Как сделать ветряную мельницу из дерева своими руками: Ветряная мельница для дачи своими руками (чертежи и схемы)

пошаговая инструкция, чертежи, материалы и инструменты

Городские квартиры с фиксированной площадью редко когда стимулируют жителей на изысканные украшения. Строгий набор мебели и бытовых приборов для самых необходимых нужд – вот обычный интерьер россиян. Особенности вкуса, специфика характера и уровень доходов, как правило, выражаются в более мелких деталях обстановки – картины, растения, безделушки и прочие мелочи.

Единственное массовое исключение – новогодняя елка на месяц-полтора с последующей утилизацией высохшего деревца. Ничего другого скромные размеры помещений не позволяют.

Сельский участок

Иное положение складывается в сельской местности. Сельский приусадебный участок представляет собой другую картину по совокупной площади. Даже советские «дачки» (6 соток) представляют достаточный размер для фантазии хозяев, а уж участки постсоветского времени, формируемые без особого контроля государства, могли быть существенной величины.

Оставалось обратить внимание только на владельцев участков. А, учитывая, что Россия наполнена самородками и искусными мастерами, нетрудно понять, какой серьезный интерес представляют для подобных людей сюжеты отдельных своеобразных поделок и сооружений. Сейчас есть место, деньги, материалы. Государство равнодушно к различным сооружениям на частном участке, лишь бы они не затрагивали некоторые табу (экология, противопожарная безопасность, этика, права владельцев соседних участков и т. д.). Ветряная мельница из дерева стала одним из таких популярных строений. Почему?

Декоративная мельница

Декоративные мельницы на деревенском ландшафте не несут практической значимости. Такие сооружения представляют собой уменьшенные копии своих прототипов. Их главная роль – символизировать красоту. Для многих современных людей мельница на участке – это весьма стильно. Это — природная гармония, внушаемая ассоциативными естественными образами. И пусть большую современную мельницу в наши дни еще можно применять как некий генератор энергии, в большинстве случаев, все же, она создается, как красивое место на участке – будь то просто украшение у дерева или небольшой домик для подрастающего поколения на игровой детской площадке. Исходя из этого, необходимо приступать к строительству, начиная со строительного материала и инструментов. Но как сделать мельницу своими руками?

Подготовительный этап. Материалы для строительства

Стильное и экологичное украшение – это мельница своими руками для сада. Пошаговая инструкция начинается с поиска материала. Материал можно выбирать на вкус владельца. Он не обязательно должен быть особенно крепким – масштабы строительства этого не требуют. Скорее, речь идет об эстетических интересах. Будет ли здание из натуральных (из обычного дерева и фанеры) или искусственных материалов, из красивого пластика или прочного металла – зависит лишь от решения владельца. Лучше всего остановиться на наиболее популярном варианте – деревянной мельнице. Поэтому надо найти брус для стен, доски для пола и потолка, фанеру, полиэтилен и рубероид для декора и крыши. Для обработки подойдет лак по дереву. Для возможного фундамента нужны кирпичи и камни. На всякие нужды понадобятся цемент, гравий и другие материалы на вкус строителей.

Инструменты

Как сделать мельницу своими руками для сада? Пошаговую инструкцию обязательно нужно остановить на характеристике подходящих инструментов. Для среднего россиянина, хорошего мастерового, но не профессионала, инструменты должны быть достаточно простыми, но добротными. Для подготовки фундамента нужна, как минимум, штыковая лопата, для обработки дерева – топоры, рубанок, дрель, ручная мелкая ножовка по дереву, молоток. Покраска потребует кисти, ведра, шлифовальной машины.

Разумеется, это только примитивный базовый уровень. Если вы разбираетесь в столярном мастерстве, вам будут нужны и другие, более профессиональные инструменты.

Место для строительства

Участок для декоративной мельницы для сада надо обязательно подобрать ровный. Строение не должно перекашивать, чтобы оно выглядело не наподобие избы Бабы Яги. Конечно, и такое сооружение будет колоритным, но уже с несколько негативным подтекстом.

При выборе участка обратите внимание на возвышенность, даже небольшую. Ведь, несмотря на то, что строится декоративная, теоретически не рабочая, деревянная мельница, это вовсе не означает, что лопасти ее не будут вращаться. Поэтому место для строительства необходимо планировать в стороне от остальных домов, кустарников и деревьев.

Выбранную площадь надо очистить от мусора, веток, высокой травы. Нужно исходить из того, что для строительства понадобится несколько очищенных квадратных метров земли, чтобы никакие преграды не мешали создавать здание.

Фундамент здания

Нуждается и в нем (хотя бы декоративном) мельница своими руками для сада. Пошаговая инструкция предлагает два базовых варианта. Первый вариант, более сложный, трудоемкий и дорогой – строительство мощного крепкого фундамента. Вначале надо вырыть котлован, в нем создать кирпичную основу, заполнить земляную яму наполнителем и бетоном. На кирпич обычно сажают брус. Такое здание будет прочным и долговечным.

Однако, если вы строите действительно только лишь декоративную мельницу, то есть, легкое и не обязательно прочное здание, для простоты и быстроты сооружения нижний брус можно просто ставить на землю. Конечно, дерево, подвергаясь всем невзгодам стихий природы, начнет быстро гнить, но несколько лет оно выдержит. А если здание станет вам по-настоящему дорого, основу мельницы можно обработать специальной жидкостью. Можно использовать клей для дерева. Какой лучше выбрать? На чем остановить свой выбор? Подойдет любой клей для дерева, который найдется в хозяйстве.

Каркас

Следующий момент. Поскольку деревянная мельница будет достаточно несложной по конструкции, целесообразно одновременно заложить ее каркас. Для этого надо учесть масштаб изделия, установить наиболее массивный брус. Если среди заготовленного штабеля бревен есть сосна, лучше всего использовать именно ее. Сосна не так боится воды.

