Ветряная мельница для электричества: Энергия ветра обеспечивает электричеством крупнейшую производственную площадку SC Johnson (и не только!)

Содержание

Страница не найдена — Портал Продуктов Группы РСС

Сообщите нам свой адрес электронной почты, чтобы подписаться на рассылку новостного бюллетеня. Предоставление адреса электронной почты является добровольным, но, если Вы этого не сделаете, мы не сможем отправить Вам информационный бюллетень. Администратором Ваших персональных данных является Акционерное Общество PCC Rokita, находящееся в Бжег-Дольном (ул. Сенкевича 4, 56-120 Бжег-Дольный, Польша ). Вы можете связаться с нашим инспектором по защите личных данных по электронной почте: .

Мы обрабатываем Ваши данные для того, чтобы отправить Вам информационный бюллетень — основанием для обработки является реализация нашей законодательно обоснованной заинтересованности или законодательно обоснованная заинтересованность третьей стороны – непосредственный маркетинг наших продуктов / продуктов группы PCC .

Как правило, Ваши данные мы будем обрабатывать до окончания нашего с Вами общения или же до момента, пока Вы не выразите свои возражения, либо если правовые нормы будут обязывать нас продолжать обработку этих данных, либо мы будем сохранять их дольше в случае потенциальных претензий, до истечения срока их хранения, регулируемого законом, в частности Гражданским кодексом.

В любое время Вы имеете право:

  • выразить возражение против обработки Ваших данных;
  • иметь доступ к Вашим данным и востребовать их копии;
  • запросить исправление, ограничение обработки или удаление Ваших данных;
  • передать Ваши персональные данные, например другому администратору, за исключением тех случаев, если их обработка регулируется законом и находится в интересах администратора;
  • подать жалобу Президенту Управления по защите личных данных.

Получателями Ваших данных могут быть компании, которые поддерживают нас в общении с Вами и помогают нам в ведении веб-сайта, внешние консалтинговые компании (такие как юридические, маркетинговые и бухгалтерские) или внешние специалисты в области IT, включая компанию Группы PCC .

Больше о том, как мы обрабатываем Ваши данные Вы можете узнать из нашего Полиса конфиденциальности.

Электрические ветряные мельницы (ветряки)

Электрическая ветряная мельница или просто ветряк — это вариант для тех, кто мечтает об автономном доме и тех, у кого нет возможности подключиться к существующей электромагистрали по причине ее значительной удаленности от дома. Назначение подобных установок в том, чтобы преобразовывать кинетическую энергию ветра в электрическую.

Конструкция ветряков не замысловатая и представляет собой мачту (на растяжках, монолитная, телескопическая), на вершине которой закрепляется редуктор с лопастями и генератор.

Если вы решили установить электрическую ветряную мельницу у себя на участке, то вам необходимо определиться с видом ветрогенератора и его мощностью.

Что касается вида ветрогенираторов, то их различают по количеству лопастей, по шагу винта, по материалу и по оси вращения. О последней классификации мы дальше и поговорим, так как определившись с тем, с какой осью вращения у вас будет ветрогениратор (с горизонтальной или вертикальной) подбирается все остальное.

Ветрогениратор с горизонтальной осью вращения.

Данный ветрогениратор представляет собой обычный пропеллер, у которого ось вращения ориентирована параллельно воздушному потоку.

Достоинства горизонтального ветрогениратора:

  • после его установки вы получаете надежный, экологически чистый, безопасный, а главное автономный источник энергии;
  • при равной мощности имеет меньшие габариты, чем вертикальный;
  • более высокая эффективность работы, за счет меньшего разброса углов атаки на рабочих режимах;
  • коэффициент полезного действия (КПД) выше, чем у вертикальных, 30% против 25%;
  • срок окупаемости меньше в 2-3 раза, чем у ветрогенератора с вертикальной осью вращения, и составляет около 15 лет.

Недостатки горизонтального ветрогениратора:

  • роутер необходимо ориентировать по направлению ветра, а для этого требуется внедрять дополнительные механизмы, например, флюгер;
  • не подходит для мест, где часто случаются турбулентные ветра;
  • для оптимальной работы установки скорость ветра должна быть 10-12 м/с (для вертикального ветрогенератора — 3-4 м/с).

Ветрогениратор с вертикальной осью вращения.

Тип конструкции у такого ветрогенератора совершенно отличается от конструкций горизонтального ветрогениратора. Здесь ось вращение ориентирована перпендикулярно воздушному потоку.

Достоинства вертикального ветрогениратора:

  • так же, как и ветрогениратор с горизонтальной осью вращения, он является экологически чистым, надежным, безопасным и автономным источником энергии;
  • всегда находиться по ветру, что не влияет на его производительность при смене ветрового потока в отличие от горизонтальных, у которых она падает при смене ветра;
  • немного выше коэффициент использования энергии ветра, чем у горизонтальных;
  • можно ставить в местах, где часто наблюдаются резкие и кратковременные порывы ветра;
  • для старта и дальнейшей работы требуется ветер со скоростью 1 м/с;
  • зимой снег не налипает на лопасти.

Недостатки вертикального ветрогениратора:

  • стоят дороже, парой в 2-3 раза по сравнению с горизонтальными;
  • для получения той же мощности, что и у ветрогениратора с горизонтальной осью, потребуется ветряк в 2 раза больше;
  • может вызвать сильные резонансы;
  • находится ниже к земле, чем ветрогенираторы с горизонтальной осью вращения.

Срок службы у обоих видов установок одинаков и составляет 15-25 лет, по истечении которого требуется замена основных деталей. Не отличается у обоих типов ветрогенираторов и уровень шума — при исправных и смазанных деталях в доме вы их слышать не будете.

Наибольшее же распространение в частном домостроение получили ветряки с горизонтальной осью вращения.

Необходимая мощность электрических ветряных мельниц

Какой мощности нужно покупать ветрогениратор, чтобы энергии хватило на все необходимое? Это второй вопрос, на который нужно ответить перед его приобретением.

Итак, для следующих запросов мощность ветряка должна быть:

300-500 Ватт — обеспечат зарядку мобильных устройств, просмотр телевизора или освещение нескольких помещений. От такого ветряка можно смело запитать баню при условии, что нагрев воды будет производиться дровами, газом или другими отличными от электричества способами;

1-5 КВатт

— обеспечат работу стиральной машины, электроплиты, микровалновки, холодильника и другой бытовой техники;

5-10 КВатт — электроэнергией будет полностью обеспечен частный дом или коттедж, правда только в том случае, если не будут использоваться кондиционер и электрические отопительные приборы;

10-20 КВатт — такой мощности достаточно для обеспечения электроэнергией нескольких домов.

Правда, для того, чтобы вырабатывалась указанная энергия, необходим практически бесперебойный ветер, который должен дуть с оптимальной скоростью необходимой для каждой установки.


 

Поделиться статьей с друзьями:

Как работает ветряк или мельница?

Но как ветер становится электричество? Прямой предшественник нынешнего Ветряные турбины старые мельницы, которые до сих пор используются для различных задач, таких как извлечение воды или измельчение зерна. А ветряная мельница Это машина, у которой лопасти или лопасти прикреплены к общему валу, который начинает вращаться, когда дует ветер.

Этот вращающийся вал соединен с различными типами оборудования, например, с оборудованием для измельчения зерна, перекачивания воды или генерировать электричество.

Чтобы получить электричество, движение лопастей приводит в действие электрический генератор (генератор переменного тока или динамо-машину), который преобразует

механическая энергия вращения в электрическая мощность. Электричество можно хранить в батареях или отправлять прямо в сеть. Операция довольно проста, усложняется исследование и построение Ветряные турбины становится все более эффективным.

Типы ветряных турбин

Ветряная мельница может быть из Горизонтальная ось, которые сегодня наиболее распространены, или есть также вертикальная ось.

Из Википедии определение вертикальные ветряные турбины или горизонтально, как работающий электрогенератор преобразование кинетической энергии ветра

в механической энергии и через ветряную турбину в электроэнергии.

Те, у кого вертикальная ось, выделяются тем, что не нуждаются в механизме ориентации, а электрический генератор может быть установлен на земле. С другой стороны, те, у кого горизонтальная ось, позволяют охватить широкий спектр от изолированных приложений малой мощности до установок в крупных ветряных электростанциях.

Вертикальные ветряные турбины

Как уже упоминалось, ветряные турбины с вертикальной или вертикальной осью не нужен механизм ориентации, а какой бы электрогенератор можно найти на земле.

Su производство энергии ниже и у него есть некоторые небольшие недостатки, например, его нужно моторизовать, чтобы двигаться.

Там три типа вертикальных ветряных турбин как и Савониус, Гиромилль и Дарриус.

недостатки

Одна из самых частых проблем Ветряные турбины его огромные размеры, помимо вызываемых ими вибраций и шума. По этой причине они обычно располагаются вдали от домов. Однако компании и ученые по всему миру продолжают работать над тем, чтобы строить турбины меньшего размера (Вы можете ознакомиться со статьей, посвященной мини-ветроэнергетике ранее), o бесшумный которые могут быть расположены в городских районах.

Но одна из проблем, которая больше всего беспокоит в области генерации энергия ветра Это изменчивость источника, то есть ветра. В турбины в общем, они готовы к оптимальному функционированию, когда ветер дует в определенном диапазон скоростей. С одной стороны, для перемещения лопастей требуется определенная минимальная скорость, с другой стороны также есть максимальный предел.

Например, наиболее распространенным является то, что эти ограничения с Скорость ветра от 3 до 24 метров в секунду.. Минимум называется скоростью соединения, то есть минимумом для выработки некоторого количества электроэнергии, а максимум называется скоростью отключения, то есть когда он уже контрпродуктивен, поскольку может сломать механизм.

 

Un ветряная мельница может быть один или в ветряные электростанции, на суше, образующей береговые ветряные электростанции, на берегу моря или их даже можно установить на воде на определенном расстоянии от берега в том, что называется оффшорная или оффшорная ветряная электростанция.

Строение ветряной турбины или ветряной турбины

Тысячи ветряных электростанций полны моделей TEEH (ветряные турбины с горизонтальной осью). Эти машины состоят из следующих сегментов.

Башня и фундамент: Фундаменты башни могут быть плоскими или глубокими, что гарантирует в обоих случаях устойчивость ветряной турбины, крепление гондолы и лопастей двигателя. Фундамент также должен поглощать толчки, вызванные изменением силы ветра.

 

В зависимости от характеристик башни могут быть разных типов:

  • Стальная трубчатая: Большинство ветряных турбин построено с трубчатыми стальными опорами.
  • Бетонные башни: Они построены в одном месте, что позволяет рассчитать необходимую высоту.
  • Сборные железобетонные башни: Они собираются из готовых частей, и их сегменты размещаются в одном месте.
  • Решетчатые конструкции: Изготовлены из стальных профилей.
  • гибрид: Они могут иметь характеристики и материалы различных типов башни.
  • Натянутые мачтовые башни с ветрами: Для них характерно то, что они являются ветряными турбинами меньших размеров.

Ротор: Ротор — это «сердце» каждой ветряной мельницы, поскольку он поддерживает лопасти турбины, перемещая их механически и вращательно, чтобы преобразовать тягу ветра в энергию.

гондола: Это наиболее заметная головка ветряной турбины, шлем, который скрывает и поддерживает все механизмы турбины. Гондола присоединяется к башне по подшипникам чтобы иметь возможность следить за направлением ветра.

Коробка множителя: Помимо способности противостоять колебаниям ветра, редуктор выполняет задачу сочетания низких скоростей вращения ротора и высоких скоростей генератора. Как говорит его собственное слово; умножает 18-50 об / мин, генерируемых естественным движением ротора, примерно на 1.750 об / мин, когда он выходит из генератора.

Generador: Он отвечает за преобразование механической энергии в электрическую. Для турбин большой мощности используются асинхронные генераторы с двойным питанием, хотя обычные синхронные и асинхронные генераторы также широко распространены.

Тормоза: В силовой передаче используются механические тормоза, для которых необходим высокий коэффициент трения в статике и большое сопротивление сжатию.

Электрооборудование ветряка или ветряка

Сегодняшние ветряные турбины состоят не только из лопастей и генератора, которые обеспечивают дома дешевой энергией. Ветровые турбины также должны иметь индивидуальная система питания и многочисленные датчики. Последним удается отслеживать и измерять температуру, направление ветра, его скорость и другие параметры, которые могут появиться внутри гондолы или в окрестностях.

Преимущества быстрых ветряных турбин перед медленными

Самым большим преимуществом так называемых «медленных ветряных турбин» является то, что они имеют больше лезвий что пороги и их материалы обычно более дешевый. Но в чем ваши проблемы? Несмотря на большой диаметр (от 40 до 90 м в высоту) и наличие роторов с головкой до 100 м, ветряные турбины быстрые легче чем медленные.

