Ветряной генератор как доступный альтернативный источник энергии в домашних условиях
Актуальность
Всем живым существам энергия нужна для жизни и развития, а машинам и устройствам энергия нужна для работы. Потребность в энергии постоянно растет за счет роста населения Земли и технического прогресса. Однако методы добычи энергии связаны с использованием природных ресурсов: нефти, газа, угля. Эти ресурсы невозобновляемы, и при текущем уровне потребления их хватит на 30−50 лет. Поэтому проблема поиска и использования альтернативных методов добычи энергии актуальна для каждого человека и должна быть решена в ближайшие годы. Одним из вариантов решения данной проблемы является использование в домашних условиях ветряного генератора как альтернативного способа добычи энергии.
Цель
Доказать возможность получения электроэнергии альтернативными способами в домашних условиях.
Задачи
- Изучить виды альтернативных источников энергии.
- Построить действующую модель, способную использовать энергию ветра.
Гипотеза
В домашних условиях возможно заменить часть потребляемой энергии электроэнергией, полученной из альтернативных источников.
Оснащение и оборудование, использованное при создании работы
- Ветряной генератор x2
- Воздуходувка
- Вольтметр
Описание работы
Для понимания методов добычи энергии был проведен поиск и анализ тематической информации в общедоступных источниках. Были изучены классические методы добычи электроэнергии на тепловых электрических станциях. Была собрана информация об альтернативных методах добычи энергии. Исходя из доступности технологий, были выбраны альтернативные источники для использования в домашних условиях. В результате для построения модели был выбран ветряной генератор. Была построена модель дачного участка с электропитанием на основе ветряного генератора. Затем были проведены испытания работы данной модели и проанализированы результаты испытаний.
Модель включает в себя следующие элементы:
1) Модель дачного дома
2) Модель хозяйственной постройки
3) Два ветряных генератора
4) Изолированные провода
5) Светодиод
6) Сопротивление
7) Соединители
Результаты работы/выводы
В результате моделирования был найден доступный для использования в домашних условиях альтернативный источник энергии, была построена рабочая модель электропитания частного дома при помощи энергии ветра.
Вывод: гипотеза верна. В домашних условиях можно получить электроэнергию с помощью ветряного генератора. Данный метод позволит сократить долю потребляемой электроэнергии из невозобновляемых источников.
Перспективы использования результатов работы
Внедрение в повседневную жизнь созданной модели и поиск новых, пригодных для использования в бытовых условиях источников альтернативной энергии.
Ветрогенератор, Китай Ветрогенератор каталог продукции Сделано в Китае
Цена FOB для Справки:
67,00 $ / шт.
MOQ:
100 шт.
- Тип выхода: AC Однофазный
- Количество Клинка: Три Лопатки
- Вращение вала: Горизонтальный
- Стресс Путь Клинка: Сопротивление
- Мощность: <10кВт
- Фаза: Однофазные
-
Поставщики с проверенными бизнес-лицензиями
- провинция: Shandong, China
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Генератор ветряной турбинного типа 300Вт
Генератор ветряной турбинного типа 300Вт
Конструкция вертикального ветрогенератора Маглев (Maglev) номинальной мощностью 300Вт состоит из 3-х лопастей Дарье (внешние) и 2-х лопастей Савониуса (внутренние), что позволяет улавливать порывы ветра от 1м/с независимо от направления.
Конструкция ветрогенератора содержит постоянные магниты, благодаря которым ось вращения находится на «магнитной подушке» Маглев (MagLev — от анг. magnetic levitation). Благодаря этому в ветрогенераторе удалось сократить количество деталей, подверженных силам трения.
В комплекте поставляется гибридный контроллер заряда на 12/24В, к которому можно подключить солнечные панели мощностью 550Вт.
Лопасти Савониуса являются «стартовыми» для начала вращения ветрогенератора.
Лопасти Дарье, выполненные из сплава аллюминия, имеют аэродинамический профиль и работают от постоянного движения воздуха.
Встренный тормоз включается автоматически при достижении скорости вращения 600 об/мин, что не позволяет шквалистым порывам ветра привести к разрушению оси.
Технические характеристики ветрогенератора:
| Номинальная мощность | 300Вт |
| Вес | 31кг |
| Габариты (Высота/Диаметр) | 1,23м/1,09м |
| Материал лопастей | Аллюминиевый сплав |
| Количество лопастей Дарье | 3 |
| Минимальная скорость ветра для начала вращения | 1 м/с |
| Минимальная рабочая скорость ветра | 2,7 м/с |
| Скорость ветра для номинальной мощности | 12 м/с |
| Максимальная рабочая скорость ветра | 15 м/с |
| Скорость ветра до разрушения | 65 м/с |
| Тип выходного напряжения | Переменный 3-фазный |
| Рабочий диапазон температур | -40..+50 С |
| Тормозная система | Торможение замыканием обмоток генератора |
Технические характеристики контроллера заряда:
| Параметры входа АКБ | ||
| Напряжение АКБ | 12В | 24В |
| Защита на входе АКБ | Полярность, Перезаряд, Переразряд | |
| Напряжение включения защиты от перезарада на входе АКБ | 14,5В | 29,0В |
| Напряжение ограничения вольтажа от перезаряда | 13,75В | 27,5В |
| Напряжение ограничения вольтажа от глубокого разряда | 11,5В | 23,0В |
| Напряжение включения защиты от глубокого разряда | 10,5В | 21,0В |
| Компенсация температурного режима | 5мв/℃/2В | |
| Параметры входа ветрогенератора | ||
| Номинальная мощность ветрогенератора | 300Вт | |
| Номинальная сила тока после выпрямления | 20А | |
| Максимальная сила тока после выпрямления | 25А | |
| Максимальная скорость вращения для включения тормоза | 600 об/мин | |
| Функция MPPT | Расширенный 5-ступенчатый режим | |
| Параметры входа солнечных батарей | ||
| Номинальноая стандартная мощность входа | 250Вт/12В | 550Вт/24В |
| Номинальная стандартная сила тока | 15А | |
| Защита входа солнечных панелей | Полярность | |
| Параметры выхода рузки | ||
| Количество выходов | 2 | |
| Номинальная сила тока каждого выхода | 12А | |
| Защита выходов на рузку | Защита по максимальному току и КЗ | |
В Ростовской области возвели первую ветроэнергетическую установку
На строительной площадке Сулинской ветряной электростанции (ВЭС) завершен монтаж первой в донском регионе ветроэнергетической установки. Это поистине эпохальный шаг энергетической отрасли региона, говорят эксперты. Всего в 2019-2020 году на Дону УК «Ветроэнергетика» планирует построить три ВЭС — 78 ветроэнергетических установок общей мощностью 300 МВт. А первые поставки на рынок «самого экологичного» электричества начнутся уже к лету 2020 года.
— Наш регион один из первых в России начал реализовывать проекты в направлении ветроэнергетики. Донской регион обладает обширными территориями, высоким ветропотенциалом и инвестиционной привлекательностью, — отметил министр промышленности и энергетики Ростовской области Игорь Сорокин. — Сегодня на территории области реализуется сразу несколько проектов по строительству ветропарков. Один из них выполняется управляющей компанией «Ветроэнергетика» и является самым масштабным по объему инвестиций и планируемой суммарной мощности.
Как рассказали представители бизнеса, вторую площадку сразу после прохождения госэкспертизы начнут строить недалеко от Гуково (по планам, строительство начнется до конца октября), а третью, в начале 2020 года — рядом с Каменск-Шахтинским. Вообще же еще в 2017 году УК «Ветроэнергетика» и правительство Ростовской области заключили соглашение о строительстве к 2021 году нескольких ветряных станций совокупной мощностью до 600 МВт.
Примечательно, что донские ветропарки будут строиться с использованием лопастей, башен и гондол отечественного производства. По расчетам специалистов, степень локализации на донских ВЭС достигнет 65 процентов. Более того — стальные башни, один из ключевых элементов ветроустановки, уже производятся в Таганроге. На открытие этого завода, которое местные СМИ уже окрестили «историческим», в прошлом году приезжали глава региона Василий Голубев и председатель правления УК «РОСНАНО» Анатолий Чубайс. А в феврале 2019 года на «Российском инвестиционном форуме» в Сочи губернатор подписал специальный инвестиционный контракт по созданию в Волгодонске сборочного производства компонентов ветроустановок.
То есть Ростовская область станет не только одним из крупнейших производителей чистой ветровой энергии, но и ключевым производителем российского оборудования. Все это делается при помощи государства, одно из условий партнерства — обязательство бизнеса наладить и экспортные поставки. Это значит, что донская хай-тек продукция начнет завоевывать и зарубежные страны. Как рассказали специалисты, уже сегодня обсуждаются варианты поставок донского оборудования в несколько стран Средней Азии.