Приступаем к монтажу каркаса из надежного деревянного бруса. Собственно, у нас есть два венца: нижний – основа корпуса; и верхний, более легкий и уменьшенных размеров — основа крыши. Идеальное соотношение масштаба нижнего и верхнего венцов 1:1,5, то есть нижний венец в полтора раза выше верхнего. Такие размеры нужны для создания трапеции – классической формы ветряной средневековой мельницы.

Оба каркаса нужно соединять крепкими вертикальными досками, играющими роль стоек. Доски нужно вести под определенным, четко сформированным углом, зависящим от длины стоек. Они будут упираться в нижний каркас. Для укрепления можно использовать гвозди или клей для дерева. Какой лучше? Хорошо подойдут смеси на основе обычного ПВА, например, Titebond II. Но дешевле остановиться на клее «Момент-Столяр».

Другой конец нужно совместить с верхним каркасом. Следует укрепить доски еще и жердями или нетолстым брусом. Таким образом, будет сделан каркас декоративной мельницы.

Деревянная обшивка

Перед обшивкой необходимо свериться с внешним видом мельницы. Чертеж быстро поможет определиться с отверстиями для будущего окна (одно или два) и двери (больших размеров). Сразу же стоит посмотреть, как будут смотреться в натуральную величину кровля и лопасти. На тех участках, где будут создаваться проемы, предусматривается усиление каркаса. Для монтажа лопастей мельницы нужны усиленные доски/жерди или деревянный брус.

Обшивка проводится при помощи более легкой доски (можно взять «тридцатку» или «сороковку) и кусков приготовленной фанеры. Таким способом внутренняя часть строящейся мельницы будет достаточно хорошо загерметизированной, а внешняя обшивка — более красивой. Доски фиксируются гвоздями, а в верхней половине можно применить фанеру. Кроме того участка, где будут крепиться лопасти мельницы.

Внешняя и внутренняя обшивка и декоративная деревянная отделка – важный этап строительства. В ходе нее можно прекрасно вписать новое здание в ландшафт участка.

Крыша

Далее понадобится крыша мельницы своими руками для сада. Пошаговая инструкция определяет ее, как важную часть любого здания. Настолько же важную в практическом отношении, как и фундамент. Именно она защищает всю мельницу от влияния дождя и снега и, в конечном итоге, от разрушения. Важен и декоративный план – от внешнего вида зависит общий вид сооружения. Крыша может завершить общий вид красивого здания, а может уничтожить хороший замысел.

Для декоративной мельницы она может быть двускатной с оригинальными элементами, классической древнерусской или простой ровной с небольшим плавным уклоном. В этом случае с нее будет легче стекать вода. Так как для декоративной мельницы внешний облагороженный вид имеет серьезное значение, необходимо потратить существенно больше времени, но найти вариант, наиболее подходящий для этого здания с учетом его функционала.

Наиболее простым вариантом каркаса для подобного сооружения будет легкая обрешетка, брусковые деревянные лаги, нетолстые длинные рейки, натянутый качественный рубероид, а сверху — лист фанеры. Возможна и другая форма кровли, тянущейся вверх. Как только крыша будет сооружена, перед строителями появится почти готовое деревянное здание, требующее небольших косметических доработок.

Ветряные лопасти мельницы

Собственно говоря, они не входят в состав самого сооружения. Но именно лопасти становятся той существенной частью, которая превращает стандартное здание с непонятными функциями в мельницу. Задумываться над формой и размерами их конструкции не надо. Но, если возникает желание, чтобы у декоративной мельницы были рабочие лопасти, то просто сколотить сооружение из легких досок и повесить на передней стороне здания будет недостаточно. Следует высчитать такие важные особенности, как масштаб и ширину лопастей, их удельный вес и примерный наклон от оси мельницы. От этих рабочих параметров будет зависеть то, как лопасти будут встречаться с ветром и с какой скоростью крутиться. Крутящиеся лопасти придадут мельнице окончательный вид рабочего сооружения и вызовут у гостей много интересных вопросов.

Материалы для лопастей

Поскольку создание лопастей имеет много нюансов, причем любая неудача приведет к срыву общего замысла, следует отдельно остановиться на процессе работы над ними.

Для формирования лопастей могут использоваться такие строительные материалы:

1. Деревянная нетяжелая рейка с куском фанеры – они считаются весьма легковесными и, одновременно, полезными.
2. Деревянный нетолстый брус и плотная качественная пленка из полиэтилена.

Оба варианта в плане конструкции практически одинаковы, но расходятся в материалах. А отсюда может возникнуть разница во внешнем виде и рабочем функционале.

Размеры

Масштаб лопастей и их примерный вес – это те параметры, которые необходимо высчитывать в обязательном порядке. Лопасти – не самолет, они не пойдут на взлет. И они не станут вращаться, если не соблюсти ряд следующих условий:

• Отдельные части этих конструкций не должны перевешивать, смещая центр тяжести. Им не надо скрести землю, встречать на своем пути препятствия.
• Лопасти не должны оказывать большое давление на крутящуюся ось мельницы и оказывать влияние на надежность всей конструкции. Как правило, лопасти «тянут» на несколько килограммов. Совокупный их вес достигает 10% от всеобщей массы здания. Излишний вес не позволит лопастям вертеться.
• При установке обратите внимание на соединение лопастей с осью. Они должны быть смазанными и способствующими плавному ходу.

На последнем этапе строительства необходимо поставить и укрепить металлическую ось и усиленные деревянные балки внутри здания, после чего натянуть на ось и надежно закрепить лопасти. Корпус на участке установки рабочих лопастей и примкнувшей сверху крыши должен быть обязательно укреплен, без учета размеров сооружения в целом.

Декоративная отделка

И напоследок. Отделка декоративной мельницы для сада обычно не очень сложна. Прежде всего, это необходимо для гарантированной защиты материалов от дождя, снега, температурных перепадов. Для защиты часто берут олифу или лак по дереву. Отдельной обработке подлежат имеющиеся окна и двери. В том случае, когда мельница планировалась, как помещение для детских игр, в здании можно держать столик с несколькими стульями. А также сделать пол из деревянного полированного настила, обеспечив, тем самым, прекрасную защиту от неблагоприятных погодных условий. Все зависит от ваших возможностей и желаний. Декоративная отделка дает возможность обычной мельнице из дерева выглядеть красиво и стильно.

