Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кеткішсіз иондық жел генераторы немесе қуат қоршауы – электр өрісі арқылы зарядталған бөлшектерді жылжыту үшін желді пайдаланып электр энергиясын өндіретін құрылғы. Иондық жел генераторлары коммерциялық түрде қолжетімді емес, бірақ жұмыс істейтін прототиптері мен концепциялық дәлелдемелері жасалған. Нидерландыда бірнеше прототип бар, олардың бірі Дельфт технологиялық университетінде орналасқан, оның зерттеушілері осы технологияның негізгі бөлігін әзірледі. Иондық жел генераторлары қазіргі уақытта тәжірибелік сатыда, ал дәстүрлі жел турбиналары жел энергиясын өндірудің ең көп таралған түрі болып табылады. Бірақ, қозғалмалы бөліктері жоқ иондық жел генераторларын жел турбиналарының вибрациялық шу, жылжымалы көлеңкелер мен құстарға қауіп төндіруі салдарынан қолдану қиын болған қалалық аймақтарда пайдалануға болады. Олардың жұмыс принципі толықтай бірдей болмаса да, Лорд Кельвиннің «Жұма дауыл» атты тәжірибесі судың қасиеттерін және қазіргі заманғы иондық жел генераторларының негізінде жатқан электростатика принциптерін көрсетеді.
A vaneless ion wind generator or power fence is a device that generates electrical energy by using the wind to move charged particles across an electric field. Ion wind generators are not commercially available, though working prototypes and proofs of concept have been created. Several prototypes exist in the Netherlands, one of which resides in Delft University of Technology, whose researchers developed some of the underlying technology. Ion wind generators are currently experimental, while conventional wind turbines are the most common form of wind energy generation. But ion wind generators, which have no moving parts, could be used in urban settings where wind turbines are impractical due to vibrational noise, moving shadows, and danger posed to birds. Though they are not identical in operation, Lord Kelvin's Thunderstorm demonstrates the behavior of water and concepts of electrostatics that underpin modern ion wind generators.
Теориялық жұмыс
Иондық жел генераторлары электр өрісінің күшіне қарсы зарядталған бөлшектерді, әдетте суды, жылжыту үшін желдің күшін пайдаланады. Бұл бөлшектердің потенциалдық энергиясын арттырады, бұл ауырлық күшіне қарсы массаны жоғары көтерумен салыстыруға болады. Энергияны жинау әдісі нақты жүзеге асыру тәсіліне байланысты өзгереді. Иондық жел генераторларының конструкциясы жел турбиналарындағы механикалық энергияның аралық түрленуін жоққа шығарады. Жел турбиналары желдің кинетикалық энергиясын ротордың айналасында бірнеше қанаттарды айналдыру үшін қолданады. Ротордың механикалық энергиясы электр генераторы арқылы электр энергиясына түрлендіріледі. Энергияның түрлі түрлері арасындағы түрлендіру белгілі бір энергия жоғалуын тудырады, ол қоршаған ортаға немесе пайдасыз нысанда болады, ал түрлендірулердің саны азайған сайын теориялық тиімділік артады.
Ion wind generators use the force of the wind to move charged particles, typically water, against the force of an electric field. This increases the potential energy of the particles, which can be likened to moving a mass upwards against the force of gravity. The method of collecting the energy varies by implementation. The design of ion wind generators eliminates the intermediate conversion of mechanical energy undergone in wind turbines. Wind turbines use the kinetic energy of the wind to rotate several blades about a rotor. The rotor's mechanical energy is converted into electrical energy by an electric generator. Conversion between different forms of energy necessitates some energy loss, either to the environment or in a useless form, and fewer conversions improve theoretical output.
Қарапайымдастырылған талдау моделі
Дельфт технология университетінің зерттеушілері су тамшыларының ауадағы қозғалысын модельдеу үшін теңдеу жасады, жүйені математикалық тұрғыдан жақсарту және компьютерлік симуляциялар жүргізу мақсатында. Модель үшін қарапайым электрод конфигурациясы және біркелкі электр өрісі қарастырылады, онда бөлшектерге әсер ететін электр күші жел күшіне тікелей қарсы бағытталған болады. [[Файл:Vaneless иондық жел генераторы тамшыларын кері қайтарады. Png|thumb|Желдің және біркелкі электр өрісінің әсеріне түскен екі тамшы, олардың тең зарядтары бір-бірін итермелейді.
