Ветроэнергетика - энергия ветра на службе у людей

Ветер является одним из возобновляемых источников энергии, и его использование возможно практически в любом месте. Ветряные электростанции и парки производят чистую энергию без выбросов и отходов и позволяют производить ее как в крупных централизованных, так и в небольших децентрализованных системах.

Происхождение энергии ветра следует искать в неравномерном нагреве земной поверхности падающими солнечными лучами. Слои воздуха, нагретые более теплой поверхностью, поднимаются на основании меньшего удельного веса, а на их место перемещаются массы более холодного воздуха из мест с более прохладной поверхностью. Создаются повышенное и пониженное давление, и, уравнивая перепады давления, воздушные массы обтекают земную поверхность.

Важной характеристикой ветра является его скорость. Для его обнаружения используются устройства, называемые анемометрами.

Использование энергии ветра восходит к древним временам. 3700 лет назад в Месопотамии для питания ирригационного оборудования использовали энергию ветра. Еще одно классическое использование энергии ветра — мельницы для помола зерна.

Ветряные мельницы с вертикальной осью строились в Китае и Персии, позже в Европе преобладали конструкции с горизонтальной осью и вращением мельницы против ветра. 

Американский изобретатель и пионер электрического освещения Чарльз Фрэнсис Браш (1849–1929) внес свой вклад в разработку ветряных турбин.

В 1888 году он построил первую в мире автоматически работающую ветряную турбину, работающую от динамо-машины мощностью 12 кВт. Турбина с динамо-машиной была высотой 18,3 м при диаметре 17 метров и использовалась для зарядки 12 аккумуляторов в его большом жилом доме.

Подробно про устройство современных ветроэлектростанций смотрите здесь: Ветроэнергетические установки и станции - история, классификация, виды, особенности

Выбор места для строительства ветроэлектростанции

Наиболее важным фактором, влияющим на выбор подходящего места для строительства ветряной электростанции или ветропарка, является оценка местных погодных условий. 

Помимо преобладающего направления ветра, необходимо точно определить его скорость. Он может быть основан на общих метеорологических данных или на подробных статистических измерениях в данном месте. 

Поскольку мощность турбины пропорциональна третьей степени скорости ветра, к точности измерения предъявляются более высокие требования.

Для более крупных проектов измерение регистрационными анемометрами должно длиться не менее полугода. Затем на основе созданной карты ветров специалисты определят количество и мощность отдельных ветряков в парке. 

При выборе места для строительства ветропарка необходимо учитывать и ряд других параметров.

Прочность грунта определяет тип надежного крепления мачты. Транспортная доступность важна не только для собственно строительства ветропарков с использованием тяжелых кранов, но и для их обслуживания до окончания срока эксплуатации. 

Необходимо также учитывать доступность и пропускную способность системы передачи энергии, чтобы затраты на подключение электростанций были как можно ниже.

Определенные ограничения также могут быть вызваны рельефом местности на строительной площадке, наличием жилых помещений или местными ограничениями, например, расстоянием или высотой зданий.

Воздействие ветряной электростанции на окружающую среду

Ветряная электростанция производит чистую электроэнергию без твердых или газообразных выбросов, отходов и отработанного тепла. С другой стороны, он также имеет свои недостатки и негативные последствия.

Среди основных недостатков — нестабильность ветрового потока и относительно небольшая концентрация энергии — для получения большей производительности необходимо строить обширные ветропарки.

Воздействие ветропарков на население проявляется в основном в повышенном уровне шума и стробоскопическом явлении. Шум в основном вызван машинным отделением силовой установки и обтеканием лопастей воздушного винта.

Современные звукоизоляционные конструкции совместно с программами управления силовыми установками снижают уровень шума до безопасного уровня, не превышающего разрешенные нормы.

Стробоскопическое явление возникает из-за вращения пропеллера в солнечную погоду, когда солнце находится низко над горизонтом. При этом в близлежащих населенных пунктах создается неприятный эффект движущихся теней. В этом случае необходимо отключить электростанцию ​​на необходимое время.

Воздействие ветряных электростанций на птиц разнообразно. Одни виды их избегают, другие принимают как часть среды, в которой живут. Основное условие – электростанции не должны строиться в местах большей концентрации птиц или в коридорах их перелета.

Исследования экологов на ветряных электростанциях также показали, что электростанции не влияют на нарушение дикой природы.

Зеленая энергетика (самые свежие новости по теме): Новости возобновляемой и альтернативной энергетики

Что такое автоматизация в простом и доступном изложении

 

Слова «автоматика», «автоматизация» и т. п. происходят от греческого слова «автоматос», что означает самодвижущийся. В настоящее время эти слова имеют другой смысл. Мы называем установку автоматической в том случае, если она выполняет свои функции без непосредственного участия человека.