Мельница на даче своими руками (76 фото) » НА ДАЧЕ ФОТО

Мельница из дерева для сада

Ветряная мельница с домиком

Мельница из дерева для сада

Мельница на дачном участке

Мельница декор для дачи

Рублев Анатолий Дмитриевич декоративная мельница

Декоративная мельница для сада

Ветряная мельница из дерева

Мельница на даче

Мельница своими руками для сада 2 этаж с окнами

Мельница декоративная для сада своими руками

Декоративная мельница для сада своими руками пошагово

Декоративная мельница из камня

Ветряная мельница своими руками для сада

Рублев Анатолий Дмитриевич декоративная мельница

Каркас для декоративной мельницы

Декоративная мельница для сада

Декоративные колодцы и мельницы из дерева

Мельница декор для дачи

Деревянные изделия для сада

Мельница декор для сада

Мельница из вагонки на дачу

Мельница своими руками поделка для детского сада

Декоративная мельница для сада

Декоративная мельница из дерева

Мельница Огородная

Декоративная мельница для сада

Деревянная мельница

Мельница на даче

Шестигранная Садовая мельница

Декоративная мельница на дачном участке

Малые архитектурные формы мельница

Мельница в огород

Декоративные мельницы из дерева для сада

Декоративные постройки для сада

Декоративная мельница для сада

Деревянный декор для сада

Декоративные мельницы на садовом участке

Деревянная мельница для сада

Самоделки для дачи мельница

Декоративная клумба с мельницей

Идеи декоративной мельницы

Мельница декор для дачи

Декоративные домики для сада из дерева

Рублев Анатолий Дмитриевич декоративная мельница

Декоративные постройки на даче своими руками фото

Деревянная мельница для сада

Ветряная мельница декор

Мельница из горбыля для дачи

Мельница с клумбой в сад

Как сделать мельницу булавами

Деревянная мельница для сада

Мельница своими руками для сада

Сделать забор для декоративной мельницы своими руками

Садовый декор мельница

Водяная мельница на даче

Мельница на поляну сказок своими руками

Декоративные мельницы из дерева для сада

Ветряная мельница для дачи

Колодезный домик мельница

Декоративный домик для сада

Декоративный ветряк

Мельница декор для дачи

Домик для сада из дерева

Ветряная мельница декоративная для сада

Декоративная мельница для сада

Малые архитектурные формы мельница

Декоративная мельница для сада

Декоративный домик для сада

Мельница в ландшафтном дизайне

Рублев Анатолий Дмитриевич декоративная мельница

Декоративная мельница для сада в клумбе

Декоративные Ветряные мельницы

Колодезный домик мельница

Мельница на колодец своими руками

Декоративная мельница для сада

Садовая ветряная мельница своими руками: 10 творческих шагов

Садовая ветряная мельница своими руками: 10 творческих шагов

Хотели бы вы иметь что-то столь же очаровательное в своем саду?

Прошли те времена, когда все сады выглядели почти одинаково. В настоящее время есть люди, которые предлагают свои услуги в качестве ландшафтных художников или садовых декораторов. Они, так сказать, мастера создавать красоту из хаоса. Однако есть некоторые из нас, кто не выделил бюджет на профессиональный ландшафтный дизайн или украшение сада. К счастью, в Интернете можно найти множество вариантов, которые можно сделать своими руками.

Наш выбор

Классическая старомодная ветряная мельница для сада и патио – высота 34 дюйма

79,99 $

Дизайн этой восхитительной деревянной мельницы основан на классических голландских ветряных мельницах, о которых вы читали в детстве. Его лезвия и корпус были окрашены в коричневый цвет и отполированы вручную, чтобы придать ему состаренный деревенский вид. Покрась хоть в другой цвет!

Купить на Amazon

Мы получаем комиссию, если вы совершаете покупку, без каких-либо дополнительных затрат для вас.

27. 11.2022 23:58 GMT

Возьмем мой случай: у меня нет лишних денег, чтобы заплатить кому-то за мой сад. Но в свободное время я постоянно ищу идеи в Интернете. Я наткнулся на проект садовой ветряной мельницы своими руками. Это будет отличным дополнением к моему саду — и вашему тоже.

Садовая ветряная мельница своими руками: 10 творческих шагов

Сказочные конструкции садовой ветряной мельницы своими руками.

Этот садовый ветряк станет прекрасным украшением вашего двора.

Нажмите на любое изображение, чтобы запустить лайтбокс. Используйте клавишу Esc, чтобы закрыть лайтбокс.

Садовая ветряная мельница своими руками: 10 творческих шагов

Какие материалы потребуются для создания садовой мельницы своими руками?

Это руководство покажет вам, как построить простой садовый ветряк из недорогих материалов. Вы можете найти все необходимое для сборки собственного ветряка в местном хозяйственном магазине. Вот материалы, которые вам понадобятся для сборки собственного садового ветряка:

• фанера
• столярный клей
• шурупы/болты
• наполнитель для дерева
• pallet lats
• popsicle sticks
• paint (color of your choice)
• clear varnish

• Jig saw
• Table saw
• Sharpie/marker
• electric drill
• paintbrush
• chop saw
• hand saw

Как сделать садовый ветряк своими руками?

Строительство садовой ветряной мельницы — это веселый и легкий проект выходного дня, который добавит очарования и причудливости вашему открытому пространству. Всего за несколько часов вы можете получить красивую и функциональную садовую ветряную мельницу, которая добавит индивидуальности вашему саду.

Мы покажем вам, как построить собственную мельницу, чтобы вы могли наслаждаться легким ветерком и красотой ветряной мельницы на заднем дворе.

1. Сделайте выкройку садового ветряка

На листе фанеры нарисуйте корпус ветряка

2. Вырежьте фанеру

Затем с помощью лобзика я вырезал секции, я сделал это, чтобы было легче пропустите древесину через настольную пилу. Затем я пропустил древесину через стол, который я установил на 30 градусов с обеих сторон. Затем я отметил на передней панели место, где будут располагаться дверь и окно, и вырезал их с помощью электролобзика.

