной плоскости 4 длинных стержня, указывающих главные страны света: север, юг, восток и запад, и между ними 4 коротких, указывающих на северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад. Таким образом, с помощью флюгера-анемометра можно определять одновременно и скорость и направление ветра.

Средние скорости ветра за короткие и продолжительные промежутки времени удобно определять анемометром завода «Метрприбор». Он состоит из крестовины с полушариями, надетой на ось, которая находится в зацеплении с зубчатой передачей, помещенной в коробке с циферблатом.

Оси шестерен выведены на циферблат и на своих концах имеют стрелки, показывающие на шкале путь, пройденный ветром за данный промежуток времени. Разделив число, показываемое стрелками на циферблате, на число секунд, в течение которых вращался анемометр, получим скорость ветра в секунду за наблюдаемый период [5].

Виды ветров


Ветры классифицируют, в первую очередь, по их силе, продолжительности и направлению. Таким образом, порывами принято считать кратковременные (несколько секунд) и сильные перемещения воздуха. Сильные ветры средней продолжительности (примерно 1 минута) называются шквалами. Названия более продолжительных ветров зависят от силы, например, такими названиями являются бриз, буря, шторм, ураган, тайфун.

Продолжительность ветра также сильно варьируется: некоторые грозы могут длиться несколько минут, бриз, который зависит от разницы нагрева особенностей рельефа на протяжении суток, длится несколько часов, глобальные ветры, вызванные сезонными изменениями температуры — муссоны — имеют продолжительность несколько месяцев, тогда как глобальные ветры, вызванные разницей в температуре на разных широтах и силой Кориолиса, дуют постоянно и называются пассаты. Муссоны и пассаты являются ветрами, из которых слагается общая и местная циркуляция атмосферы.

Ураган — ветер разрушительной силы (более 30м\с) и значительной продолжительности, характерен для тропических широт.

Бу́ря — разновидность урагана. Скорость ветра при буре не много меньше скорости урагана (до 25-30 м/с). Убытки и разрушения от бурь существенно меньше, чем от ураганов. Иногда сильную бурю называют штормом.

Тайфу́н— разновидность тропического циклона, который типичен для северо-западной части Тихого океана.

Шквал — кратковременный сильный порывистый ветер со скоростью до 20-30м\с, часто с грозой и ливнем. Ветер по своей структуре не однороден. Он может быть струйным (ламинарным), когда слои воздуха движутся не перемешиваясь, т.е. их частицы не переходят из слоя в слой. Такое движение воздуха обычно бывает при слабых ветрах.

Если же скорость ветра превышает 4 м/с, то частицы воздуха начинают двигаться беспорядочно, его слои перемешиваются и движение воздуха приобретает турбулентный характер. Чем выше скорость ветра, тем больше турбулентность, тем больше скачки скорости в отдельных точках воздушного потока и тем более порывистым становится ветер, возникают шквалы.

Шквалистый ветер характерен не только частыми и резкими колебаниями скорости, но и сильнейшими отдельными порывами продолжительностью до нескольких минут. Ветер, который резко увеличивает свою скорость в течение очень короткого промежутка времени на фоне слабого ветра или штиля, назвают шквалом. Чаще всего шквалы налетают при прохождении мощных кучево-дождевых облаков и нередко сопровождаютсяя грозой и ливнями.

Основной причиной шквала являетсяя взаимодействие восходящего потока возуха в передней части кучево-дождевого облака и нисходящего воздуха, охлажденного ливневым дождем, в тыловой его части в результате возникает характерный клубящийся вал с вихрем под ним, усиленный вихрями соседних воздушный слоев.

Вертикальные вихри в грозовом облаке могут образовывать смерчи. Когда скорость такого вихря достигает 100м/с, нижняя часть облака в виде воронки опускается к подстилающей поверхности (земле или воде), навстречу поднимающемуся вверх пылевому или водяному столбу. Встреча со смерчем опасна: обладая большой разрушительной силой и вращаясь по спирали, он может поднять вверх все, что оказыввается на его пути.

Высота смерча достигает более 1000 метров, горизонтальная скорость 30-40 км/час. Поэтому при виде смерча нужно определить направление его перемещения и немедленно уходить в сторону. Иногда смерч может образоваться и без грозовых облаков.

В этом случае он зарождается не из тучи, а на поверхности земли или моря, нередко при безоблачном небе. Это смерчи»хорошей погоды». Они быстро разрушаются и практически безопасны. Часто их сушествование можно быстрее заметить по характерному свистящему звуку, который раздается при его движении, чем увидеть.

Воздух, воздушные массы находятся в постоянном движении, которое постоянно меняет и свою скорость и направление. Но в глобальных, планетарных масштабах это движение имеет четко выраженную закономерность, которая определяется общей циркуляцией атмосферы, зависящей от распределения атмосферного давления в обширных районах земного шара — от тропиков до полярных зон [6].

Господствующие ветры (Постоянные ветры)

Постоянные ветры вызваны силой Кориолиса, дуют всегда в одном направлении.

Пассаты — первые в категории господствующих ветров, т.е. постоянно дующих в определенных районах в течение определенного промежутка времени. Скорость и направление господствующих ветров определяется по многолетним наблюдениям для каждого моря или морского района.

В экваториальной зоне теплый воздух тропиков поднимается вверх, что приводит к образованию на границе тропосферы ветра, называемого антипассат. Антипассат растекается в направлении к полюсам, соответственно к северу и к югу.

Охлажденные воздушные массы антипассата оседают на поверхность земли, создавая в субтропиках повышенное давление и ветер, называемый пассатом, который устремляется в экваториальную зону.

Под действием силы Кориолиса пассаты северного полушария получают северо-восточное направление, а южного полушария (кроме северной части Индийского океана, где дуют сезонные муссонные ветры) — юго-восточное направление. Скорость пассатных ветров также постоянна и достигает 5-10 м/с.

В экваториальой зоне пассаты ослабевают и поворачивают на восток. Поэтому между пассатами обоих полушарий возникает штилевая зона (в Атлантике «конские широты») характерная пониженным давленим, грозами и ливнями, штилями. В широтах 40-60° обоих полушарий преобладают ветры западной четветри. Они менее устойчивы (от СЗ до ЮВ), но значительно сильнее (10-15 м/с или 6-7 баллов). В южном полушарии, где западные ветры огибают весь мировой океан, лежали осноные пути парусных судов для плавания из Европу в Австралию и обратно в Европу вокрус мыса Доброй Надажды и мяса Горн. За свою силу, повторяемость (до 50%) и частые штормы эти ветры получили прозвище «бравые весты», а широты -«гремящие сороковые» и “ревущие шестидесятые”.

В приполярных районах обоих полушарий, где оседают холодные массы воздуха верхних слоев тропосферы, образуя так называемые полярные максимумы, преобладают юго-восточные и восточные ветры.

К господствующим ветрам также относятся следующие ветры: бризы, фён, самум.

Бризы образуются под влиянием неодинаково нагревания суши и моря. Бриз — Днем дует с моря на побережье, а ночью дует с побережья на море.

Область существенная для образования бризов располагается в прибрежной полосе морей (около 30-40 км). Ночью ветер дует от берега к морю (береговой бриз), а днем, наоборот,- с моря на сушу. Морской бриз начинается около 10 часов утра, а береговой — после захода солнца. Бриз относится к ветрам вертикального развития и на высоте нескольких сот метров дует в обратную сторону. Интенсивность бриза зависит от погоды. В жаркие летние дни морской бриз имеет умеренную силу до 4 баллов (4-7 м/с) береговой бриз значительно слабее.

На суше так же можно наблюдать бризы. Ночью у поверхности земли существует тяга воздуха с поля к лесу, а на высоте крон деревьев — из леса к полю.

Фён – теплый сильный ветер, дующий с высоких гор в долины. Наблюдается у побережья Крыма и Кавказа преимущественно весной.

Самум – знойный ветер в пустыне.

Местные ветры


Другая категория ветров — местные, дующие только в данном месте или нескольких местах земного шара, возникают при изменении тепловых условий в течение некоторого времени или под влиянием рельефа местности (характера подстилающей поверхности). Представителем второго типа местных ветров надо назвать, прежде всего, бору, бакинский норд, сирокко.

Бора — очень сильный ветер, направленный вниз по горному склону в местностях, где горный хребет граничит с теплым морем.

Холодный воздух с большой скоростью устремляется вниз, к морю, достигая иногда силы урагана. В зимнее время, при низких температурах вызывает обледенение. Наблюдается в районе Новороссийска, у берегов Далмации (Адриатическое море) и на Новой Земле.

В некоторых горных районах, например, на Кавказе в районе Ленинакана, или в Андах ежедневно наблюдается такое явление, когда после захода солнца с горных вершин, окружающих долину, вниз устремляются массы холодного воздуха. Порывы ветра достигают такой силы, что срывает палатки, а резкое и сильное понижение температуры, может привести к переохлаждению организма.

Бакинский норд — холодный северный ветер в зоне Баку, дующий летом и зимой, Достигает штормовой, а нередко и ураганной силы (20-40 м/с) приносить с берега тучи песка и пыли.

Сирокко — очень теплый и влажный ветер, зарождающийся в Африке и дующий в Центральной части Средиземного моря, сопровождается облачностью и осадками.

Сезонные ветры

Муссо́н— устойчивые ветры, периодически меняющие свое направление; летом дуют с океана, зимой с суши; свойственны тропическим областям и некоторым приморским странам умеренного пояса (Дальний Восток).

Муссоны носят континентальный характер и возникают вследствие разницы в атмосферном давлении при неравномерном нагревании суши и моря в летнее и зимнее время.

Под влиянием силы Кориолиса в северном полушарии летние муссоны Тихого океана у восточного побережья Азии отклоняются к юго-востоку, а в Индийском океане — к юго-западу. Эти муссоны приносят с океана на Дальний Восток пасмурную погоду, с частыми дождями, моросью и туманами. На южное побережье Азии в это время обрушиваются затяжные и обильные дожди, что приводит к частым наводнениям.

Зимние муссоны меняют свое направление на противоположное. В Тихом океане они дуют с северо-запада, а в Индийском — с северо-востока в сторону океана. Скорость ветра в муссонах неравномерна. Зимние северо-восточные муссоны совпадают с пассатами северного полушария, но их скорость не превышает 10 м/с. А вот летние муссоны Индийского океана достигают штормовой силы. Смена муссонов — происходит в апреле-мае и октябре-ноябре [7].

Исследовательская деятельность. Наблюдения:


«Флюгер»

«Дым»

«Рябь по лужам»

«Наблюдение за ветром из окна»

Силу ветра можно определить по его воздействию на наземные предметы и поверхность моря. В таблице №1, я отмечал признаки ветра на воде и на земле.

Опыты. Можно ли создать самим ветер в помещении?


Опыт №1. Ветер – это движение воздуха.

Оказывается, можно создать ветер в помещении. Для этого достаточно включить вентилятор. Ветер в помещении возникает именно тогда, когда начинает крутиться воздушный винт — пропеллер, который толкает воздух и заставляет его двигаться. Ветер в комнате мы чувствуем, когда в жару обмахиваемся веером.

Вывод: Значит, ветер — это движение воздуха.

Опыт №2. Ветер можно создать, если воздух из области высоко давления переместить в область низкого давления.

Я взял воздушный шарик и надул его. Надувая шарик я заполнил его воздухом и создал внутри шарика повышенное давление. Затем я открыл отверстие и услышал как с шипением и свистом выходит воздух из шарика.

Вывод: То есть воздух из области высокого давления устремляется в область низкого давления. Это и есть имитация ветра. Когда давление в шарике выравняется с внешним давлением ветер прекратится. Можно сравнить ветер с элементарными функциями организма. При вдохе человек вдыхает воздух, затем его задерживает в легких, где создается зона высокого атмосферного давления, затем человек выдыхает сдавленный воздух наружу, где в данный момент кислород прибывает под низким давлением – это приводит к тому, что в воздухе создается движение, которое и называется ветер.

Опыт №3. Тёплый воздух легче, он поднимается вверх, а холодный воздух занимает место тёплого.

Я вырезал бумажную спираль, поместили её на острие спицы. Под спиралью поставил зажженную свечу. Я наблюдал: бумажная спираль стала вращаться. Произошло это потому, что нагретый свечой воздух поднимается вверх и вращает спираль. Через некоторое время свечу потушил. Я наблюдал: спираль перестала вращаться, так как воздух остыл.

Вывод: Это можно объяснить тем, что тёплый воздух легче, он поднимается вверх, а холодный воздух занимает место тёплого. Так образуется поток воздуха – ветер. Вот так же в природе образуется ветер. Солнце греет землю, а от земли нагревается воздух и мощные нагретые воздушные массы устремляются вверх, образуя ветер. Ветер – это и есть движение воздуха.

Этот вывод можно проверить на другом опыте.

Опыт №4.

Мною был проведён следующий опыт. Я поставил зажженную свечу на уровне двери в нижней части. При открывании двери пламя свечи отклонилось в сторону тёплого помещения. Поднеся свечу к верхней части образовавшейся щели, можно увидеть, как пламя свечи отклоняется в сторону из тёплой комнаты в сторону холодного помещения.