Ростовская область и без того является энергопрофицитным регионом. Мощность генерации, даже без учета четвертого энергоблока Ростовской АЭС, превышает шесть гигаватт (из них внутри региона потребляется всего около 50 процентов). Но за счет того, что электроэнергия будет поставляться на оптовый, федеральный рынок электроэнергии, проблем со сбытом не будет.
Кстати
Помимо проекта УК «Ветроэнергетика», в 2020 году на территории бывшей игорной зоны «Азов-Сити» на площади 133 гектара планирует начать работу ветропарк компании «Энел Рус Винд Азов». Место строительства выбрано не случайно. Южный берег Таганрогского залива очень ветреный, кроме того, когда здесь планировался проект игорной зоны, уже была подведена необходимая инфраструктура. Установленная мощность ветропарков более 90 МВт. Всего же Азовская ВЭС сможет генерировать порядка 300 ГВтч в год.
Удивительные ветрогенераторы — Энергетика и промышленность России — № 21 (353) ноябрь 2018 года — WWW.EPRUSSIA.RU
Газета «Энергетика и промышленность России» | № 21 (353) ноябрь 2018 года
Объединяет их лишь одно: рабочей силой является движение воздушных масс. О некоторых оригинальных агрегатах мы и хотим рассказать в этом материале.Ветрогенераторы становятся все более популярными. Их используют не только как дополнительный источник электричества, но зачастую и как основной, например, при обустройстве загородного дома. Тому способствует удобство эксплуатации и вполне хороший эстетичный вид ветряков. К тому же это вполне экологичные конструкции, не требующие затрат на природные ресурсы: ветер бесплатен. К тому же нынче промышленность выпускает контроллеры энергии, обеспечивающие работу даже при слабом ветре, собирающие энергию «порциями», и конструкции с автоматически изменяющимся углом атаки лопастей в зависимости от направления и силы ветра.
В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС: пропеллерные, где вращающийся вал расположен горизонтально относительно направления ветра и с самым высоким КПД, барабанные и карусельные, в которых вал, вращающий лопасти, расположен вертикально и которые монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах).
Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра. Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести установки из строя.
Достоинства ВЭС – простота конструкции, экономичность и возобновляемость источника энергии. Кроме того – доступность (ветер дует везде) и независимость источника энергии (например, от цен на топливо).
Недостатки – зависимость от ветра, шумность и необходимость использования больших площадей (в случае постройки крупных электростанций). Кроме того, стартовая стоимость и дальнейшее использование – вполне затратны (необходимы накопители энергии, которые имеют ограниченный срок эксплуатации).
Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок, их число растет в скандинавских странах и Греции.
В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий.
Это касается, в первую очередь, так называемых «традиционных» ветряков. Но среди всего разнообразия установок есть и оригинальные, не вписывающиеся в обычные представления о них.
Дерево-ветрогенератор
Например, французская группа инженеров создала искусственное дерево, способное генерировать электричество с помощью ветра. Устройство производит энергию даже при небольшом движении воздуха.Идея пришла автору изобретения Жерому Мишо-Ларивьеру, когда он наблюдал шелест листьев в безветренную погоду. Устройство использует небольшие пластины в форме скрученных листьев, которые преобразуют ветряную энергию в электрическую. Причем независимо от направления движения воздуха. Дополнительное преимущество «дерева» заключается в его полностью бесшумной работе.
На создание 8‑метрового прототипа инженеры потратили три года. Энергогенерирующее «дерево» установлено в коммуне Плюмер-Боду на северо-западе Франции.
Новая установка, Wind Tree, эффективнее обычного ветрогенератора, поскольку вырабатывает энергию даже при скорости ветра всего 4 м / с.
Мишо-Ларивьер надеется, что «дерево» будет использовано для питания уличных фонарей или зарядных станций для электромобилей. В будущем он планирует усовершенствовать установку и подключить ее к энергоэффективным домам. Идеальное электрогенерирующее «дерево», по словам изобретателя, должно иметь листья из натуральных волокон, «корни» в виде геотермального генератора и «кору» с фотоэлементами.
Биоразлагаемые лопасти
Ахиллесова пята быстрорастущей индустрии ветроэнергетики – физические компоненты ветрогенераторов, которые изготавливаются из нефтяных смол и в конечном итоге оказываются на свалках.Чем больше ветрогенераторов, тем больше выбрасывается использованных лопастей. Чтобы положить конец этой расточительности, исследовательской группе UMass Lowell был выделен грант для решения этой проблемы путем создания биоразлагаемых лопастей.
Для конструирования новых ветрогенераторов они планируют использовать «полимеры на биологической основе», примером которых является растительное масло.
Кроме всего прочего, рассматривается возможность замены нефтяных смол устойчивыми. Ученые надеются найти новый материал, который обладает теми же свойствами, что и ныне используемый.
Одна из трудностей состоит в том, что необходимо проверить, могут ли эти экологичные лопасти выдерживать суровые погодные условия и при этом иметь конкурентоспособные цены.
Использование биоразлагаемых лопастей сделает индустрию еще более «зеленой» за счет сокращения отходов.
Крылья стрекозы
Несколько исследователей из Франции попробовали сделать ветряную турбину еще эффективней за счет изменения ее компонентов. Насекомые, а именно стрекозы, вдохновили их на создание гибких лопастей. Ветровая турбина на сегодняшний день работает только при оптимальных скоростях ветров, но новый био-дизайн может дать способ обойти этот факт.Исследователи построили прототипы с обычными жесткими лопастями, умеренно гибкими лопастями и очень гибкими лопастями турбины. Последний дизайн оказался слишком гибким, но умеренно гибкие лопасти превосходят жесткие, создавая на целых 35 % больше мощности. Кроме того, они продолжали работать в условиях слабого ветра и не были подвержены повреждениям при сильном ветре.
Теперь ученым предстоит найти оптимальный материал, который не был бы слишком гибким, но и не являлся жестким.
Воздушная ветроэнергетика
Воздушная ветроэнергетика (Airborne Wind Energy, сокращенно AWE) запускает в небеса летающие ветряные электростанции – дирижабли, «воздушные змеи», дроны и прочие летательные аппараты, оснащенные ветряными турбинами или приводящие в действие наземные генераторы с помощью своих «поводков».Летающие ветрогенераторы не требуют фундаментов и значительных транспортных издержек. При этом они работают с хорошим «коммерческим» ветром – на высотах в несколько сотен метров ветер стабильнее и сильнее. Поэтому коэффициент использования установленной мощности воздушных ветряных электростанций достигает 70 %.
Например, это шотландский ветроэнергетический проект Kite Power Systems, технологии которого обеспечивают выработку энергии с помощью «воздушных змеев», парящих на высоте до 450 м.
А ветроэнергетическая система Airborne Wind Energy System использует для добычи энергии следующую схему. Автономный самолет, привязанный к основанию, летает по восьмерке на высоте от 200 до 450 метров. Когда самолет движется, он тянет тросик, который приводит в действие генератор. Как только трос намотан до установленной длины (~750 м), самолет автоматически опускается на более низкую высоту. Затем он поднимается и повторяет процесс. Самолет взлетает с платформы, летает и приземляется автономно, используя набор сенсоров, которые обеспечивают информацию для безопасного выполнения задачи.
Ветрогенератор закрытого типа
Компания «Оптифлейм Солюшенз», реализующая в рамках «Сколково» проект по созданию нового поколения малых и средних ветрогенераторов закрытого типа, создала предсерийный образец ветроустановки для подготовки к промышленному производству.Традиционные ветрогенераторы открытого типа обладают высоким уровнем потенциальной опасности и поэтому располагаются преимущественно в нежилых зонах на удалении. Ветрогенераторы закрытого типа, оснащенные турбиной наподобие самолетной, можно размещать в любых местах, например на крышах жилых или коммерческих зданий.
Установочная мощность образца – 1 / 2 кВт. Он протестирован в аэродинамической трубе и в реальных условиях. В дальнейшем планируется создать и более мощные разработки.
Вместо обычного двух- или трехлопастного вентилятора здесь используется осевая турбина самолетного типа. Это повышает КПД и снижает стоимость изготовления, т. к. сами лопатки существенно меньше вентиляторных. Конструкция имеет внешний направляющий аппарат, который дополнительно повышает КПД и служит защитой от птиц, а также имеются внешний и внутренний обтекатели, служащие защитой в случае разрушения лопаток.
В итоге получен ветрогенератор с рекордно низкой стоимостью генерации кВт-часа, который принципиально возможно размещать в жилой зоне, в том числе – на крышах городских домов. Обычный ветряк там ставить невозможно, так как в пределах десяти диаметров от него должно быть свободное пространство.
По сравнению с обычными ветрогенераторами данная конструкция безопасна в рабочем состоянии для обслуживающего персонала и летающих животных. Также оно работает при более низком уровне шума и не является значительной угрозой для безопасности людей и строений в округе. При аварии обычного ветрогенератора массивные лопасти, двигающиеся с большой скоростью, как правило, разрушают всю конструкцию при повреждении одной из них.