Наука, изучающая общие принципы и методы построения таких установок и систем, т. е. установок и систем, работающих без непосредственного участия человека, называется автоматикой. Внедрение в производственный процесс автоматических установок называется автоматизацией.

Для успешного протекания любого технологического процесса нужно, чтобы величины, характеризующие этот процесс, имели определенные значения. Эти величины называются параметрами. Принудительное поддержание параметров в определенных пределах или изменение их по каким-либо законам называется регулированием.

Если регулирование осуществляется без непосредственного участия человека, оно называется автоматическим. Установка, в которой производится измерение или регулирование параметров, называется объектом. Для осуществления автоматического регулирования к объекту подключается комплекс устройств, совокупность которых называется регулятором.

Объект и регулятор образуют систему автоматического регулирования. Автоматические устройства условно разделяются на виды:

1. Автоматический контроль и учет, когда результаты измерения получаются без непосредственного участия человека.

2. Дистанционное управление, при котором с пульта осуществляется пуск, остановка, изменение режимов и т. п.

3. Автоматическая защита, когда установка без участия человека отключается от электросети при возникновении ненормальных режимов или совершаются другие действия, например открытие предохранительного клапана, устраняющие опасность.

4. Автоматическая блокировка, когда работа нескольких установок связывается определенными зависимостями, обеспечивающими требуемую последовательность включения, надежность и безопасность работы.

5. Автоматическое регулирование, когда без участия человека производятся все действия, необходимые для того, чтобы параметр находился в заданных пределах или изменялся по определенному закону.

Степень внедрения в производство автоматических установок определяет уровень автоматизации. Различают частичную автоматизацию, комплексную автоматизацию и полную автоматизацию.

При частичной автоматизации на предприятии работают отдельные, не связанные между собой автоматизированные установки.

При комплексной автоматизации все операции по обработке материалов, включая их транспортировку, осуществляются системой автоматических машин и технологических агрегатов по заранее заданным программам. За человеком остается согласование работы между отдельными участками производства, выбор наиболее рациональных режимов работы, установка задатчиков регуляторов и т. п., т. е. то, что объединяется понятием «оперативное управление».

Комплексная автоматизация является ступенью для перехода к полной автоматизации, которая достигается путем автоматизации оперативного управления и завершается созданием цехов и заводов-автоматов.

Если технической базой частичной автоматизации являются датчики и регуляторы, а теоретической основой — теория автоматического регулирования, то при полной автоматизации технической базой, помимо датчиков и регуляторов, являются электронные вычислительные машины, а теоретической основой — теория автоматического управления. 

Возможности современной техники настолько богаты, что позволяют автоматизировать любую отрасль производства. Однако уровень автоматизации определяется, в первую очередь, экономикой и поэтому различные отрасли промышленности в разной степени автоматизированы.

Подробно эта тема в простом и доступном изложении рассмотрена на сайте "Школа для электрика":

Автоматизация производственных процессов

Тренды, актуальные вопросы

Основы робототехники

Samsung обнаружила новый материал, который может произвести революцию в производстве микросхем

Ученые из передового технологического института Samsung открыли новый материал, названный аморфным нитридом бора, который может произвести революцию в полупроводниковой промышленности. Это должно быть ключом к преодолению проблем масштабируемости, которые благодаря своим специфическим свойствам могут использоваться в широком спектре продуктов.

Аморфный нитрид бора (a-BN), обнаруженный передовым технологическим институтом Samsung (SAIT), состоит из атомов бора и азота с аморфной молекулярной структурой. Это производное белого графена, которое также содержит оба элемента, но имеет гексагональную структуру. Таким образом, эти два материала явно отличаются друг от друга.

Аморфный нитрид бора имеет лучшую в своем классе диэлектрическую проницаемость 1,78 К с высокими электрическими и механическими свойствами. Благодаря им, a-BN можно использовать в качестве изоляционного материала между соединениями, чтобы минимизировать электрические помехи. 

Очень важным является также то, что материал может быть использован в производстве кремниевых пластин в массовом масштабе при относительно низкой температуре всего лишь 400 ° С.

Это, в свою очередь, гарантирует, что аморфный нитрид бора можно легко использовать в популярных полупроводниках, таких как память DRAM и NAND. Samsung также ожидает, что разработанные ею материалы будут включены в память следующего поколения, предназначенную для серверов.

Представители SAIT утверждают, что в последнее время возрос интерес к новым материалам и их производным, которые смогут решить многие задачи, связанные с применяемыми в настоящее время технологическими процессами. 

Ученые хотят оправдать ожидания и будут продолжать разрабатывать современные 2D-материалы.

Смотрите также: Электронные приборы и устройства, зарождение и развитие электроники

Как работают промышленные датчики температуры?