Вывод: Это происходит потому, что тёплый воздух легче холодного, он поднимается вверх и выходит на улицу через щель наверху. А холодный воздух тяжелее и он входит в помещение снизу. Через некоторое время холодный воздух нагреется в помещении, поднимется вверх и станет выходить на улицу через верхнюю щель, а на его место снизу снова и снова будет поступать холодный воздух. Именно так и возникает ветер в природе.

Заключение


В заключении, хочу отметить, что в результате исследования моя гипотеза подтвердилась. Изучив и проанализировав литературу по теме исследования, а также по результатам опытов проведенных мной, я сделал следующий вывод: ветер – этодвижущийся воздух.

Я на опытах доказал одну из причин появления ветра и пришел к выводу, что он возникает в результате различия температур воздушных масс. Чем больше разность давления, тем сильнее ветер, тем больше его скорость.

Земля в разных местах по-разному нагревается солнцем. От земли нагревается и воздух. Теплый воздух легче холодного. Он поднимается вверх. А холодный воздух устремляется на его место.Воздух находится в постоянном движении. Когда это движение особенно сильное, то мы это называем ветром.

Ветры оказывают большое влияние на жизнь человека, живую и неживую природу, причём это влияние может быть как положительным, так и отрицательным. С одной стороны, ветры положительно влияют на развитие цивилизации, на размножение некоторых видов растений и летающих животных, с другой — имеет разрушительную силу, например, цунами, торнадо и смерчи.

Ветру всегда придавалось большое значение, ветер всегда был символом перемен и новшеств, даже в народных поговорках и фразеологизмах ветру отводилось не последнее место: бросать слово на ветер; ветер в голове; ветреный человек и так можно очень долго продолжать…

Мы всю свою жизнь сталкиваемся с работой ветра, но мало кто из нас задумывался о том, каковы причины возникновения ветра, какова его деятельность и какое значение он имеет в нашей жизни…

Работа над этим проектом помогла мне проникнуть в тайны природы. Я узнал много интересного о таком удивительном явлении природы, как ветер.

Литература

  1. Никандр Н.Н. Абакумова Г.М., Ананьева Г.С., Бондарев Л.Г. География. Современная школьная энциклопедия, изд. «РОСМЭН-ПРЕСС», 2010.
  2. Аксёнова М.Д. Энциклопедия для детей.
  3. Альтшумер С.В. «Я познаю мир. Наука в загадках и отгадках». – М.: «Астрель», 2005. – С. 26.
  4. Панкратьева И.Л. «География». – М.: «Эксмо», 2003. – С. 15-17.
  5. Лукьянова А.В. «Настоящая физика для мальчиков и девочек». – М.: «Интеллект-Центр», 2007. – С.16-18.
  6. Мир путешествий и приключений.
  7. Словари и энциклопдии на Академике.

Приложение

Циркуляционные процессы Земли, которые приводят к ветрообразованию.



Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

При какой скорости ветер считается опасным? Инфографика | Инфографика

Россияне до сих пор не могут забыть погодные аномалии, обрушившиеся на многие регионы перед самым началом календарного лета: ураган, пронесшийся по Москве, обернулся не только серьезным материальным ущербом — пострадали и погибли люди. Штормовые предупреждения с начала лета объявляли в десятках областях страны.

Июнь оказался не только холодным, но еще и очень дождливым месяцем. Во многих областях были зафиксированы новые рекорды по суточному количеству осадков. Согласно прогнозам метеорологов, ясной и теплой погоды в целом по стране в ближайшее время не предвидится.

По словам специалистов, такая погода в России вызвана холодными воздушными массами, которые наступают на страну с севера и пока эта тенденция остается неизменной.
Завершают картину погодных аномалий 2017 года крепкие ветра, которые постоянно обрушиваются на различные регионы.

«Для большей части России нехарактерна ветреная погода, — говорит метеоролог Александр Нечаев. — В средней полосе скорость ветра обычно не превышает 5-10 метров в секунду. Инфраструктура и объекты недвижимости не рассчитаны на такие ветровые нагрузки, поэтому мощные порывы ветра — свыше 20 метров в секунду — для россиян сродни стихийному бедствию. Принято считать, что скорость ветра свыше 33 метров опасна и способна вызвать значительные разрушения. Но существуют и исключения. Например, двухметровые заборы из листового металла из-за огромной парусности начинают падать при ветре в 20-25 метров в секунду. Также при такой скорости ломаются ветви деревьев, что может стать причиной травмы».

МЧС регулярно рассылает СМС с информацией о штормовых предупреждениях, вот только разобраться в том, насколько погодные условия будут неблагоприятны, исходя из цифр, может далеко не каждый. 

SAMARA.AIF.RU предлагает вспомнить Шкалу Бофорта, по которой Всемирная метеорологическая организация оценивает скорость ветра и его разрушительную силу. Какой ветер считается бурей, а какой — ураганом — в нашей инфографике. 

Кликните, чтобы развернуть инфографику на весь экран

Смотрите также:

Изучаем ветер — 5 уроков на День ветра для детей. Опыты и эксперименты :: Это интересно!

А вы знаете, что есть такой праздник: «Международный день ветра»? Его празднуют 15 июня. Но изучать ветер, играть в ветер и знакомиться с тем, что такое ветер можно в любой день в любое время года. Причем, не за партой, а на свободе, наблюдая и экспериментируя:) 

Я подготовила и оформила 5 уроков про то, как можно с детьми изучать ветер.  И сейчас я их выкладываю тут в блоге все вместе, чтобы легче было собрать весь материал и провести тематическое занятие про ветер. 

Читайте, изучайте, повторяйте и развивайте детей!




Содержание:

Урок 1. Как измерить силу ветра?

Урок 2. Как ветер работает?

Урок 3. Почему ветер дует?

Урок 4. Почему ветер поет?

Урок 5. Ловим ветер!

Интересно? Тогда читайте дальше:)


Урок 1. Как измерить силу ветра?

Для этого метеорологи используют прибор АЛЬТМОМЕТР. Но наряду с ним продолжает использоваться и другой прибор, в народе называемый КОЛДУН — просто полосатый конус из ткани.

С его помощью определяют силу и направление ветра в аэропортах. А по-научному он называется ВЕТРОУКАЗАТЕЛЬ.

Такая живучесть этого устройства объясняется тем, что нужные данные можно определить по нему с одного взгляда. Куда конус показывает — туда и дует ветер. А то, как сильно провисает ткань, показывает приблизительную скорость ветра.

Кроме того, сделать колдун проще простого. Мы когда-то смастерили его прямо в домике,  который снимали у моря, из подручных материалов: проволока, гвоздь, мусорные пакеты, ракушка (вы можете заменить ее пластиковым футляром от киндера) и двух палочек от мороженного. Ну еще и скотч понадобится:)

На фото я показываю, как делается ветроуказатель.

Главное в нем длинная труба, в которую будет «ловиться ветер».

Ход работы:

  • Берем несколько пакетов, отрезаем дно, склеиваем их друг за другом скотчем. Должен получиться «рукав» 5 м в длину.
  • Потом насаживаем его на круглый каркас, согнутый из проволоки. И прикрепляем на столб.
  • Чтобы указатель работал при ветре с любой стороны, он должен вращаться — закрепляем каркас не сразу гвоздем, а так, чтобы он мог свободно крутиться вокруг гвоздя на проволоке. Тут-то и понадобиться выпуклая ракушка или киндер.
  • Ну и делаем из палочек  указатели  сторон света — чтобы еще и направление ветра можно было определять.

ОСНОВНЫЕ ВЕТРА: северный, восточный, западный, южный. И промежуточные — северо-восточный, северо-западный и т.д.

Обозначая направление, надо назвать, откуда дует ветер. Например северный ветер — это тот, который дует с севера на юг. При этом если вы посмотрите на стрелку флюгера, то она будет показывать на юг — не забудьте это учесть!

А для перевода силы ветра в баллы, воспользуйтесь таблицей из моего блога, которую когда-то нам с Катей нарисовал Витя. Скачать ее можно, подписавшись у меня в блоге вот тут:

По этой ссылке вам придет 2 файла: мини-плакатики для определения типа облаков и для определения силы ветра по окружающим предметам: деревьям, флагу, волнению моря.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ:

Сделайте ветроуказатель-колдун и научитесь определять балльность и направление ветра.

Урок 2. Как ветер работает?

До эпохи паровых машин ветер был самой мощной силой, которая могла совершать какую-то работу.

А для чего нужна эта работа?

Спросите ребенка, для чего кораблям паруса? А что делает мельница?

Ветер крутит лопасти, вращение передается на тяжелый жернов, а  туда насыпают зерно. Жернова крутятся и перетирают зерно в муку. Это если коротко:)

А вот в Голландии? Этот край знаменит своим количеством мельниц, мельница даже стала его символом. Неужели голландцам нужно было столько муки?

На самом деле большинство голландских мельниц вырабатывали не муку. Вращающиеся лопасти приводили в движение насосы, которые откачивали воду и осушали поля. Благодаря мельницам половина территории Голландии (нынешних Нидерландов) была отвоевана у моря!

Но работа ветра была нужна не только в старину.

Теперь огромные лопасти ветрогенераторов вырабатывают электроэнергию.

Ветряные электростанции есть и у нас в стране. Например, в Крыму. Мы с детьми каждый год летом отдыхаем у моря у Казантипского залива. Он славится своими сильными и постоянными ветрами. И именно там стоят целые цепи  ветрогенераторов.

Это потрясающее зрелище — когда видишь огромные синхронно вращающиеся ветряки!

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Давайте сделаем и испытаем разные виды вертушек из бумаги?

Мы с Катей когда-то опробовали несколько схем — получается очень здорово!

Экспериментируйте с цветом, с формой крыльев — что получиться у вас?

Какая вращается лучше?

Шаблоны вертушек можно скачать и распечатать у меня в блоге, там же инструкция, как их сделать своими руками. Это очень просто — справятся даже малыши! 🙂

Урок 3. Почему ветер дует?

Сейчас я отвечу научно, а потом мы все разберем на экспериментах для детей:)

ВЕТЕР– это перемещение масс воздуха. Воздух из области высокого давления «перетекает» в область низкого давления.

Чем больше разница в давлении, тем сильнее ветер.

Давайте посмотрим на это! 

ЭКСПЕРИМЕНТ 1. Воздушное течение.

Сам воздух мы, естественно, не увидим, но мы заметим его «течение».

Для этого надо всего лишь взять зажженную свечку и поднести к щели у двери.

Дверь должна быть между холодным и теплым помещением.

Например, разогретой после душа ванной комнатой и прохладным коридором.

Есть у вас такие двери? У нас получилось не с первого раза:)

Если поднести свечу к щели под дверью – пламя будет отклоняться в сторону теплого помещения. Если к верху двери – то в противоположную.

То есть с одной стороны воздух заходит, с другой – выходит. Вот и получается ветер – именно он отклоняет пламя свечи!

Теплый воздух поднимается вверх. И выходит из теплого помещения сверху двери. А на его место снизу двери заходит холодный.

То же самое происходит не только с комнатами, но и с воздухом на всей планете!

ЭКСПЕРИМЕНТ 2. Конвекционные потоки

Теплый воздух «легкий» из-за того, что его молекулы расположены далеко друг от друга. Их просто грубо говоря «меньше» в определенном объеме. Когда воздух остывает, он «сжимается», плотность его становится больше и он «тяжелеет». Поэтому он опускается вниз и «выдавливает» оттуда теплый, менее плотный воздух.

Получается такой себе «круговорот ветра» — КОНВЕКЦИЯ!

Это можно увидеть наглядно, если над источником тепла (например, плитой или лампочкой) повесить спиральную вертушку.

Теплый воздух, поднимаясь вверх, будет крутить эту спираль. 

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Сделайте спиральную вертушку и с ее помощью найдите конвекционные потоки.

Где они у вас «живут»? Над лампой? Над плитой? А еще где?

Для поделки лучше взять фольгу – такая конструкция будет легкой и проще раскрутится.

Ход работы:

Вырезаем полоску по спирали.

И подвешиваем за один конец на ниточке над источником тепла.

Урок 4. Почему ветер поет?

Загадайте ребенку загадку: летит, но не птица, воет, но не зверь. Что это?

Конечно же, ветер! 🙂

Ваш ребенок уже знаком с тем, как получается звук?

Знает, что ЗВУК — ЭТО ВОЛНЫ В ВОЗДУХЕ?

Если нет, то вам на помощь мой игровой комплект «НЕСКУЧНАЯ НАУКА», в котором я объясняю физику детям-дошкольникам самыми простыми словами и опытами. Есть среди этих занятий и занятие про звук и звуковые волны, где я с примерами объясняю детям что это такое.

Ну а тут скажу ооочень коротко: наше ухо улавливает быстрые колебания воздуха (звуковые волны) и воспринимает его как звук.

Что же вибрирует во время ветра так, что мы в результате слышим вой и свист?

Когда ветер дует медленно, воздух просто обтекает все препятствия, которые встречаются ему на пути. Ветви деревьев, провода и т.д. И мы никакого звука не слышим.