Безредукторный ветроагрегат
В проекте безредукторного ветроагрегата энергия вырабатывается «кончиками» лопастей. Здесь отсутствует традиционный вал от пропеллера к генератору, а электричество снимается с обода пропеллера.Его ротор в форме ферромагнитного обода закреплен на крыльях ветроколеса. По конструкции он прост, легко изготавливается и монтируется. Но размещение постоянных магнитов на концах крыльчатки намного утяжеляет ее, что снижает общий КПД установки. Зато агрегат удобен в эксплуатации, потому что простая конструкция не требует излишнего внимания. Такие ветрогенераторы могут работать везде при любых климатических условиях.
«Водонапорная башня»
Самый фантастический проект представили американцы. С дальнего расстояния этот ветрогенератор похож, скорее, на водонапорную башню. Лишь поблизости можно увидеть медленное вращение лопастей.Такую гигантскую турбину собирается серийно выпускать компания в Аризоне под руководством инженера Мазура. По его расчетам, она одна должна поставлять столько электроэнергии, что ее хватит для мегаполиса в 750 тысяч домов. В 2007 году инженер поставил себе цель – многократно увеличить КПД ветрогенератора на вертикальной оси и приближался к своей цели все эти годы.
Изобретатель работал в двух направлениях: первое – сделать как можно больший захват лопастями воздушного потока и второе – свести к нулю трение опоры ветролопастей. Огромных размеров вертикальный ротор должен выполнить первую задачу, а вращающаяся турбина на магнитной подушке – вторую.
О второй задаче надо сказать более подробно. Вращение без трения достигается за счет магнитной левитации. Весь вертикальный роторный блок при вращении поднимается на своей оси и совершенно не касается нижнего опорного подшипника. Он установлен только для старта, для разгона турбины. Как только она набирает обороты, становится как бы невесомой и отрывается от подшипника. В результате трение сводится к нулю, если не считать трения самой турбины о воздух.
Гигантская турбина очень чувствительна и реагирует на малейшее дуновение ветерка. Такая способность подниматься во время вращения за счет магнитной левитации давно занимала ученые и изобретательские умы планеты. Это такое явление, при котором любая вещь или предмет, имея вес, отрывается от поверхности и парит в пространстве без всякого применения отталкивающей силы.
В проекте Мазура виден «плавающий» ротор на магнитной подушке, а вместо генератора установлен линейный синхронный двигатель. Ветрогенератор на магнитной подушке множеством лопастей максимально захватывает воздушный поток. По предположению, такая турбина будет вырабатывать электроэнергию по сказочно мизерной цене.
Это, конечно, лишь часть необычных для традиционного взгляда проектов. Некоторые из них, например, относящиеся к воздушной ветроэнергетике, уже успешно используются. Некоторым – еще предстоит найти свое место в истории. Понятно одно – на традиционных ветряках ветроэнергетика вовсе не заканчивается, она, как и любое направление техники, неуклонно продолжает развиваться.
Ветроэнергетика в Германии: финансовые затраты со временем окупаются | Германия | DW
Германия знает, как использовать энергию ветра. По всей стране разбросано более 17 тысяч ветряных генераторов. И в будущем их должно стать еще больше. Производство ветряков здесь поставлено на конвейер. 70 процентов немецких ветряных генераторов идут на экспорт. Самый большой рынок сбыта — США, Великобритания и Испания. Самый перспективный — Китай и страны Восточной Европы. В том числе, и Россия. И это несмотря на то, что в России самое понятие альтернативные источники энергии — из-за обилия газа и нефти — пока экзотика.
Несмотря на это, по оценке Федерального объединения немецкой промышленности (BDI), перспективными российскими регионами для ветряных электростанций считаются Ленинградская область и Сибирь. Кстати, в Калининградской области один морской ветропарк уже строится с участием датских компаний. До конца этого года Минпромэнерго России должно подготовить законопроект об альтернативных источниках энергии. По мнению экспертов, опыт Германии, — самого крупного производителя экологически чистой энергии — России пойдет на пользу.
Экологи «за« и экологи «против»
Но какой бы чистой ни казалась энергия ветра, есть у нее и ярые противники. С конца 90-х в Германии идет спор об использовании энергии ветра. Сторонники ветряков призывают немецкие власти полностью отказаться от АЭС и перейти на альтернативные энергоносители. Тем более, это дает дополнительную гарантию энергетической независимости, уверяют они.
Противники же «ветряных мельниц» сетуют на то, что овчина выделки не стоит, и поэтому куда разумнее было бы вкладывать средства не в дорогостоящие установки, а в мероприятия по охране окружающей среды. Еще один аргумент: ветер дует, когда хочет, а электроэнергия нужна всегда. Тут стоит добавить, что производство энергии с помощью ветра субсидируется правительством. До 2020 года на это уйдет 13 миллиардов евро.
Еще один аргумент против ветрогенераторов: несмотря на чистоту энергии установки-гиганты, которые как грибы после дождя появляются на немецких просторах, загромождают живописные немецкие ландшафты и портят эстетический облик страны.
Экологически чистая энергия настоящего
В ответ на критику генеральный директор Федерального союза ветроэнергетики (BWE) Ральф Бишоф отмечает, что мировой рынок стремительно растет. Каждый год мощность ветряных установок по всему миру увеличивается на 25 процентов. В настоящее время энергия ветра дает более 5 миллиардов евро оборота в год. «Мы смело можем сказать, что сегодня мы начинаем пожинать плоды наших многолетних усилий. Рынок ветрогенераторов оказался намного стабильнее, чем казалось раньше. И не нужно говорить, что нам не хватает территории. Место есть, и оно готово для дальнейшего освоения», — сказал Бишоф.
Идеалистами сторонники энергии ветра себя не считают и ссылаются на данные последних исследований, которые подтверждают, что финансовые затраты со временем окупаются. В настоящее время с помощью ветра в Германии производится пока лишь 7 процентов электричества. Через 15 лет эту цифру планируется довести до 20 процентов.
По мнению генерального директора компании Siemens Wind Power Норберта Гизe, немецкие политики достойны похвалы за то, что они в течение последних 17 лет последовательно поддерживают развитие технологий использования энергии ветра. «Наш опыт показывает, что ветряки — это энергия не только будущего, но и настоящего», — сказал Гизе.
Оксана Евдокимова
лопастей ветряных турбин не должны попадать на свалки
Это один из четырех блогов в серии, посвященной текущим проблемам и возможностям утилизации экологически чистых технологий. См. Вводный пост , а также другие записи о солнечных панелях и аккумуляторных батареях . Особая благодарность Джессике Гарсия, научному сотруднику UCS по политике чистой энергии Среднего Запада на лето 2020 года, за поддержку в исследованиях и соавторство этих публикаций.
Ветровые турбины увеличились в размерах и количестве, чтобы удовлетворить потребности в чистой энергииСовременная ветроэнергетика преобразует кинетическую энергию (движение) ветра в механическую.Это происходит за счет вращения больших лезвий из стекловолокна, которые затем вращают генератор для производства электроэнергии. Известные ветряные турбины могут располагаться на суше или на море.
Прогнозируется, что к 2050 году ветроэнергетика продолжит расти в США. Последний отчет о рынке ветряных технологий, подготовленный Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли, показал, что цены на ветровую энергию находятся на рекордно низком уровне, а в 2019 году — 7,3 процента выработки электроэнергии коммунальными предприятиями. в США пришел ветер.В этом сообщении в блоге мы рассмотрим наземные ветряные турбины и возможности переработки, которые существуют, но еще не получили широкого распространения для лопастей турбин.
Источник: Berkeley Lab Electric Markets & Policy (https://emp.lbl.gov/wind-energy-growth)
Конструкции ветряных турбин со временем развивались, увеличиваясь в размерах и увеличивая эффективность, что в конечном итоге привело к увеличению генерирующих мощностей. Основная конструкция промышленных турбин сегодня — это ветряные турбины с горизонтальной осью, состоящие из ротора с тремя лопастями из стекловолокна, прикрепленными к ступице, которая сама прикреплена к центральной детали (гондоле), установленной на стальной башне.Различное другое оборудование и бетонные основания также включены в современные конструкции ветряных турбин, которые включают более 8000 деталей на турбину.
Лопасти ветряных турбин в существующем парке США в среднем составляют около 50 метров в длину или около 164 футов (примерно ширина американского футбольного поля). А с учетом недавних тенденций к использованию более длинных лопастей на более крупных турбинах и более высоких мачтах для увеличения выработки электроэнергии, некоторые из самых крупных лопастей, производимых сегодня, достигают 60-80 метров в длину.
