ГБОУ «Школа-1440»
Бизнес-центр «Ветер»
Автор: Толмачев Эдуард, 6-В
Москва
2017
Содержание
Введение…………………………………………………….3 стр.
Основная часть……………………………………………...4 стр.
Технологии строительства………………………………….6 стр.
Заключение ………………………………………………….9 стр.
Чертеж………………………………………………………..10стр
Список использованной литературы ………………………11стр
Введение
Актуальность и практическая значимость.
В моей работе поставлена задача модернизации ветряной энергетики за счет объединения с особенностями высотной застройки города, а именно - со строительством небоскребов. Строительство небоскребов можно использовать для ловли ветров, с помощью которых возможно значительно увеличить КПД ветряных турбин, и в отличие от классической ветряной энергетики проект будет окупать себя сразу после окончания строительства за счет продажи площадей в здании.
Объектом моего исследования является модернизация ветряной энергетики за счет объединения ее со строительной отраслью.
Предметом исследования является разработка технологии по внедрению ветрогенераторов в небоскребы.
Цель работы: разработать систему небоскребов с ветрогенераторами для выработки электрической энергии.
Задачи
- устранить недостатки ветроэнергетики
- разработать ветрогенератор рассчитанный для максимальной выработки электроэнергии из воздушного потока с большой энергией
- установить возможность постройки небоскребов с ветрогенераторами
- рассчитать экономическую целесообразность постройки небоскребов с ветрогенераторами
Гипотеза: возможность безопасной выработки энергии из сильных воздушных потоков, расположенных более 100 метров над землей.
Основная часть
Недостаток классических ветрогенераторов заключается в занимании большого количества площади для их установки и зависимость от постоянного ветра. То есть их приходится ставить в местах с постоянным потоком ветра. Но для сильного ветра, благодаря которому вырабатывается больше энергии, они не предназначены и даже случайные его порывы приводят к авариям. А для безопасной расстановки и выработки достаточного количества электрической энергии требуется большие площади земли, что приводит к удорожанию подобного вида энергетики и сокращению возможных мест постройки.
Моя модификация представляет совмещение ветротурбин со строительством небоскребов. Эта идея осуществима благодаря использованию высотных воздушных потоков, которые на высоте намного сильнее и более постоянны чем у земли. Уже сейчас возникает проблема, что по небоскребам воздушные потоки спускаются вниз и расстилаются по земле. Из-за чего у подножья небоскреба и на некотором расстоянии от него дует ветер, вне зависимости от наличия ветра на земле.
Подобная идея уже возникала у разработчиков, но они представляли проект установки маломощного ветрогенератора на крышах многоэтажных дома.
Моя же идея подразумевает строительство много-мегаватной электростанции для снабжения электричеством самого небоскреба и инфраструктуры вокруг него. Концепция строится на принципе захвата воздушного потока с высоты и направления его на турбину ветрогенератора.
Сама турбина должно отличаться по строению, чтобы выдержать подобный напор воздуха. Вместо привычных длинных трех лопастей она должна напоминать, скорее паровую турбину для извлечение максимального количества энергии, а не только сбора энергии необходимой для вращения.
И сам небоскреб должен отличатся по строению - в центре у него должно быть усилено крепление, а вместо одного из этажей сконструирована труба для спуска воздуха.
Технологии строительства
1 – Сбор воздушных потоков.
Для того что бы эффективно и безопасно собирать ветер на вершине небоскреба, там должна быть установлена конструкция напоминающая шляпку гриба (см. чертеж ). После того как воздушный поток пойман «шляпкой», он по ножке «шляпки» спускается в основную трубу, установленную в центре небоскреба. В случае изменения конструкции сбор ветра представляет опасность и не будет совпадать с правилами безопасности при строительстве высотных домов.
2 – Преобразование в электрическую энергию.
Для использование воздушного потока, имеющего большое давление и находящегося в замкнутом пространстве необходимо чтобы ветрогенератор был похож на паровую турбину. В нашем случае вентилятор состоит из коротких металлических лент, находящиеся близко друг к друга. При этом для максимальной выработки энергии должно быть 2 вентиляторных лопасти.
3 – Отвод вибрации с энергоблока.
Поскольку во время работы энергоблока возникает вибрация, которая разрушает фундамент здания, мне пришлось поместить энергоблоки на металлические дуги, которые закрепляются снаружи. В случае нарушения этого условия, фундамент здания будет разрушаться, что может привести к обрушению здания.
4 – отвод воздуха.
После прохождения через энергоблок воздух попадает в следующую трубку, которая проводит его на поверхность, но для его выхода без вреда для здания, о которой я рассказывал выше, необходимо чтобы там стояли бетонные колонны, которые будут поглощать оставшуюся кинетическую энергию.
5 – энергоэффективность и стоимость.
При скорости 10 м/с энергия ветра, без учета потерь, на кв. м составляет 600 ват. Потери создаются при перемещении воздуха и преобразовании его в электрическую энергию. Таким образом, на мощность влияет первоначальная сила ветра и сила ветра которая была потеряна в результате транспортировки. Далее, мы можем представить, что мощность энергоблока диаметром 1 метр при изначальном ветре 10 м/с будет равняться 400 ват. Количество получаемой энергии зависит от изначальной силы ветра, которая представлена в этой таблице.
Например, при высоте здания в 80 метров скорость ветра будет 34 м/с, что достаточно для выработке энергоблоком 1 квт.
Общая мощность зависит от количества энергоблоков, высоты башни и размеров «шляпки».
Строительство подобной электростанции окупается уже после окончание строительства за счет продажи самой недвижимости, а сама электростанция будет работать уже не на самоокупание, а приносить доход сразу сверх стоимости строительства.
4. Заключение
Мне удалось совместить ветроэнергетику и небоскребы.
Этот проект подразумевает строительство небоскребов высотой более 400 м, где мощность одного энергоблока будет равна более 10 квт. Таким образом, при наличии 100 энергоблоков мы сможем вырабатывать энергию в 1 мегаватт, что достаточно для оснащения электричеством небоскреб и соседней инфраструктуры, но можно увеличивать количество энергоблоков и скорость ветра.
Мне удалось разработать ветротурбину нужных характеристик и подтвердить возможность постройки подобных электростанций. Избежать всех рисков, связанных с таким проектом, в том числе и от проблемы разрушения фундамента от вибрации испускаемых энергоблока.
Я вижу в подобном проекте перспективу на развитие в век зеленых технологий.
Чертеж
Список использованной литературы
https://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0 http://nauka. relis. ru/06/0403/06403006.htm https://sciencepop. ru/vetroenergetika/ http://www. ekopower. ru/chto-nuzhno-znat-o-vetroenergetike/ http://www. /netradicionnaya_energetika_vetroenergetika. php https://dic. academic. ru/dic. nsf/ruwiki/49234 http://electricalschool. info/energy/1554-razvitie-vetrojenergetiki-v-mire. html http://stainabledevelopment. ru/upload/File/Books_2011/Veter_2011.pdf http://www. energystrategy. ru/editions/docs/WB_2050_1-100.pdf http://nature-time. ru/2014/09/kak-rabotaet-vetrogenerator/ http:///a/307466/energeticheskiy-kompleks-rf http://portal-energo. ru/articles/details/id/292