Это достигается благодаря генераторам большой мощности (от 0,5 до 3 МВт), в которых еще больше используется соотношение высоты и мощности ветра.

Будучи легче, лезвия двигаются быстрее, поэтому размер и стоимость коробки множителя что приводит в движение электрогенератор уменьшается.

Благодаря меньшему количеству лопастей их можно легче регулировать, чтобы адаптировать их мощность в соответствии с характеристиками ветра. Ветряные турбины на быстрых нейтронах лучше устойчивы к напряжения, вызванные порывами ветра. Осевое усилие из-за воздействия ветра на неподвижный ротор меньше в турбинах быстрого ветра, чем при его вращении; противоположное происходит в медленные ветряки.

Самая мощная ветряная мельница в мире

Vestas представила обновление самой большой ветряной турбины в мире. У меня нет прилагательных, чтобы описать, насколько огромна эта турбина. V164, 220-метровая ветряная мельница с 38-тонные, 80-метровые лопасти, только что привлекла все внимание тех, кто интересуется возобновляемыми источниками энергии в Дании.

Предыдущая турбина могла выдавать мощность 8 МВт, а благодаря обновлениям теперь она может достигать мощности до XNUMX МВт. 9 MW вывод при определенных условиях. В своем первом тесте V164 был способен производить 216.000 24 кВтч всего за XNUMX часа.

Это не только абсолютный рекорд по выработке энергии ветра одной ветряной мельницей, но и самая яркая демонстрация того, что океанские ветры будут иметь ключевая роль в уже начавшемся энергетическом переходе.

Достаточно, чтобы обеспечить дом на 66 лет

По словам Торбена Хвид Ларсен, Технический директор Вестас:

«Наши прототип установил очередной рекорд поколения, с выработкой 216.000 24 кВтч за 9 часа. Мы уверены, что эта ветряная турбина мощностью XNUMX МВт зарекомендовала себя как рыночная, и полагаем, что она сыграет ключевую роль в снижении цен на морскую ветроэнергетику ».

 

Обычно говорить о киловаттах немного сложно и абстрактно. Но по данным официальных органов, среднее потребление электроэнергии в испанском доме составляет 3.250 кВтч в год.. Количество немного выше, чем среднегодовое потребление городского жилья в основных городах Южной Америки. Принимая это во внимание, за день производства он мог подавать электричество в средний дом. более 66 лет.

Они больше, чем Torres Kio в Мадриде, и похожи на Torre Mayor в Мексике, их окружность больше, чем металлическое колесо Лондонского глаза в Лондоне. Эта турбина это эволюция ветряной турбины V164-8.0 МВт, которая уже побил рекорды в 2014 году и может обеспечить электроэнергией 16.000 XNUMX британских семей.


Энергия ветра. Истоки и реальность.

Энергия ветра сыграла значительную роль в развитии человека. Начиная с древних времен, люди использовали энергию ветра, как в мирных, так и в военных целях. За 5 тысяч лет до рождения Христа древние египтяне использовали ветер, чтобы переплывать Нил на лодке с помощью паруса. Так было изобретено парусное судно.

Есть 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.

Особую роль в истории, но уже не в мирных целях, сыграл скандинавский вариант использования ветра. В 9 столетии нашей эры на легких парусных судах викинги пересекли Северное море и терроризировали Западную Европу. Противостоять им местное население могло с большим трудом и появление легких и быстрых лодок с воинственными викингами на борту приводило его ужас не одно столетие.

В 12 веке Европа создала первую ветряную мельницу для помола зерна. А к 14 столетию в Голландии началось использование энергии ветра для откачивания воды с полей, ведь большая часть Голландии находится ниже уровня моря и часто подвергается затоплениям. В каком-то смысле это и позволило Голландии быть одной из самых богатых стран на то время. В более засушливых регионах Европы ветер подавал воду на поля для орошения земли.

К 1900 году в Дании было приблизительно 2500 ветряных мельниц. Помимо всего прочего они использовались еще и для поднятия механических грузов. Так что ветряки – это весьма привычное зрелище для людских глаз, и радует оно нас уже около 800 лет подряд.

Первая ветряная мельница для производства электрической энергии была спроектирована во второй половине 18 столетия в США Чарльзом Ф. Брашем (Charles F. Brush). К концу 18 столетия в США было 77 фабрик по производству ветряных мельниц и их экспорт в другие страны был значительно весомым.

К 1940 году сотни тысяч турбин были построены в США. Турбина ставилась недалеко от фермерского хозяйства и обеспечивала одну ферму минимальным количеством электроэнергии. В начале 50х годов центральная электрификация всех хозяйств приостановила рост и развитие ветряных турбин почти на 20 лет. В Дании небольшие маломощные мельницы для одной фермы широко использовались в 80х годах. Государство субсидировало постройку таких турбин.

В 1973 году ОПЕК ввело запрет на добычу нефти и с тех пор из года в год контролирует и регулирует количество добываемой нефти. Уменьшение добычи нефти на Ближнем Востоке, увеличение за короткий период времени стоимости на нефть в несколько раз, а также осознание того, что ископаемые источники энергии не безграничны, заставило ряд государств вернуться к изучению, развитию и внедрению нетрадиционных источников энергии. Одним из таких источников является энергия ветра.

США своим законом от 1978 года обязало коммунальные предприятия скупать лишнюю добытую при помощи ветра электрическую энергию у рядовых граждан. Калифорния – наиболее привлекательный регион в США для установки ветряных ферм из-за погодных условий и особенностей ландшафта, а также выгодных государственных программ по скупке «ветряного» электричества.

Такие программы по поддержке развития нетрадиционных источников энергии привели к тому, что процент электричества добываемого при помощи ветра продолжает увеличиваться из года в год, благодаря понижению стоимости данной технологии.
Сейчас Европа стоит на первом месте по использованию энергии ветра. Наибольшее развитие и потребление ветроэнергетика приобрела в Германии, Дании и Испании.

Развитие технологий использования энергии ветра приводит к тому, что многие страны перешли с одиночных установок ветряных «мельниц», до образования ветровых ферм, на которых на близком расстоянии друг от друга устанавливаются сотни ветряков.

Причем довольно часто государство берет в долгосрочную аренду землю у фермеров под установку ветряков, выплачивая за это весьма значительные суммы владельцам земли. При всем при этом фермеры продолжают эксплуатацию своих земельных угодий, и поля под ветровыми установками благополучно распахиваются и засаживаются.

Ситуация с ветроэнергетикой в нашей стране, такой богатой на ветра и поля, оставляет желать лучшего. Но все же хочется думать, что правительство задумается и о будущем нашей страны. Особенно ввиду последних поднятий цен на ископаемые источники энергии. И примут соответствующие законы, которые позволят инвестировать в данную отрасль. Эти законы позволят не только привлечь дополнительные инвестиции в страну, но и создадут новые рабочие места.

Последовав примеру развитых стран, стоит позволить инвестировать в такие предприятия не только крупным предприятиям, но и рядовым гражданам, которые впоследствии смогут получать хороший процент от сделанных вложений. В Дании, к примеру, существуют специальные кооперативы для граждан, которые хотят вложить свои деньги в ветровую энергетику, и такие кооперативы владеют половиной всех установленных в стране турбин.

И чем быстрее урегулируется законодательная база в этой сфере, тем реальнее у нас шансы догнать развитые страны. Ведь современные ветряные турбины – это сложные технические системы, которые созданы при помощи комбинации знаний из многих областей науки, таких как аэродинамика, механика, электротехника, метеорология и других. А постройка одной турбины на 2МВт в хорошем для нее месте позволит покрыть издержки электроэнергии в 2000 домашних хозяйств.

Стоимость ветровой установки зависит от многих факторов, включая расходы на установку, которые могут достигать 40% от стоимости самого ветряка.

Ветроэнергетика — это… Что такое Ветроэнергетика?

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2010 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватт[1]. В том же году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии).[2][3] Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2011 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 28 % всего электричества, в Португалии — 19 %, в Ирландии — 14 %,[4], в Испании — 16 % и в Германии — 8 %.[5] В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.[3]

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии.[6][7][8] Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

История использования энергии ветра

Мельница со станиной

Ветряные мельницы использовались для размола зерна в Персии уже в 200-м году до н. э. Мельницы такого типа были распространены в исламском мире и в 13-м веке принесены в Европу крестоносцами.[9]

«Мельницы на козлах, так называемые немецкие мельницы, являлись до середины XVI в. единственно известными. Сильные бури могли опрокинуть такую мельницу вместе со станиной. В середине XVI столетия один фламандец нашел способ, посредством которого это опрокидывание мельницы делалось невозможным. В мельнице он ставил подвижной только крышу, и для того, чтобы поворачивать крылья по ветру, необходимо было повернуть лишь крышу, в то время как само здание мельницы было прочно укреплено на земле» (К. Маркс. «Машины: применение природных сил и науки»).

Масса козловой мельницы была ограниченной в связи с тем, что её приходилось поворачивать вручную. Поэтому была ограниченной и её производительность. Усовершенствованные мельницы получили название шатровых.

В XVI веке в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы. Толедо — 1526 г., Глочестер — 1542 г., Лондон — 1582 г., Париж — 1608 г., и др. В Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, ограждённых дамбами. Отвоёванные у моря земли использовались в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

Ветряные мельницы, производящие электричество, были изобретены в 19-м веке в Дании. Там в 1890-м году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908-му году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели высоту башни 24 метра и четырёхлопастные роторы диаметром 23 метра. Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью имела мощность 100 кВт и была построена в 1931 году в Ялте. Она имела башню высотой 30 метров. К 1941-му году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт. В период с 1940-х по 1970-е годы ветроэнергетика переживает период упадка в связи с интенсивным развитием передающих и распределительных сетей, дававших независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги. Возрождение интереса к ветроэнергетике началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра.[9]

Современные методы генерации электроэнергии из энергии ветра

Мощность ветрогенератора зависит от площади, ометаемой лопастями генератора, и высоты над поверхностью. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.

Воздушные потоки у поверхности земли/моря являются ламинарными — нижележащие слои тормозят расположенные выше. Этот эффект заметен до высоты 1 км, но резко снижается уже на высотах больше 100 метров.[10] Высота расположения генератора выше этого пограничного слоя одновременно позволяет увеличить диаметр лопастей и освобождает площади на земле для другой деятельности. Современные генераторы (2010 год) уже вышли на этот рубеж, и их количество резко растёт в мире.[11] Ветрогенератор начинает производить ток при ветре 3 м/с и отключается при ветре более 25 м/с. Максимальная мощность достигается при ветре 15 м/с. Отдаваемая мощность пропорциональна третьей степени скорости ветра: при увеличении ветра вдвое, от 5 м/с до 10 м/с, мощность увеличивается в восемь раз.[12]

В августе 2002 года компания Enercon построила прототип ветрогенератора E-112 мощностью 4,5 МВт. До декабря 2004 года турбина оставалась крупнейшей в мире. В декабре 2004 года германская компания REpower Systems построила свой ветрогенератор мощностью 5,0 МВт. Диаметр ротора этой турбины 126 метров, масса гондолы — 200 тонн, высота башни — 120 м. В конце 2005 года Enercon увеличил мощность своего ветрогенератора до 6,0 МВт. Диаметр ротора составил 114 метров, высота башни 124 метра. Компания Clipper Windpower разрабатывает ветрогенератор мощностью 10,0 МВт для офшорного применения[13]. В 2009 году турбины класса 1,5 — 2,5 МВт занимали 82 % в мировой ветроэнегетике[14].

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя кое-где ещё встречаются и двухлопастные. Наиболее эффективной конструкцией для территорий с малой скоростью ветровых потоков признаны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, т. н. роторные, или карусельного типа. Сейчас все больше производителей переходят на производство таких установок, так как далеко не все потребители живут на побережьях, а скорость континентальных ветров обычно находится в диапазоне от 3 до 12 м/с. В таком ветрорежиме эффективность вертикальной установки намного выше. Стоит отметить, что у вертикальных ветрогенераторов есть ещё несколько существенных преимуществ: они практически бесшумны, и не требуют совершенно никакого обслуживания, при сроке службы более 20 лет. Системы торможения, разработанные в последние годы, гарантируют стабильную работу даже при периодических шквальных порывах до 60 м/с.

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра считаются прибрежные зоны. Но стоимость инвестиций по сравнению с сушей выше в 1,5 — 2 раза. В море, на расстоянии 10—12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.

Могут использоваться и другие типы подводных фундаментов, а также плавающие основания. Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

5 июня 2009 года компании Siemens AG и норвежская Statoil объявили об установке первой в мире коммерческой плавающей ветроэнергетической турбины мощностью 2,3 МВт, производства Siemens Renewable Energy.[15]

Статистика по использованию энергии ветра

На июнь 2012 года суммарные установленные мощности всех ветрогенераторов мира составили 254 ГВт. Среднее увеличение суммы мощностей всех ветрогенераторов в мире, начиная с 2009 года, составляет 38-40 гигаватт за год и обусловлено бурным развитием ветроэнергетики в США, Индии, КНР и ФРГ[16]. Предполагаемая мощность ветряной энергетики к концу 2012 года по данным World Wind Energy Assosiation приблизится к значению в 273 ГВт[17].