Источник: Лаборатория Беркли, Обновление данных по ветроэнергетическим технологиям: издание 2020 г., стр. 37.Обратите внимание, что диаметр ротора (показанный здесь в метрах) чуть более чем в два раза превышает длину лопастей
.Фото: Джеймс Жиньяк
С точки зрения долговечности ветряные турбины служат в среднем около 25 лет. Около 85 процентов материалов компонентов турбины, таких как сталь, медная проволока, электроника и зубчатые передачи, могут быть переработаны или повторно использованы. Но лезвия отличаются, поскольку они сделаны из стекловолокна (композитного материала), чтобы быть легкими для эффективности, но при этом достаточно прочными, чтобы выдерживать штормы.Смешанная природа материала лезвия затрудняет отделение пластмассы от стекловолокна для переработки в пригодный для обработки стекловолоконный материал, а прочность, необходимая для лезвий, означает, что их также физически сложно сломать.
Куда теперь попадают бывшие в употреблении лопасти ветряных турбин?Лопасти ветряных турбин требуют утилизации или вторичной переработки, когда турбины выводятся из эксплуатации на стадии завершения использования или когда ветряные электростанции модернизируются в процессе, известном как восстановление мощности.Восстановление мощности предполагает сохранение того же места и часто поддержание или повторное использование первичной инфраструктуры для ветряных турбин, но модернизацию с использованием турбин большей мощности. Лезвия могут быть заменены на более современные и, как правило, большие лезвия. В любом случае лопасти из стекловолокна, когда они больше не нужны, представляют собой серьезнейшую проблему с точки зрения конечного использования ветроэнергетики.
Хотя лезвия можно разрезать на несколько частей на месте во время вывода из эксплуатации или восстановления, эти части по-прежнему сложно и дорого транспортировать для переработки или утилизации.А процесс резки чрезвычайно прочных лезвий требует огромного оборудования, такого как канатные пилы на транспортных средствах или пилы с алмазным канатом, подобные тем, что используются в карьерах. Поскольку в настоящее время существует очень мало вариантов утилизации лезвий, подавляющее большинство из тех, которые достигают конца использования, либо хранятся в разных местах, либо вывозятся на свалки.
Действительно, Bloomberg Green ранее в этом году сообщал о вывозе лопастей ветряных турбин на свалки. Несмотря на то, что поток отходов представляет собой лишь крошечную долю твердых бытовых отходов США, это явно не идеальная ситуация.По мере вывода из эксплуатации или замены ветряных турбин возникает необходимость в более творческих решениях по переработке использованных лопастей.
Хорошая новость заключается в том, что в настоящее время ведутся работы по разработке альтернатив. Две крупные компании в США, PacificCorp и MidAmerican Energy, например, недавно объявили о планах наладить партнерские отношения с компанией Carbon Rivers из Теннесси по переработке некоторых израсходованных лопаток турбин вместо их захоронения. Технология, используемая Carbon Rivers, поддерживается за счет грантов Министерства энергетики США и будет использоваться для разрушения и повторного использования стекловолокна из использованных лопаток турбин.
Фото: Flickr / Chuck Coker
Новые инновации в переработке стекловолокнаНесмотря на то, что композитная природа лопаток турбины из стекловолокна делает их крайне сложными для работы на этапе завершения использования, интерес к поиску альтернатив также может стимулировать творчество и инновации. Например, в рамках партнерства с участием университетов США, Ирландии и Северной Ирландии под названием Re-wind было разработано несколько интересных идей проектов гражданского строительства для повторного использования и перепрофилирования лезвий из стекловолокна.Сюда входит использование выведенных из эксплуатации лопастей в проектах гражданского строительства в составе конструкций линий электропередач или башен, а также крыш для аварийного или доступного жилья. В Северной Ирландии Re-wind также рассматривает возможность их использования на пешеходных мостах вдоль зеленых насаждений.
Далее по иерархии отходов начинают появляться дополнительные варианты переработки. WindEurope, представляющая ветроэнергетику Европейского Союза, сотрудничает с Европейским советом химической промышленности (Cefic) и Европейской ассоциацией производителей композитов (EuCIA) для разработки новых методов повторного использования материалов для лопастей.По оценкам организаций, только в Европе в течение следующих нескольких лет будет выведено из эксплуатации 14 000 лопастей ветряных турбин. В мае 2020 года консорциум выпустил Accelerating Wind Turbine Blade Circularity, всеобъемлющий отчет, в котором подробно описаны дизайн, исследования и технические решения, ориентированные на жизненный цикл ветряных турбин.
Ключевым моментом при переработке композитных материалов является обеспечение того, чтобы процесс переработки имел чистый положительный результат по сравнению с альтернативой утилизации на свалках.Одним из примеров является Германия, где концепция переработки турбинных лопаток в цемент впервые была разработана около десяти лет назад на заводе, построенном в рамках партнерства между Geocycle, бизнес-подразделением корпорации строительных материалов HolcimAG, и компанией Zajons.
Эта форма рециркуляции включает в себя контроль цепочки поставок утилизации, в том числе распиливание лопаток турбины на более мелкие части на месте вывода из эксплуатации для снижения логистики и затрат на транспортировку. Этот процесс обещает 100-процентную переработку и сокращение выбросов углекислого газа при совместной переработке цемента за счет замены производства цементного сырья на переработанные лопасти, а также использование биогаза из органических остатков вместо угля в качестве топлива.
Также разрабатываются другие технологии, такие как механическая переработка, сольволиз и пиролиз, которые в идеале предоставят отрасли дополнительные возможности для работы с лезвиями из стекловолокна, когда они достигают конца использования.
Фото: Джеймс Жиньяк
Другой творческий вариант переработки позволяет получать гранулы или доски, которые можно использовать в столярных работах. В 2019 году Global Fiberglass Solutions приступила к производству продукта под названием EcoPoly Pellets в США и вскоре дополнительно будет производить панельную версию.Эти продукты сертифицированы как переработанные со списанных лопастей ветряных турбин посредством отслеживания радиочастотной идентификации (RFID) от лопастей до конечного продукта. EcoPoly Pellets можно превратить в различные продукты, такие как складские поддоны, напольные покрытия или стояночные болларды. Основываясь на своих прогнозах спроса, Global Fiberglass Solutions ожидает, что сможет обрабатывать от 6000 до 7000 лезвий в год на каждом из двух своих заводов в Техасе и Айове.
Дополнительный подход к переработке лезвий состоит в том, чтобы сосредоточить внимание на исходной детали — на том, из чего сделаны лезвия.Дополнительные исследования и разработки направлены на использование термопластической смолы вместо стекловолокна или углеродного волокна для лопастей ветряных турбин. Материал может быть проще и дешевле утилизировать.
В конце концов, цель увеличения количества инноваций в направлении дополнительных применений для списанных лопаток турбин требует наличия достаточного рыночного спроса, чтобы стимулировать создание предприятий, которые могут перерабатывать лопатки. Наряду с этой проблемой в США является отсутствие политики в отношении конечного использования лопаток турбин, что еще больше способствует сохранению статус-кво хранения или утилизации в качестве твердых отходов на полигонах.
Достижение 100-процентной возможности вторичной переработки ветряных турбинКак обсуждалось выше, в настоящее время дешевле утилизировать лопасти ветряных турбин на ближайшем полигоне, чем часто требуется транспортировка на большие расстояния для переработки на ограниченном количестве предприятий, которые могут их эффективно переработать. Кроме того, отрасль в настоящее время страдает от недостаточного давления со стороны регулирующих органов или рыночных стимулов для полной разработки других вариантов конечного использования.
Два подхода к более замкнутой экономике — это более тесная связь в цепочке поставок ветряных турбин и амбициозные цели.Например, Vestas Wind Systems A / S, компания, занимающаяся проектированием, производством и установкой ветряных турбин, объявила о твердом намерении произвести к 2040 году ветровые турбины с нулевым уровнем отходов. Компания планирует достичь этого за счет увеличения возможности вторичной переработки в течение следующих 20 лет. тесно сотрудничать со своими партнерами по всей цепочке поставок, чтобы в конечном итоге избежать сжигания или захоронения своей продукции. Необходимо больше партнерских отношений между компаниями ветроэнергетики, чтобы восполнить этот пробел и сделать системы ветроэнергетики на 100% пригодными для вторичной переработки.
Кроме того, штаты США должны рассмотреть механизмы политики для стимулирования развития рынка альтернативных решений, таких как усиление ответственности производителей, помимо утилизации лопастей ветряных турбин на свалках. Штаты могли бы дополнительно рассмотреть способы поддержки строительства региональной инфраструктуры утилизации отходов — особенно в штатах с более крупными ветряными электростанциями, такими как Техас или Айова, — для решения проблемы прекращения использования лопастей ветряных турбин.
В других блогах этой серии вы найдете введение в технологии переработки экологически чистой энергии, а также дополнительную информацию об утилизации солнечных панелей и аккумуляторов энергии.
Эта совершенно заново изобретенная ветряная турбина вырабатывает в пять раз больше энергии t
Возобновляемая энергия может дать миру энергию в течение следующих 30 лет, а энергия ветра — один из самых дешевых и эффективных способов добиться этого. За исключением того, что 80% морских ветров в мире дует в глубоких водах, где сложно построить ветряные электростанции. Новый дизайн принципиально иного типа ветряной турбины может это изменить.