Но если скорость ветра высока, то давление воздуха на препятствия возрастает, потоки о них рассекаются, создаются вихри, которые заставляют предметы на пути ветра мелко-мелко дрожать. От этого по воздуху расходятся звуковые волны. Мы слышим их как «песню ветра» 

ЭКСПЕРИМЕНТ 1.

Дайте ребенку тонкий прутик или веревку – пусть он быстро-быстро помашет в воздухе

Он услышит свист! 

ЭКСПЕРИМЕНТ 2.

Когда ветер с силой пролетает через узкие щели в окнах и дверях, он свистит и пищит. Этот факт используется в обычных свистках.

Сделайте свисток своими руками из полоски от воздушного шарика и пластикового колпачка от ручки или фломастера. У колпачка надо отрезать один конец, чтобы получилась трубочка.

ЭКСПЕРИМЕНТ 3

А чтобы получить вой, нужно устроить ветер над… горлышком бутылки. Только дуть надо не в нее, а как-бы поверх отверстия.

Будут образовываться воздушные вихри, часть воздуха попадет в бутылку, заставляя ее вибрировать. Бутылка загудит

Люди подметили это свойство ветра свистеть, гудеть и петь, и придумали музыкальный инструмент – флейту.

В нашем случае мы будем делать ФЛЕЙТУ ПАНА.

Подобные музыкальные инструменты есть у всех народов: в Греции – флейта Пана, в России кувиклы, в Андах тоже своя флейта  (К сожалению, сколько не рылась в интернете, так и не смогла найти название такой флейты, что на фото)
Но в комментариях мне подсказали несколько вариантов, что это может быть за флейта. А заодно и рассказали про подобные инструменты у других народов — почитайте! 

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Заставьте ветер петь любыми способами 🙂

Урок 5. Ловим ветер!

Последний пятый урок практический:)

Ведь ребенок не узнает ветер как следует, пока не подержит в руках. Как это осуществить? С помощью воздушного змея, конечно!

Змей ловит воздушные потоки и ребенок, запуская его, на своем опыте увидит, как действует подъемная сила, как поднимается горячий воздух над нагретыми участками земли, какие на высоте существуют потоки — там ветер может дуть совсем в другую сторону, чем внизу.

И самое интересное — змея можно просто сделать своими руками, не надо ничего покупать!

Понадобиться:

  • Несколько полиэтиленовых пакетов
  • Тонкие легкие палочки (сосновые реечки, ровные ветки дерева или, как у нас, стебли тростника) длиной 60 и 35 см
  • Леска
  • Скотч



 



ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Идти и ловить змеем ветер!

ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Эти материалы вам могут пригодиться для занятий со своим ребенком или их можно использовать для обучения групп детей в летних лагерях, кружках, при подготовке исследовательских проектов в детских садах и школе.

Все фото-материалы и тексты «Травяных уроков» подготовлены лично мной. Они защищены законом об авторских правах.

Поэтому вы их  можете использовать ТОЛЬКО в личных целях и ТОЛЬКО с указанием активной ссылки на источник — мой блог www.tavika.ruТо есть вы можете заниматься по этим урокам со своими детьми или группой детей, рассказывать в интернете о СВОИХ занятиях, публиковать СВОИ фото, как вы выполняете задания уроков. И обязательно ставить ссылку на источник www.tavika.ru. Но полнная или частичная публикация в любой форме МОИХ фотографий, МОИХ иллюстраций и/или текстов ЗАПРЕЩЕНА.

А для использования материалов уроков в коммерческих целях свяжитесь со мной по электронной почте [email protected] — договоримся об условиях.

Если вам понравились эти уроки, то вам будут интересны и другие мои развивающие занятия для детей:
  • «Архитектурные прогулки» — 10 занятий-прогулок. Гуляем по городу, фотографируем его и изучаем архитектуру прямо на улице! На занятиях марафона детей ждет знакомство с архитектурными терминами и понятиями в максимально наглядной форме.
  • «Травяные уроки» — 10 уроков для детей по ботанике в виде игр и других активностей.
  • «Почва-уроки» — 7 уроков для детей о составе и свойствах разных почв в наглядных опытах и экспериментах.
  • «» — 10 уроков для детей любого возраста про весенние наблюдения за природой. Что наблюдать, как фиксировать, и введение в науку фенологию.
  • «Червячные уроки» — 8 уроков про дождевых червей для детей: изучаем их образ жизни, ставим опыты.
  • «Уроки про улиток» — 7 занятий про моллюсков для детей: знакомимся со строением, образом жизни и разнообразием улиток.
  • «Детям про тыкву» — 6 занятий по ботанике для детей .
  • «Эко уроки»: 6 уроков для детей об экологии и экологичном образе жизни.
  • «Узнай свое сердце» — 6 опытов и экспериментов для детей по анатомии о сердце и его работе.
  • «Моряк» — играем в моряков, а заодно знакомимся с азбукой Морзе и другими морскими азбуками, учимся вязать морские узлы, варить макароны по-флотски и много чего еще на 7 дневном цикле занятий для дошкольников и младших школьников.

А вот здесь почти сотня занятий моего «Клуба почемучек» с детскими вопросами, присланными читателями блога, и моими ответами на них с помощью игр, поделок, опытов и экспериментов. Наглядно и нескучно!

Подписаться на новости моего блога и получать раз в 1-2 недели письмо от меня с полезной и интересной информацией для развития детей можно тут: 

особенности ветра как природного явления

 

Что такое ветер? Это сложное атмосферное явление, происходящее при наличии определенных условий. Почему это явление атмосферное? Потому что область возникновения этого явления — самый нижний атмосферный слой – тропосфера (8-12 км высоты над земной поверхностью).

Понятие ветра и его особенности 

Ветер — это движение воздуха, причем не просто движение, а его перемещение в горизонтальном направлении над земной поверхностью. Когда давление в разных очках земного шара различно, воздушные массы стремятся распределиться над земной поверхностью более равномерно и заполнить место там, где атмосфера не так плотна.

Само атмосферное давление представляет собой давление воздуха на земную поверхность путем притяжения воздушных масс к Земле. В данном случае действует гравитационная сила, которая и удерживает воздух около поверхности Земли, и позволяет людям и предметам плотно соприкасаться с землей, а не улетать в космос.

На основании вышесказанного, можно сделать вывод: ветер движется не только горизонтально над поверхностью Земли, но еще и из области высокого атмосферного давления в область низкого.

Воздух нагревается крайне неравномерно, — отчасти этим и вызвано постоянное наличие ветров на планете.

Сильнее всего воздушные массы прогреваются на Экваторе — центральной широте Земли. Оттуда ветра распределяются уже по всей земной поверхности.

Сила и скорость ветра

Ветер нельзя увидеть, но его можно почувствовать, например его силу или скорость, с которой ветер сдувает с головы шапку или треплет листочки на деревьях. Не зря же иногда используется словесное выражение «ветер сбил с ног», означающее, что ветер был очень сильный.

Скорость ветра выражается в показателях «метр в секунду», «километр в час», а также его скорость может быть выражена по бальной шкале.

Существует так называемая шкала Бофорта — шкала с двенадцатью измерениями, разработанная Всемирной метеорологической организацией для измерения скорости ветра по создаваемому им волнению в открытых водных пространствах (чаще всего на море) и силе воздействия на наземные предметы.

При показателе шкалы Бофорта «0» скорость ветра достигает около 0—0,2 м/с и характеризуется безветрием. Листья деревьев не шевелятся.

При показателе шкалы Бофорта «4» ветер считается умеренным со скоростью 5,5—7,5 м/с. На земле сила такого ветра видна следующим образом: сильный воздушный поток поднимает пыль и мусор и катит их по дороге, а также приводит в движение ветви деревьев.

Шторм со скоростью ветра по шкале Бофорта наступает при цифре «9»: на земле начинают вырываться с корнем деревья и разрушаться покрытия крыш домов.

Разновидности ветра

Существуют несколько видов ветров как течений воздушных масс над гигантскими площадями: муссоны, пассаты, фён, бриз, бора.

Муссон – это ветер с четко установленными периодами активности. Воздушные массы под этим названием дуют с суши на море зимой, а летом – с моря на сушу. Ветер богат влагой. Его локализацию составляет в основном Азия.

Пассат – тип ветра, дующий между тропиками. Время его наблюдения – круглый год. По 12-балльной шкале этот ветер дует с силой 3-4 балла.

Бриз – теплый ветер с меньшей локализацией, чем, например муссон или пассат. Бриз в основном дует в ночное время суток с берега на море, днем с моря на берег. Направление может меняться несколько раз за сутки.

И, наконец, бора – представляет собой резкий ветер, отличающийся холодностью. Его локализация – горные цепи, с них он дует на долины. Ветер может развивать достаточно большую скорость (до 9 баллов) , но имеет непостоянную природу. 

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Температура воздуха: годовой ход температуры воздуха
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspВодяной пар и облака: виды и образование облаков

Как сделать флаг в 3ds max

Флаг можно создать и простым способом, без модификатора анимации ткани, но он тогда не будет таким реалистичным. В этом уроке показан способ симуляции поведения ткани, при воздействии на неё силы ветра. Этим способом можно создать не только флаг, а, например, шторы в комнате, или одежду, развивающуюся на ветру.

Содержание страницы:

Шаг первый – «Моделирование флага»

Переходим во вкладку Create — Geometry — Standard Primitives и создаём Cylinder. Этот цилиндр будет основанием, на котором будет держаться флаг.

Создаём Plane с большим количеством сегментов.

Конвертируем только что созданный Plane в Editable Poly, нажав на него правой кнопкой мыши.

Выделяем Plane. На верхней панели выбираем Polygon Modeling — Generate Topology и нажимаем кнопку Skin.

Шаг второй – «Настройка параметров ткани»

На вкладке Modify присваиваем флагу модификатор Cloth. Выбираем режим Group, выделяем крайние вершины, которые находятся у основания флага (в дальнейшем они будут неподвижны). Нажимаем Make Group.

Выбираем инструмент Node и щёлкаем левой кнопкой мыши по основанию флага (Cylinder).

Переходим к основным настройкам Cloth, нажимаем Object Properties. Выбираем флаг, нажимаем на параметр Cloth, и в Cloth Properties — Presets выбираем тип ткани Cotton.

Шаг третий – «Создание ветра»

Во вкладке Create — Space Warps щёлкаем по кнопке Wind (ветер) и создаём объект с той стороны флага, с которой должен дуть ветер.

Переключаем тип ветра на Spherical, и задаём силу ветра и его параметры.

В настройках Cloth Forces выбираем Wind и щёлкаем на стрелочку, которая направлена в правую строну. Так мы добавили ветер в силы, которые влияют на флаг.

Нажимаем Simulate. Окончания симуляции дожидаться необязательно, можно в любой момент нажать Cancel. С помощью ползунка на временной шкале, можно выбрать нужный кадр из всей симуляции.

Чтобы окончательно зафиксировать положение ткани и удалить лишнюю анимацию, преобразуем его в Editable Poly.

Как построить морскую ветряную электростанцию ​​Новости и исследования

Давайте поговорим о строительстве морской ветряной электростанции. Во-первых, это не обычная строительная работа.

Vineyard Wind I, первый крупный проект страны, планирует использовать турбины длиннее, чем здание Джона Хэнкока, которое является самым высоким небоскребом Бостона высотой 790 футов. И эй, мальчик, эти штуки тяжелые. Просто возьмите гондолу — это длинная узкая деталь, в которой находится двигатель и которая находится прямо за лопастями.Он весит колоссальные 794 тонны. Это почти столько же, сколько два полностью загруженных самолета Боинг-747.

Теперь представьте себе установку этих штук в океане.

Сегодня мы расскажем, как на самом деле установить морскую ветряную турбину. Давайте начнем.

Подберите фундамент

Тип фундамента, который использует застройщик, обычно отражает глубину окружающих вод. В районе проекта Vineyard Wind — примерно в 15 милях от Martha’s Vineyard — глубина воды колеблется от 115 до почти 200 футов.Это относительно неглубоко, что означает, что вы можете использовать что-то, называемое моноблоком, для своего фундамента.

Моносвая представляет собой стальную трубу, вбитую в морское дно. Монопиты Vineyard Wind будут достигать 34 футов в диаметре и 312 футов от конца до конца. Согласно федеральному природоохранному разрешению компании, около половины конструкции будет погребено под морским дном.

В более глубокой воде разработчики используют так называемую куртку. Куртки похожи на штативы.У них есть три или четыре ноги, которые закреплены на морском дне. Разрешение на виноградник предусматривает до 10 курток.

Подобрать турбину

Оффшорные ветряные турбины становятся все больше. Намного больше.

Рассмотрим следующий пример: пять турбин, используемых на ветряной электростанции Блок-Айленда недалеко от Род-Айленда, способны производить 6 мегаватт электроэнергии каждая. Их длина от ватерлинии до несущего винта составляет около 300 футов, а длина турбинных лопастей составляет 242 фута.

Теперь сравните это с турбинами, которые Vineyard Wind планирует использовать.Они смогут генерировать 13 МВт и иметь размеры почти 500 футов от ватерлинии до несущего винта. Его лезвие простирается более чем на 350 футов — это почти длина футбольного поля. Всего одна турбина может генерировать достаточно энергии для 16 000 домов.