Во всём мире в 2008 году в индустрии ветроэнергетики были заняты более 400 тысяч человек. В 2008 году мировой рынок оборудования для ветроэнергетики вырос до 36,5 миллиардов евро, или около 46,8 миллиардов американских долларов[18][19].

В 2010 году в Европе было сконцентрировано 44 % установленных ветряных электростанций, в Азии — 31 %, в Северной Америке — 22 %.

Таблица: Суммарные установленные мощности, МВт, по странам мира 2005—2011 г. Данные Европейской ассоциации ветроэнергетики[20] и GWEC[21].

Страна2005 г., МВт.2006 г., МВт.2007 г., МВт.2008 г. МВт.2009 г. МВт.2010 г. МВт.2011 г. Мвт.
Китай12602405605012210251044180062733
США9149116031681825170351594020046919
Германия18428206222224723903257772721429060
Испания10028116151514516754191492067621674
Индия4430627075809645108331306416084
Франция757156724543404449256606800
Италия1718212327263736485057976737
Великобритания1353196223893241405152036540
Канада683145118462369331940085265
Португалия1022171621502862353537024083
Дания3122313631253180348237523871
Швеция5105717881021156021632907
Япония1040139415381880205623042501
Нидерланды1224155817462225222922372328
Австралия579817817,31306166820202224
Турция20,15014643380113291799
Ирландия4967468051002126017481631
Греция573746871985108712081629
Польша7315327647272511071616
Бразилия29237247,13416069321509
Австрия81996598299599510111084
Бельгия167,41942873845639111078
Болгария143670120177375612
Норвегия270325333428431441520
Венгрия17,56165127201329329
Чехия29,554116150192215217
Финляндия8286110140146197197
Эстония33325878142149184
Литва748505491154179
Украина77,38689909487151
Россия1415,516,516,51415,4

Таблица: Суммарные установленные мощности, МВт по данным WWEA.

199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011
74759663136961803924320311643929047686590047390493849120791157000196630237227

В то же время, по данным European Wind Energy Association, суммарная вырабатываемая мощность ветряной энергии в России за 2010 год составила 9 МВт, что приблизительно соответствует показателям Вьетнама (31 МВт), Уругвая (30,5 МВт), Ямайки (29,7 МВт), Гваделупы (20,5 МВт), Колумбии (20 МВт), Гайаны (13,5 МВт) и Кубы (11,7 МВт).

В 2011 году ветряные электростанции Германии произвели 8 % от всей произведённой в Германии электроэнергии[22].

В 2011 году 28 % электроэнергии в Дании вырабатывалось из энергии ветра[23].

В 2009 году в Китае ветряные электростанции вырабатывали около 1,3 % суммарной выработки электроэнергии в стране. В КНР с 2006 года действует закон о возобновляемых источниках энергии. Предполагается, что к 2020 году мощности ветроэнергетики достигнут 80-100 ГВт.[24]

Португалия и Испания в некоторые дни 2007 года из энергии ветра выработали около 20 % электроэнергии[25]. 22 марта 2008 года в Испании из энергии ветра было выработано 40,8 % всей электроэнергии страны[26].

Ветроэнергетика в России

В середине 1920-х годов ЦАГИ разрабатывал ветро-электрические станции и ветряки для сельского хозяйства. Конструкция «крестьянского ветряка» могла быть изготовлена на месте из доступных материалов. Его мощность варьировалась от 3 л.с., 8 л.с. до 45 л.с. Такая установка могла освещать 150—200 дворов или приводить в действие мельницу. Для постоянства работы был предусмотрен гидравлический аккумулятор[27].

Технический потенциал ветровой энергии России оценивается свыше 50 000 млрд кВт·ч/год. Экономический потенциал составляет примерно 260 млрд кВт·ч/год, то есть около 30 процентов производства электроэнергии всеми электростанциями России.[28]

Энергетические ветровые зоны в России расположены, в основном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Чёрного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве, на Байкале.

Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период — период наибольшей потребности в электроэнергии и тепле. Около 30 % экономического потенциала ветроэнергетики сосредоточено на Дальнем Востоке, 14 % — в Северном экономическом районе, около 16 % — в Западной и Восточной Сибири.

Суммарная установленная мощность ветровых электростанций в стране на 2009 год составляет 17-18 МВт.

Cамая крупная ветроэлектростанция России (5,1 МВт) расположена в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Зеленоградская ВЭУ состоит из 21 установки датской компании SЕАS Energi Service A.S.

На Чукотке действует Анадырская ВЭС мощностью 2,5 МВт (10 ветроагрегатов по 250 кВт). Годовая выработка в 2011 году не превысила 0,2 млн кВт·ч.

В Республике Башкортостан действует ВЭС Тюпкильды мощностью 2,2 МВт, располагающаяся около одноимённой деревни Туймазинского района[28]. ВЭС состоит из четырёх ветроагрегатов немецкой фирмы Hanseatische AG типа ЕТ 550/41 мощностью по 550 кВт. Годовая выработка электроэнергии в 2008—2010 гг. не превышала 0,4 млн кВт·ч.

В Калмыкии в 20 км от Элисты размещена площадка Калмыцкой ВЭС планировавшейся мощностью в 22 МВт и годовой выработкой 53 млн кВт·ч, на 2006 год на площадке установлена одна установка «Радуга» мощностью 1 МВт и выработкой от 3 до 5 млн кВт·ч.

В Республике Коми вблизи Воркуты недостроена Заполярная ВДЭС мощностью 3 МВт. На 2006 действуют 6 установок по 250 кВт общей мощностью 1,5 МВт.

На острове Беринга Командорских островов действует ВЭС мощностью 1,2 МВт.

Успешным примером реализации возможностей ветряных установок в сложных климатических условиях является ветродизельная электростанция на мысе Сеть-Наволок Кольского полуострова мощностью до 0,1 МВт. В 17 километрах от неё в 2009 году начато обследование параметров будущей ВЭС работающей в комплексе с Кислогубской ПЭС.

Существуют проекты на разных стадиях проработки Ленинградской ВЭС 75 МВт Ленинградская область, Ейской ВЭС 72 МВт Краснодарский край, Калининградской морской ВЭС 50 МВт, Морской ВЭС 30 МВт Карелия, Приморской ВЭС 30 МВт Приморский край, Магаданской ВЭС 30 МВт Магаданская область, Чуйской ВЭС 24 МВт Республика Алтай, Усть-Камчатской ВДЭС 16 МВт Камчатская область, Новиковской ВДЭС 10 МВт Республика Коми, Дагестанской ВЭС 6 МВт Дагестан, Анапской ВЭС 5 МВт Краснодарский край, Новороссийской ВЭС 5 МВт Краснодарский край и Валаамской ВЭС 4 МВт Карелия.

Ветряной насос «Ромашка» производства СССР

Как пример реализации потенциала территорий Азовского моря можно указать Новоазовскую ВЭС, действующей на 2010 год мощностью в 21,8 МВт, установленную на украинском побережье Таганрогского залива.

В 2003—2005 годах в рамках РАО ЕЭС проведены эксперименты по созданию комплексов на базе ветрогенераторов и двигателей внутреннего сгорания, по программе в посёлке Тикси установлен один агрегат. Все проекты начатые в РАО, связанные с ветроэнергетикой переданы компании РусГидро. В конце 2008 года РусГидро начала поиск перспективных площадок для строительства ветряных электростанций[29].

Предпринимались попытки серийного выпуска ветроэнергетических установок для индивидуальных потребителей, например водоподъёмный агрегат «Ромашка».

В последние годы увеличение мощностей происходит в основном за счет маломощных индивидуальных энергосистем, объём реализации которых составляет 250 ветроэнергетических установок (мощностью от 1 кВт до 5 кВт).

Перспективы

Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты.

Мощность высотных потоков ветра (на высотах 7-14 км) примерно в 10-15 раз выше, чем у приземных. Эти потоки обладают постоянством, почти не меняясь в течение года. Возможно использование потоков, расположенных даже над густонаселёнными территориями (например — городами), без ущерба для хозяйственной деятельности.

Германия планирует к 2020 году производить 19,6 % электроэнергии из возобновляемых источников энергии, в основном из ветра.[30]

Дания планирует к 2020 г. 50 % потребности страны в электроэнергии обеспечивать за счет ветроэнергетики[31].

В 2008 году Европейским Союзом установлена цель: к 2010 году установить ветрогенераторов на 40 тыс. МВт, а к 2020 году — 180 тыс. МВт. Согласно планам Евросоюза общее количество электрической энергии, которые выработают ветряные электростанции, составит 494,7 Тв-ч.[32][30].

В Китае принят Национальный План Развития. Планируется, что установленные мощности Китая должны вырасти до 5 тыс. МВт к 2010 году и до 30 тыс. МВт к 2020 году[33]. Однако бурное развитие ветроэнергетического сектора позволило Китаю превысить порог в 30 Гвт установленной мощности уже в 2010 году.[34]

Индия к 2012 году увеличит свои ветряные мощности в 2 раза в сравнении с 2008 годом. К 2012 году будет построено новых ветряных электростанций на 6 тысяч МВт.[35]

Венесуэла за 5 лет с 2010 года планирует построить ветряных электростанций на 1500 МВт.[36].

Франция планирует к 2020 году построить ветряных электростанций на 25 000 МВт, из них 6 000 МВт — офшорных[37].

Экономические аспекты ветроэнергетики

Лопасти ветрогенератора на строительной площадке.

Основная часть стоимости ветроэнергии определяется первоначальными расходами на строительство сооружений ВЭУ (cтоимость 1 кВт установленной мощности ВЭУ ~$1000).

Экономия топлива

Ветряные генераторы в процессе эксплуатации не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.

Себестоимость электроэнергии

Себестоимость электричества, производимого ветрогенераторами, зависит от скорости ветра[38].

Скорость ветраСебестоимость (для США, 2004 год)
7,16 м/c4,8 цента/кВт·ч;
8,08 м/с3,6 цента/кВт·ч;
9,32 м/с2,6 цента/кВт·ч.

Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на угольных электростанциях США, 4,5 — 6 цента/кВт·ч. Средняя стоимость электричества в Китае 4 цента/кВт·ч.

При удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15 %. Ожидается, что себестоимость ещё снизится на 35—40 % к концу 2006 г. В начале 80-х годов стоимость ветряного электричества в США составляла $0,38.

В марте 2006 года Earth Policy Institute (США) сообщил о том, что в двух районах США стоимость ветряной электроэнергии стала ниже стоимости традиционной энергии. Осенью 2005 года из-за роста цен на природный газ и уголь стоимость ветряного электричества стала ниже стоимости электроэнергии, произведённой из традиционных источников. Компании Austin Energy из Техаса и Xcel Energy из Колорадо первыми начали продавать электроэнергию, производимую из ветра, дешевле, чем электроэнергию, производимую из традиционных источников.

Экономика ветроэнергетики в России

В большинстве регионов России среднегодовая скорость ветра не превышает 5 м/с[источник не указан 123 дня], в связи с чем привычные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения практически не применимы — их стартовая скорость начинается с 3-6 м/с, и получить от их работы существенное количество энергии не удастся. Однако на сегодняшний день все больше производителей ветрогенераторов предлагают т. н.роторные установки, или ветрогенераторы с вертикальной осью вращения. Принципиальное отличие состоит в том, что вертикальному генератору достаточно 1 м/с чтобы начать вырабатывать электричество. Развитие этого направления снимает ограничения по использованию энергии ветра в целях электроснабжения. Наиболее прогрессивная технология — сочетание в одном устройстве генераторов двух видов — вертикального ветрогенератора и ФЭМ (фото-электрические модули) — солнечные панели. Дополняя друг друга, совместно они гарантируют производство достаточного количества электроэнергии на любых территориях и в любых климатических условиях. Достаточных, например, для уличного освещения или питания объектов инженерно-технической инфраструктуры (базовые станции сотовой связи[источник не указан 64 дня], пункты наблюдения, погодные и метео-станции и так далее).

Другие экономические проблемы

Ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезах. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации. Понятно, что ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию. Энергосистемы с большой неохотой подключают ветрогенераторы к энергосетям, что привело к появлению законодательных актов, обязующих их это делать.

Проблемы в сетях и диспетчеризации энергосистем из-за нестабильности работы ветрогенераторов начинаются после достижения ими доли в 20-25 % от общей установленной мощности системы. Для России это будет показатель, близкий к 50 тыс. — 55 тыс. МВт.

По данным испанских компаний «Gamesa Eolica» и «WinWind» точность прогнозов выдачи энергии ветростанций при почасовом планировании на рынке «на день вперёд» или спотовом режиме превышает 95 %.