Норвежская компания Wind Catching Systems разрабатывает плавающую многотурбинную технологию для ветряных электростанций, которая может генерировать в пять раз больше энергии, чем самая большая в мире одиночная ветряная турбина в год.Эта повышенная эффективность обусловлена инновационным дизайном, который меняет внешний вид и работу ветряных электростанций.
В отличие от традиционных ветряных турбин, которые состоят из одного полюса и трех гигантских лопастей, так называемый Wind Catcher состоит из квадратной сетки с более чем 100 небольшими лопастями. При высоте 1000 футов, система более чем в три раза выше средней ветряной турбины и стоит на плавучей платформе, закрепленной на дне океана. В следующем году компания планирует построить прототип.Если это удастся, Wind Catcher может произвести революцию в способах использования энергии ветра.
«Традиционные ветряные электростанции основаны на старых голландских ветряных мельницах», — говорит Оле Хеггхейм, генеральный директор Wind Catching Systems. Эти ветряные электростанции хорошо работают на суше, но «почему, когда у вас есть что-то, что работает на суше, вы должны делать то же самое на воде?»
Оффшорные ветряные электростанции были в моде; 162 из них уже запущены и работают еще 26, в основном в Китае и Великобритании. Проблема в том, что каждая турбина должна быть загнана на морское дно, поэтому ее нельзя устанавливать в водах глубже 200 футов.В результате ветряные электростанции нельзя строить дальше, чем примерно в 20 милях от берега, что ограничивает их потенциал производительности, так как дальше в океан дуют сильнее.
Вот здесь и вступают в игру плавучие ветряные электростанции. Первая в мире плавучая ветряная электростанция Hywind открылась в 2017 году почти в 40 км от побережья Абердина в Шотландии. Ветряная электростанция насчитывает шесть плавающих ветряных турбин, которые вставлены в плавучий цилиндр, наполненный тяжелым балластом, чтобы он плавал вертикально.Поскольку они привязаны к морскому дну только толстыми швартовными тросами, они могут работать в водах глубиной более 3000 футов.
Hywind обеспечивает электроэнергией около 36 000 британских домов и уже побил рекорды Великобритании по выработке энергии. Компания Wind Catching Systems была запущена в том же году, когда открылась компания Hywind. Он утверждает, что один блок может обеспечить электроэнергией от 80 000 до 100 000 европейских домохозяйств. В идеальных условиях, когда ветер наиболее сильный, один ветроуловитель может производить до 400 гигаватт-часов энергии.Для сравнения: самая большая и мощная ветряная турбина на рынке сейчас производит до 80 гигаватт-часов.
[Изображение: Wind Catching Systems] Это существенное различие объясняется несколькими причинами. Во-первых, Wind Catcher выше и приближается к высоте Эйфелевой башни, что позволяет подвергать лопасти ротора воздействию более высоких скоростей ветра. Во-вторых, меньшие лезвия работают лучше. Хеггхейм объясняет, что традиционные турбины имеют длину 120 футов и обычно максимальны при определенной скорости ветра. Для сравнения, лопасти Wind Catcher имеют длину 50 футов и могут совершать больше оборотов в минуту, следовательно, вырабатывая больше энергии.
А поскольку лезвия меньше, всю систему легче производить, строить и обслуживать. Хеггхейм заявляет, что его проектный срок службы составляет 50 лет, что в два раза больше, чем у традиционных ветряных турбин, и когда некоторые детали необходимо заменить (или во время ежегодных проверок), интегрированная лифтовая система обеспечит простое обслуживание. «Если у вас одна турбина и вам нужно заменить лопасти, вам придется остановить всю операцию», — говорит Ронни Карлсен, финансовый директор компании. «У нас есть 126 индивидуальных турбин, поэтому, если нам нужно заменить лопатку, мы можем остановить одну турбину.”
По истечении срока службы системы большая часть ее может быть переработана. После первой значительной волны ветроэнергетики в 1990-х годах многие традиционные ветряные турбины достигли своего проектного срока службы; лопасти размером с крыло Боинга 747 скапливаются на свалках. Лопасти Wind Catcher не только меньше по размеру, но и сделаны из алюминия, который, в отличие от стекловолокна, используемого для больших турбин, полностью подлежит переработке. «Вы переплавляете его и производите новые», — говорит Хеггхейм.
Прототип, скорее всего, будет построен в Северном море (в Норвегии или США).К.). После этого компания смотрит на Калифорнию и Японию. «У них хорошие ветровые ресурсы у берега, — говорит Карлсен, — и правительства поддерживают и уже начинают выделять земли для строительства». А для тех, кто задается вопросом об опасностях, которые это может представлять для птиц, Хеггхейм говорит, что структура будет оснащена птичьими радарами, которые отправляют короткие импульсы сигнала, чтобы предотвратить столкновения с перелетными птицами. «Эти установки будут находиться так далеко от берега, — говорит он, — поэтому птицам вдоль побережья не должна угрожать опасность.”
Wind Turbine Technologies — ESIG
Автор: EnerNex [1] , Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии [2]
Доминирующей технологией для коммунальных предприятий является ветряная турбина с горизонтальной осью. Типичный диапазон мощности от 500 кВт до 5 МВт. Сегодня используется широкий спектр технологий ветряных турбин. Типичные ветряные электростанции состоят из сотен турбин, обычно использующих одну и ту же технологию. Эти технологии различаются по стоимости, сложности, эффективности извлечения энергии ветра и используемому оборудованию.Типичная ветряная турбина использует узел лопасти и ступицы ротора для извлечения энергии из ветра, зубчатую передачу для увеличения скорости вала медленно вращающегося ротора до более высоких скоростей, необходимых для приведения в действие генератора, и индукционный генератор в качестве генератора. электромеханическое устройство преобразования энергии. Индукционные машины популярны в качестве генераторных агрегатов из-за их асинхронной природы, поскольку поддержание постоянной синхронной скорости для использования синхронного генератора затруднительно из-за переменной природы скорости ветра.Силовые электронные преобразователи могут использоваться для регулирования выходной реальной и реактивной мощности турбины.
Фон
Почти все ветряные турбины, развернутые на крупных ветроэнергетических установках в США за последние десятилетия, можно в целом описать одной из конфигураций, перечисленных ниже
Индукционный (асинхронный) генератор с прямым подключением (тип I)
Основная статья: Индукционный (асинхронный) генератор с прямым подключением Иногда называемые ветряными турбинами с фиксированной скоростью используют лопасти с регулируемым срывом (фиксированный шаг), соединенные со ступицей, которая через редуктор соединена с обычным индукционным генератором с короткозамкнутым ротором.Генератор напрямую подключен к линии и может иметь автоматически переключаемые шунтирующие конденсаторы для компенсации реактивной мощности и, возможно, механизм плавного пуска, который блокируется после подачи питания на машину. Диапазон скоростей турбины фиксируется характеристиками крутящего момента в зависимости от скорости асинхронного генератора. Некоторые из этих турбин не имеют возможности качания лопастей.
Несмотря на то, что эта технология относительно устойчива и надежна, у этой технологии есть существенные недостатки, а именно: улавливание энергии от ветра неоптимально и требуется компенсация реактивной мощности.
Индукционный генератор с фазным ротором и контролем внешнего сопротивления (тип II)
Основная статья: Индукционный генератор с обмоткой ротора с контролем внешнего сопротивленияИногда упоминаемые как ветряные турбины с регулируемым скольжением используют индукционный генератор с намотанным ротором с механизмом для управления величиной тока ротора с помощью регулируемых резисторов цепи внешнего ротора и регулирования шага лопастей турбины для помощи в управлении скоростью. Диапазон скоростей турбины расширен за счет внешних резисторов.
Асинхронный генератор с двойным питанием — DFAG (тип III)
Основная статья: Асинхронный генератор с двойным питанием — DFAGИногда называемые индукционным генератором с двойным питанием (DFIG), ветряные турбины используют индукционный генератор с обмоткой ротора, в котором цепь ротора соединена с выводами линии через четырехквадрантный преобразователь мощности. Преобразователь обеспечивает векторное (по величине и фазе) управление током цепи ротора даже в динамических условиях и существенно расширяет диапазон рабочих скоростей турбины.Управление потоком-вектором токов ротора позволяет разделить выходную активную и реактивную мощность, а также максимально увеличить отбор ветровой энергии и снизить механические нагрузки. Поскольку преобразователь обрабатывает только мощность в цепи ротора, его не нужно рассчитывать на полную мощность машины. Скорость турбины в основном регулируется путем активной регулировки шага лопаток турбины.