Выбрать лодку

По данным Счетной палаты правительства, в мире насчитывается около 50 лодок, способных устанавливать морские ветряные турбины. Эти корабли иногда называют самоподъемными, потому что у них есть ноги, которые опускаются на морское дно и поднимают судно вверх и из воды при установке турбины.

Есть две проблемы с самоподъемными лодками. Первый: ни один из них не американец. Это проблематично, потому что в Соединенных Штатах действует закон, запрещающий судам под иностранными флагами курсировать между американскими портами.

Разработчики могут обойти закон. Когда Deepwater Wind строила ветряную электростанцию ​​Block Island, она использовала корабль под мальтийским флагом под названием Brave Tern. «Храбрая крачка» бросила якорь у Род-Айленда, и ее доставляли запчасти и оборудование с помощью небольшого флота барж и транспортных судов.

Vineyard Wind планирует использовать аналогичную стратегию. Его проблема в том, что мало самоподъемных лодок с кранами, достаточно высокими и прочными, чтобы установить Haliade-X. На самом деле, по словам исследователей из Университета Тафтса, сегодня существует только три лодки, способные установить Haliade-X. Vineyard Wind заключила контракт с Deme Group, бельгийской компанией, которая владеет одним из них: 438-футовым судном под названием Sea Installer.

Требуется сборка

Пол Мерфи — один из немногих американцев, имеющих опыт строительства морской ветряной электростанции.Он руководил строительством ветряной электростанции на острове Блок и является одним из руководителей проектов South Fork, Revolution Wind и Sunrise Wind компании Ørsted A/S на юге Новой Англии. Мы спросили его, как на самом деле собрать один из таких проектов.

Его совет: «Лучший способ построить проект посреди океана — проводить как можно меньше времени посреди океана».

Это означает выполнение большого объема работы на берегу. В случае с Эрстедом первые два проекта будут объединены на плацдарме в Нью-Лондоне, штат Коннектикут.Vineyard Wind будет использовать морской торговый терминал в Нью-Бедфорде, штат Массачусетс,

.

Как правило, высокая часть турбины, известная как башня, состоит из трех секций высотой 100 футов, сказал Мерфи. Они штабелируются и свариваются вместе на берегу и оснащаются всеми необходимыми кабелями и электропроводкой.

Затем их спускают на воду по ветру и устанавливают с помощью одной из этих массивных самоподъемных лодок. После того, как башня надежно закреплена на дне океана, на нее помещается гондола, в которой находится двигатель, и прикрепляются все три лопасти турбины.

Конечно, речь идет только об установке самих турбин. Разработчикам также необходимо проложить кабели передачи между турбинами и морской подстанцией, которая затем подает электроэнергию в основной кабель передачи, идущий на материк.

Звучит просто, правда?

Перепечатано из E&E News с разрешения POLITICO, LLC. Copyright 2021. E&E News предоставляет важные новости для профессионалов в области энергетики и окружающей среды.

Меняющиеся ветры: развивающаяся ветряная турбина

Уже в первом веке нашей эры.Д., энергия ветра использовалась в практических целях. С тех пор конструкции турбин прошли долгий путь от архетипических четырехлопастных устройств, устанавливаемых на столбах. Сегодняшние вездесущие трехлопастные конструкции вскоре будут развиваться во многих неожиданных направлениях.

Первая ветряная турбина, используемая для преобразования энергии ветра в электроэнергию, в отличие от ветряных мельниц, которые используются для перекачки воды или измельчения зерна, была построена профессором Джеймсом Блитом из колледжа Андерсона в Глазго (ныне Университет Стратклайда) в 1887 году.Эксперименты Блита с тремя различными конструкциями турбин привели к созданию ветряной турбины высотой 10 метров (33 фута) с тканевым парусом, которая была установлена ​​в саду его загородного дома в Мэрикирк в Кинкардиншире. Говорят, что он проработал 25 лет.

Изобретение Блайта положило начало развитию ветряных турбин. За ней последовала турбина, построенная американским изобретателем Чарльзом Брашем в 1888 году. Эта турбина мощностью 12 кВт имела 144 лопасти из кедра, каждая из которых имела диаметр вращения 17 метров (рис. 1).

1. Щетка. Американский изобретатель Чарльз Браш в 1888 году построил одну из первых ветряных турбин. Источник: Викисклад

Затем в 1890-х годах датский ученый Поул ла Кур создал около 2500 турбин в Дании к 1900 году с расчетной совокупной пиковой мощностью 30 МВт. Ветряные турбины La Cour производили не только электроэнергию, но и водород.

После этого миллионы ветряных турбин были установлены по всему миру, особенно на Среднем Западе Америки, где они использовались для питания ирригационных насосов.К 1931 году в Ялте в России был введен в эксплуатацию первый прототип современных ветрогенераторов с горизонтальной осью. Это был генератор мощностью 100 кВт на 30-метровой башне с коэффициентом загрузки 32%. А в 1941 году первая в мире турбина мощностью 1,25 МВт была подключена к сети на улице Дедушки Ноб в Каслтоне, шт.

.

Первая современная ветряная турбина была построена в Дании примерно в середине 1950-х годов. По данным Датской ассоциации ветроэнергетики (DWIA), ветряная турбина Gedser мощностью 200 кВт (рис. 2) была построена в 1956 году инженером Йоханнесом Юулом для электроэнергетической компании SEAS на побережье Гедсера в южной Дании.Концепция — трехлопастная турбина с электромеханическим рысканием и асинхронным генератором — была «новаторской конструкцией для современных ветряных турбин, хотя ее ротор с растяжками сегодня выглядит немного старомодно», — говорят в организации. Турбина была управляемой; Юул изобрел аварийные аэродинамические тормоза, которые освобождались под действием центробежной силы в случае превышения скорости. «По сути, та же самая система используется сегодня на современных турбинах с управляемым остановом», — говорят в организации, отмечая, что турбина Juul работала 11 лет «без обслуживания».

2. Гедсер. Первая современная ветряная турбина появилась в середине 1950-х годов и была построена датским инженером Йоханнесом Юулом. Предоставлено Датской ассоциацией ветроэнергетики

Ветроэнергетика получила новый импульс после первого нефтяного кризиса 1973 года, когда Дания, Германия, Швеция, Великобритания и США, среди прочих стран, пытались разработать более крупные турбины. В 1979 году датским разработчикам удалось построить две ветряные турбины мощностью 630 кВт, управляемую по шагу и управляемую по стойке.«Во многом их постигла та же участь, что и их еще более крупных коллег за границей», — говорится в сообщении DWIA. «Турбины стали чрезвычайно дорогими, а высокая цена энергии впоследствии стала ключевым аргументом против ветроэнергетики».

Помимо обсуждаемых ниже проектных разработок, направленных на повышение эффективности и снижение затрат, на использование энергии ветра будут влиять и другие разработки в инфраструктуре доставки энергии. Развитие более интеллектуальной сети обеспечит более плавную интеграцию и диспетчеризацию крупномасштабной и мелкомасштабной ветроэнергетики (см.46, « Интеллектуальная сеть и распределенная генерация: лучше вместе »), а важным компонентом любой энергосистемы в будущем станет более доступное хранение энергии (см. стр. 30, « Хранение энергии: точно в срок Поколение »).

Турбины с горизонтальной и вертикальной осью

Сегодня большинство современных конструкций ветряных турбин продолжают классифицировать в соответствии с конфигурацией оси вращения их лопастей ротора. Преобладают две категории: ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) и ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT).Считается, что более 90% ветряных турбин, используемых сегодня, имеют конструкцию HAWT. По словам доктора Ригоберто Чинсиллы, адъюнкт-профессора прикладной инженерии и технологий в Университете Восточного Иллинойса, основная причина, по которой современные HAWT доминируют на рынке, заключается в том, что расположение их лопастей позволяет им всегда полностью взаимодействовать с ветром, что критически улучшает мощность. коэффициент современных турбин ГАВТ.

Но HAWT также имеет несколько недостатков, говорит он. Общим является то, что они шумные.Широкополосный шум, в основном возникающий из-за аэродинамических явлений (таких как поток воздуха вокруг лопастей, ступицы и башни), и тональный шум, вызванный вибрацией механических компонентов, могут иметь уровни звукового давления в диапазоне от 58 дБА (чуть выше окружающего шума) до 108 дБА (звук самолета Boeing 707 или DC-8 за одну морскую милю до посадки). Другое возражение состоит в том, что HAWT воспринимаются как «бельмо на глазу».

HAWT также технически ограничены по трем важным причинам. Как указывает Чинчилла в статье, опубликованной в январе 2011 года в Journal of Industrial Technology, , а также будучи неспособными противостоять турбулентным ветрам, характерным для городских условий, HAWT не могут работать при сильном ветре, потому что большие турбины должны рыскать (или поворачивать) свои лопасти. в сторону от ветра и притормаживайте, когда скорость ветра достигает примерно 55 миль в час (миль/ч).

Chinchilla и соавторы статьи, доктор Сэм Гуччионе и Джозеф Тиллман, также предполагают, что размер конструкции HAWT достигает своего предела мощности. Хотя гигантские конструкции — намного больше, чем работающие в настоящее время HAWT мощностью 5 МВт с лопастями длиной 400 футов — находятся в стадии разработки, они говорят, что конец близок. «Сомнительно, что надежные 10-мегаваттные HAWT когда-либо будут построены».

Все эти факторы способствуют возрождению интереса к НАВТ, утверждают Шиншилла, Гуччионе и Тиллман, хотя у НАВТ тоже есть много недостатков, в первую очередь то, что они не так эффективны, как ГАВТ.

На оси X: нетрадиционные HAWT

Слишком много новаторских, а иногда просто дурацких конструкций, сказала Анжелика Пуллен, директор по связям с общественностью Глобального совета по ветроэнергетике, POWER в феврале. Она отметила, что стоит отметить, насколько далеко продвинулась классическая турбина HAWT. «Слишком само собой разумеющееся считается, что «классические» ветряные турбины с горизонтальной осью в масштабе 5, 6, 7 МВт существуют, но эти машины действительно высокотехнологичны, могут вести себя почти как классические электростанции (поставляя как энергию, так и сеть). службы поддержки) и способны [эксплуатироваться] в беспилотном режиме в течение 20 и более лет в самых суровых условиях как на суше, так и на море», — сказала она.«Это самые большие вращающиеся конструкции на Земле, а лопасти — самые большие цельные компоненты, когда-либо созданные на Земле».

Возможно, наиболее многообещающим классическим побочным продуктом HAWT является плавающая ветряная турбина. В июне 2009 года компания Siemens Wind Power отбуксировала установку Hywind мощностью 2,3 МВт — первую в мире крупномасштабную плавучую ветряную турбину — в место на глубине около 220 метров в Северном море. (Для получения дополнительной информации об этом победителе POWER Top Plant см. наш выпуск за декабрь 2009 г. или «Плавающая ветряная турбина Hywind, Северное море, Норвегия» в нашем онлайн-архиве по адресу https://www.powermag.com.) С тех пор несколько компаний пытались разработать аналогичные технологии, последняя из которых — консорциум, в который входят португальская фирма Energias de Portugal (EDP), компания Principle Power из Сиэтла и датская Vestas. В феврале эти компании согласились развернуть полномасштабную турбину мощностью 2 МВт на WindFloat (рис. 3), плавучем морском ветрогенераторе, оснащенном ветряной турбиной Vestas V80 мощностью 2 МВт.

3. WindFloat. Датский производитель ветряных турбин Vestas в феврале объединился с U.Компания Principle Power из Южной Америки и португальская компания EDP приступят к испытаниям плавучей ветряной турбины мощностью 2 МВт у побережья Португалии, начиная с этой осени. Сообщается, что WindFloat уменьшает движение, вызванное волнами и турбинами, и может использовать энергию ветра в водах глубиной более 50 метров. Предоставлено: Principle Power

Японские ученые, тем временем, рекламируют другой вариант — Wind Lens, шестилопастной HAWT диаметром 112 метров с кожухом, который будет располагаться в виде сот (рис. 4).Эта концепция получила широкое признание, поскольку считается, что она способна производить в четыре-пять раз больше энергии, чем обычные морские турбины, хотя ее разработчик, профессор Университета Кюсю Юдзи Охья, представивший турбину на Международной выставке возобновляемых источников энергии в Йокогаме в 2010 году, признал, что он был не уверен, будут ли ветряные линзы когда-либо производиться в промышленных масштабах, особенно за пределами Японии.

4. Ветровая линза. Ветряная турбина с горизонтальной осью и кожухом для морского использования была разработана профессором Университета Кюсю Юдзи Охья в Японии. Предоставлено Комитетом SCF/ Университет Кюсю

Турбинам с кожухом или кожухом ротора уже более века, но каждые 20 лет они изобретаются заново, в основном из-за их мощного потенциала. Кожух (или статический диффузор) создает перепад давления за лопастями несущего винта, вызывая увеличение потока через гребной винт, хотя эффективность снижается, поскольку воздушный поток распадается при прохождении через диффузор.