Небольшие единичные ветроустановки могут иметь проблемы с сетевой инфраструктурой, поскольку стоимость линии электропередачи и распределительного устройства для подключения к энергосистеме могут оказаться слишком большими. Проблема частично решается, если ветроустановка подключается к местной сети, где есть энергопотребители. В этом случае используется существующее силовое и распределительное оборудование, а ВЭС создаёт некоторый подпор мощности, снижая мощность, потребляемую местной сетью извне. Трансформаторная подстанция и внешняя линия электропередачи оказываются менее нагруженными, хотя общее потребление мощности может быть выше.

Крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти, ротора и т. п.) на высоте более 100 метров является сложным и дорогостоящим мероприятием.

Экономика малой ветроэнергетики

В России считается, что применение ветрогенераторов в быту для обеспечения электричеством малоцелесообразно из-за:

  • Высокой стоимости инвертора ~ 50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в ~ 220В 50Гц (и синхронизации его по фазе с внешней сетью при работе генератора в параллель))
  • Высокой стоимости аккумуляторных батарей — около 25 % стоимости установки (используются в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети)
  • Для обеспечения надёжного электроснабжения к такой установке иногда добавляют дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой.

В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительной величины у основной массы производств по сравнению с другими затратами; ключевыми для потребителя остаются надёжность и стабильность электроснабжения.

Основными факторами, приводящими к удорожанию энергии, получаемой от ветрогенераторов, являются:

  • Необходимость получения электроэнергии промышленного качества ~ 220В 50 Гц (требуется применение инвертора)
  • Необходимость автономной работы в течение некоторого времени (требуется применение аккумуляторов)
  • Необходимость длительной бесперебойной работы потребителей (требуется применение дизель-генератора)

В настоящее время наиболее экономически целесообразно получение с помощью ветрогенераторов не электрической энергии промышленного качества, а постоянного или переменного тока (переменной частоты) с последующим преобразованием его с помощью ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды. Эта схема имеет несколько преимуществ:

  • Отопление является основным энергопотребителем любого дома в России.
  • Схема ветрогенератора и управляющей автоматики кардинально упрощается.
  • Схема автоматики может быть в самом простом случае построена на нескольких тепловых реле.
  • В качестве аккумулятора энергии можно использовать обычный бойлер с водой для отопления и горячего водоснабжения.
  • Потребление тепла не так требовательно к качеству и бесперебойности: температуру воздуха в помещении можно поддерживать в широких диапазонах 19—25 °C, а в бойлерах горячего водоснабжения 40—97 °C без ущерба для потребителей.

Экологические аспекты ветроэнергетики

Выбросы в атмосферу

Ветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн СО2, 9 тонн SO2, 4 тонн оксидов азота[39].

По оценкам Global Wind Energy Council к 2050 году мировая ветроэнергетика позволит сократить ежегодные выбросы СО2 на 1,5 миллиарда тонн[40].

Влияние на климат

Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным за счет того, что медленно движущиеся воздушные массы успевают сильнее нагреться летом и охлаждаться зимой. Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат, однако позволяют заключить, что оно может быть не столь пренебрежимо малым, как полагали ранее[41][42].

Вентиляция городов

В современных городах выделяется большое количество вредных веществ, в том числе от промышленных предприятий и автомобилей. Естественная вентиляция городов происходит с помощью ветра. При этом описанное выше снижение скорости ветра из-за массового использования ВЭУ может снижать и вентилируемость городов. Особенно неприятные последствия это может вызвать в крупных мегаполисах: смог, повышение концентрации вредных веществ в воздухе и, как следствие, повышенная заболеваемость населения. В связи с этим установка ветряков вблизи крупных городов нежелательна [источник не указан 867 дней].

Шум

Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:

  • механический шум — шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)
  • аэродинамический шум — шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)

В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчётными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не даёт информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно.

Источник шумаУровень шума, дБ
Болевой порог человеческого слуха120
Шум турбин реактивного двигателя на удалении 250 м105
Шум от отбойного молотка в 7 м95
Шум от грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении в 100 м65
Шумовой фон в офисе60
Шум от легковой автомашины при скорости 64 км/ч55
Шум от ветрогенератора в 350 м35—45
Шумовой фон ночью в деревне20—40

В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень шума достаточно крупной ветроустановки может превышать 100 дБ.

Примером подобных конструктивных просчётов является ветрогенератор Гровиан. Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100 часов и была демонтирована.

Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

Низкочастотные вибрации

Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса.[43]

Как правило, жилые дома располагаются на расстоянии не менее 300 м от ветроустановок. На таком расстоянии вклад ветроустановки в инфразвуковые колебания уже не может быть выделен из фоновых колебаний.

Обледенение лопастей

При эксплуатации ветроустановок в зимний период при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлёт льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки.[44]

Кроме того, в случае легкого обледенения лопастей были отмечены случаи улучшения аэродинамических характеристик профиля.

Визуальное воздействие

Визуальное воздействие ветрогенераторов — субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветряных установок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные архитекторы привлекаются для визуального обоснования новых проектов.

В обзоре, выполненном датской фирмой AKF, стоимость воздействия шума и визуального восприятия от ветрогенераторов оценена менее 0,0012 евро на 1 кВт·ч. Обзор базировался на интервью, взятых у 342 человек, живущих поблизости от ветряных ферм. Жителей спрашивали, сколько они заплатили бы за то, чтобы избавиться от соседства с ветрогенераторами.

Использование земли

Турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы возможно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью[45], что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход. В США стоимость аренды земли под одной турбиной составляет $3000-$5000 в год.

Таблица: Удельная потребность в площади земельного участка для производства 1 млн кВт·ч электроэнергии

Вред, наносимый животным и птицам

Таблица: Вред, наносимый животным и птицам. Данные AWEA[46].

Популяции летучих мышей, живущие рядом с ВЭС на порядок более уязвимы, нежели популяции птиц. Возле концов лопастей ветрогенератора образуется область пониженного давления, и млекопитающее, попавшее в неё, получает баротравму. Более 90 % летучих мышей, найденных рядом с ветряками обнаруживают признаки внутреннего кровоизлияния. По объяснениям учёных, птицы имеют иное строение лёгких, а потому менее восприимчивы к резким перепадам давления и страдают только от непосредственного столкновения с лопастями ветряков[47].

Использование водных ресурсов

В отличие от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют воду, что позволяет существенно снизить нагрузку на водные ресурсы.

Радиопомехи

Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала[48]. Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы.

См. также

Источники

  1. Global Wind Installations Boom, Up 31 % in 2009
  2. World Wind Energy Report 2010 (PDF). Архивировано из первоисточника 26 августа 2011.
  3. 1 2 Wind Power Increase in 2008 Exceeds 10-year Average Growth Rate. Worldwatch.org. Архивировано из первоисточника 26 августа 2011.
  4. Renewables. eirgrid.com. Архивировано из первоисточника 26 августа 2011.
  5. «Wind Energy Update» (PDF). Wind Engineering: 191–200.
  6. Impact of Wind Power Generation in Ireland on the Operation of Conventional Plant and the Economic Implications. eirgrid.com (February 2004). Архивировано из первоисточника 26 августа 2011. Проверено 22 ноября 2010.
  7. «Design and Operation of Power Systems with Large Amounts of Wind Power», IEA Wind Summary Paper (PDF). Архивировано из первоисточника 26 августа 2011.
  8. Claverton-Energy.com (28 августа 2009). Архивировано из первоисточника 26 августа 2011. Проверено 29 августа 2010.
  9. 1 2 Alan Wyatt, Electric Power: Challenges and Choices, (1986), Book Press Ltd., Toronto, ISBN 0-920650-00-7,
  10. http://www.tuuliatlas.fi/tuulisuus/tuulisuus_4.html Пограничный слой в атмосфере
  11. http://www.tuuliatlas.fi/tuulivoima/index.html Размеры генераторов по годам
  12. http://www.hyotytuuli.fi/index.php?page=617d54bf53ca71f7983067d430c49b7 Параметры действующих ветрогенераторов. Пори, Финляндия
  13. Clipper Windpower Announces Groundbreaking for Offshore Wind Blade Factory
  14. Edward Milford BTM Wind Market Report 20 Июль 2010 г.
  15. Jorn Madslien. Floating wind turbine launched, BBC NEWS, London: BBC, стр. 5 June 2009. Проверено 23 декабря 2012.
  16. Annual installed global capacity 1996—2011
  17. Half-year report 2012
  18. US and China in race to the top of global wind industry
  19. http://www.gwec.net/fileadmin/documents/PressReleases/PR_2010/Annex%20stats%20PR%202009.pdf
  20. «Wind in power. 2011 European statistics»
  21. «Global Wind Statistics 2011»
  22. Die Energiewende in Deutschland
  23. The Danish Market
  24. БИКИ, 25.07.09г., «На рынке ветроэнергетического оборудования КНР»
  25. Wind power — clean and reliable
  26. Испания получила рекордную долю электричества от ветра
  27. Использование энергии ветра в СССР \\ Бурят-Монгольская правда. № 109 (782) 18 мая 1926 года. стр. 7
  28. 1 2 Энергетический портал. Вопросы производства, сохранения и переработки энергии
  29. http://www.riarealty.ru/ru/article/34636.html «РусГидро» определяет перспективные площадки в РФ для строительства ветроэлектростанций
  30. 1 2 [tt_news=1892&tx_ttnews[backPid]=1&cHash=05ee83819c7f18864985e61c3fd26342 EU will exceed renewable energy goal of 20 percent by 2020]  (англ.). Проверено 21 января 2011.
  31. Denmark aims to get 50% of all electricity from wind power
  32. EWEA: 180 GW of Wind Power Possible in Europe by 2020 | Renewable Energy World
  33. Lema, Adrian and Kristian Ruby, «Between fragmented authoritarianism and policy coordination: Creating a Chinese market for wind energy», Energy Policy, Vol. 35, Isue 7, July 2007
  34. China’s Galloping Wind Market  (англ.). Проверено 21 января 2011.
  35. India to add 6,000 MW wind power by 2012  (англ.). Архивировано из первоисточника 26 августа 2011. Проверено 21 января 2011.
  36. Venezuela, Dominican Republic Step into Wind 9 Сентябрь 2010 г.
  37. John Blau France Could Be Next Offshore Wind Powerhouse 26 Январь 2011 г.
  38. American Wind Energy Association. The Economics of Wind Energy
  39. Wind Energy and Wildlife: The Three C’s
  40. Wind Energy Could Reduce CO2 Emissions 10B Tons by 2020
  41. D.W.Keith,J.F.DeCarolis,D.C.Denkenberger,D.H.Lenschow,S.L.Malyshev,S.Pacala,P.J.Rasch The influence of large-scale wind power on global climate (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2004. — В. 46.
  42. Dr.Yang(Missouri Western State University) A Conceptual Study of Negative Impact of Wind Farms to the Environment (англ.) // The Technology Interface Journal. — 2009. — В. 1.
  43. http://www.canwea.ca/images/uploads/File/CanWEA_Wind_Turbine_Sound_Study_-_Final.pdf
  44. Wind Energy in Cold Climates
  45. Wind energy Frequently Asked Questions
  46. Энергия ветра: мифы против фактов
  47. MEMBRANA | Мировые новости | Ветровые турбины убивают летучих мышей без единого прикосновения
  48. Устаревшие РЛС тормозят развитие ветровой энергетики 06 сентября 2010 года

Литература

  • Д. де Рензо, В. В. Зубарев Ветроэнергетика. Москва. Энергоатомиздат, 1982
  • Е. М. Фатеев Вопросы ветроэнергетики. Сборник статей. Издательство АН СССР, 1959

Ссылки

Чудеса инженерии — ветряные электростанции: alexeyosokin — LiveJournal

Путешествуя по Европе, в особенности по Германии, трудно не заметить целые леса ветряков. С каждым годом их становится все больше и больше. Люди стали серьезней относиться к экологии, кроме этого, по планам немецкого правительства, себестоимость электричества, получаемого от альтернативных (возобновляемых) источников энергии сравняется с традиционными «грязными» способами уже через 5 лет…

Лично мне очень нравятся ветряные электростанции. Уверен, что как в древние времена ветряные мельницы стали неотъемлемой частью европейских пейзажей, так и современные ветряки надолго вписались в природу нашего континента.

Никогда не вдавался в подробности процесса получения электроэнергии из ветра. Из школьной программы понятен сам механизм преобразования кинетической энергии в электрическую, но что из себя представляет ветряк, какой он высоты, сколько тока способен выработать и т.п. не имел понятия.

Изучив вопрос, мне показалось, что многим будет любопытно об этом узнать…

И так, для начала разберемся с внутренней начинкой ветрогенератора:

По схеме видно, что все предельно просто, но есть нюансы.