Регулируемая турбина с преобразователем номинальной мощности (тип IV)
Основная статья: Турбина с регулируемой скоростью и преобразователем мощности на полную мощностьИногда называемые ветряными турбинами с полным преобразователем частоты, используются ветровые турбины с регулируемой скоростью и преобразователем мощности с полной номинальной мощностью между электрическим генератором и сетью.Силовой преобразователь обеспечивает существенную развязку динамики электрического генератора от сети, так что часть преобразователя, подключенная непосредственно к электрической системе, определяет большинство характеристик и поведения, важных для исследований энергосистемы. Эти турбины могут использовать синхронные или индукционные генераторы и обеспечивать независимое управление активной и реактивной мощностью.
Тенденции в технологиях
Ценность технологии регулируемой скорости для больших ветряных турбин доказала свою эффективность на рынке за последнее десятилетие, и в будущем она станет преобладающей технологией.Работа с регулируемой скоростью имеет преимущества с точки зрения управления механическими нагрузками на лопатки турбины, трансмиссию и конструкцию. Преимущества со стороны сети также значительны и включают динамическое управление реактивной мощностью, усиленное динамическое управление производством электроэнергии и возможности для дальнейшего улучшения характеристик интеграции турбины в сеть.
Электрическая устойчивость
Поставщики ветряных турбин теперь хорошо осведомлены о необходимости повышения электрической надежности турбин, особенно с точки зрения способности устранять неисправности в системе передачи.Усовершенствованный низковольтный проезд уже является опцией для нескольких коммерческих турбин и, вероятно, станет стандартной функцией в ближайшие несколько лет. Ожидается, что в дальнейшем ветряные турбины будут не более чувствительны с точки зрения отключения при неисправностях системы передачи, чем обычные генераторы, и обеспечат гибкость в отношении «программирования» их режимов отключения для событий в сети.
Управление реальной мощностью
В настоящее время коммерческие ветряные турбины обычно работают для максимального увеличения выработки энергии.Когда скорость ветра равна или превышает номинальную скорость, электрическая мощность ограничивается номиналом, указанным на паспортной табличке. Однако при слабом и умеренном ветре турбина работает так, чтобы улавливать как можно больше энергии, так что выходная мощность будет колебаться при колебаниях скорости ветра. Эти колебания не являются оптимальными с точки зрения сети, поскольку они могут привести к колебаниям напряжения и потенциально увеличить нагрузку по регулированию на уровне зоны контроля. В будущих поколениях ветряных турбин можно будет «сгладить» эти колебания в большей степени, чем это достигается сейчас с помощью одной только механической инерции.Более сложные схемы регулирования шага, улучшенная аэродинамическая конструкция лопастей и более широкий диапазон рабочих скоростей обеспечат средства для ограничения краткосрочных изменений выходной мощности турбины, в то же время минимизируя производственные потери. Такая функция может быть задействована только в том случае, если и когда она имеет экономическую ценность, превышающую потерянную продукцию. Расширение этого типа управления позволит ветровым турбинам участвовать в автоматическом управлении генерацией (AGC). В этом режиме турбина должна будет работать на уровне, несколько ниже максимального, доступного от ветра, чтобы обеспечить пространство для «разгона» в ответ на команды EMS.Опять же, ценность предоставления этой услуги должна быть оценена по сравнению со стоимостью с точки зрения более низкой производительности, а также со стоимостью приобретения этой услуги из другого источника. Однако технически такая работа возможна даже при использовании некоторых существующих коммерческих ветряных турбин и ветряных электростанций.
Динамические характеристики
Динамические характеристики более совершенных промышленных турбинных технологий являются сложными функциями общей конструкции турбины и схем управления.До сих пор мало внимания уделялось тому, что представляет собой желаемое динамическое поведение с точки зрения энергосистемы. На сегодняшний день большая часть внимания в этой области сосредоточена на вопросе сквозного проезда. Как только этот вопрос будет решен, могут появиться возможности для точной настройки динамического отклика турбины на сбои в сети передачи, чтобы обеспечить максимальную поддержку восстановления системы и повысить общую стабильность. Учитывая сложность, присущую топологии и схемам управления будущих ветряных турбин, должна быть возможность запрограммировать реакцию до такой степени, чтобы достичь таких преимуществ стабильности.Такая функция позволит ветряной турбине / ветряной установке участвовать в обширной схеме корректирующих действий (RAS) или специальной защитной системе (SPS), как это иногда делается сейчас с клеммами преобразователя HVDC и появляющимися устройствами FACTS.
Список литературы
береговых ветряных турбин | Просадка проекта
Береговые ветряные турбины вырабатывают электроэнергию в масштабах коммунальных услуг, сопоставимых с электростанциями. Они заменяют ископаемое топливо электричеством без выбросов.
Краткое описание решения *
Энергия ветра находится на пике инициатив по борьбе с глобальным потеплением в ближайшие три десятилетия.Сегодня 314 000 ветряных турбин вырабатывают почти 4 процента мировой электроэнергии, и скоро их станет намного больше. В 2015 году по всему миру было установлено рекордное количество ветряных электростанций — 63 гигаватта.
Для ветроэнергетики характерно распространение турбин, снижение затрат и повышение производительности. Во многих регионах ветер либо конкурирует с электричеством, произведенным на угле, либо дешевле, чем вырабатываемый углем, и он не требует затрат на топливо и не загрязняет окружающую среду. Непрерывное снижение затрат скоро сделает ветроэнергетику наименее дорогим источником электроэнергии, возможно, в течение десятилетия.
Береговые ветряные электростанции имеют небольшие следы, обычно занимая не более 1 процента земли, на которой они расположены, поэтому выпас скота, сельское хозяйство, отдых или сохранение природных ресурсов могут происходить одновременно с выработкой электроэнергии. Более того, на строительство ветряной электростанции уходит год или меньше — это быстрое производство энергии и окупаемость инвестиций.
Изменчивый характер ветра означает, что бывают периоды, когда турбины не вращаются. Энергия ветра, как и другие источники энергии, является частью системы. Инвестиции в круглосуточные возобновляемые источники энергии, такие как геотермальная энергия, хранение энергии, инфраструктура передачи и распределенная генерация, необходимы для ее роста.
Воздействие:Это решение становится все более зрелым и уже достигло паритета энергосистемы в нескольких регионах мира. Увеличение количества наземных ветряных турбин с 4,4 процента мирового производства электроэнергии до широкого диапазона с 19,6 до 26,9 процента к 2050 году могло бы сократить выбросы парниковых газов на 47-147 гигатонн. Предельные затраты на внедрение, связанные с прогнозируемыми сценариями более низкого и высокого уровня внедрения для этого решения, оцениваются в 843–1659 миллиардов долларов США, а также очень высокая экономия на сроках службы технологий в размере 3 долларов США.9-10,1 трлн. Однако это консервативные оценки влияния на затраты. Затраты ежегодно снижаются, и уже внедряются новые технологические усовершенствования с увеличением мощности для выработки большего количества электроэнергии при тех же или более низких затратах.
Ветряная турбина
Страница «Ветряная турбина» позволяет вам выбрать тип ветряной турбины, которую вы хотите смоделировать, указать ее стоимость и сообщить HOMER, сколько турбин следует учитывать при поиске оптимальной системы.На этой странице также есть доступ к следующим вкладкам:
• Кривая мощности: просмотр и редактирование кривой мощности для выбранной ветряной турбины
• Потери в турбине: определение различных режимов потерь
• Техническое обслуживание: учет задач технического обслуживания, затрат и времени простоя
Чтобы добавить компонент ветра, щелкните значок Ветер Кнопка «Турбина» на вкладке «Компоненты» на панели инструментов. На странице настройки ветряной турбины выберите вариант из раскрывающегося списка, который содержит все типы ветряных турбин, хранящиеся в вашей библиотеке компонентов.
Сводка свойств выбранной ветряной турбины отображается в свободном месте ниже. Нажмите кнопку «Добавить ветряную турбину». На странице Wind Turbine вы можете управлять информацией о модели.
Стоимость
В таблице затрат на странице «Ветряная турбина» капитальные затраты — это начальная закупочная цена турбины, стоимость замены — это стоимость замены ветряной турбины в конце ее срока службы, а затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание — это годовые стоимость эксплуатации и обслуживания турбины (обычно 2% от капитальных затрат).
При указании капитальных затрат и затрат на замену обязательно учитывайте все затраты, связанные с ветроэнергетической системой, которые могут включать:
• Ротор турбины и башня
• Система управления
• Электропроводка
• Монтаж
Кривая затрат
В таблице затрат введите кривую стоимости ветряной турбины настолько подробно, насколько хотите. Если каждая ветряная турбина стоит одинаково независимо от того, сколько вы покупаете, вам нужно ввести только одну строку данных в таблицу затрат.Введите количество, равное единице, вместе с капитальными затратами на каждую турбину, заменой и затратами на эксплуатацию и техническое обслуживание. HOMER экстраполирует эти затраты по мере необходимости, поэтому, если вы моделируете систему с тремя ветряными турбинами, соответствующие капитальные затраты, затраты на замену и эксплуатацию и техническое обслуживание будут в три раза превышать значения, указанные в таблице затрат.