Последней реинкарнацией этого нетрадиционного HAWT, также называемого ветряной турбиной с диффузором, является прототип «реактивного двигателя» FloDesign Wind Turbine Corp. (рис. 5). Благодаря интеграции аэрокосмической технологии, известной как смесительный эжектор, прототип намного меньше, чем более ранние конструкции, что упрощает выравнивание лопастей по направлению ветра, говорит генеральный директор-основатель фирмы Стэнли Ковальски. Ряд инвесторов наблюдают за развитием прототипа. Министерство энергетики США также вмешалось, наградив компанию 8 долларами.3 миллиона через свое Агентство перспективных исследовательских проектов — Энергия в октябре 2009 г.

5. Прототип реактивного двигателя. Компания аэрокосмических технологий FloDesign из Массачусетса разрабатывает турбину с кожухом, которая на основе технологии реактивного двигателя направляет воздух по шаблонам для создания быстро перемешивающегося вихря. Плавник направляет турбину по направлению ветра. Предоставлено: FloDesign Wind Turbine Corp.

По оси Y: Дарье и Савониус

Как правило, VAWT основаны на одной из двух основных конструкций: VAWT на основе подъемника, запатентованном Жоржем Дарье в 1931 году, в котором используются две или три изогнутые или прямые лопасти, соединенные вместе вверху и внизу и изогнутые наружу посередине в виде тропоскеина ( рис. 6), и драговый ВАВТ, созданный финским инженером С.J. Savonius в 1922 г., в котором для несущего винта используются две S-образные лопасти.

6. Дарье. Конструкция ветряной турбины с вертикальной осью, разработанная французским инженером Жоржем Дарье в 1931 году в форме взбивалки, снова всплыла на поверхность в наше время. Предоставлено Немецкой ассоциацией ветроэнергетики

Дизайн Дарье несколько лет томился после того, как был запатентован, пока в начале 1970-х его не возродил Канадский национальный исследовательский совет.Теоретически VAWT Darrieus так же эффективен, как HAWT, если скорость ветра постоянна, но это бывает редко.

Тем не менее, получив грант Европейского союза в размере 3 млн евро, исследователи из датской национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Risø DTU в октябре прошлого года вместе с 11 другими международными партнерами приступили к реализации четырехлетнего Ветряные турбины. Проект, получивший название «DeepWind», направлен на разработку более экономичных ветряных турбин мощностью в мегаватт с помощью «специальной технологии, а не совершенствования существующих концепций, основанных на наземных технологиях, переносимых в морскую среду», как сказал руководитель проекта Уве Шмидт Паульсен. .Он признал, что усилия не обойдутся без проблем, особенно из-за необходимости длинной подводной опорной конструкции. Если проект осуществится, после демонстрации мощности мощностью 1 кВт в открытых водах фьорда Роскилле в Дании консорциум разработает концепцию мощностью 5 МВт; в конечном итоге он планирует построить турбину мощностью 20 МВт.

Другой популярный вариант конструкции Дарье, конструкция Н-ротора или Giromill, также проходит морские испытания. Technip — французская фирма, которая работала с Siemens и Statoil над запуском плавучих турбин Hywind в Норвегии — в конце января запустила проект Vertiwind для тестирования доиндустриального прототипа вместе с французскими партнерами Nénuphar, Converteam и EDF Energies Nouvelles (рис. 7). .Эта турбина заменяет длинные лопасти «взбивателя» обычной конструкции Дарье двумя или более прямыми вертикальными секциями лопастей, прикрепленными к центральной башне горизонтальным рычагом. Technip сказал, что конструкция VAWT была идеальной, потому что она освободила турбину от ограничений, связанных с фундаментами стационарных ветряных турбин, и у нее нет системы рыскания или тангажа, коробки передач или сложной геометрии лопастей. Эти функции приводят к снижению затрат на установку и эксплуатацию.

7.Вертивинд. Французская компания Technip и ее партнеры Nénuphar и EDF Energies Nouvelles, среди прочих, запустили проект по испытанию Н-образного ротора Darrieus на шельфе. Предоставлено: Ненуфар

Институт энергетических технологий Великобритании (ETI) также недавно благословил использование VAWT в качестве жизнеспособной альтернативы традиционным морским турбинам. ETI поручилась, что они могут процветать технически, экономически и экологически, даже если их размеры будут такими же большими, как аэрогенератор VAWT мощностью 10 МВт.Высота аэрогенератора составляет половину высоты эквивалентного ГАВТ, а его вес сосредоточен в основании конструкции (рис. 8). «Есть преимущества с точки зрения конструкции турбин и доступа к морю, которые могут помочь снизить стоимость энергии», — сказал исполнительный директор ETI Дэвид Кларк, хотя он признал, что прототипу еще предстоит пройти долгий путь до фактической демонстрации. .

8. Аэрогенератор. Британский производитель турбин Wind Power разрабатывает плавучую ветряную турбину с вертикальной осью мощностью 10 МВт. Предоставлено: Wind Power

Те же преимущества конструкции, которые делают VAWT идеальными для использования в морских условиях, позволили процветать технологии магнитной левитации. Как утверждают ученые Хуачунь Ву, Зиян Ван и Йефа Ху из китайского Уханьского технологического университета в апрельской статье 2010 года, скорость ветра в большинстве городских районов, особенно в Китае, намного ниже 4 метров в секунду (м/с). «Механическое сопротивление трению существующих ветряных турбин слишком велико», — говорят они, но это можно исправить с помощью так называемых ветряных турбин «маглев», в которых для подвешивания используются полностью постоянные магниты, а не электромагниты или шарикоподшипники. лопасти турбины над землей.

Почти плавающие вертикальные лопасти (рис. 9) вращаются с небольшим сопротивлением даже при слабом ветре (до 1,5 м/с). Это увеличивает выходную мощность и срок службы устройства, заявили исследователи из Института энергетических исследований Гуанчжоу (который находится в ведении Академии наук Китая) и заинтересованные стороны Guangzhou Zhongke Hengyuan Energy Science & Technology Co., Ltd., когда они представили турбину в 2006 году.

9. Маглев. Когда китайские разработчики представили ветровую турбину на магнитной подушке на выставке Wind Power Asia в 2006 году, это было воспринято как прорыв в развитии ветряных технологий.Эта технология сегодня используется для питания уличных фонарей в Шэньчжэне и доступна в диапазоне от 300 Вт до 1 кВт. Предоставлено: Shenzhen TIMAR Wind-Solar Energy Technology Co., Ltd.

Теоретически большая ветряная турбина на магнитной подвеске может иметь мощность 1 ГВт, снизить эксплуатационные расходы на 50 % и прослужить до 500 лет, хотя разработчики отмечают, что крупногабаритные машины, необходимые для этого, могут стоить до 50 миллионов долларов.

VAWT завоевывают позиции и на рынке малых ветрогенераторов.Одним из примеров, Giromill, является Windspire Energy высотой 30 футов и шириной 4 фута (рис. 10), который, как утверждается, вырабатывает около 2000 кВтч в год при среднегодовой скорости ветра 11 миль в час. Windspire был частью независимого испытательного проекта Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), но NREL прекратил испытания в январе 2009 года, всего через год после ввода в эксплуатацию VAWT, из-за «отказов компонентов турбины». Windspire говорит, что тестовая модель была одной из ее «самых первых серийных единиц», и с тех пор она улучшила турбину.Благодаря гранту от NREL компания планирует испытать и сертифицировать новую турбину в соответствии со стандартами, обнародованными Советом по сертификации малых ветряков — независимым органом, который только в прошлом году начал принимать заявки на сертификацию производительности и безопасности от производителей малых ветряных турбин.

10. Шпиль ветра. Гиромилл компании Windspire из Невады вырабатывает энергию, когда ветер дует на вертикальные аэродинамические поверхности, заставляя их вращаться. Предоставлено: Windspire

Второй тип ВАВТ — Савониуса — использует ротор, образованный путем разрезания цилиндра на две половины вдоль центральной плоскости и последующего перемещения двух полуцилиндрических поверхностей в стороны вдоль плоскости сечения так, чтобы поперечное сечение напоминало письма.» Одним из часто цитируемых современных примеров турбины Савониуса является система Helix от Helix Wind (рис. 11). Компания говорит, что когда дует ветер (со скоростью до 10 миль в час), длинные спиральные лопасти ловят ветер со всех сторон, заставляя его проходить через турбину.Сборка турбины и генератора в настоящее время проходит испытания для внесения в список UL, с которым турбина будет иметь право на скидки в рамках всех государственных программ по возобновляемым источникам энергии.

11. Спираль. Система калифорнийской фирмы Helix Wind представляет собой ветряную турбину Савониуса с вертикальной осью на основе сопротивления. Предоставлено Helix Wind

Чтобы добиться успеха на конкурентном рынке, другие производители VAWT решили устранить недостатки HAWT.Британская фирма Quietrevolution утверждает, что ее qr5, винтовой VAWT, предназначенный для увеличения спроса на ветряные турбины в средах, близких к людям и зданиям, практически устраняет шум и вибрацию при выработке 7500 кВтч в год (рис. 12). На данный момент, как сообщается, установлено более 100 турбин в Великобритании, Австрии и Германии.

12. Тихая революция. qr5 VAWT лондонской компании quietrevolution предназначен для устранения шума и вибрации. Предоставлено: тихая революция

Бортовые турбины

Между тем, проектирование ветряных турбин также развивается в совершенно новом направлении — ввысь. Вдохновленные предположениями о том, что мощность высотных тропосферных ветров оценивается в 870 ТВт и что идея четырехдесятилетней давности наконец-то технически осуществима, несколько разработчиков по всему миру (включая исследовательские лаборатории и частную промышленность) тестируют прототипы, которые использовать воздушные змеи, чтобы использовать энергию ветра.Концепция настолько близка к реальности, что Федеральное авиационное управление ввело ограничения, ограничивающие полеты бортовых турбин на высоте менее 600 метров.

Одним из ярких примеров является силовая установка KiteGen (рис. 13), которая состоит из нескольких «блоков управления воздушными змеями», которые управляют множеством «силовых воздушных змеев» по ​​заданной траектории полета. KiteGen обычно имеет конфигурацию «карусель» или «стебель». Модульные подходы могут позволить разработчикам строить электростанции мощностью до 100 МВт со стоимостью произведенной энергии ниже 0 евро.03/кВтч, говорит KiteGen.

13. KiteGen. Силовые воздушные змеи итальянской компании KiteGen, расположенные по схеме «карусель» или «стержень», привязаны к силовой установке и летают по заданной траектории полета. Предоставлено: KiteGen

Компания Joby Energy использует другой подход. Он испытывает систему мощностью 30 кВт (рис. 14), которая выглядит как многокрылый воздушный змей, поддерживающий ряд турбин. Тяга для вертикального взлета кайта обеспечивается мотор-генераторами, подключенными к турбинам, а ориентация контролируется компьютерной системой, которая дифференциально регулирует скорость вращения ротора, чтобы он летел по круговой траектории.

14. Работа. Калифорнийская компания Joby Energy оценивает многокрылый воздушный змей мощностью 30 кВт, одновременно проектируя и производя системы мощностью 100 и 300 кВт. Планируется запустить первые коммерческие системы высотой от 500 до 2000 футов и начать производство коммерческих систем в 2012 году.

В Германии компания Festo (производитель пневматических и электрических технологий автоматизации) исследует систему Aerois Enerkite, которая представляет собой автономно управляемое крыло воздушного змея площадью до 24 квадратных метров.

В Нидерландах системный прототип Ampyx Power Plane, планера, который раскручивает лебедку во время полета для приведения в движение генератора на земле, фактически соответствует своей номинальной мощности в 10 кВт. Система является побочным продуктом проекта Laddermill Университета Делфта. Пиковая мощность, достигнутая во время испытаний системы Laddermill в апреле 2010 г., составила 20 кВт.

В Швейцарии коалиция ученых-исследователей (включая Университет прикладных наук Северо-Западной Швейцарии, Швейцарский федеральный технологический институт в Цюрихе и Швейцарские федеральные лаборатории по испытанию и исследованию материалов) занимается оценкой высотной ветровой энергии.

Даже Китай вмешивается, создавая высотный исследовательский центр ветроэнергетики в провинции Гуандун, где есть планы построить воздушную ветроэнергетическую систему мощностью 1 МВт в городе Фошань.

Однако дизайн

не ограничивается воздушными змеями и самолетами. Калифорнийская компания Magenn Power разработала бортовую ветроэнергетическую систему MARS (рис. 15), состоящую из заполненной гелием привязанной ветряной турбины, которая вращается вокруг горизонтальной оси на высоте от 600 до 1000 футов. Вращение MARS также создает «эффект Магнуса», который обеспечивает дополнительную подъемную силу, поддерживая стабилизацию MARS.