— Конструкция промышленных ветрогенераторов очень много весит. Вес турбин исчисляется тоннами.
— Высота мачты может достигать 180 метров.
— Размах лопастей — до 60 метров.

И это не предел. Уже сейчас разрабатываются более крупные, а следовательно более мощные ветрогенераторы.

Что же могут дать нам такие монстры? Мощность среднестатистического промышленного ветряка составляет 5 МВт, а самые мощные современные генераторы способны выдавать до 20 МВт.

Ветряная электростанция — это несколько ветрогенераторов, объединенных в одну сеть. Большие электростанции, например построенные в открытом море в территориальных водах Голландии, насчитывают более 100 вышек. Электростанция на моих фотографиях состоит из 20-25 ветрогенераторов и питает завод по производству химических удобрений и город с населением 30,000 человек рядом с ним.

На установку одного ветряка уходит около 5 дней. Казалось бы, что на постройку целой электростанции не должно уходить более месяца, но это не так. Реальный срок — один год. Перед тем как решить, ставить или не ставить ветряки в конкретном месте, производится долгий процесс сбора данных о ветре. Для этого используют несколько датчиков, которые устанавливаются на высоту 35, 60 и 100 метров над поверхностью земли. И только через год инженеры принимают решение о том, строить ли здесь ветряную электростанцию или нет.

Для ускорения процесса строительства в будущем, европейцы вложили более миллиарда евро в изучение ветров по всей территории Евросоюза. В будущем, пользуясь специальной картой, можно будет быстро определить выгодное для строительства место и уже через месяц начать получать электричество.

Кроме массы плюсов, у ветрогенераторов есть и минусы. Главный из них — себестоимость производимой электроэнергии. На данный момент стоимость 1 МВт, произведенного ветряной электростанцией, составляет 1 миллион евро (по данным Bloomberg New Energy Finance). Также есть сложности при эксплуатации ветряков. Они регулярно страдают от попаданий молнии, хотя современные установки оснащены специальной защитой. Из-за трения вращающихся частей внутри гондолы нередки случаи возгорания. Отказы тормозных систем приводят к разрушению генератора и лопастей во время сильных ветров. В зимний период существенно падает производительность из-за обледенения лопастей.

Однако, несмотря на все минусы, индустрия ветряной электроэнергии растет огромными темпами. А значит выделяется много средств на научные разработки в этой сфере. И уже совсем скоро мы начнем питаться исключительно чистой энергией природы!

Ура, товарищи!

Добавить в друзья

Мои Facebook, Twitter и Instagram
Follow me!

И заглядывайте на мой сайт alexeyosokin.com, там тоже много интересного и даже полезного.

Трэвел партнер блога:

Ветроэнергетика: размеры и пределы роста

Современная ветроэнергетика – энергетика больших мощностей и гигантских машин. Ветряные турбины становятся все больше и больше. Примерно так:

Если посмотреть на изменение парка материковых ветровых турбин во времени, например, в Германии, очевидно увеличение их среднего размера.

Всё растет. Увеличиваются как башни, которые у крупнейших машин сегодня достигают 140 метров, так и лопасти, достигающие в длину почти 90 м, и диаметры ротора, доходящие до почти 190 м.

На нынешний день крупнейшими серийными ветряками являются 8-мегаваттные машины от Vestas (MHI Vestas V164), Adwen (AD-180) и Siemens (SWT-8.0-154 8MW), используемые в морской (офшорной) ветроэнергетике, а также 7,5 МВт модель Enercon E-126 – крупнейший материковый ветрогенератор (на фото в начале статьи).

Это серийные модели, находящиеся в эксплуатации. В виде прототипов существуют еще более крупные агрегаты.

Есть ли предел роста размеров ветряных турбин? Чем он обусловлен?

Понятно, размеры ветроустановок увеличивают не из прихоти, а исходя из экономических соображений – в попытке снизить стоимость электроэнергии. Высокие башни обеспечивают доступ к ветровым ресурсам более высокого качества (как говорят спецы: «на высоте 100 метров всегда есть коммерческий ветер»). Увеличение диаметра ротора позволяет «захватить» этих ресурсов побольше, а также задействовать менее качественный ветровой потенциал. Увеличение размеров может приводить к снижению удельных (на единицу мощности) капитальных и операционных затрат, что прямо отражается на стоимости электроэнергии.

В то же время рост размеров ветряных турбин наталкивается на ограничения, связанные как с характеристиками используемых материалов, так и с транспортировкой и технологиями монтажных работ. Кроме того, существуют физические лимиты увеличения размеров, описываемые законом квадрата-куба: объем (соответственно, масса и стоимость) используемых материалов может расти быстрее, чем отдача от этого увеличения.

Транспортно-логистические и монтажные ограничения касаются главным образом материковой ветроэнергетики. Перевозка секций башен большого диаметра и длинных лопастей наземным транспортном – серьезный технологический вызов. Диаметр перевозимых труб/конусов башен ветряков ограничен сегодня 4,3 метра в редких случаях возможны перевозки диаметров 4,6 метра. Разумеется, транспортировка таких агрегатов на дальние расстояния крайне затруднена. Одним из используемых компромиссных решений является комбинированная башня сталь/железобетон, в которой нижние железобетонные секции самого большого диаметра изготавливаются на месте. Кроме того, необходимо учитывать, что транспортная и монтажная техника (например, большие краны) имеет свои пределы.

Рассмотренные в предыдущем абзаце ограничения в меньшей степени касаются морской ветроэнергетики, где используются производственные технологии/мощности судостроения, строительства на шельфе и морских грузоперевозок.

Проведенное в текущем году в США исследование, включающее в себя опрос 163-х ведущих отраслевых экспертов, показало: размеры ветроустановок будут расти и дальше. При этом, очевидно, потенциал роста у офшорных ветрогенераторов существенно превышает потенциал наземной ветроэнергетики.

Результаты исследования представлены на следующих графиках.

К 2030 средняя высота башни ветрогенератора в материковой ветроэнергетике приблизится к 120 метрам и в Европе, и в США, средний диаметр ротора будет находится в интервале 130-140 метров, а средняя установленная мощность на один генератор в Европе превысит 3,5 МВт.

В офшорной ветроэнергетике намечаемые изменения куда существенней. Средняя мощность ветрогенераторов на европейском рынке достигнет 11 МВт, при высоте башен более 220 метров. Распространение получат плавающие ветроэлектростанции. Некоторые эксперты прогнозируют, что к 2030 году максимальная мощность морских ветряков на фиксированном фундаменте может достичь 18 МВт, то есть более чем в два раза превысить сегодняшние рекордные показатели.

В то же время очевидно, что ветроустановки не будут расти бесконечно. Вероятно, в скором времени мы узнаем оптимум, превышение которого будет затруднено с логистической, в первую очередь, точки зрения, и не будет оправдываться экономически.

10 фактов о ветроэнергетике, которых вы не знали

Освежите свои знания о ветре! Эта статья является частью серии Energy.gov, посвященной серии «Главные факты, которых вы не знали об энергетике».

10. Человеческие цивилизации использовали энергию ветра на протяжении тысячелетий. Ранние формы ветряных мельниц использовали ветер для измельчения зерна или перекачивания воды. Теперь современные ветряные турбины используют ветер для выработки электроэнергии. Узнайте, как работает ветряная турбина.

9. Современные ветряные турбины представляют собой гораздо более сложные машины, чем традиционные ветряные мельницы прерий.Ветряная турбина состоит из 8000 различных компонентов.

8. Ветрогенераторы большие. В среднем лопасти ветряных турбин имеют длину почти 200 футов, а высота башен турбин составляет в среднем 295 футов, что примерно равно высоте Статуи Свободы. Увеличивается и средняя паспортная мощность турбин, а значит, они имеют более мощные генераторы. Средняя мощность ветряных турбин коммунального назначения, установленных в 2020 году, составила 2,75 мегаватт (МВт), что на 8% больше, чем в предыдущем году.

7. Чем выше скорость ветра, тем больше электроэнергии, и ветряные турбины становятся все выше, чтобы достигать больших высот над уровнем земли, где еще более ветрено.Ознакомьтесь с картами ветряных ресурсов Министерства энергетики, чтобы узнать среднюю скорость ветра в вашем штате или родном городе, и узнайте больше о возможностях для более высоких ветряных турбин в отчете Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики.

6. Здесь производится большинство компонентов ветряных турбин, установленных в США. Более 530 производственных предприятий, связанных с ветром, расположены в 43 штатах, а в ветроэнергетике США в настоящее время занято более 116 000 человек.

5. Оффшорный ветроэнергетика открывает большие возможности для обеспечения электроэнергией густонаселенных прибрежных городов. Есть небольшие проекты, установленные у берегов Род-Айленда и Вирджинии, и первый проект коммерческого масштаба был одобрен для установки у побережья Массачусетса. Посмотрите, что делает Министерство энергетики для развития оффшорной ветроэнергетики в США.

4. Ветроэнергетика коммунального масштаба (от турбин мощностью более 100 киловатт) установлена ​​в 41 штате. Распределенный ветер установлен во всех 50 штатах, а также в Пуэрто-Рико, Гуаме и США.С. Виргинские острова.

3. В конце 2020 года мощность ветровой энергии в Соединенных Штатах составляла около 122 000 мегаватт, что делало ее крупнейшим источником возобновляемой энергии в Соединенных Штатах. В 2020 году прирост ветроэнергетических мощностей в США составил 17 МВт. Этот рост составил 24,6 млрд долларов инвестиций в новые ветроэнергетические установки в 2020 году.

2. Энергия ветра доступна по цене. Цены на ветровую энергию по контрактам на электроэнергию, заключенным за последние несколько лет, и выравниваемые цены на ветровую энергию (цена, которую коммунальное предприятие платит за покупку электроэнергии у ветряной электростанции) составляют 2–4 цента за киловатт-час.

1. Энергия ветра обеспечивает более 10% общего производства электроэнергии в 16 штатах и ​​более 30% в Канзасе, Айове, Северной Дакоте, Южной Дакоте и Оклахоме. В целом, энергия ветра обеспечила более 8% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году.

Узнать больше

Сколько энергии производит ветряная турбина? Выходная мощность ветряных турбин

Как ветряные турбины производят энергию?

Мы все знаем, что миру нужно больше компаний, работающих с возобновляемыми источниками энергии. Что бы вы ни говорили об изменении климата, вы должны признать тот факт, что ископаемое топливо является исчерпаемым ресурсом и рано или поздно закончится.Если мы хотим жить в удобном электрическом мире, в котором мы живем сейчас, нам нужно найти альтернативные источники.

Некоторые из возобновляемых источников энергии, которые мы можем использовать, включают солнечную энергию, ветер, биомассу и геотермальную энергию, и хотя ни одна технология не может быть ответом, объединение их всех вместе помогает проложить путь вперед.

Многие люди обнаружили, что переход от традиционных энергетических планов, основанных на ископаемом топливе, к неограниченным планам возобновляемой энергии обеспечивает мгновенный доступ к чистой энергии без значительных инвестиций в такие вещи, как солнечные батареи.

Еще один источник экологически чистой энергии, который уже растет во всем мире, — это ветряные турбины. Это огромные сооружения, стратегически расположенные в постоянно ветреных местах, чтобы дать им наилучшие возможности для выработки наибольшей энергии.

Но как на самом деле работают ветряные турбины?

Как производится энергия ветра?

Энергия ветра производится, когда мы используем энергию воздушного потока нашей атмосферы для выработки электричества. Ветряные турбины делают это, улавливая кинетическую энергию ветра (т.грамм. энергия движения).

В настоящее время существует три различных типа ветровой энергии: ветровая энергия коммунального масштаба, распределенная (малая) ветровая энергия и оффшорная ветровая энергия.

  • Ветроэнергетика коммунального масштаба включает в себя турбины всех размеров, которые передают свою энергию в сеть и используются коммунальными предприятиями.
  • Оффшорная ветровая энергия — это именно то, на что это похоже: это огромные ветряные турбины, которые построены в море и генерируют наибольшее количество энергии.

Конечно, не вся электроэнергия, проходящая через энергосистему, поступает из экологически чистых источников, таких как ветер и солнечная энергия, большая ее часть по-прежнему поступает от сжигания топлива. Даже возобновляемые виды топлива не содержат вредных газов, поэтому мы должны осознавать, откуда берется наша энергия.

Возможно, вы этого не знаете, но во многих штатах вы можете выбирать, откуда берется ваша энергия. Мы даем нашим клиентам возможность выбирать энергию из экологически чистых источников, а не из вредных. Наши клиенты выбирают чистую энергию и план подписки, который им подходит, чтобы получать стабильный ежемесячный счет и быть довольными тем, что они помогают миру стать зеленее.Если вы хотите узнать больше о том, как мы можем вам помочь, нажмите здесь.

Как работают ветряные турбины?

Ветряные турбины относительно легко понять, и часто их легче понять, если вы думаете о них как об исторической ветряной мельнице, которая использовала бы энергию ветра для измельчения зерна.