Если стоимость энергии ветра не прямо пропорциональна количеству приобретенных ветряных турбин, щелкните «Щелкните здесь, чтобы добавить новый элемент» в нижней части таблицы, чтобы ввести несколько строк данных.
В приведенном выше примере вторая ветряная турбина дешевле первой (возможно, из-за скидки за объем от производителя или из-за того, что определенные постоянные затраты могут быть распределены между несколькими турбинами). С указанием этих двух строк HOMER экстраполирует затраты, предполагая, что третья, четвертая и последующие турбины стоят столько же, сколько и вторая. Если третья турбина на самом деле дешевле, добавьте еще один ряд затрат.
Область поиска
Введите количество турбин, которое вы хотите использовать, или несколько различных количеств, которые HOMER должен учитывать при оптимизации системы.Поставьте ноль, если хотите, чтобы HOMER рассматривал системы без этой ветряной турбины.
Щелкните значок звездочки, чтобы включить оптимизатор. Пространство поиска заменяется оптимизатором. Вы можете установить нижнюю границу, верхнюю границу и базу. Когда оптимизатор включен, HOMER автоматически найдет для вас лучшее количество. Он сравнивает количества между верхней и нижней границами с базой. Значение по умолчанию для базы — 0.
Совет: если вы рассматриваете небольшое количество ветряных турбин (т.е., 0, 1 или 2), часто лучше вводить только количества в области поиска, а не использовать оптимизатор. Если вы рассматриваете четыре или более различных количества ветряных турбин, Оптимизатор будет полезен.
См. Оптимизация для более подробного объяснения оптимизатора HOMER.
Электрический автобус
Выберите, будет ли турбина вырабатывать мощность переменного или постоянного тока. Силовая электроника явно не моделируется, но вы можете учесть эффективность специального преобразователя, масштабируя кривую мощности.
Входные данные для конкретного объекта
Переменная | Описание |
Срок службы | Ожидаемый срок службы турбины до ее замены |
Высота ступицы | Высота ступицы (центра ротора) над землей, в метрах |
Учитывать влияние температуры окружающей среды? | HOMER компенсирует изменение плотности воздуха в зависимости от температуры.Если этот флажок установлен, вы должны определить температурный ресурс. |
Примечание. Справа от каждого числового ввода находится кнопка чувствительности (), которая позволяет выполнять анализ чувствительности для этой переменной. Для получения дополнительной информации см. Зачем мне проводить анализ чувствительности?
Кривая мощности
Вкладка «Кривая мощности» позволяет просматривать кривую мощности выбранной модели ветряной турбины как в табличной, так и в графической форме. Кривая мощности ветряной турбины показывает, сколько мощности она будет производить в зависимости от скорости ветра на высоте ступицы при стандартных атмосферных условиях.Используйте этот график, чтобы убедиться, что размер выбранной ветряной турбины подходит для вашей системы.
Потери в турбине
Вкладка «Потери в турбине» позволяет снизить производительность турбины с помощью нескольких различных факторов. Введите цифры и нажмите Enter. «Коэффициент общих потерь» рассчитывается мультипликативно, как в следующем уравнении:
В этом уравнении каждый процент потерь представляет собой Li, от L1 (потери доступности) до L7 (другие потери).Затем выходная мощность турбины уменьшается на полученный коэффициент.
Техническое обслуживание
HOMER может включить в симуляцию стоимость и время простоя для конкретных задач обслуживания. Установите флажок «Учитывать график обслуживания», чтобы использовать эту опцию. Используйте следующие входные данные на вкладке «Обслуживание», чтобы определить потребность в обслуживании.
Переменная | Описание |
Процедура | Описательное имя для позиции ТОРО |
Интервал (час.) | Как часто должно выполняться техническое обслуживание, выраженное в количестве часов работы ветряной турбины или общих (календарных) часах, в зависимости от выбора в поле Тип. |
Тип | Указывается ли интервал технического обслуживания в рабочих часах или календарных часах (т. Е. Общее количество часов, включая время, когда ветряная турбина выключена) |
Время простоя (час.) | Количество часов, на которые ветряная турбина будет принудительно отключена после окончания интервала технического обслуживания |
Стоимость ($) | Стоимость процедуры технического обслуживания, которая производится в конце каждого интервала технического обслуживания |
Предельная стоимость | Дополнительные расходы, добавленные к мероприятию по техническому обслуживанию, на ветряную турбину |
Стоимость технического обслуживания рассчитывается как Стоимость (фиксированная стоимость) плюс предельная стоимость, умноженная на количество турбин.В приведенном ниже примере обслуживания фиксированная стоимость 100 долларов США может быть минимальной стоимостью проезда обслуживающего персонала на объект. За замену масла взимается дополнительная плата в размере 500 долларов США за ветряную турбину (предельные затраты). Если будет пять ветряных турбин, общая стоимость мероприятия составит 2600 долларов.
Событие замены масла происходит каждые 1000 часов работы. Часы, когда ветряк выключен, не учитываются. Ветровая турбина может не работать, если скорость ветра слишком низкая или слишком высокая, или во время простоя из-за технического обслуживания.Ежегодная проверка проводится каждые 8 760 календарных часов. Это событие происходит каждый год в один и тот же день и время.
Примечание. Событие, которое происходит каждые 8 760 календарных часов (один раз в год), происходит только 24 раза в 25-летнем проекте. Событие происходит в конце каждого года с первого по 24-й год, но не в конце 25-го года.
См. Также
Ресурс ветра
Ветряная турбина
Библиотека компонентов
Оптимизация
ветряных турбин штата Айова, оборудованных для работы в условиях сильного холода.Другое дело лед.
В отличие от ветряных турбин Техаса, которые замедлились или отключились во время недавнего зимнего шторма, в Айове постоянно вращались.
Основные отличия?
Техас пострадал от обледенения, а в Айове были сильные холода и снегопады. А поскольку турбины Айовы оснащены нагревательными элементами для поддержания температуры топлива и электрических элементов управления, они могут работать при температурах до 20 градусов ниже нуля.
«Мы можем получить фут снега, и турбины продолжают работать прямо через него», — сказал Тони Вон, старший операционный менеджер Alliant Energy, у которой около 650 турбин в Айове. «Но у вас такой туман и мокрый снег, лед может накапливаться. Это замедлит частоту вращения лопасти и снизит мощность до такой степени, что она в конечном итоге перестанет работать и ничего не будет производить, пока с лопастей не начнет падать лед ».
Именно это и произошло в Техасе на этой неделе, когда температуры в 20-30 градусов вызвали замерзание мокрого снега на лопастях ветряных турбин из углеродного волокна, что снизило мощность и способствовало массовым отключениям электроэнергии по всему штату.
Хотя Техас расширяет использование ветряных турбин, большая часть электроэнергии штата поступает от природного газа, угля и ядерной энергии, сообщает Associated Press.
Около 25 процентов электроэнергии Техаса вырабатывается за счет энергии ветра. В отличие от этого, Айова занимает первое место в стране по доле электричества, вырабатываемой ветром, около 40 процентов.
Поскольку минусовые температуры являются нормальным явлением для зимы в Айове, компании, которые строят здесь ветряные электростанции, покупают турбины, оснащенные комплектом для работы в холодную погоду, который включает нагреватели рядом с коробкой передач, генераторы и другие компоненты в гондоле, которая представляет собой большую коробку за лопастями турбины. и прикреплен к башне.
«Когда мы проектируем ветряную электростанцию и заказываем оборудование, мы хотим, чтобы она производила энергию круглый год, независимо от погодных условий», — сказала Джефф Гринвуд, представитель компании MidAmerican Energy, которая имеет более 3300 ветряных турбин в Айове. .
Даже в самый холодный момент этого недавнего похолодания температура в Айове никогда не опускалась до 22 градусов ниже нуля, когда турбины начинают отключаться, чтобы защитить себя от повреждений.
«Наши ветряные турбины работали даже в такой сильный мороз», — сказал Гринвуд.А поскольку с ноября по апрель — пик сезона для сбора энергии ветра в Айове, такие компании, как MidAmerican и Alliant, хотят минимизировать время, когда ветер дует, но лопасти турбины не работают.
Лед — другое дело.
Поскольку существует несколько эффективных способов предотвращения образования льда на лопастях турбины, операторы ветряных электростанций должны решить, отключать ли питание в ожидании ледяной бури. По словам Вона, это уменьшает скопление льда на лезвиях и может сократить время оттаивания.
«Обратной стороной является то, что вам, возможно, придется отключить их на 24 часа, и, возможно, температура никогда не упадет достаточно низко, и вы потеряете 24 часа времени для выработки электроэнергии», — сказал он.
Несмотря на то, что проводятся некоторые сравнения между антиобледенительными крыльями самолетов и лопастями ветряных турбин, системы совершенно разные, сказал Хуэй Ху, профессор аэрокосмической техники в Университете штата Айова.