Принцип работы датчиков температуры довольно прост. Величина, измеренная устройством (в данном случае значение температуры, выраженное в соответствующих единицах), преобразуется в аналоговый электрический сигнал или цифровой сигнал, пригодный для передачи.

Измерение и обработка сигналов происходит непосредственно в датчике или в соответствующем измерительном преобразователе. Методы, используемые в технике измерения, различны - одни датчики реагируют на измеряемую физическую величину напрямую, другие генерируют измеренный сигнал только после его возмущения (например, после отражения от объекта).

Конечно, последний метод в основном используется для измерения расстояния или объема. Для измерения температуры обычно используются датчики температуры, которые реагируют на значения измеряемой величины.

Как устроена базовая измерительная система с датчиком?

Базовая измерительная система для измерения неэлектрических величин, таких как температура, обычно состоит из трех основных элементов: датчик конвертер приемник (счетчик, контроллер, регулятор).

Датчик преобразует измеренную неэлектрическую величину в электрический сигнал, а затем преобразователь преобразует этот сигнал в передаваемый нормализованный сигнал. Измеритель показывает (аналоговым или цифровым способом) значение измеряемой величины, преобразованное в нормализованный передаваемый сигнал. Стандартизация выходного сигнала позволяет использовать одно и то же устройство для измерения различных физических величин, конечно, после его предварительного масштабирования.

Типы датчиков, имеющихся в продаже

Среди имеющихся на рынке датчиков можно выделить следующие: пассивные и активные.

Пассивные датчики работают таким образом, что генерируемая ими выходная величина является только изменением электрического параметра (например, емкости или сопротивления). С другой стороны, активные датчики генерируют выходной ток или напряжение в результате реакции на входной параметр.

Независимо от того, классифицируется ли датчик как активный или пассивный, важно, чтобы он не влиял на измеряемую величину, чтобы на измерение не повлияла ошибка, связанная с самим фактом измерения. Конечно, настоящие измерители всегда показывают погрешность измерения, но дело в том, чтобы сделать ее как можно меньше.

Такой эффект достигается, когда выходная мощность измерительной системы мала, что может быть достигнуто путем использования достаточно чувствительных измерительных систем (например, мостовых или с электронным усилением измерительного сигнала). Тогда побочные эффекты измерения (например, в виде нагрева места измерения) минимальны.

Для измерения температуры используются как параметрические (пассивные), так и генераторные (активные) датчики. 

В первую группу входят датчики сопротивления. В таких терморезисторах используется влияние измеряемой величины на сопротивление измерительного элемента. В продаже имеются платиновые, никелевые, а иногда и медные терморезисторы.

В активных датчиках, то есть термопарах, формирование электродвижущей силы (ЭДС) в термопаре используется для выполнения измерения из-за разницы температур на ее концах.

Подробно про различные датчики температуры смотрите здесь:

Достоинства и недостатки различных датчиков температуры

Подключение датчиков температуры

Термометры сопротивления - принцип действия, виды и конструкции, особенности использования

Реле на практике, что это такое и для чего?

Электромагнитные реле - это основной тип реле. Оно содержит управляющую катушку (электромагнит) и контакты, с помощью которых осуществляется управление нагрузкой. Когда ток проходит через катушку, создается магнитный поток, якорь затягивается, а выходные контакты замыкаются или размыкаются.

Реле часто содержит несколько замыкающих и размыкающих контактов, а также могут иметь переключающие контакты. Важными характеристиками каждого из этих устройств являются, прежде всего, количество нормально-замкнутых и нормально-разомкнутых контактов, а также максимально возможные коммутируемые напряжение и ток.

Основные функции реле: размножение контактов, усиление сигналов и обеспечение гальванической развязки в электрических цепях.

Электромагнитные реле применяются только в цепях управления. Их нельзя использовать для управления управления электродвигателями, прожекторами, нагревателями. Для этих целей применяют магнитные пускатели и контакторы.

Реле известны с 19 века. Первоначально реле обычно служило механическим усилителем на телеграфных линиях. И хотя полупроводниковые схемы уже сегодня во многих случаях берут на себя их функции, мы все еще можем их встретить во многих случаях. Это очень важный функциональный элемент для автоматизированных систем и систем управления. В недавнем прошлом вся логика работы схем автоматического управления была построена на использовании реле.

Кроме обычных реле в автоматике часто встречаются герконовые реле, которые  используются, например, в коммуникационных технологиях или в качестве датчиков (например, открывателей дверей, окон).

Подробнее про различные виды реле смотрите здесь:

Электромагнитные реле управления, как работает реле, устройство, виды и характеристики

Герконы и герконовые реле: устройство, устройство, виды, достоинства и недостатки