Когда ветер проходит мимо лопасти ветряной турбины, сила захватывается ею (это называется захватом ее кинетической энергии), и турбина начинает вращаться. Энергия теперь считается механической энергией.Как и в случае с ветряной мельницей, здесь вращается внутренний вал. В отличие от традиционной ветряной мельницы, валы ветряных турбин соединены с коробкой передач, которая помогает значительно увеличить скорость — обычно в 100 раз больше.

Этот спиннинг подключен к генератору, который вырабатывает электричество. Это все, что вам действительно нужно знать, но если вас интересуют технические термины, эти же элементы называются мачтой, гондолой и ротором. Мачта поддерживает ротор и гондолу, а гондола содержит механические части.Мачты или башни полые и сделаны преимущественно из стали. Лопасти изготовлены из стекловолокна, армированного полиэстером, эпоксидной смолы, армированной стекловолокном, или эпоксидной смолы, армированной углеродным волокном, что делает их невероятно прочными, но в то же время достаточно легкими, чтобы заставить их вращаться при относительно слабом ветре.

Лопасти ветряной турбины очень похожи на крылья самолета; ветер заставляет вращаться трехлопастную турбину, потому что подъемная сила больше силы сопротивления. Их три, потому что это дает наилучший компромисс между скоростью вращения и механической надежностью.

Ротор соединен с генератором через серию шестерен, так что скорость вращения увеличивается примерно в 100 раз. Это позволяет генератору производить электроэнергию и не быть слишком большим и дорогим. Компьютеры контролируют шаг лопастей и направление, в котором они указывают, для получения максимальной мощности.

Большинство наземных ветряных турбин сегодня рассчитаны на мощность 2,5-3 МВт (мегаватт) с лопастями длиной около 50 м, что составляет примерно половину длины футбольного поля. Всего 30 лет назад лезвия были всего 15 метров в длину!

Ветряные турбины производят переменный или постоянный ток?

Электрогенераторы производят электричество переменного тока.Некоторые турбины содержат преобразователь, который преобразует переменный ток в постоянный (постоянный ток) и обратно, чтобы вырабатываемая электроэнергия соответствовала частоте и фазе сети, к которой она подключена. Разница между этими токами заключается в том, что в токах переменного тока электроны продолжают менять направления, а в токах постоянного тока они всегда движутся только в одном направлении.

Какие существуют типы ветряных турбин?

На сегодняшний день наиболее распространенным типом ветровой турбины является ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT).Это то, что стало обычным явлением либо в виде отдельных лиц и небольших групп, либо в больших количествах на ветряных электростанциях. Они напоминают пропеллер самолета на башне.

Турбины с вертикальной осью, с другой стороны, были описаны как похожие на взбивалки. Турбины с вертикальной осью обычно имеют две лопасти, прикрепленные к верхней и нижней части вертикального ротора. Они могут быть довольно большими, но вышли из моды, поскольку они не так эффективны, как турбины с горизонтальной осью.

Есть несколько других, которые были отвергнуты как второстепенные или все еще находятся на стадии прототипа, включая бортовую ветряную турбину, разрабатываемую Altaeros Energies.Эта ветряная турбина немного похожа на нечто среднее между воздушным шаром и ветряной турбиной, и теоретически она была бы гораздо более визуально привлекательной, поскольку не нарушала бы ландшафт. Только время покажет, являются ли какие-либо из них жизнеспособными альтернативами HAWT, которые сейчас используются во всем мире. Как ветряные турбины производят энергию?

Ветродвигатель предназначен для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую. Лопастной ротор соединен с генератором через серию шестерен, так что скорость вращения увеличивается примерно в 100 раз.Это позволяет генератору производить электроэнергию, не будучи при этом слишком большим или дорогим. Электричество, производимое ветряной турбиной, обычно передается в энергосистему.

Какой тип ветряной турбины самый эффективный?

По состоянию на 2020 год лидером эффективности ветряных турбин является большая трехлопастная конструкция с горизонтальной осью, поэтому было развернуто более 300 000 ветряных турбин. Аэродинамические лопасти производят больше электроэнергии, чем любая другая конструкция, поскольку производимая подъемная сила перемещает лопасти быстрее, и каждая лопасть движется в «чистом» воздухе.

Кроме того, поскольку компьютеры контролируют ориентацию лезвий, они всегда работают с оптимальным потенциалом. Конструкции с вертикальной осью и другие конструкции с горизонтальной осью не могут конкурировать.

Другим преимуществом трехлопастных HAWT является то, что они очень хорошо масштабируются, фактически намного лучше, чем альтернативы. Большие турбины генерируют одинаково большое количество электроэнергии, что жизненно важно для производства электроэнергии в коммунальных масштабах. Ознакомьтесь с нашей статьей, посвященной преимуществам энергии ветра, чтобы получить дополнительную информацию.

Сколько энергии производит ветряная турбина?

Современная ветряная турбина начинает производить электричество, когда скорость ветра достигает 6-9 миль в час (миль в час) и должна выключаться, если она превышает 55 миль в час (88,5 километров в час), когда ее механизму угрожает опасность повреждения. Таким образом, хотя они могут генерировать электроэнергию большую часть времени, в других случаях их приходится отключать.

Существует также снижение, вызванное неизбежной неэффективностью механизма, большинство ветряных турбин работают с эффективностью около 30–40%, хотя в идеальных условиях ветра она может возрасти до 50%.

Подсчитано, что средняя береговая ветряная установка мощностью 2,5–3 МВт может производить более 6 миллионов кВт·ч в год. Морская турбина мощностью 3,6 МВт может удвоить эту мощность.

Сколько энергии производит ветряная турбина за один оборот?

Ветряные турбины становятся все больше и производят все больше и больше электроэнергии. В 2018 году шведский энергетический гигант Vattenfall установил первую из 11 своих турбин мощностью 8,8 МВт производства Vestas у побережья Шотландии. Эти колоссальные турбины имеют общую высоту 191 м (627 футов), а каждая лопасть имеет длину 80 м (262 фута).По словам Адама Эззамеля, руководителя проекта Европейского оффшорного ветроэнергетического центра, «всего одно вращение лопастей может привести в действие средний британский дом в течение дня».

Может ли 1 ветряк привести дом в действие?

Существуют альтернативы гигантским ветряным турбинам, используемым для выработки электроэнергии в коммунальных масштабах. Небольшие ветряные турбины мощностью 100 киловатт или меньше могут использоваться для прямого питания дома или малого бизнеса. Они могут генерировать электроэнергию так же, как и солнечные панели, в том смысле, что электроэнергия может храниться для использования в батареях и должна обеспечивать питание дома или офиса в ветреный день.Проблема возникает, когда ветер стихает в течение нескольких дней или поднимается слишком высоко, чтобы ветряная турбина могла работать без повреждений.

Другая, более важная проблема заключается в том, что установка ветряной турбины или солнечных батарей требует огромных затрат. Более простое решение — просто переключить ваш тарифный план на ископаемое топливо дома или в офисе на безлимитную подписку на экологически чистую энергию. Это позволит мгновенно сэкономить, и плата за установку не взимается.

Хотя установка солнечных батарей или ветряной турбины может окупиться в долгосрочной перспективе, это не финансовая инвестиция, которую могут сделать многие люди.

Если вы решите установить турбину, в зависимости от ситуации, ее можно установить на крыше или отдельно. В очень редких случаях избыточная вырабатываемая электроэнергия может подаваться в сеть и фактически приносить доход владельцу (точно так же, как солнечные батареи).

Это растущий сектор рынка (вы даже можете купить их на Amazon), и со временем он может стать таким же важным, как ветряные электростанции, поскольку мы стремимся к более дешевым устойчивым источникам энергии.

Самое замечательное в ветре то, что он бесплатный, и его много! Есть надежда, что в конечном итоге до 50% потребностей в энергии можно будет обеспечить за счет энергии ветра.Уже почти половина электричества в Дании приходится на ветер. К концу 2018 года мировая мощность ветровой электроэнергии достигла почти 600 гигаватт, при этом доля США составила 96 665 МВт. По оценкам Управления энергетической информации США, в 2020 году будет введено в эксплуатацию еще 14 300 МВт ветровой энергии.

Энергия ветра не является полным ответом на мировые потребности в энергии, но она уже играет жизненно важную роль, помогая нам адаптироваться к более чистому и устойчивому будущему.

В Inspire Clean Energy мы являемся компанией, занимающейся возобновляемыми источниками энергии, которая стремится дать нашим клиентам возможность делать правильные вещи для окружающей среды, себя и своих семей.Мы хотим сделать выбор экологически чистой энергии простым и доступным.

Не уверены, подходят ли вам возобновляемые источники энергии? Прочтите последние обзоры Inspire Clean Energy, чтобы узнать, как мы помогли клиентам сделать переход.

Как ветряные мельницы могут производить электричество, если они так часто вращаются медленно?

 Короткий ответ: если они двигаются медленно, они производят меньше энергии. Но если скорость ветра удвоится, то ветряк при соответствующих условиях сможет производить в восемь раз больше энергии.

Если ветра слишком мало и лопасти двигаются слишком медленно, ветряк больше не производит электричество. Турбина начинает создавать мощность на так называемой скорости включения. Выходная мощность продолжает расти по мере увеличения скорости ветра, но медленнее, чем сразу после точки включения. Затем турбина достигает максимальной номинальной скорости ветра, выше которой выходная мощность остается стабильной в идеальных условиях, обычно от 22 до 36 миль в час, в зависимости от типа ветряной мельницы.

Конечно, слишком сильный ветер может повредить турбину, поэтому у ветряных мельниц тоже есть скорость отключения. После этого тормоз останавливает вращение ветряка.

Ветряные мельницы обычно рассчитаны на мощность, которую они могли бы производить в идеальных условиях. Это означает, что номинальная мощность может отличаться от фактической производимой мощности, поскольку ветровые условия зависят от времени года и времени суток.

Например, проект Cape Wind — 130 турбин, которые планируется разместить у Кейп-Кода, — рассчитан на производство до 468 мегаватт энергии ветра.Но средняя выработка составит всего 170 мегаватт, в зависимости от различных условий, таких как скорость и регулярность ветра. Эти оценки основаны на измерениях ветра, сделанных до того, как будет построена площадка, поэтому ветряная электростанция может быть спроектирована так, чтобы использовать максимально доступную мощность. Эта информация имеет решающее значение для эффективного использования энергии ветра в существующей электросети.

Корпус за лезвиями содержит механизм, который фактически производит электричество. Система зубчатых передач увеличивает первоначальную скорость вращения лопастей до высокой скорости, необходимой для выработки электроэнергии, преобразуя механическое движение лопастей в мощность.

Иногда мощность ветряной электростанции не может быть использована из-за отсутствия потребительского спроса. В настоящее время проводится большое количество исследований в области систем хранения электроэнергии — например, батареи — с тем, чтобы энергию, производимую этим типом возобновляемой энергии, можно было хранить и использовать, когда это необходимо.

Энергия ветра — один из самых дешевых источников электроэнергии, и он становится все дешевле

Ранее в этом месяце Министерство энергетики США (DOE) выпустило последнюю версию своего ежегодного отчета о рынке ветровых технологий, в котором собрано множество данных для отслеживать тенденции в стоимости, производительности и росте энергии ветра.

В отчете говорится, что ветровая энергия в США будет по-прежнему оставаться одной из самых дешевых технологий производства электроэнергии, при этом долгосрочная цена на ветровую электроэнергию, доступная по соглашению о покупке электроэнергии, составит примерно  половину ожидаемой стоимости просто электростанция на природном газе.

Кроме того, жесткая конкуренция со стороны как природного газа, так и солнечной энергии может подтолкнуть ветроэнергетику к достижению еще более низких цен и более высокой производительности за счет разработки более крупных турбин, адаптированных для максимизации их производительности даже в регионах с менее оптимальной скоростью ветра.

В этом посте будет рассмотрено несколько основных тенденций в области ветроэнергетики в США, отраженных в отчете Министерства энергетики США. Для полного изложения я предлагаю вам ознакомиться с полным отчетом и соответствующей презентацией.

Энергия ветра — один из самых дешевых источников электроэнергии в США

В то время как общая стоимость энергии ветра напрямую зависит от скорости ветра в конкретном месте, изучение национальных тенденций в установленной стоимости энергии ветра окончательно показывает, что энергия ветра стала чрезвычайно дешевым источником электроэнергии.

Средний потребитель в США платит около 12 центов за киловатт-час электроэнергии. Эта цена включает в себя стоимость производства электроэнергии, проводов, которые доставляют ее от генераторов к нашим домам, а также стоимость ведения коммунального бизнеса. Фактическая стоимость одной лишь генерации электроэнергии составляет от 2 до 4 центов за киловатт-час — это цена, с которой приходится конкурировать ветряной энергии, чтобы добиться успеха.