Самолеты пролетают сквозь облака из очень маленьких капель воды, а турбины вращаются близко к земле, где капли больше, сказал Ху.Крылья самолета сделаны из металла, который лучше проводит тепло, чем полимеры лопаток турбин.
«Многие нагревательные механизмы, которые идеально подходят для самолетов, могут быть не лучшим решением» для ветряных турбин, — сказал Ху.
Согласно новому исследованию Ху и его исследовательской группы, более многообещающим является сочетание низкого нагрева некоторых частей лопатки турбины с покрытием на лопатке, которое препятствует адгезии льда и прочности.
Управление экономического развития штата Айова в 2019 году предоставило команде Ху грант на исследования в размере 300000 долларов для дальнейшего развития этих идей.
«Это часть долгосрочных государственных инвестиций в ветроэнергетику», — сказал Брайан Селинджер, руководитель группы Энергетического управления штата Айова.
«Энергия ветра была чрезвычайно полезна для Айовы и экономики Айовы», — сказал он. По его словам, в ветроэнергетике Айовы занято около 10 000 человек, и в нее вложены миллиарды долларов.
«Наши поля сильно дуют, — сказал Селинджер.«Чтобы использовать это для получения экономических выгод, он проверяет все коробки для экономического развития».
Комментарии: (319) 339-3157; [email protected]
Ветряная турбина колледжа Лютера вырабатывает электроэнергию 2 февраля в Декоре. Alliant Energy строит систему стоимостью 2,5 миллиона долларов, которая будет хранить энергию, вырабатываемую ветряными турбинами и солнечными батареями в этом районе. (Джим Слосярек / The Gazette)
Ветрогенераторы RV — e RV
Продукты 1-10 из 10
Сортировать по…БрендНазвание продуктаНовейшие продуктыЦена от низкой к высокойЦена от высокой к низкойЛучшие продавцыСтатус продукта
Показать 48 на страницу 96 на страницу 144 на страницу 192 на страницу 240 на страницу
Быстрый просмотрWGA70212
Цена: 952 доллара.00
ВидДоступность: обратный заказ
Primus Wind Power Номер товара: WGA70212 —Мы рекомендуем AIR 30 для небольших зарядных устройств, таких как небольшие домики, дома на колесах, кемпинг, садовое освещение, образование, хобби и т. Д. AIR 30 — идеальный ветряк для гибридных систем с солнечной батареей.AIR 30 создан и поддерживается мировым лидером в области малых ветров. • Усовершенствованный микропроцессор для надежного производства энергии • Интегрированная защита от перезаряда • Постоянный литой алюминиевый корпус • Высококачественные, проверенные в полевых условиях компоненты • Тихая работа • Легкость; простота установки • Подключи и …
Быстрый просмотрРекомендуемые!
WGB70212
Цена: 952 доллара.00
ВидДоступность: обратный заказ
Primus Wind Power Номер товара: WGB70212 —AIR 40: бесшумная и надежная подача энергии вне сети AIR 40 — лучший выбор для обеспечения энергией автономных домов, водоснабжения, освещения, телекоммуникаций и любого другого места, где требуется электричество и ветер.Оптимизированное электронное управление AIR 40 обеспечивает бесшумную и эффективную подачу энергии. Обширное стороннее тестирование и сертификация показывают более стабильные результаты, чем у конкурентов. AIR 40 является частью последнего поколения продуктов AIR — самых продаваемых в мире ветряных турбин — более 135 000 единиц продано в …
Быстрый просмотрРекомендуемые!
WGZ30024
Цена: 4 116 долларов.00
ВидДоступность: обратный заказ
Американский зефир Номер товара: WGZ30024 —Ветряная турбина Airdolphin Mark Zero 24V способна вырабатывать электроэнергию в самых разных условиях: от легкого бриза до ураганного ветра. Производство электроэнергии даже в условиях урагана до сих пор считалось слишком опасным.Обширные испытания показали, что Airdolphin действительно вырабатывает больше энергии в условиях переменного ветра, даже когда средняя скорость ветра невелика. Это революционное открытие предполагает, что Airdolphin на самом деле может быть более рентабельным, чем …
Быстрый просмотрWGR39103
Цена: 895 долларов.00
ВидДоступность: обратный заказ
Rutland Номер товара: WGR39103 —Rutland FM910-3 — это специально разработанный наземный ветрогенератор. Где бы ни находился необслуживаемый, удаленный и открытый объект, на FM910-3 можно положиться, чтобы обеспечить бесшумную и эффективную подачу электроэнергии.Это делает его пригодным для использования в неподвижных домах на колесах и другом удаленном жилье, где подключение к сети является проблемой. Скорость ветра при пуске 5,8 миль в час Генерирует при 11,2 миль в час 22 Вт Генерирует при 24,6 миль в час 72 Вт Генерирует при 33,6 миль в час 138 Вт Размах лопастей 35,8 дюйма (910 мм) Радиус турбины 30,2 дюйма (768 мм) Специальные функции Скручивание …
Быстрый просмотрWGR39106
Цена: 895 долларов.00
ВидДоступность: обратный заказ
Rutland Номер товара: WGR39106 —Rutland FM910-4 — это специально разработанный наземный ветрогенератор. Где бы ни находился необслуживаемый, удаленный и незащищенный объект, на FM910-4 можно положиться, чтобы обеспечить бесшумную и эффективную подачу электроэнергии.Это делает его пригодным для использования в неподвижных домах на колесах и другом удаленном жилье, где подключение к сети является проблемой. Скорость ветра при пуске 5,6 миль / ч Скорость вращения при скорости 11,2 миль / ч 22 Вт развивает скорость при скорости 24,6 миль / ч 72 Вт развивает скорость при скорости 33,6 миль / ч 138 Вт размах лезвия Радиус турбины 35,8 дюйма (910 мм) 30,2 дюйма …
Быстрый просмотрWGR10504
Цена: 549 долларов.00
ВидДоступность: обратный заказ
Rutland Номер товара: WGR10504 —Когда-нибудь находили разряженные батареи, когда они нужны для запуска двигателя? Rutland 504 Windcharger был разработан для яхтсменов выходного дня. Это идеальное зарядное устройство с капельным питанием, которое особенно подходит для судов длиной менее 25 футов с аккумуляторными батареями, обычно около 100 Ач.Пока лодка остается без присмотра, Rutland 504 будет пополнять ваши батареи, используя бесплатную и изобильную энергию ветра, чтобы вы вернулись к полностью заряженным батареям. При более длительных нахождениях на борту …
Быстрый просмотрРекомендуемые!
WGS70412
Цена: 2249 долларов.00–2 994,00 долл. США
ВидДоступность: обратный заказ
Рулис Электрика Номер товара: WGS70412 —Silentwind Pro Wind Generator 12V демонстрирует эволюцию конструкции ветряных турбин. Его легкая голова в сочетании с высокотехнологичными лопастями из углеродного волокна представляет собой простой, но надежный продукт, который с бесконечной надежностью выдержит суровые морские условия.Это действительно бесшумный генератор, который любой моряк гордился бы установкой на своей лодке. Контроль и управление питанием осуществляется с помощью удаленного контроллера (с Bluetooth), который может быть …
Быстрый просмотрWGS70424
Цена: 2316 долларов.00–3 091,00 долл. США
ВидДоступность: обратный заказ
Рулис Электрика Номер товара: WGS70424 —Silentwind Pro Wind Generator 24V демонстрирует эволюцию конструкции ветряных турбин. Его легкая голова в сочетании с высокотехнологичными лопастями из углеродного волокна представляет собой простой, но надежный продукт, который с бесконечной надежностью выдержит суровые морские условия.Это действительно бесшумный генератор, который любой моряк гордился бы установкой на своей лодке. Контроль и управление питанием осуществляется с помощью удаленного контроллера (с включенным Bluetooth), который может …
Быстрый просмотрРекомендуемые!
WGR11200
Цена: 1533 доллара.00–1553,00 долл. США
ВидДоступность: обратный заказ
Rutland Номер позиции: WGR11200 —Ветряная турбина Rutland 1200 и гибридный контроллер заряда MPPT мощностью 500 Вт (12 или 24 В пост. бесшумный бег при любой скорости ветра.Это идеальный компаньон для выработки энергии на лодке, автофургоне или дома вне сети. Что нам нравится в этом ветрогенераторе, так это его трехфазный (трехпроводный) выход, который позволяет экономить на длительной эксплуатации …
Быстрый просмотрРекомендуемые!
WGR10914
Цена: 955 долларов.00–1 710,00
ВидДоступность: обратный заказ
Rutland Номер товара: WGR10914 —Marlec с гордостью объявляет о своей последней инновации в области микроветровых турбин — Rutland 914i Windcharger, который интеллектуально использует технологию отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) для оптимизации работы генератора, чтобы она идеально соответствовала скорости турбины, тем самым обеспечивая высокоэффективную и надежную мощность.