3. Сделайте корпус

Затем я склеил все шесть секций вместе, используя столярный клей хорошего качества.

Затем я обвел его верхнюю часть на другом куске доски, добавил к нему дюйм и вырезал.

Затем я пропустил поддон через настольную пилу, чтобы сделать несколько небольших блоков, чтобы прикрепить их к верхней части ветряной мельницы.

Чтобы прикрепить их, я использовал клей, а затем, когда он высох, просверлил в каждом отверстие и вкрутил в них небольшой винт.

Затем я поместил его на доску, просверлил блоки и прикрутил их к корпусу.

Все отверстия для шурупов я раззенковал так, чтобы шуруп был под деревом, которое я позже покрыл шпаклевкой по дереву.

4. Сделайте основание и украшения для окон

Затем я сделал окантовку вокруг основания. Для этого я пропустил несколько латов для поддонов через настольную пилу и обрезал размер основания. Я также использовал 30-градусную пилу.

Затем я сделал еще 7 блоков для основания и, как и раньше, приклеил и прикрутил их на место.

Затем я приклеила палочки от леденцов вокруг него для украшения и использовала палочки от леденцов для окна.

5. Сделать второй ярус и крышу

Затем я сделал второй ярус из другого куска фанеры.

Я обрезал доску шириной 10 см и высотой 8 см и обрезал под углом 30 градусов с обеих сторон, я сделал 6 таких панелей.

Затем я склеил все это вместе и вырезал несколько маленьких кусочков дерева, которые я также приклеил внутрь для прочности, я обрезал их до 8 см в высоту.

Затем я просверлил отверстие в передней части для болта.

Затем я обвел второй ярус на куске доски и добавил дюйм. Затем я вырезал крышу, приклеил ее и прикрутил.

6. Прикрепите второй ярус к корпусу

Чтобы прикрепить второй ярус к корпусу, я приклеил его, перевернул вверх дном и вкрутил несколько шурупов снизу с внутренней стороны.

Затем я сделал секцию крыши, вырезал 5 частей нужного размера и обрезал обе стороны под углом 30 градусов. Затем я склеил 5 частей вместе.

Затем я вырезал кусок дерева и вклеил его внутрь верха, а затем прикрутил его к крыше 2-го яруса через отверстие в верху.

7. Сделать хижину и крышу

Затем я сделал хижину позади второго яруса.

Это было сделано из фанеры, которую я разрезал с помощью пилы, а затем склеил.

Затем я приклеила палочки от леденцов вокруг второго яруса.

Затем я сделал саму крышу, я сделал это, нарисовав верх на куске доски, который я вырезал, а затем приклеил.

Затем я нарезал несколько тонких полосок на настольной пиле и, используя пилу, обрезал их по длине и приклеил сверху, создав небольшую кромку.

Затем я приклеил еще одну окантовку к нижней части основания. Я сделал это так же, как и первый. Срезы были под углом 30 градусов.

Затем я покрасил его.

8. Сделать паруса

Затем я сделал паруса. Я сделал это, пропустив поддон через настольную пилу, чтобы создать два длинных стебля.

Затем я вырезал канавку в центре каждого куска, чтобы, когда я соединил их вместе, они были одинаковой толщины.

Чтобы вырезать канавку, я отметил размер в центре и отметил его наполовину. Затем я вырезал до середины лобзиком.

Затем я просверлил в центре отверстие, достаточное для лезвия электролобзика, и вырезал его наружу.

Затем я вырезал квадратный кусок доски, прикрутил его к стыку и просверлил в нем отверстие.

Затем я обрезал стебли, но оставил низ исходной толщины.

Для этого я использовал ручную пилу.

Затем я сделал окантовку для парусов. Я сделал это, нарезав на циркулярной пиле несколько полосок и склеив их вместе.

Потом приклеил к стеблю. Я просверлил по два отверстия в каждом и прикрутил их к штоку сверху и снизу.

Затем я надела палочки от леденцов на стебель и склеила оба конца.

Затем я покрасил его в белый цвет.

9. Сделать основание

Затем соорудить основание для ветряной мельницы.

Я сделал это, нарисовав основание ветряной мельницы на куске фанеры.

У меня не осталось ни кусочка, поэтому я соединил два обрезка вместе. Затем я добавил к нему дюйм и обрезал его.

Затем я пропустил поддон через настольную пилу и вырезал шесть секций одинаковой ширины.

Я обрезал края под углом 30 градусов и прикрутил их к доске. Затем я провел фрезером по верхнему краю доски, затем заполнил зазоры шпатлевкой по дереву, а затем отшлифовал. После этого я покрасил его в черный цвет.

10. Прикрепите ветряк к основанию

Чтобы прикрепить его к ветряку, я покрыл блоки у основания клеем и посадил ветряк на основание. Когда клей высох, я перевернул его и вкрутил шесть шурупов, по одному на каждый блок.

Затем я прикрутил паруса и покрыл их несколькими слоями прозрачного лака.

Тогда все готово!

Теперь, когда вы закончили садовый ветряк своими руками, пришло время насладиться плодами своего труда! Это очаровательное дополнение к вашему двору не только добавит немного причудливости, но и может быть использовано для аэрации ваших грядок, придавая вашим растениям небольшой импульс.

Вы можете посмотреть мастер-класс по садовому ветряку своими руками здесь…

Как снова сделать энергию ветра устойчивой

Иллюстрация: Ева Микель для журнала Low-tech Magazine

Если мы построим их из дерева, большие ветряные турбины могут стать хрестоматийным примером экономики замкнутого цикла.

Насколько устойчива лопасть ветряной мельницы?