Согласно данным, собранным в Отчете о рынке ветровых технологий, стоимость энергии ветра постоянно находится на уровне текущих рыночных цен на электроэнергию или ниже их.Энергия ветра часто покупается крупными блоками на основе долгосрочного контракта, называемого соглашением о покупке электроэнергии (PPA). На рисунке ниже показана историческая цена контрактов PPA на энергию ветра с 1996 года. Диаметр каждого круга — это размер построенной ветряной электростанции в мегаваттах, а высота круга по оси Y — цена контракта в долларах за мегаватт. -час (или долларов за 1000 киловатт-часов).

На этом рисунке сравнивается контрактная цена по соглашению о покупке электроэнергии (PPA) для энергии ветра (кружки) с приведенной стоимостью природного газа (черные столбцы) на основе прогнозов Управления энергетической информации (EIA).Диаметр каждого круга представляет мощность ветряной электростанции в мегаваттах. Ветроэнергетика, построенная во внутренних районах США, с 2011 года находится на уровне долгосрочных прогнозов цен на газ или ниже. В последние годы цена внутреннего ветра упала ниже 20 долларов за мегаватт-час, или 2 цента за киловатт-час. Предоставлено: Отчет о рынке ветровых технологий Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

В последние годы огромное количество энергии ветра было закуплено по цене 20 долларов за мегаватт-час или ниже, или всего 2 цента за киловатт-час.Это по любым параметрам конкурентоспособно с типичными ценами на оптовом рынке электроэнергии.

Но важно отметить, что цена энергии ветра, предлагаемая через PPA, является полной ценой, которая включает эффект субсидий, таких как федеральный налоговый кредит на производство энергии ветра, который обеспечивает налоговую субсидию в размере от 18 до 23 долларов за мегаватт-час. производимой энергии. Если вы исключите налоговый кредит на производство и посмотрите на приведенную стоимость энергии (LCOE) от внутреннего ветра, она по-прежнему будет иметь чрезвычайно конкурентоспособную стоимость менее 50 долларов за мегаватт-час (5 центов за киловатт-час).Для сравнения, по оценкам Управления энергетической информации, лучшая в своем классе электростанция с комбинированным циклом, работающая на природном газе, имеет LCOE около 54 долларов за мегаватт-час (5,4 цента за киловатт-час). Таким образом, даже если учесть влияние федеральной налоговой льготы на производство энергии ветра, энергия ветра остается чрезвычайно конкурентоспособным генерирующим ресурсом.

Приведенная стоимость энергии (LCOE) отражает среднюю стоимость энергии ветра без учета каких-либо федеральных налоговых льгот или других субсидий. Внутренний ветер, построенный в 2014 и 2015 годах, имеет LCOE менее 50 долларов за мегаватт-час или 5 центов за киловатт-час.Для сравнения, по оценкам Управления энергетической информации, лучшая в своем классе электростанция с комбинированным циклом, работающая на природном газе, имеет LCOE около 54 долларов за мегаватт-час, или 5,4 цента за киловатт-час. Предоставлено: Отчет о рынке ветровых технологий Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Конкуренция заставляет быть дешевле, больше и лучше

Одно из преимуществ ветроэнергетики, которая становится полностью конкурентоспособной по сравнению с традиционным производством электроэнергии на ископаемом топливе, заключается в том, что она оказывает значительное давление на ветроэнергетику, чтобы постоянно повышать стоимость и производительность своих ветряных турбин, чтобы оставаться на шаг впереди конкурентов.

Отраслевые данные показывают, что ветряные турбины, развернутые в 2016 году, имеют роторы большего диаметра, что позволяет им улавливать больше ветра в целом, и большую высоту ступицы, что позволяет им улавливать более устойчивые ветры, доступные на больших высотах. Средний диаметр ротора в 2016 году составил 108 метров, что на 13 процентов больше, чем в среднем за предыдущие 5 лет, а средняя высота ступицы в 2016 году составила 83 метра, что на 1 процент больше, чем в среднем за предыдущие 5 лет. В результате средняя генерирующая мощность вновь установленных ветряков в США в 2016 году составила 2.15 мегаватт, что на 11 процентов больше, чем в среднем за предыдущие 5 лет.

Улучшения в конструкции ветряных турбин не только помогли увеличить максимальную мощность, которую они могут производить (или их генерирующую мощность), но и их коэффициент мощности, показатель того, как часто они фактически производят энергию. Средний коэффициент мощности проектов, установленных в 2014 и 2015 годах, составлял более 40 процентов, то есть они производили 40 процентов максимально возможной энергии, которую они могли бы производить, если бы было очень ветрено 24 часа в сутки, 365 дней в году.

Улучшение конструкции ветряных турбин привело к значительному увеличению коэффициента мощности ветряных электростанций, который показывает, как часто они фактически производят энергию. Средний коэффициент мощности среди проектов, построенных в 2014 и 2015 годах, составил 42,6 процента по сравнению со средним значением 32,1 процента среди проектов, построенных с 2004 по 2011 год, и 25,4 процента среди проектов, построенных в период с 1998 по 2001 год. Фото: Отчет о рынке ветровых технологий Lawrence Berkeley National Лаборатория

Как насчет затрат на интеграцию, связанных с изменчивостью ветра?

В этот момент вы можете спросить, а как насчет всех затрат, связанных с изменчивостью ветра? Разве нам не нужно хранилище, чтобы справляться с колебаниями выработки энергии ветра? К сожалению, нет коротких ответов на вопрос, каковы затраты на интеграцию переменного источника электроэнергии, такого как ветер.Ответ однозначный: «это зависит».

Одна вещь, которую мы можем сделать, это посмотреть, как количество ветра, принудительно отключенного или ограниченного операторами сети, изменилось по мере того, как количество энергии ветра в сети увеличилось. На рисунке ниже показаны как скорость проникновения ветра, так и скорость ограничения ветра в период с 2008 по 2016 год для семи независимых системных операторов США (ISO) (карта ISO США здесь).

На этом рисунке отслеживаются изменения проникновения и ограничения ветра, или количество ветровой энергии, которое принудительно отключается оператором сети на семи U.S. регионы независимого системного оператора (ISO). В то время как проникновение ветра значительно увеличилось, ограничение ветра уменьшилось из-за инвестиций в передачу и других операционных изменений, чтобы приспособить энергию ветра. Предоставлено: Отчет о рынке ветровых технологий Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Если вы посмотрите на общее изменение проникновения ветра и подавления ветра во всех семи ISO, то увидите, что сокращение на самом деле уменьшилось на , хотя проникновение ветра значительно увеличилось.Это не означает, что затраты на интеграцию ветра не значительны. На самом деле, основная причина, по которой объем сокращений сократился с пика 2009 года, заключается в том, что регионы инвестировали в крупномасштабные линии электропередач для передачи ветровой энергии с равнин в города и лучшего баланса производства ветровой энергии со спросом. Например, в регионе Совета по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT) коммунальные предприятия инвестировали 7 миллиардов долларов в линии электропередач, соединяющие ветреный Западный Техас с восточными и центральными городами, что значительно сократило сокращение.Как и все инвестиции в линии электропередач, эти расходы были распределены по всей клиентской базе, поэтому они не отражены в стоимости энергии ветра, показанной на диаграммах выше. Но когда вы распределяете миллиардные инвестиции среди миллионов клиентов, затраты на одного клиента относительно скромны.

Поскольку исключительно низкие цены на энергию ветра в США стимулируют дальнейшее строительство ветряных электростанций, будет интересно посмотреть, как сетевые операторы США справятся с задачей интеграции энергии ветра с остальной частью сети.Пока, по крайней мере, они были успешными. Но политики и регулирующие органы должны осознавать необходимость в новых мощностях передачи и других модернизациях сети для интеграции ветра, поскольку все больше турбин устанавливается в большем количестве мест. Выявление наименее затратных инвестиций для интеграции большинства возобновляемых источников энергии — непростая задача, но она будет становиться все более важной, поскольку возобновляемые источники энергии сбрасывают ярлык «альтернативной энергии» и становятся основным источником электроэнергии в США.

Используйте силу ветра с помощью ветряной турбины

Производство возобновляемой электроэнергии

Преимущества

  • Сократите счета за электроэнергию
  • Сократите свой углеродный след
  • Запас электричества на спокойный день

Как работают ветряные турбины?

Ветряные турбины используют силу ветра и используют ее для выработки электроэнергии.Когда дует ветер, лопасти вращаются, приводя в движение турбину, вырабатывающую электричество. Чем сильнее ветер, тем больше электроэнергии вырабатывается.

Существует два типа бытовых ветряков:

  • Установленные на столбе – отдельно стоящие и монтируемые в подходящем открытом месте, с генерирующей мощностью около 6 кВт.
  • Монтируемые на здании – они меньше систем, устанавливаемых на мачте, и могут быть установлены на крыше дома, где есть подходящий ветровой ресурс.Часто они имеют размер около 2 кВт.

Преимущества ветряных турбин

Сократите счета за электроэнергию

Wind предоставляется бесплатно, поэтому, как только вы оплатите первоначальные затраты на установку и обслуживание, ваши расходы на электроэнергию будут снижены.

Сократите свой углеродный след

Электроэнергия, вырабатываемая ветром, является возобновляемой энергией и не выделяет вредного углекислого газа или других загрязняющих веществ.

Запас электричества на спокойный день

Если ваш дом не подключен к сети и у вас есть аккумуляторная батарея, вы можете хранить излишки электроэнергии и использовать ее, когда нет ветра.

Затраты, сбережения и финансовая поддержка

Затраты

Стоимость системы будет зависеть от размера и способа монтажа.Установленные на здании турбины стоят дешевле, чем установленные на столбах, но они, как правило, меньше по размеру и менее эффективны.

Стоимость оборудования и монтажа системы мощностью 6 кВт, установленной на опоре, составляет около 33 000 фунтов стерлингов.

Сбережения

Удачно расположенная турбина мощностью 6 кВт может генерировать около 9000 кВтч в год, что может сэкономить около 510 фунтов стерлингов в год на счетах за электроэнергию*. Вырабатываемая возобновляемая энергия также может сэкономить около 2,1 тонны углекислого газа в год.

*Сбережения и платежи SEG предполагают, что жильцы дома отсутствуют весь день до 16:00. Экономия будет варьироваться в зависимости от модели заполнения домохозяйства.

 

Финансовая поддержка

Вы можете требовать выплаты Smart Export Guarantee (SEG) за любые излишки электроэнергии, которые вы экспортируете в сеть. Smart Export Guarantee заменила предыдущий льготный тариф, который был закрыт для новых заявок в конце марта 2019 года.

Удачно расположенная турбина мощностью 6 кВт, установленная на опоре, обычно может приносить около 300 фунтов стерлингов в год в виде платежей SEG.

Техническое обслуживание

Проверки технического обслуживания необходимы каждые несколько лет и, как правило, стоят от 100 до 200 фунтов стерлингов в год в зависимости от размера турбины.

Турбина в хорошем состоянии должна прослужить более 20 лет, но вам может потребоваться заменить инвертор на каком-то этапе в течение этого времени, что обойдется в 1000–2000 фунтов стерлингов для большой системы.

Для автономных систем батареи также нуждаются в замене, как правило, каждые шесть-десять лет. Стоимость замены батарей варьируется в зависимости от конструкции и масштаба системы.

Любой резервный генератор также будет иметь собственные расходы на топливо и обслуживание.

Читать тематические исследования

Если вы живете в Шотландии, вы можете прочитать тематические исследования домовладельцев, которые установили ветряные турбины в сети Green Homes.

Последнее обновление: 30 марта 2022 г.

Что такое ветряная турбина и как ветряные турбины производят электроэнергию?

Ветряные турбины представляют собой эволюцию классических ветряных мельниц, которые можно увидеть в более сельских районах мира.Их цель состоит в том, чтобы уменьшить зависимость от ископаемого топлива для производства энергии, а также производить энергию менее расточительным образом. Они работают за счет кинетической энергии ветра, толкающего лопасти турбины и вращающего двигатель, который преобразует кинетическую энергию в электрическую для использования потребителем.

Ветряные турбины — это вращающиеся машины, которые можно использовать непосредственно для измельчения или для выработки электроэнергии за счет кинетической энергии ветра. Они обеспечивают нас чистой и возобновляемой энергией как дома, так и в офисе.Ветряные турбины — отличный способ сэкономить деньги и сделать окружающую среду чистой и зеленой.

Этот процесс был адаптирован для использования в различных приложениях, и его можно увидеть в использовании на лодках, дорожных знаках или целых сообществах, использующих ветряную электростанцию ​​для получения энергии. Разработка ветряных турбин является важным шагом на пути к пересмотру способов производства энергии.

В основном существует два типа ветрогенераторов: с вертикальной осью и с горизонтальной осью. Их можно использовать для выработки электроэнергии как на суше, так и на море.Ветряные турбины могут быть объединены в кластеры, называемые «ветряными электростанциями», которые используются крупными компаниями для использования этой энергии в качестве резервной. Помимо выработки электроэнергии, они также могут использоваться для помола зерна, перекачки воды, зарядки аккумуляторов.