15. МАРС. Наполненная гелием ветряная турбина MARS компании Magenn Power может быть сдута и повторно развернута. Он способен работать при скорости ветра от 4 миль в час до более чем 50 миль в час. Предоставлено: Magenn Power

Другие турбины

Существует множество других турбин, обычно представляющих собой гибрид систем HAWT и VAWT, и они процветают. На рынке, например, есть ветряная турбина Loopwind, высокомоментная шестилопастная турбина, которая улавливает ветер как передними, так и задними лопастями.Японские разработчики говорят, что конструкция Loopwing позволяет избавиться от дисбаланса крутящего момента, характерного для VAWT, и при этом на него меньше влияет центробежная сила по сравнению с винтом. Они также утверждают, что турбина не только вращается при скорости ветра всего 1,6 м/с, но и имеет коэффициент мощности более 40% при испытаниях в аэродинамической трубе (при скорости ветра 8 м/с).

Среди самых «дурацких» концепций — более крупные и амбициозные архитектурные ветряные турбины. Было сделано несколько предложений по интеграции ветряных турбин в небоскребы.Например, 600-метровая башня Анара в Дубае была спроектирована так, чтобы выглядеть как массивная ветряная турбина. Эти планы были отменены в 2009 году, но другие становятся реальностью. В прошлом году в Лондоне было завершено строительство башни Strata Tower стоимостью 113,5 млн фунтов стерлингов (рис. 16), которая вырабатывает десятую часть электроэнергии, потребляемой зданием (всего 50 МВтч в год), за счет трех пятилопастных встроенных турбин.

16. Лондонский Тауэр. Strata Tower в лондонском районе Elephant and Castle представляет собой 43-этажное здание высотой 147 метров с тремя встроенными пятилопастными ветряными турбинами. Предоставлено: Brookfield Asset Management

Другие концепции включают «биологический» внешний вид зданий. Агустин Отеги, изобретатель «NanoVentSkin», встраивал крошечные биологические самовосстанавливающиеся ветряные турбины во внешний слой здания (рис. 17). «Внешняя оболочка конструкции поглощает солнечный свет через органическую фотогальваническую оболочку и передает его нановолокнам внутри нанопроводов, которые затем отправляются в блоки хранения в конце каждой панели», — говорит он.«Каждая турбина на панели генерирует энергию за счет химических реакций на каждом конце, где она контактирует со структурой. За этот процесс отвечают поляризованные организмы на каждом обороте турбины».

17. Обшивка турбины. Концепция NanoVent Skin от дизайнера Агустина Отеги включает в себя крошечные биотурбины, которые могут покрывать здания для выработки энергии. Предоставлено: Агустин Отеги

Смена парадигмы или дворовое искусство?

Нетрадиционные конструкции ветряных турбин имеют несколько общих черт, сказал эксперт по малому ветру Мик Сагрилло участникам небольшой конференции по ветру в 2009 году.Среди них монтируемые на крыше или короткие башни, нетрадиционная конфигурация ротора, «красивые» фотографии и множество заявлений, которые могут варьироваться от «маленьких и легких» и «всего 0,25 доллара за ватт» до «необслуживаемых». генерировать даже на низких скоростях». Чего не хватает, сказал он, так это того, что немногие разработчики хотят говорить о том, на каких скоростях устройство может генерировать энергию, как оно справляется с турбулентностью, какова его годовая выработка энергии или производительность, и есть ли какие-либо полевые данные, которые могли бы указать на то, как сколько энергии устройство может производить в час.

По его словам, огромное количество утверждений самозваных изобретателей — «болванов и мошенников», как их называет Сагрильо, — можно проверить, рассмотрев простые параметры. Например, площадь охвата на крышах по своей природе ограничена, а крыши и короткие башни испытывают повышенное сопротивление земли и турбулентность. Еще один фактор, который следует учитывать, заключается в том, что когда ветер стихает, стоимость возрастает. «Что мы демонстрируем?» — спросил он. — «Смена парадигмы» или дворовое искусство? Один из способов решить эту проблему прост: отказаться от того, что он называет «отслеживанием мокрых пальцев», и получить сертификацию проектов.

Сонал Патель — старший писатель POWER.

Испанский инженер прокладывает новый путь к возобновляемой энергии ветра

Vortex Bladeless, ветряная турбина ©Vortex Bladeless

Стартап под названием Vortex Bladeless официально появился в 2014 году. Компания владеет пятью патентами на изобретение.

В начале Vortex получил помощь от нескольких ангелов-инвесторов, а также ключевой грант от Repsol Foundation для разработки технологии, и с тех пор другие инвесторы и учреждения предложили поддержку.

Vortex Bladeless стал одним из победителей Турнира социальных инноваций 2021 года. Конкурс был создан Институтом Европейского инвестиционного банка для поддержки предпринимателей, которые помогают окружающей среде или обществу. Vortex выиграла возможность принять участие в программе социального предпринимательства INSEAD. Он получил множество других наград, а Европейская комиссия финансирует работу Vortex в рамках своей программы исследований и инноваций Horizon 2020.

Следующий шаг: большое количество зеленой энергии

Компания с командой из шести человек в настоящее время производит серию из 100 Vortex Nano.Эти устройства поступят в исследовательские институты, лаборатории, города, национальные парки и компании-партнеры в Испании и по всему миру. Идея состоит в том, чтобы собрать данные о том, как они работают в разных условиях, и найти способы улучшить производительность.

Следующим шагом будет Vortex Tacoma, новая модель высотой около 2,75 метра, названная в честь моста, который вдохновил проект. Tacoma будет более практичным для производства большего количества электроэнергии. Компания даже предполагает создание гигантских ветрогенераторов Vortex, которые могли бы работать на плавучих платформах в море.

Компания специализируется на обеспечении электроэнергией жителей развитых районов.

«Мы надеемся заполнить пробел в области децентрализованного электричества; Я думаю, что это ключ», — говорит Родриго Руперес, исполнительный директор Vortex Bladeless. «Мы видим, как сейчас растет цена на электроэнергию и как увеличивается потребление. Это идеально соответствует тому, что мы можем предложить рынку».

Предыдущая работа Родриго привела его в Боливию и в районы Африки, где практически нет доступа к электричеству.Он надеется, что создание энергии в отдаленных районах — еще один аспект Vortex Bladeless, который может служить более важной цели.

«Это может изменить жизнь этих людей, улучшить образование, повысить благосостояние, улучшить жизнь в целом», — говорит он.

Дэвид надеется, что компания сможет внести свой вклад в позитивные изменения в решающий момент.

«Мы живем в очень разрушительный момент с множеством различных ингредиентов: искусственный интеллект, Интернет вещей, блокчейн, чистая энергия», — говорит он.«В совокупности это изменит образ жизни людей, и мы хотели бы стать частью этого нового, более чистого образа жизни».

Размещение турбин и максимальное извлечение энергии — ScienceDaily

Место, место, место — когда дело доходит до размещения ветряных турбин, применяется старая поговорка о недвижимости, согласно новому исследованию, опубликованному в Proceedings of the National Academy of Sciences Энрико Антонини из Карнеги и Кен Калдейра.

Турбины преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую энергию при вращении.Однако сам процесс установки турбин влияет на нашу способность использовать энергию ветра. Когда турбина взаимодействует с ветром, она воздействует на него. Извлечение одной турбиной энергии из ветра влияет на способность ее соседей делать то же самое.

«Ветер никогда не иссякнет как энергетический ресурс, но наша способность собирать его также не является бесконечно масштабируемой», — пояснил Антонини. «Когда ветряные турбины сгруппированы в большие группы, их производительность снижается, а скорость извлечения энергии снижается.»

Антонини и Кальдейра решили определить, насколько большой может быть ветровая электростанция, прежде чем ее генерирующая способность на единицу площади земли достигнет пределов пополнения энергии, а также какую «ветровую тень» отбрасывают крупные фермы, которая будет иметь отрицательный влияние на любые соседние установки с подветренной стороны.

«По мере того, как мы отказываемся от ископаемого топлива, некоторые сценарии предсказывают, что к 2050 году ветряные электростанции смогут обеспечивать до одной трети мировой энергии», — сказал Калдейра. «Поэтому крайне важно, чтобы мы понимали взаимосвязь между размещением турбины и максимальным извлечением энергии.»

Требуется время, чтобы ветер вернулся к нормальной силе после того, как часть его кинетической энергии была извлечена ветряной электростанцией. Как быстро ветер может восстановиться после встречи с ветряной турбиной, зависит от широты ветряной электростанции и вращения Земли, говорят Антонини и Калдейра. Предыдущие исследования по выработке ветровой энергии выявили следы за большими ветряными электростанциями, поэтому Антонини и Кальдейра разработали теоретическое понимание основных факторов, определяющих размер этих следов.

Размер следа большой ветровой электростанции зависит от скорости набегающих ветров, а также от количества времени, которое требуется перепаду давления в атмосфере Земли для восполнения энергии, извлекаемой турбинами.Работа Антонини и Калдейры указывает на то, что эти факторы следует учитывать при определении размера и размещения ветряных электростанций в различных условиях.

Например, они обнаружили, что турбины в районах с сильным ветром более подвержены влиянию своих соседей вверх по течению, чем турбины в районах с более слабыми ветрами. Кроме того, ветряные электростанции, расположенные ближе к экватору, с большей вероятностью будут подвергаться негативному влиянию ветровой тени от ветряных электростанций вверх по течению, чем ветряные электростанции, расположенные ближе к полюсам.

«Энергия ветра является потенциальным источником большого количества энергии без выбросов углерода», — сказал Калдейра. «Но чтобы получить максимальную отдачу от этого ресурса, нам нужно подумать о том, как другие ветряные электростанции могут повлиять на нас, и как мы можем повлиять на другие ветряные электростанции».

Одна из идей, предложенных авторами, заключается в том, что строительство нескольких небольших ветряных электростанций с пространством для рекуперации энергии ветра между ними потенциально может быть более эффективной стратегией в некоторых местах, чем строительство одной крупной ветряной электростанции, хотя необходимы дополнительные исследования.

«Мы надеемся, что эта работа позволит строителям и управляющим ветряных турбин разработать наилучший возможный сценарий для максимальной выработки ветровой энергии», — сказал Антонини.

Источник истории:

Материалы предоставлены Научным институтом Карнеги . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Дует ветер — Любопытно

В мире никогда не было недостатка в ветре.На протяжении тысячелетий он крутил ветряные мельницы, запускал воздушных змеев, охлаждал дома и наполнял паруса. Теперь технологические достижения вдохнули новую жизнь в наше использование энергии ветра как чистого, возобновляемого и экономически эффективного средства производства электроэнергии.

Ветер издавна использовался как источник энергии. Источник изображения: The York Project / Wikimedia Commons.

Наше растущее использование энергии ветра

Помимо приведения в действие парусных лодок, самое раннее зарегистрированное использование энергии ветра было в ветряных мельницах для измельчения зерна персами еще в 500–900 годах до нашей эры.

Первые электрические ветряные турбины были изобретены в США и Европе в конце 1800-х годов. В начале 1900-х годов, когда электричество стало более доступным в городах, многие сельские общины и приусадебные хозяйства обратились к небольшим ветряным турбинам для электроснабжения. Многие из них были построены на месте с использованием старых автомобильных генераторов и вырезанных вручную лопастей несущего винта или старых пропеллеров бипланов.

С тех пор энергия ветра набирает обороты в мире, который все чаще ищет альтернативы ископаемому топливу для производства электроэнергии.

Согласно статистике Управления энергетической информации США, в 2012 году мировое производство энергии составило около 21 532 тераватт-часов (1 тераватт = 10 12 ватт). Из них на энергию ветра приходилось около 520 тераватт-часов, что составляет около 2,5%. В Глобальном отчете о состоянии возобновляемых источников энергии за 2015 год говорится, что к концу 2014 года эта доля увеличилась примерно до 3,1 процента.

Хотя доля энергии ветра в общем производстве энергии во всем мире невелика, она определенно растет.Данные Глобального совета по ветроэнергетике показывают, что с 2000 года ветроэнергетическая мощность во всем мире росла в среднем на 24 % в год, достигнув общей мощности около 370 000 мегаватт мощности в 2014 году. Почти 60 % этого мощностей приходится на Китай (31%), США (17,8%) и Германию (10,6%).

  • Единицы электрические

    Вы, вероятно, знакомы с количеством ватт, потребляемым лампочкой, от 15 до 100.Это число указывает на количество энергии, которую лампочка использует в любой момент времени (при включении!).

    Единицы, которые вы, скорее всего, увидите в счете за электроэнергию, киловатт-часы , то есть количество электричества, которое ваша семья использовала в течение часа.

    Когда мы начинаем рассматривать количество энергии, производимой для питания целых городов, целых электростанций или мощности целых стран, цифры резко возрастают.

    • 1 киловатт = 1000 ватт = 10 3 ватт
    • 1 мегаватт = 1000 киловатт = 10 6 ватт
    • 1 гигаватт = 1000 мегаватт = 10 9 ватт
    • 1 тераватт = 1000 гигаватт = 10 12 Вт

В 2014 году на ветроэнергетику приходилось почти 40% производства энергии в Дании.В особенно ветреный день в июле 2015 года Дания произвела достаточно энергии ветра, чтобы обеспечить 140% потребностей страны. Избыточная мощность была передана в соседние страны, Германию и Швецию.