Ветряные турбины считаются чистым и устойчивым источником энергии. Однако, хотя они действительно могут производить электроэнергию с более низким уровнем выбросов CO2, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе, они также производят много отходов. Это легко упустить из виду, потому что примерно 90% массы большой ветряной турбины состоит из стали, в основном сосредоточенной в башне. Сталь обычно перерабатывается, и это объясняет, почему ветряные турбины имеют очень короткое время окупаемости энергии — переработанная сталь может использоваться для производства новых деталей ветряных турбин, что значительно снижает потребление энергии в процессе производства.

Однако лопасти ветряных турбин изготавливаются из легких пластиковых композитных материалов, объемных и не поддающихся переработке. Хотя масса лопастей ограничена по сравнению с общей массой ветряной турбины, ею нельзя пренебречь. Например, одна лопасть из стекловолокна длиной 60 м весит 17 тонн, а это означает, что ветряная турбина мощностью 5 МВт производит более 50 тонн пластиковых композитных отходов только из-за лопастей.

Лезвие из пластика, армированного стекловолокном. Источник: Гурит.

Лопасть ветряной мельницы обычно состоит из комбинации эпоксидной смолы — нефтепродукта — с усилением из стекловолокна. Лопасти также содержат многослойные материалы сердцевины, такие как вспененный поливинилхлорид, вспененный полиэтилентерефталат, пробковое дерево (переплетенное в волокна и эпоксидную смолу) и полиуретановые покрытия. [1-4]  

Только в лопастях ветряной турбины мощностью 5 МВт содержится более 50 тонн неперерабатываемого пластика.

В отличие от стали в башне, пластмасса в лезвиях не может быть переработана для изготовления новых пластиковых лезвий. Материал можно только «утилизировать», например, путем его измельчения, что повреждает волокна и делает их бесполезными для чего-либо, кроме армирующего наполнителя в производстве цемента или асфальта. Изучаются и другие методы, но все они сталкиваются с одной и той же проблемой: никому не нужен «переработанный» материал. Некоторые архитекторы повторно использовали лопасти ветряных мельниц, например, для строительства скамеек или игровых площадок. Но мы не можем построить все из лопастей ветряных турбин.

Из-за ограниченных возможностей переработки и повторного использования лопасти ветряных мельниц обычно вывозятся на свалку (в США) или сжигаются (в ЕС). Последний подход не менее неустойчив, потому что сжигание лезвий лишь частично уменьшает количество материала, подлежащего захоронению (60% лома остается в виде золы), а остальное превращает в загрязнение воздуха. Кроме того, учитывая, что стекловолокно является негорючим, теплотворная способность лопастей настолько ограничена, что мощность практически не может быть выработана. [1-4]

Работа с отходами – 25 лет спустя

Большинство из примерно 250 000 ветряных турбин, находящихся в настоящее время в эксплуатации по всему миру, были установлены менее 25 лет назад, что соответствует ожидаемому сроку их службы. Однако быстрый рост ветроэнергетики за последние два десятилетия вскоре отразится на отсроченных, но постоянно увеличивающихся и бесконечных поставках отходов. Например, в Европе доля установленных ВЭУ старше 15 лет увеличивается с 12% в 2016 году до 28% в 2020 году. В Германии, Испании и Дании их доля увеличивается до 41-57%. Только в 2020 году каждой из этих стран придется утилизировать от 6 000 до 12 000 лопастей ветряных турбин. [5]

Старомодные ветряные мельницы имели паруса, полностью сделанные из перерабатываемых материалов. Изображение: Rasbak (CC BY-SA 3.0)

Списанные лопасти станут не только многочисленнее, но и больше, что отражает постоянную тенденцию к увеличению диаметра ротора. Ветряные турбины, построенные 25 лет назад, имели длину лопастей около 15-20 м, тогда как сегодняшние лопасти достигают длины 75-80 м и более. [3] Оценки, основанные на текущих показателях роста ветроэнергетики, показали, что композитные материалы из лопастей во всем мире будут составлять 330 000 тонн отходов в год к 2028 году и до 418 000 тонн в год к 2040 году [1] 9.0003

Быстрый рост ветроэнергетики за последние два десятилетия вскоре отразится в отсроченном, но постоянно растущем и бесконечном поступлении отходов.

Это консервативные оценки, поскольку сообщалось о многочисленных отказах лезвий, а также потому, что постоянная разработка более эффективных лезвий с более высокой мощностью генерации приводит к замене лезвий задолго до их расчетного срока службы. [1] [6] Кроме того, такое количество отходов возникает из-за ветряных турбин, установленных в период с 2005 по 2015 год, когда энергия ветра обеспечивала не более 4% мирового спроса на электроэнергию. Если бы ветер обеспечивал более желательные 40% (текущего) спроса на электроэнергию, ежегодно было бы от трех до четырех миллионов тонн отходов.

Лопасти ветряных мельниц сквозь историю

Тем не менее, если взглянуть на историю ветроэнергетики, можно увидеть, что пластик не является основным материалом. Использование ветра для производства механической энергии восходит к античности, а первые ветряные мельницы, вырабатывающие электроэнергию, теперь называемые ветряными турбинами, были построены в 1880-х годах. Однако лезвия из стекловолокна стали популярными только в 1980-х годах. Около двух тысяч лет ветряные мельницы любого типа полностью подлежали вторичной переработке.

Старомодные ветряные мельницы имели башни, построенные из дерева, камня или кирпича. Их «лопасти» или «паруса» обычно изготавливались из деревянного каркаса, обтянутого парусиной или деревянными досками. В более поздние века детали все чаще делались из железа, также пригодного для вторичной переработки.

Первые ветряные турбины в Европе, построенные Полем Ла Куром в Дании, имели традиционные решетчатые деревянные паруса. Изображение: Музей Поля Ла Кура.

Когда в восемнадцатом и девятнадцатом веках были изобретены новые типы парусов (такие как пружинные, патентные и рефрижераторные паруса), а также в двадцатом веке (паруса Dekkerized и Bilau), дизайн изменился, но материалы остались то же самое (в конечном итоге включая алюминий). [7] Кроме того, в отличие от современных ветряных турбин, которые необходимо регулярно и полностью заменять, устаревшие ветряные мельницы могут прослужить многие десятилетия или даже столетия при регулярном ремонте и обслуживании.