Researchers from Delft University of Technology devised an equation to model the behavior of the water droplets as they move through the air in order to optimize the system mathematically and run computer simulations. For the purposes of the model, a simple electrode configuration and uniform electric field is assumed, wherein the electric force exerted on the particles will be directly opposite that of the wind. [[File:Vaneless ion wind generator droplets repelling. png|thumb|Two droplets acted upon by wind and a uniform electric field, whose equal charges repel one other
Жел турбиналарымен салыстыру
Иондық жел генераторлары мен жел турбиналарының бірқатар артықшылықтары мен кемшіліктері ортақ. Екеуі де жел жағдайларына байланысты және қолайсыз ауа райы болғанда электр энергиясын өндіре алмайды. Бұл мәселені белгілі бір деңгейде шешу үшін құрылғыларды жел жылдамдығы тұрақты аймақтарға орналастыруға болады.
Ion wind generators and wind turbines share some of the same advantages and disadvantages. Both are subject to the conditions of the wind, and are unable to generate electricity if the weather conditions are not favorable. This can be mitigated to some degree with strategic placement of the devices in areas with more consistent wind speed.
Артықшылықтар
Ионды жел генераторлары әдетте жел турбиналарынан әлдеқайда кішідірек болады. Көптеген жел турбиналарының биіктігі 400 футтан (122 метрден) аспайды. Олардың үлкендігі мен күрделілігі жоғары техникалық қызмет көрсетуге кететін шығындарға алып келеді, бұл шығындар пайдалану шығындарымен бірге жалпы киловатт-сағатқа жұмсалатын шығынның төрттен бірін құрауы мүмкін. Жел турбиналары сонымен қатар шу шығарады, ол жақын жерде тұратын адамдарға ыңғайсыздық тудыруы мүмкін. Бұл шу жел турбинасының қанаттарының аэродинамикалық қасиеттерінен туындайды, бірақ ионды жел генераторларында мұндай екі қасиет те жоқ. Тұныш жұмыс істеуі зерттеушілерді осы технологияны қалалық аймақтарда қолдануды қарастыруға итермеледі. Ионды жел генераторларының қанаттарының болмауы жел энергиясын экологиялық тазарақ етеді, себебі қазіргі "жел электр станциялары құстардың өліміне қауіп тудырады". Жел турбиналарының максималды жұмыс жылдамдығы конструкциясына қарай өзгереді. Жел турбиналары зақымданудың алдын алу үшін "шегінен шығу" жылдамдығына жеткенде тоқтатылады. Сондықтан турбиналар өнімділік шегінен асып түсетін жоғары жылдамдықтағы желде энергия өндіре алмайды, ал ионды жел генераторлары теориялық тұрғыдан үздіксіз жұмыс істей алады.
Ion wind generators are typically much smaller than wind turbines. Many wind turbine models exceed 400 feet (122 m) in height. Their size and complexity lead to high maintenance costs, which, when combined with the cost of operation, may account for a quarter of the total cost per kilowatt hour. Wind turbines also produce noise which may disturb residents in the vicinity. The aerodynamic properties of wind turbine blades produce the noise, yet both features are not present in ion wind generators. Quieter operation has led researchers to consider using the technology in urban environments. The bladeless design of ion wind generators could make wind power more environmentally friendly, as current "wind power plants represent a risk of bird mortality." Wind turbines have maximum speeds of operation which vary by design. Wind turbines shut down when "cut out" speeds are exceeded to prevent damage. Therefore turbines are unable to generate energy in high speed winds which fall beyond the window of performance, while ion wind generators can theoretically continue to operate.
Кемшіліктер
Технология әлі де бастапқы сатысында, ал иондық жел генераторлары дәстүрлі жел турбиналарына қарағанда тиімді емес. 2005 жылы жүргізілген сынақтар барысында EWICON жел турбинасының қуатын жете алмады. Зерттеушілер жел энергиясының 7% электр энергиясына айналатынын көрсетті, ал дәстүрлі жел турбиналары жүйелерінің тиімділігі номиналдық жылдамдықта 45% құрайды. EWICON-ның тиімділігін 25-30% дейін арттыруға болатын жақсартулар ұсынылуда. Қазіргі деңгейдегі даму тиімділік тұрғысынан жел турбиналарынан асып түспесе де, бұл технология жел турбинасы орнату қиын болған қалалық аймақтардағы энергия қорына үлес қосуы мүмкін.
The technology is still in its nascence, and ion wind generators are not as efficient as conventional wind turbines. During tests conducted in 2005, the EWICON was unable to match wind turbine output. Researchers were able to demonstrate "a conversion of 7% of the wind energy into electrical energy, whereas conventional wind turbine systems have an efficiency of 45% at their rated speeds. Improvements are suggested that could lead to an efficiency of the EWICON in the range of 25–30%." While the current level of development does not surpass wind turbines in efficiency, the technology could contribute to the energy mix in urban environments where a wind turbine may be impractical.