А здесь, в Австралии, согласно отчету Clean Energy Australia за 2014 год, на энергию ветра приходится более 30 процентов возобновляемой энергии в нашей стране, при этом около 4 процентов нашей электроэнергии вырабатывается за счет ветра. Южная Австралия лидирует с наибольшим количеством ветряных электростанций среди всех австралийских штатов и производит около 40 процентов электроэнергии штата за счет энергии ветра.

Интерактивный

Эта интерактивная инфографика показывает совокупную установленную мощность ветроэнергетики в каждой стране, на континенте и во всем мире с течением времени с 1981 по 2014 год. Чтобы начать, перетащите ползунок.

Источник: Бриз

Наука о ветре

При производстве электроэнергии из ветра, строго говоря, мы начинаем с солнца.Энергия, излучаемая солнцем, нагревает воздух в атмосфере Земли. Воздух расширяется, когда нагревается, делая более теплый воздух менее плотным и «легче», чем более холодный воздух, создавая область более низкого давления. Холодный воздух обычно более плотный.

Земля неравномерно нагревается солнечной энергией. Некоторые регионы нагреваются больше, чем другие: полюса, например, холодные, а экватор горячий. Теплый воздух с низкой плотностью над экватором поднимается и распространяется наружу к полюсам, а вместо него устремляется холодный плотный воздух.Именно этот движущийся воздух мы называем ветром. Эти различия в температуре и давлении между воздушными массами определяют глобальные схемы циркуляции воздуха и ветра.

  • Циркуляция воздуха

    Из-за вращения Земли ветры движутся по сложной схеме. В северной Австралии ветры дуют в основном с востока, а в южной Австралии — с запада. Вдобавок к этой общей схеме циркуляции мы находим другие ветры, связанные с тропическими циклонами в северной Австралии или с холодными фронтами на юге.

    Большинство ветров дуют кругами. Основные схемы циркуляции восточных или западных ветров дуют прямо вокруг Земли, неся с собой погодные условия. Местные ветры, как и в циклонах или других системах с низким давлением, вращаются по кругу по часовой стрелке (в южном полушарии, против часовой стрелки в северном полушарии) вокруг центра или глаза шторма, хотя они имеют некруговой путь.

    Прогнозирование ветреных участков

    Глубокое влияние на характер атмосферной циркуляции и режимы ветра оказывают и другие факторы.К ним относятся расположение континентов, время года и топографические особенности, такие как горные хребты, долины и хребты. Это означает, что прогнозировать наилучшие районы для производства электроэнергии за счет энергии ветра может быть довольно сложно. Инженеры используют компьютерные модели и обширные измерения ветра, чтобы помочь в этом.

Обуздав ветер

Все формы производства электроэнергии основаны на преобразовании других форм энергии в электричество.На угольной электростанции химическая энергия, хранящаяся в угле, сначала преобразуется в тепловую энергию путем сжигания, а затем в кинетическую энергию (энергию движения) путем нагревания воды для производства пара высокого давления. Пар используется для превращения турбина (также кинетическая энергия), которая затем используется для питания генератор для производства электрической энергии.

В случае ветряной турбины нам в первую очередь нужна тепловая энергия солнца, чтобы нагреть воздух в атмосфере и создать ветер. Затем лопасти ветряка (обычно по две-три на турбину) ловят ветер, который заставляет их вращаться.Затем мы можем пропустить этапы химической и тепловой энергии, используемые на угольной электростанции — кинетическая энергия движущихся лопастей ветряной турбины используется для вращения генератора, вырабатывающего электричество.

При вращении лопастей современной большой турбины низкоскоростной вал вращается со скоростью 10–20 раз в минуту. В большинстве турбин этот тихоходный вал соединен с коробкой передач; редуктор обеспечивает связь тихоходного вала с генератором, совершающим 1000–1800 оборотов в минуту.Генератор использует эти быстрые вращения для производства электроэнергии. Затем электричество проходит через сложную силовую электронику, которая помогает контролировать работу турбины, и трансформатор, который преобразуется в нужное напряжение для электросети. В последнее время в очень больших ветряных турбинах для морского применения использовались генераторы с прямым приводом без редуктора, что является одним из дорогостоящих элементов обслуживания наземных турбин.

Самая большая ветряная турбина на сегодняшний день – Vestas V164 мощностью 8 мегаватт с лопастями длиной 80 метров.Это больше, чем размах крыла Airbus A380, самого большого коммерческого самолета в мире.

Интерактивный

Турбина

Лопасти ветряка должны быть прочными, легкими и долговечными. Как правило, они изготавливаются из стекловолокна или углеродного волокна и имеют диаметр от 60 до 80 метров.

Низкоскоростной вал, высокоскоростной вал, редуктор и генератор размещены внутри отсека, называемого гондолой.

Чтобы лучше ловить ветер, турбины должны быть высоко, и они часто устанавливаются на башнях высотой от 40 до 100 метров. Генераторы и редукторы, установленные на этих башнях, могут весить более 10 тонн. Эти факторы увеличивают расходы и логистические трудности при строительстве ветряной электростанции.

Мощность, вырабатываемая ветряной турбиной

Мощность, производимая ветровой турбиной, очень быстро увеличивается с ростом скорости ветра: удвоение скорости ветра приводит к восьмикратному увеличению мощности.Поэтому важно размещать ветряные генераторы в местах, где скорость ветра высока, а также достаточно постоянна.{2}}{4}$$

, где \(\pi=1.{3}$$

Последнее уравнение представляет наибольший интерес. Поскольку плотность (\(d\)) воздуха очень медленно меняется в зависимости от температуры или высоты над поверхностью Земли, единственными переменными, влияющими на мощность, доступную для выработки электроэнергии, являются диаметр (\(D\)) лопаток турбины и скорость (\(v\)) ветра. (Если \(d\) и \(D\) в метрах, а \(v\) в метрах в секунду, то расчетная мощность будет в ваттах.)

Уравнение показывает нам, что мощность прямо пропорциональна кубу скорости.{2} = 400\). Таким образом, удвоение диаметра приводит к четырехкратному увеличению мощности.

Эти два фактора имеют важное значение для проектирования и размещения ветряных турбин. Во-первых, чем сильнее ветер, тем эффективнее турбина — до определенного момента. Если ветер слишком сильный, турбина будет повреждена. Все турбины отключатся, когда скорость ветра достигнет 25 метров в секунду (~90 км/ч). Во-вторых, чем длиннее лопасти ротора, тем лучше (опять же, до определенного момента — если они слишком длинные, они становятся громоздкими и более восприимчивыми к повреждениям).

К сожалению, не вся энергия ветра может быть преобразована в электричество. Знаменитый предел Бетца (который также был независимо открыт русским Жуковским) гласит, что фактическая мощность не может превышать 16/27 от указанной в уравнении. 16/27 = 0,593, поэтому максимально возможная эффективность преобразования близка к 60 процентам. Современные ветряные турбины (с неэффективной трансмиссией, генератором и силовой электроникой) могут достигать общего КПД до 50 процентов.

Поймать ветер

Очевидно, мы хотим разместить наши ветряные турбины в ветреных местах. Как правило, ветряная электростанция будет построена в районе с постоянными ветрами, которые регулярно достигают не менее 25 км/ч. Однако немаловажным фактором является то, что в один день может не быть ветра, а на следующий — воющий шторм. Эта фундаментальная изменчивость ветра означает, что маловероятно, что энергия ветра станет единственным источником выработки электроэнергии в будущем, если только хранение энергии не станет дешевле и эффективнее.

Тем не менее, хотя ветер может быть переменным, он также предсказуем в течение длительного периода времени. Оператор австралийского энергетического рынка разработал Австралийскую систему прогнозирования энергии ветра, инструмент, который может с высокой точностью прогнозировать выработку энергии ветра ветряными электростанциями на восточном побережье Австралии на несколько дней вперед.

Ветер может быть хаотичным, меняя направление с точностью до секунды. Турбины оснащены двигателем «рыскания», который позволяет им поворачиваться, поэтому они всегда могут быть обращены к ветру.

Ветряные турбины лучше всего размещать в местах с постоянным ветром и поворачивать их против ветра. Источник изображения: Дэвид Кларк / Flickr.

Подключение к источнику питания

Крупномасштабное производство ветровой электроэнергии предполагает использование ветряных электростанций, где несколько ветряных турбин, от нескольких до сотен, подают электроэнергию непосредственно в сеть электроснабжения.

Инженеры-электрики знают, что ветер не дует все время, и разработали ряд стратегий, обеспечивающих соответствие спроса на электроэнергию.Например, сеть ветряных электростанций, подключенных к общей сети, может помочь обеспечить стабильное снабжение: когда одна ветряная электростанция затихает, другие в других частях региона и на континенте могут продолжать работать. Другие источники энергии (такие как солнце, уголь, вода или газ) часто используются в дополнение к энергии ветра. Гидроэлектроэнергия и газ являются лучшими технологиями для этой цели, поскольку их можно включать и выключать очень быстро. В будущем аккумуляторные системы могут использоваться для хранения избыточной энергии ветра и передачи ее в периоды слабого ветра.

Полномочия и критика

Недавние исследования показывают, что энергия ветра значительно безопаснее для окружающей среды, чем, например, электричество, производимое угольными электростанциями. Он использует меньше невозобновляемых ресурсов, вызывает меньшее локальное или региональное загрязнение воздуха и практически не способствует выбросам парниковых газов.

Сами башни занимают лишь небольшой участок земли, и сельскохозяйственная деятельность может продолжаться практически до самого основания, даже под вращающимися лезвиями.

Что касается материалов и ресурсов, которые используются для строительства ветряных турбин, исследования анализа жизненного цикла показали, что турбины очень быстро окупаются: турбина мощностью 2 МВт с ожидаемым сроком службы 20 лет принесет чистую прибыль в течение пяти-восьми месяцев. .

Критика

Движение лопастей ветряной турбины создает низкочастотный шум, который усиливается с увеличением скорости ветра и может включать «инфразвук» на частотах, слишком низких для человеческого восприятия.Лопасти также могут издавать свистящие звуки. Однако удаленность большинства ветряных электростанций означает, что шум не является серьезной проблемой в большинстве мест. Существуют правила планирования, чтобы люди, живущие в сельской местности, не подвергались раздражающему или стрессовому уровню шума.

Синдром ветряной турбины

Однако в некоторых частях Австралии, Канады, Великобритании и США ветровые электростанции выступают против ветряных электростанций со стороны сторонников явления, известного как синдром ветряной турбины.Этот «синдром» не признается никакими учреждениями здравоохранения или властями Австралии; этот термин был придуман после публикации в 2009 году самоизданной книги с таким же названием. Содержание книги не проходило стандартную научную рецензирование.

Во всем мире небольшая часть людей, проживающих рядом с небольшим количеством ветряных электростанций, сообщают о различных симптомах, которые они связывают с низкочастотным шумом и инфразвуком, создаваемым ветряными турбинами. Этому приписывают огромное количество заболеваний, включая головные боли, бессонницу, раздражительность, учащенное сердцебиение и даже ухудшение симптомов диабета.

В Австралии и других странах было проведено несколько исследований, чтобы попытаться выяснить, как и действительно ли ветряные турбины могут влиять на здоровье людей, живущих рядом с ними. С 2003 года было опубликовано 25 обзоров этих исследований, в которых медицинские эксперты оценивали все имеющиеся доказательства и каждый раз приходили к выводу об отсутствии доказательств того, что ветряные турбины имеют прямое влияние на здоровье людей.

Нет прямых доказательств того, что воздействие шума ветряных электростанций влияет на физическое или психическое здоровье. Заявление NHMRC: данные о ветряных электростанциях и здоровье человека

В последнем отчете Австралийского национального совета по здравоохранению и медицинским исследованиям были рассмотрены имеющиеся качественные данные о шуме ветряных электростанций и его влиянии на физическое и психическое здоровье, настроение, сон и качество жизни. Он учитывал как инфразвук, так и низкочастотный шум, а также восприятие шума, мерцание теней и электромагнитное излучение. Выводы кратко изложены ниже.

  • Отчет NHMRC: сводка результатов
    Продукт Находки
    Шум (включая инфразвук)
    • Нет прямых доказательств какого-либо воздействия на физическое и психическое здоровье
    • Последовательные, но некачественные доказательства того, что шум ветряных электростанций вызывает раздражение
    • Плохие, менее последовательные доказательства того, что шум ветряных электростанций вызывает нарушения сна
    • Плохие, менее последовательные доказательства того, что шум ветряных электростанций снижает качество жизни
    • Прямых доказательств влияния инфразвука и низкочастотного шума на здоровье нет.Данные доступны только из лабораторных исследований, в которых исследуются гораздо более высокие уровни, чем те, которые вызваны ветряными электростанциями
    • .
    • Маловероятно, чтобы вызвать помехи на расстоянии более 1500 метров.
    Мерцание тени Недостаточно доказательств, чтобы делать какие-либо выводы относительно воздействия мерцания теней на здоровье; риск вызвать судороги у людей с (редкой) светочувствительной эпилепсией крайне низкий
    Электромагнитное излучение Нет прямых доказательств какого-либо воздействия на здоровье

Кроме того, отчет, опубликованный Министерством здравоохранения Канады в 2014 году, также показал, что, хотя чувство раздражения людей может быть связано с шумом ветряной турбины, не было обнаружено никакой связи между шумом ветряной электростанции и плохим здоровьем людей.