Взгляд на историю ветроэнергетики показывает, что пластик не является основным материалом.

Первый ветряк в США, построенный Чарльзом Ф. Брашем, имел кольцевой парус диаметром 17 м со 144 тонкими лопастями из кедрового дерева. Первый ветряк в Европе, построенный Полем Ла Куром в Дании, имел четыре традиционных реечных деревянных паруса с диаметром ротора 22,8 м. Дизайн La Cour был скопирован местными предприятиями в Дании, в результате чего тысячи ветряных турбин работали на датских фермах между 19 и 19 годами.00 и 1920. В первой половине двадцатого века были построены десятки экспериментальных ветряных турбин, в том числе некоторые со стальными лопастями, такие как ветряная турбина Смита-Патнэма 1939 года в США. [8]

Трехлопастная ветряная турбина Gedser опиралась на надстройку воздушной рамы для придания жесткости лопастям.

В 1957 году Йоханнес Юул – ученик Поля Ла Кура – ​​построил трехлопастную ветряную турбину Gedser. Он имел диаметр несущего винта 24 м и опирался на надстройку планера из стальной проволоки для усиления несущего винта и лопастей. Лопасти были построены из стальных лонжеронов с алюминиевыми оболочками, поддерживаемыми деревянными нервюрами.

Турбина Гедсера оставалась самой успешной ветровой турбиной до середины 1980-х годов. Он проработал 11 лет без обслуживания, вырабатывая до 360 000 кВтч в год, но не ремонтировался из-за выхода из строя подшипника. Когда турбина была отремонтирована и испытана в конце 1970-х годов, она работала лучше, чем первые ветряные турбины с лопастями из стекловолокна. [8-9]

Размер имеет значение

Первая ветряная турбина с лопастями из стекловолокна была установлена ​​в 1978 году в Дании, где она приводила в движение школу. С ротором диаметром 54 м, Турбина Твинд была в то время самой большой ветряной турбиной из когда-либо построенных. После 1980 года лезвия из стекловолокна стали стандартом в Дании, а «датский дизайн» позже был скопирован во всем мире. Пластмассовая лопасть, похоже, является отличительной чертой современной ветряной турбины. Это ставит нас перед дилеммой.

Переход на лопасти из стекловолокна в основном был вызван желанием построить более крупные ветряные турбины. Большие ветряные турбины снижают стоимость киловатт-часа вырабатываемой электроэнергии по двум причинам: ветер увеличивается с высотой, а удвоение радиуса ротора увеличивает выходную мощность в четыре раза. Желание строить более крупные ветряные турбины с тех пор является движущей силой ветроэнергетики. Диаметр ротора увеличился примерно с 50 м в 1990-х до 120 м в 2000-х. На сегодняшний день крупнейшие морские ветряные турбины имеют диаметр ротора более 160 м, а в Нидерландах строится турбина мощностью 12 МВт с диаметром ротора 220 м. [3][6][10]

Улучшенная лопасть ветряной мельницы 1940-х годов, построенная и спроектированная П.Л. Фауэль. Изображение: Rasbak (CC BY-SA 3.0)

Однако с увеличением размера увеличивается и масса лопасти несущего винта, что требует более легких материалов. В то же время более крупные лопасти больше отклоняются, поэтому жесткость их конструкции приобретает все большее значение для поддержания оптимальных аэродинамических характеристик и предотвращения ударов лопасти о башню. Короче говоря, более крупные ветряные турбины с более длинными лопастями предъявляют все более высокие требования к используемым материалам, и они превышают возможности перерабатываемых материалов. [11-12] Ветряные турбины стали более эффективными, но менее экологичными.

Более крупные ветряные турбины с более длинными лопастями предъявляют все более высокие требования к используемым материалам.

В настоящее время эта тенденция подтверждается все более широким использованием пластика, армированного углеродным волокном, который еще прочнее, жестче и легче, чем пластик, армированный стекловолокном. [11] Использование углеродных волокон, что еще больше усложняет возможную переработку, стало стандартом для самых больших лопастей ветряных турбин, в основном в местах с высокой нагрузкой, таких как основание лопасти или крышки лонжеронов. Следовательно, мы снова вступили в новую эру, когда лопасти теперь настолько велики, что их больше нельзя делать только из композитов, армированных стекловолокном.

Новое изобретение лопасти ветряной мельницы

Отрасль, которая называет себя устойчивой и возобновляемой, не может ежегодно отправлять миллионы тонн пластиковых отходов на свалки. Следовательно, можем ли мы вернуться к производству лопастей ветряных турбин только из перерабатываемых материалов? И насколько большими мы могли бы их построить? В какой степени можно примирить эффективность и устойчивость?

Усовершенствованная лопасть ветряной мельницы 1930-х годов, разработанная Куртом Билау. Башня сделана из камня, паруса из дерева и алюминия. Изображение: Фрэнк Винсенц (CC BY-SA 3.0).

В большинстве исследований конструкции лопастей ветряных турбин в качестве основного материала используется пластик. Термопласты можно расплавлять и использовать повторно, что позволяет перерабатывать лопасти в новые лопасти ветряных турбин даже на месте. Однако из-за более низкой прочности и жесткости материала эти лопасти пока не производятся более 9 м. [1][13]

Другой областью развития является замена стекловолокна на древесное или льняное волокно. Эти лезвия могут быть больше, но они имеют лишь небольшие преимущества в плане устойчивости по сравнению с лезвиями из стекловолокна и эпоксидной смолы. [14-15] Эпоксидная смола на нефтяной основе более вредна, чем стекловолокно, а композитные материалы на основе натурального волокна поглощают ее больше. [16-17][12]

Небольшой ветряк с массивными деревянными лопастями и башней. Изображение: InnoVentum.

Некоторые инженеры и ученые идут разными путями и возвращаются к более традиционному деревянному строительству. Для небольших ветрогенераторов лопасти можно вырезать из цельного дерева. Для более крупных ветряных турбин лопасти могут состоять из полой аэродинамической оболочки и внутреннего каркаса из нервюр и стрингеров, поддерживаемых балкой, называемой лонжероном, — все это построено из досок, балок и панелей из ламинированного шпона.