Исторически сложилось так, что ветряные турбины использовались для парусного спорта, ирригации и измельчения зерна. В начале 20 века он использовался для выработки электроэнергии. Сегодня большие ветряные турбины можно увидеть в сельской местности или вблизи морского побережья, где скорость ветра, как правило, в течение дня.Устройство, называемое оценкой ветрового ресурса, используется для оценки скорости ветра.

Компоненты ветряных турбин

Системы ветряных турбин состоят из множества различных единиц оборудования, каждое из которых служит для доставки электроэнергии туда, где она предназначена. Приведенный ниже список служит общим планом для основных компонентов, которые могут и часто встречаются в системах ветряных турбин, независимо от типа конструкции.

  • Ротор. Ротор состоит из лопастей, прикрепленных к центральной части.Лопасти имеют такую ​​форму, что когда ветер давит на них, они поворачиваются
  • Шаговый привод — используется для поворота лопастей в соответствии с высокоскоростным ветром
  • Гондола — ротор крепится к корпусу, называемому гондолой, который защищает различные другие компоненты, необходимые для работы ветряной турбины
  • Тормоз – необходим для замедления вращения ротора
  • Низкоскоростной вал – крепится к ротору и вращается, когда ротор вращается в соотношении 1:1
  • Коробка передач — выполняет ту же функцию, что и автомобиль, ротор медленно вращается, когда ветер давит на него, а коробка передач или трансмиссия увеличивает эту скорость вращения для генератора
  • Высокоскоростной вал – крепится к редуктору и генератору и вращается с большей скоростью, чем ротор или низкоскоростной вал
  • Генератор – Фактический механизм, преобразующий кинетическую энергию вращения в электричество
  • Флюгер — определяет направление ветра и регулирует ротор и гондолу для компенсации
  • Привод рыскания – удерживает ротор и, следовательно, турбины по направлению ветра
  • Башня – поднимает вышеупомянутые компоненты на высоту, оптимизирующую воздействие ветра

Как работают ветряные турбины?

Ветряные турбины

работают в системе, состоящей из множества важных компонентов, которые позволяют преобразовывать кинетическую энергию ветра в электрическую энергию.Независимо от типа ветряной турбины, все они работают по одному и тому же принципу, который позволяет генератору производить электричество. Этот принцип заключается в том, что если магниты вращаются вокруг катушки с проволокой или катушка с проволокой вращается в магнитном поле, достаточно быстро вырабатывается электричество.

Генератор представляет собой совокупность магнитов и проводников. Использование ветра для вращения лопастей создает силу, необходимую для вращения магнитов или катушки проводника, которая, в свою очередь, создает электричество.Ниже приведен пошаговый процесс, в котором освещаются методы, с помощью которых ветряная турбина фактически вырабатывает электроэнергию.

1. Построена башня, которая размещает систему ветряных турбин на правильной высоте, где ветер дует с более высокой и постоянной скоростью

2. Лопасти ротора подвергаются воздействию ветра, который заставляет их начать вращаться

3. При вращении ротора тихоходный вал, соединенный с редуктором, вращается с той же скоростью

4. Коробка передач берет эту медленную скорость вращения и за счет правильной передачи превращает ее в более высокую скорость вращения

5.Высокоскоростной вал, который находится на выходном конце редуктора и соединен с генератором, вращается с большей скоростью

6. Генератор вращается с такой высокой скоростью, что магниты вращаются вокруг катушки металлической проволоки и вырабатывают электричество

7. Электричество передается от генератора по проводам к необходимым приложениям, будь то прямые приборы или батарея

Вот информационный рисунок о том, как работают ветряные турбины, который поможет вам понять различные компоненты ветряных турбин.

Типы ветряных турбин

Существует два основных типа ветряных турбин, которые сегодня можно увидеть в разработке и внедрении в ветроэнергетике. Первый и наиболее распространенный тип — это ветряная турбина с горизонтальной осью, которая опирается на горизонтальный вал, который проходит перпендикулярно лопастям, которые вращаются вертикально. Эти системы ветряных турбин можно увидеть в использовании на крупных ветряных электростанциях, а также в одиночных операциях.

Вторым типом, менее распространенным в ветроэнергетике, является ветряная турбина с вертикальной осью.Как можно было бы предположить, турбина с вертикальной осью имеет вертикальный вал, в котором лопасти или ротор соединены и вращаются горизонтально. Существует множество вариантов ветряной турбины с вертикальной осью, но главное преимущество заключается в том, что техническое обслуживание проще, поскольку редуктор и генератор более доступны.

  • Ветряная турбина с горизонтальной осью — это стандартный тип ветряной турбины, в котором низкоскоростной вал, соединяющийся с ротором, расположен горизонтально. Существуют различные способы создания этой ветряной турбины, но все они следуют одной и той же концепции, изложенной выше.Ротор вращается вместе с ветром, а кинетическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора
  • .
  • Ветряная турбина с вертикальной осью . Этот тип ветряной турбины менее распространен, но имеет преимущество в том, что ротор не должен быть направлен против ветра. Вал, соединяющийся с ротором, расположен вертикально, а редуктор и генератор обычно находятся в нижней части башни. Существует много типов ветряных турбин с вертикальной осью, все из которых следуют одной и той же концепции силы вдоль оси X (параллельно земле), в отличие от турбин с горизонтальной осью, которые используют силу вдоль оси Y (перпендикулярно земле).

Ниже приведены различные варианты систем ветряных турбин с вертикальной осью. Многие из них были разработаны десятилетия назад и сегодня больше не используются, однако их конструкции были адаптированы и изменены таким образом, чтобы можно было разрабатывать новые модели, которые более эффективны и имеют меньше проблем, чем старые.

а. Ветряная турбина Darrieus . В этой ветряной турбине с вертикальной осью используются изогнутые лопасти, которые вращаются и создают внутреннюю силу ветра, которая позволяет ротору вращаться с высокой скоростью независимо от скорости ветра.Недостатком этого является то, что для запуска этой турбины обычно требуется внешний двигатель

.

б. Giromill — разновидность ветряной турбины Дарье, в которой используется H-образный ротор. Разница между ними заключается в том, что в гиромельнице используются прямые лезвия, идущие параллельно валу. В остальном они работают по одному и тому же принципу

.

г. Циклотурбина — тип гиромельницы, в которой не только прямые лопасти движутся вертикально, но и сама прямая лопасть может вращаться вокруг своей центральной оси.Преимущество этого типа турбины в том, что она вырабатывает наибольшую мощность и может запускаться самостоятельно (запускаться без посторонней помощи).

д. Ветряная турбина Savonius . Эта ветряная турбина с вертикальной осью работает по принципу аэродинамического сопротивления и сопротивления ветру. Лопасти имеют форму буквы S, две изогнутые части которой движутся по ветру. Изогнутая часть создает меньшее сопротивление, поэтому ротор может вращаться. Эти турбины не производят много энергии.

эл. Vortexis Wind Turbine — это новейшая разработка ветряных турбин с вертикальной осью. Он использовался в Афганистане и Ираке спецподразделениями, которым нужно было питать свои устройства. Эта турбина имеет два набора лопастей, один меньший набор, который расположен в круге, и один больший набор, который окружает меньший набор в большем круге, которые действуют как редуктор. Внешний набор лопастей использует ветер для вращения, и благодаря вращению этого набора лопастей они заставляют свой собственный ветер вращать меньший внутренний набор лопастей.Эти лопасти соединены с валом, который затем вращает генератор.

Изображение предоставлено: Дэвид Кларк, Дэвид Кларк

В чем разница между ветряной мельницей и ветряной турбиной?

Как дует ветер, так и лопасти ветряных мельниц и ветряных турбин. Этим массивным лопастным машинам уже более 1000 лет, а первые ветряные мельницы появились в Персии около 800 г. н.э.Ветер вращал лопасти или лопасти ветряной мельницы, вращая центральный вал, который затем вращал зерновую мельницу, обычно сделанную из больших плоских камней, для производства муки и других зерновых продуктов. Эти ветряные мельницы служили и другой важной цели — качать воду в города и дома. Вместо того, чтобы крутить зерновую мельницу, вращение ветряной мельницы можно было использовать для привода насоса.

Хотя ветряные мельницы существуют уже много веков, ветряные турбины появились примерно с 1888 года, когда в США была создана первая известная ветряная турбина для производства электроэнергии.С. был построен изобретателем Чарльзом Брашем для выработки электроэнергии для своего особняка в Огайо. Ветряные турбины используются для выработки электроэнергии за счет вращения лопастей, а не просто для преобразования этой энергии вращения в более механическую работу, такую ​​как вращение мельницы или перекачка воды.

«Ветряная турбина в Соединенных Штатах имеет высоту около 280 футов (85 метров), в то время как более старые ветряные мельницы обычно не превышают 80 футов (24 метра)», — говорит Джеймс Херцинг, инженер и удостоенный наград ведущий программы Unprofessional. Инженерный подкаст, интервью по электронной почте.«Размер парусов или лопастей — еще одна большая разница. Ветряные мельницы традиционно измеряются по диаметру колеса, и нередко можно увидеть 8-футовую (2-метровую) ветряную мельницу, где 8 футов измеряются поперек лопастей. Ветер турбины, с другой стороны, могут иметь одну лопасть более 100 футов (30 метров)».

Как работают ветряные мельницы

Хотя ветряные мельницы являются одними из старейших и важнейших механизмов цивилизации и обычно используются для перекачивания воды или измельчения зерна, у них есть и другие функциональные отличия от гораздо более новой технологии ветряных турбин.

Лопасти ветряной мельницы находятся близко к земле и поэтому должны использовать воздушные потоки вблизи земли для вращения. Поскольку ветряные потоки обычно меньше у поверхности Земли, чем в более высоких слоях атмосферы, ветряные мельницы должны иметь более крупные лопасти, чтобы улавливать как можно больше ветра.

Хотя ветряные мельницы существуют с 800 г. н.э. или около того, их популярность пришлась на середину 1800-х годов. Спровоцированная промышленной революцией в течение десятилетий после 1850 года, в США было установлено более 6 миллионов механических ветряных мельниц.С. в одиночку для питания насосов и заводов и удовлетворения других потребностей в энергии.

Эта популярность была обусловлена ​​простотой использования ветряных мельниц в качестве генераторов механической энергии. Просто установив ветряную мельницу с множеством лопастей, вы можете быстро получить доступ к бесплатному источнику механической энергии. Благодаря вращению лопастей эта энергия вращения могла использоваться для привода машин через зубчатую передачу или использоваться для выталкивания и вытягивания воды из-под земли с помощью простых водяных штанговых насосов.

По мере того, как ветряные мельницы популяризировались в современной промышленности, разрабатывалось и совершенствовалось еще одно изобретение: генератор.

Вместо того, чтобы использовать ветряную мельницу только тогда, когда дует ветер, генератор позволит накапливать энергию вращения, преобразовывая ее в электричество. Таким образом, разработка ветряных турбин явилась следующим шагом в совершенствовании устройств использования энергии ветра.

Как работают ветряные турбины

Чтобы поймать более сильные воздушные потоки, ветряная турбина поднимается в небо на сотни футов выше, чем ветряная мельница. Он использует те же функциональные принципы, что и ветряная мельница — превращает ветер в энергию вращения, — но то, что он делает дальше, отличается.Внутри ветряных турбин есть генераторы, обычно напрямую связанные с вращающимся стержнем лопасти. При вращении генератора вырабатывается электрический ток, который можно использовать для зарядки аккумуляторов, подачи в сеть или прямого запуска электронных устройств. Лучший способ понять, как это работает, — рассмотреть двигатель, но наоборот. Электродвигатель использует электричество для создания движения, а ветряная турбина использует движение для производства электричества.

В частности, лопасти ветряной турбины улавливают кинетическую энергию — энергию, создаваемую движением — ветра, и преобразуют ее во вращательную энергию.Эта энергия вращения затем подается через ряд шестерен, чтобы увеличить скорость генератора.

Эти турбины обычно начинают производить энергию при скорости ветра от 5 до 10 миль в час (от 8 до 16 километров в час) и отключаются при высокой скорости около 60 миль в час (96 км в час), чтобы они не вышли из строя или не повредили себя, в зависимости от в Американскую ассоциацию ветроэнергетики.

Хотя ветряные турбины производят электричество, технически они не так эффективны, как ветряные мельницы. Ветряные турбины имеют максимальную эффективность 59 процентов, что известно как предел Бетца.Это связано с невозможностью использовать всю энергию ветра и неэффективностью преобразования энергии вращения в механическую энергию.

От древних технологий к энергии будущего

Несмотря на свою неэффективность, ветряные турбины — это способ использования ветра и производства электроэнергии в будущем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.