Еще одна интересная особенность дебатов о синдроме ветряной турбины заключается в том, что его практически не существует в Европе, где в некоторых странах люди годами живут с ветряными турбинами. Это не означает, что в этих странах нет противодействия ветряным турбинам, но в первую очередь по экологическим соображениям, когда противники обеспокоены эстетикой турбин или их расположением в экологически чувствительных районах. О вреде для здоровья почти ничего не говорится.

Возникает вопрос — что здесь происходит? Другие исследователи, такие как Саймон Чепмен, профессор общественного здравоохранения Сиднейского университета, предположили, что само присутствие кампании против ветра может быть причиной некоторых проблем со здоровьем. Эффект «ноцебо» (от латинского термина «я причиню вред» в отличие от «плацебо»: «я доставлю удовольствие») возникает, когда знание предполагаемого симптома и беспокойство по поводу предполагаемого симптома побуждают некоторых людей испытать его — стресс или тревогу. вызванное тем, что им сказали, что они будут страдать от вредных последствий, заставляет их испытывать симптомы (и приписывать их ветряным турбинам).Уровни стресса также могут быть выше в сообществах, где консультации с общественностью относительно строительства ветряной электростанции были недостаточными.

Исследование Чепмена показало, что некоторые ветряные электростанции в Австралии работают в течение многих лет без каких-либо жалоб, а из 129 человек, подавших жалобы на здоровье или шум в период с 1993 по 2012 год, 73% проживали около шести (из в общей сложности 51) ветряных электростанций, и все они стали мишенью для участников кампании против ветра. Более двух третей ветряных электростанций, работающих по всей Австралии, никогда не получали жалоб от близлежащих жителей.

Интересно, что люди, получающие компенсацию или доход от размещения ветряных турбин на своей территории, также редко сообщают о каких-либо негативных последствиях для здоровья.

Какими бы ни были мотивы людей, ясно, что в настоящее время нет никаких научных доказательств, кроме анекдотов и нестрогих тематических исследований, подтверждающих какие-либо заявления о синдроме ветряной турбины или любом вредном воздействии ветряных турбин на здоровье человека.

Эстетика

Критики также говорят, что современная ветряная электростанция — это губительное воздействие на ландшафт.Социологические исследования показали, что восприятие ветряных турбин как визуального загрязнения зависит от ряда факторов. Они могут включать используемую технологию (например, турбины, установленные на трубчатых башнях, обычно считаются более эстетически приемлемыми, чем турбины, установленные на стальных фермах), а также плотность и расположение турбин. Фактором может быть и право собственности: местные жители с большей вероятностью сочтут ветряную электростанцию ​​привлекательной, если у них есть в ней финансовая доля.

Технологические разработки, такие как увеличение диаметра лопастей ротора и высоты башен, позволили некоторым турбинам эффективно работать при более низких скоростях ветра.Это повышает мощность турбин и означает, что они могут быть расположены в районах, которые в противном случае могли бы считаться недостаточно ветреными. Это может позволить разместить их ближе к местам потребления или подальше от экологически чувствительных регионов.

Строительство ветряных электростанций в море — один из способов уменьшить их визуальное воздействие. Источник изображения: Ким Хансен / Flickr.

 

Энергия ветра часто лучше всего работает на море — здесь меньше препятствий для воздушного потока и меньше турбулентности, чем на суше, а ветер более постоянен.В настоящее время ветроэнергетика в Великобритании и Европе активно перемещается в офшор. Хотя у Австралии есть хорошие перспективы на шельфе, содержать ветряные электростанции в море намного дороже, и у нас есть много места на суше, которое можно использовать.

Будь то на суше или на море, ветроэнергетика и ее будущее, безусловно, не «все в море». Во всем мире потребление энергии ветра растет быстрыми темпами.

Электричество стало частью современного общества, которую мы все воспринимаем как должное, и жизнь без него была бы почти невообразима.Чтобы удовлетворить наши потребности без постоянного сжигания ископаемого топлива, мы будем полагаться на энергию ветра, которая станет ключевым игроком в сочетании возобновляемых источников энергии, которые обеспечат чистое будущее с низким уровнем выбросов углерода.

Турбинная технология: наука о производстве электроэнергии из воздуха | Новости и идеи

С тех пор, как ветряные мельницы были впервые использованы для измельчения зерна или перекачивания воды, ветер стал полезным источником возобновляемой энергии. Сегодняшние турбины выглядят немного иначе, чем их собратья — в некоторых случаях они достигают высоты Статуи Свободы, а диаметр ротора больше, чем размах крыла самолета Airbus A380.Однако процесс, с помощью которого они производят электричество, практически не изменился за столетия.

Первые специально построенные ветряные турбины для выработки электроэнергии были построены в конце 19 века в Шотландии, Дании и США. Ветряные турбины широко использовались для производства электроэнергии в сельской местности, где доступ к существующим энергосистемам был невозможен. Но только в последние два десятилетия ветряные турбины стали широко использоваться для выработки электроэнергии для подачи в существующие региональные электрические сети.

BP владеет крупнейшим бизнесом в области возобновляемых источников энергии среди всех крупных международных нефтегазовых компаний, а также имеет долю в 14 наземных ветряных электростанциях по всей территории США. Вместе они генерируют мощность в 2259 мегаватт — достаточно электричества для питания всех домов в городе размером с Филадельфию.

Но, как объясняет Стэнтон Петерсон, инженер-механик компании BP Wind Energy, прежде чем заложить фундамент ветряной электростанции, необходимо провести много работы и исследований. «Прежде чем что-либо строить, мы тратим много времени на изучение оптимальных мест для ветряной электростанции.Мы установим датчики для измерения скорости ветра где-то за три-девять лет до того, как ферма будет спроектирована и построена. Все это делается заранее, чтобы обеспечить максимально возможную подачу воздуха на машины».

 

Лопасти изогнуты, как крыло самолета

Огромные лопасти ротора на передней части ветряной турбины имеют изогнутую форму, похожую на крыло самолета. Когда воздух проходит через крыло самолета, он движется быстрее через верхнюю часть, чем через нижнюю. Это приводит к более низкому давлению на верхнюю часть крыла, чем на нижнюю, что создает подъемную силу на крыле.Точно так же, когда ветер проходит через лопасти ротора турбины, разница давлений с обеих сторон лопастей заставляет их вращаться. Это движение вращает вал, который находится внутри гондолы — конструкции, расположенной на вершине башни ветряной турбины и немного похожей на кабину самолета.

Гондола также содержит коробку передач, второй «выходной» вал и генератор. Коробка передач увеличивает скорость второго вала, который вращает генератор, преобразуя механическую энергию в электрический ток.Этот процесс основан на законе индукции, открытом английским ученым Майклом Фарадеем в 1831 году, и происходит при перемещении электрического проводника, такого как катушка провода, в магнитном поле.

 

«Электромагнитная индукция — это взаимодействие между магнетизмом и электричеством», — говорит инженер-электрик BP Wind Негель Эрнесто Мартин. «Если вы перемещаете постоянный магнит относительно проводника — или наоборот — вы создаете то, что называется электродвижущей силой. Это заставляет ток течь, производя электрическую энергию.»

 

От турбины до подстанции

Электроэнергия, создаваемая в гондоле, проходит по кабелям от генератора к нижней части башни, а затем через трансформатор к ближайшей электроподстанции. Все башни ветряных турбин ветряной электростанции передают свою мощность на подстанцию, откуда она затем передается в электрическую сеть района.

 

Мартин говорит, что для достижения наиболее эффективного использования ветра и турбин в ветровых электростанциях используется ряд других технологий.«Все наши турбины имеют высоту от 80 до 100 метров, а диаметр ротора больше, чем размах крыла Airbus A380 (80 метров), так что это действительно большие машины», — говорит он.

Башни строятся такой высоты, потому что выше над землей дует больше ветра, и чем длиннее лопасти ротора, тем больше ветра они могут захватить и тем больше энергии они могут создать.

 

Лопасти лучше всего работают, когда они обращены к ветру, и для того, чтобы они оставались повернутыми против ветра, каждая гондола оснащена как минимум одним анемометром – устройством, которое определяет направление и скорость ветра, а затем применяет передаточную функцию, математическую представление, которое связывает реакцию системы на ее вход.Этот процесс активирует двигатель, который поворачивает гондолу по направлению ветра.

 

«Он также регулирует шаг лопастей, чтобы захватывать как можно больше ветра, и остается таким до тех пор, пока турбина не достигнет своей номинальной мощности [максимальная мощность турбины для производства электроэнергии], — говорит Мартин, — как только она достигнет номинальной скорости, устройство остается близкой к этой скорости».

 

Когда скорость ветра достигает 56–67 миль в час (90–107 километров в час) — в зависимости от типа турбины — контроллеры гондолы изменяют шаг лопастей таким образом, чтобы прямолинейная кромка была обращена к ветру. Этот процесс называется оперение.Это предотвращает попадание ветра и вращение лопастей, и это тот же процесс, который используется в пропеллерах самолетов при выключенном двигателе.

 

И, хотя сильный ветер обычно желателен, слишком сильный ветер также может создавать проблемы. «Мы не хотим, чтобы скорость вращения была слишком высокой, — говорит Мартин. «Это потому, что слишком сильный ветер может повредить турбину. Так что, когда он достигнет максимальной скорости, турбина отключится».

Чудесные эксперименты с ветром для детей

В продолжение моих научных экспериментов на тему погоды , у меня есть коллекция научных экспериментов по ветру, которыми я хочу поделиться сегодня!

Узнайте о возобновляемых и невозобновляемых источниках энергии.Сделай анемометр для измерения скорости ветра, флюгер для определения направления ветра, вертушку, бурю в банке и многое другое!

Что такое ветер?

Ветер — это естественное движение воздуха по поверхности Земли, вызванное энергией солнца. Он может варьироваться от легкого бриза до опасного урагана или торнадо.

Ветер образуется, когда воздух перемещается между областями с разным атмосферным давлением. Чем больше разница в атмосферном давлении, тем сильнее ветер!

Что вызывает разное давление воздуха? Температура является самым большим фактором.Холодный (плотный) воздух дает области высокого давления, а теплый (менее плотный) воздух — области низкого давления. Теплый воздух поднимается вверх, а вместо него движется холодный воздух, создавая ветер!

Ветер как возобновляемая энергия

Ветер является одним из примеров возобновляемых источников энергии. Возобновляемые источники энергии можно использовать снова и снова. Иногда их называют чистыми источниками энергии.

Как работают ветряные турбины?

Кинетическая энергия ветра передается лопастям, которые вращаются, приводя в действие генератор для производства электроэнергии.

Ветряная электростанция

Энергия ветра

Преимущества ветроэнергетики

Ветер является возобновляемым, что означает, что он не иссякает, он бесплатен (несмотря на то, что турбины требуют затрат) и не производятся загрязняющие вещества.

Недостатки ветроэнергетики

Турбины могут быть некрасивыми и шумными.

Ветряные электростанции зависят от ветра, если ветра нет, турбины не вращаются и электричество не производится.

Первоначальная стоимость строительства ветряных электростанций высока.

Необходимо много турбин, чтобы производить столько энергии, сколько невозобновляемая электростанция.

Эксперименты с ветром для детей

Сделать флюгер

Узнай, в каком направлении дует ветер, с помощью , сделав свой собственный флюгер !

Самодельный флюгер

Сделать колокольчик

Несколько лет назад мы получили огромное удовольствие, делая из переработанных материалов колокольчик ветра для The Clangers.

Дизайн ветроуказателя

Ветроуказатели используются для определения направления ветра.

Конус ветряной мельницы на пирсе в морском порту в штормовую ветреную погоду

У Happy Hooligans есть блестящий ветроуказатель , сделанный из банки Pringles!

Торнадо в банке

Узнайте , как формируются торнадо и какой ущерб они могут нанести торнадо в банке!

Больше экспериментов с ветром для детей

Это упражнение на ветру с использованием небольшого вентилятора отлично подходит из набора Preschool Toolkit .

Узнайте, как быстро дует ветер, с помощью самодельного анемометра из набора «Есть всего одна мамочка» .

Спроектируйте и постройте ветряной автомобиль. Его можно сделать с помощью такой же базы, как мой автомобиль с воздушным шаром , но с парусом вместо воздушного шара.

Ветер есть не только на Земле, на Нептуне одни из самых сильных ветров в Солнечной системе, скорость которых достигает 1500 миль в час!!

В This IS Rocket Science мы сделали ветровой носок, чтобы узнать о ветреном Нептуне!

Факты о ветре для детей

Воздух состоит из множества различных газов.Воздух на Земле состоит в основном из азота и кислорода!

Ветер возникает из-за разницы в давлении. Сильные ветры образуются, когда воздух перемещается между двумя районами с большой разницей в давлении.

Влияние увеличения скорости ветра измеряется по шкале Бофорта !

Торнадо имеют самую высокую скорость на уровне земли, достигая скорости до 300 миль в час!

Скорость ветра измеряется в узлах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.