Пиломатериалы из клееного шпона

Пиломатериалы из клееного шпона, в которых древесина отделяется от дерева, а затем снова склеивается тонкими слоями, представляет собой древесный продукт, появившийся в 1980-х годах и обладающий важным преимуществом по сравнению с компоненты из массива дерева. Консистенция древесины может варьироваться в пределах одного дерева. Таким образом, длина деревянных лонжеронов, использовавшихся в доиндустриальных ветряных мельницах, была ограничена наличием больших стволов деревьев неизменного качества.

Самая большая традиционная ветряная мельница из когда-либо построенных — мельница Мерфи 1900 года в Сан-Франциско — имела диаметр ротора 35 м. Напротив, в процессе облицовки дефекты, такие как сучки, расширяются, что дает лучшие и более предсказуемые свойства жесткости. Это позволяет создавать более крупные деревянные лопасти. [12]

Патентованные паруса с передней кромкой Dekker, 1940-е гг. Изображение: Ребелье.

Древесные ламинаты обеспечивают существенное снижение стоимости и веса по сравнению со стекловолокном. Хотя прочность и жесткость ниже, большая часть нагрузки, которую должно выдерживать лезвие, является следствием его собственного веса, поэтому деревянное лезвие не обязательно должно быть таким же прочным, как лезвие из стекловолокна. [12] Тем не менее, низкая жесткость древесины затрудняет ограничение упругих прогибов для очень больших лопастей ротора.

Лопасть, изготовленная в основном из клееного бруса, но усиленная лонжеронами из углеродного композита, может быть построена длиной более 60 м.

В ходе исследования ветряной турбины мощностью 5 МВт с лопастями длиной 61,5 м, проведенного в 2017 году в Университете Массачусетса в Амхерсте в США, было подсчитано, что для того, чтобы быть достаточно жесткой и выдерживать воздействующие на нее силы, лопасть изготовлена ​​из клееного дерева. панели из шпона будут в 2,8 раза тяжелее пластикового полотна (48 тонн против 17 тонн) и иметь толщину ламината более 50 см. [12] Хотя это говорит о том, что технически возможно построить деревянный отвал длиной более 60 м, это не очень практично. С более тяжелыми лопастями ветряная турбина должна быть намного прочнее, что увеличивает затраты и использование ресурсов.

Меньшие ветряные турбины?

Есть два способа решить эту проблему. Первый заключается в разработке лопасти, в основном изготовленной из клееного бруса, но усиленной лонжеронами из углеродного композита и покрытого внешним слоем из стекловолоконного композита. В вышеупомянутом исследовании было обнаружено, что такая деревянно-углеродная гибридная лопасть достаточно жесткая, чтобы достигать длины 61,5 м для турбины мощностью 5 МВт, и может быть построена на 3 тонны легче, чем лопасть из стекловолокна. [12] Другое исследование для древесно-углеродного лезвия той же длины пришло к аналогичному выводу, хотя в этом случае древесно-углеродное лезвие немного тяжелее пластикового лезвия. [14]

Древесно-углеродные лезвия содержат меньше пластикового композитного материала, а пластик не переплетается с деревом по всему лезвию, а четко отделяется от него, что делает повторное использование, переработку или сжигание лезвия более привлекательным. Однако, согласно упомянутым выше исследованиям, древесно-углеродная лопасть по-прежнему содержит от 2,5 тонн [14] до 6,2 тонны [12] пластиковых композитов, а это означает, что трехлопастная ветряная турбина мощностью 5 МВт будет производить от 7,5 до 18,4 тонн неперерабатываемых отходов. – по сравнению с 50 тоннами для обычного отвала.

Лопасть из многослойного дерева с карбоновыми наконечниками лонжеронов. Источник: [14]

Экологический ущерб углеродно-эпоксидных лонжеронов можно рассматривать как приемлемый по сравнению с большим ущербом, наносимым обычными лопастями ветряных турбин. Тем не менее, проблема отходов не будет решена, и дальнейший рост ветровой энергии по-прежнему будет приводить к увеличению потоков отходов.

В качестве альтернативы мы могли бы определить устойчивость в более амбициозных терминах и снова изготовить лопасти ветряных турбин полностью из дерева, даже если это означает, что нам придется делать их меньшего размера. Есть еще один аргумент, ставящий под сомнение наше внимание к эффективности: снижение экологичности проявляется не только в лезвиях. Другие части ветряных турбин также все чаще изготавливаются из пластиковых композитов, в первую очередь носовой обтекатель и крышка гондолы (корпус, защищающий трансмиссию и вспомогательное оборудование от непогоды). [1-4]

Другими тенденциями являются более широкое использование электроники, которая не подходит для вторичной переработки, и генераторов с постоянными магнитами на основе редкоземельных материалов, которые экономят затраты по сравнению с механической коробкой передач, но только за счет более разрушительной добычи. Более крупные ветряные турбины также убивают больше птиц и летучих мышей. [19]

Пожертвовав некоторой эффективностью, мы могли бы значительно повысить устойчивость.

Пожертвовав некоторой эффективностью, мы могли бы значительно повысить устойчивость. Сторонники ветроэнергетики могут не согласиться, потому что это сделало бы энергию ветра менее конкурентоспособной по сравнению с ископаемым топливом. Однако более дорогой энергии ветра всегда можно противопоставить более высокие цены на ископаемое топливо. Что действительно проблематично, так это выбор дешевого ископаемого топлива в качестве эталона для определения жизнеспособности ветровой энергии. Стремясь конкурировать с ископаемым топливом — и, таким образом, стремясь обеспечить энергией образ жизни, основанный на ископаемом топливе, — ветряные турбины наносят все больший ущерб окружающей среде. Если бы мы сократили спрос на энергию, меньшие по размеру и менее эффективные ветряные турбины не были бы проблемой.

Первая ветряная турбина в США, построенная Чарльзом Ф. Брашем, имела кольцевой парус диаметром 17 м со 144 тонкими лопастями из кедрового дерева.

Насколько большие лопасти ветряных турбин мы могли бы построить только из клееного бруса? Никто не знает. Я спросил Рэйчел Кох, ученого, которая рассчитала требования к 61,5-метровой лопасти, состоящей только из дерева, но она не смогла мне помочь: «Я запустила модель только для лопастей турбины мощностью 5 МВт. Гипотетически можно было бы провести еще одно исследование, чтобы ответить на ваш вопрос, но это непростая задача». Она также отмечает, что с помощью производственных инноваций можно еще больше повысить жесткость древесно-слоистых пластиков.

Лес ветряных турбин

Независимо от того, выбираем ли мы большие лопасти из углеродного волокна или лопасти меньшего размера только из дерева, в обоих случаях мы можем построить башню и покрытие гондолы из ламинированных деревянных изделий. В 2012 году немецкая компания TimberTower построила башню из клееного бруса высотой 100 м для ветряка мощностью 1,5 МВт. Деревянная башня, кажется, не имеет значения, потому что она заменяет часть ветряной турбины, которая уже полностью перерабатывается. Однако ветряная турбина, конструкция которой почти полностью построена из дерева, дает дополнительные преимущества.

Иллюстрация: Ева Микель для Low-tech Magazine

Древесина может сделать производство ветряных турбин полностью независимым от добытых материалов и ископаемого топлива, за исключением зубчатой ​​передачи и электрических компонентов (но дальнейшие выгоды могут быть достигнуты всякий раз, когда возможно, используя энергию ветра для прямого механического или прямого производства тепла). [18] Кроме того, деревянные ветряные турбины могут стать поглотителями углерода, поглощая CO2 из атмосферы в своих деревянных компонентах.

Наконец, пространство между ветряными турбинами на ветряной электростанции, которое не подходит в качестве жилого района, следует использовать для выращивания леса, который обеспечит древесину для ветряных турбин следующего поколения. Пиломатериалы можно распиливать, обрабатывать и собирать на месте, что исключает потребление энергии, связанное с транспортировкой деталей ветряных турбин. Энергия, необходимая для производства ламината и строительства турбин, может поступать от ветряных мельниц, а также от лесной биомассы. Деревянный ветряк может стать хрестоматийным примером экономики замкнутого цикла.

Как насчет солнечных батарей?

В готовящейся статье исследуется устойчивость солнечных батарей. Являются ли токсичные и неперерабатываемые отходы неотъемлемой частью солнечной фотоэлектрической энергии? Можем ли мы построить солнечные батареи, используя экологически чистые материалы? И что это будет означать для доступности и эффективности солнечной энергии?

Kris De Decker

• Эта статья была переведена на французский, голландский и польский языки.
• Поддержите журнал Low-tech через PayPal, Patreon или Liberapay.
• Купить печатный сайт.
• Подпишитесь на нашу рассылку.

Ссылки:

[1] Рамирес-Техеда, Катерин, Дэвид А. Теркотт и Сара Пайк. «Неустойчивая практика утилизации лопастей ветряных турбин в Соединенных Штатах: аргумент в пользу политического вмешательства и технологических инноваций». НОВЫЕ РЕШЕНИЯ: Журнал политики в области охраны окружающей среды и гигиены труда 26.4 (2017): 581-598.

[2] Уилберн, Дэвид Р. Энергия ветра в Соединенных Штатах и ​​материалы, необходимые для производства наземных ветряных турбин с 2010 по 2030 год. Министерство внутренних дел США, Геологическая служба США, 2011 г.

[3] Дженсен, Джонас Паг. «Оценка воздействия утилизации ветряных турбин на окружающую среду». Энергия ветра 22.2 (2019): 316-326.

[4] Мартинес, Эдуардо и др. «Оценка жизненного цикла ветряной турбины мощностью в несколько мегаватт». Возобновляемая энергия 34.3 (2009): 667-673.

[5] Ziegler, Lisa, et al. «Продление срока службы наземных ветряных турбин: обзор, охватывающий Германию, Испанию, Данию и Великобританию». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии 82 (2018): 1261-1271.

[6] Lefeuvre, Anaële, et al. «Ожидание используемых запасов полимеров, армированных углеродным волокном, и связанных с ними потоков отходов, образующихся в коммерческом авиационном секторе, до 2050 года». Ресурсы, сохранение и переработка 125 (2017): 264-272.

[7] Де Декер, Крис. «Ветряные заводы: история (и будущее) промышленных ветряных мельниц». Журнал низких технологий. Барселона (2009).

[8] Рост современной энергии ветра: энергия ветра для мира. Pan Stanford Publishing, 2013.

[9] Лундсагер П., Стен Тронес Франдсен и Карл Йорген Кристенсен. «Анализ данных ветряной турбины Гедсер 1977-1979 гг.». (1980).

[10] Гупта, Ашвани К. «Эффективное преобразование энергии ветра: переход к современному дизайну». Журнал технологий энергетических ресурсов 137.5 (2015): 051201.

[11] Брондстед, Повл, Ханс Лильхольт и Оге Листруп. «Композиционные материалы для лопастей ветроэнергетических установок». Анну. Преподобный Матер. Рез. 35 (2005): 505-538.

[12] Кох, Рэйчел. «Лопасти ветряных турбин на биологической основе: возобновляемая энергия и экологически чистые материалы для чистой, зеленой энергии». (2017).

[13] Мюррей, Робинн и др. Изготовление 9-метровой лопасти ветряной турбины из термопластичного композита. № НРЕЛ/СР-5000-68615. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), Голден, Колорадо (США), 2017 г.

[14] Боррманн, Расмус. «Конструктивный проект модели лопасти ветряной турбины из дерева и углепластика». (2016)

[15] Спера, Дэвид. «Технология ветряных турбин: основные концепции проектирования ветряных турбин, второе издание». (2009)

[16] Corona, Andrea, et al. «Сравнительная оценка экологической устойчивости волокнистых армирующих материалов на биологической основе для лопастей ветряных турбин».