Ветроэлектрогенератор: Ветроэлектрогенератор покороче, 6 (шесть) букв

Содержание

Ветроэлектрогенератор покороче, 6 (шесть) букв

Примеры употребления слова ветряк в литературе.

Нехотя ворочали крыльями на взлысинах рудо-желтых бугров, располосованных оврагами, поросших дубом, и ореховым подлеском, и редкой красной сосной, немногие уцелевшие ветряки.

Вот садимся за стол с ним, над которым смиренные серые, русские пчелы толстожалые вьются, залетевшие через открытую распахнутую форточку, выпиваем ярого, жгучего самогона его крепчайшего, на каких-то дивных, сорока двух травах настоянного, закусываем пупырчатыми огурцами-опупками малосольными, черный аржаной хлебушек самопечный макаем в мед гречишный, горький и тягучий, в котором крылья да лапки пчелиные застыли, совсем как в янтаре, и неторопливо ведем беседу бесконечную, витиеватую, прихотливую, свитую как веревка власяная, о дедах-прадедах, о старине седой-косматой, о ветряках и извозе, о кузнях да крупорушках, о Сталине и Троцком, о коммуне и колхозе, и вдруг он заявляет, ни с того ни с сего вроде, что похож я, дескать, не в калединову породу и не в терентьеву, а шибаю по всем статьям на брата бабки моей по отцу, на Мишку-доцента Клевцова, что в Курске-городе учил студентов потрошить болящих человеков — вот откуда у тебя головка-то вострая!

Однако по мере развития индустриально-технической революции гидродвигатели, а тем более ветряки становились все более недостаточно мощными двигателями, чтобы обеспечить потребность людей в двигательных механизмах в различных отраслях производства.

Белыми пятнами белеют станицы, хутора, села в неоглядной густоте садов, и остро вознеслись над ними в горячее небо пирамидальные тополя, а на знойно трепещущих курганах растопырили крылья серые ветряки.

И там, где лога сходились, торчали на мысу крылья двух раскрытых ветряков, окруженных несколькими избами однодворцев, — Мысовых, как назвал их Оська, — и белела на выгоне вымазанная мелом школа.

Источник: библиотека Максима Мошкова

ВЕТРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

 

 

 

Главная

Проект «Орион»

Моторы «Орион»

Электродвигатели ОРИОН-18 для электротранспорта

Электродвигатели «Орион-20» для железнодорожного транспорта

Энергосберегающие асинхронные двигатели для частотно-регулируемого привода

Индукционный насос

Магнитный сепаратор

Статьи

Контакты

 

Наше предприятие «Орион-мотор» специализируется на инновационных проектах в области систем электропривода, технологии и автоматизации производства   (разработка и изготовление).

У нас имеются новые технические решения по линейным и роторным синхронным моторам на постоянных магнитах (прямой привод), по энергосберегающим и регулируемым асинхронным двигателям, а также по координатным системам, электроприводам и оборудованию для различных отраслей промышленности, в том числе для станкостроения, электроники, металлургии и электротранспорта.

Роторные синхронные моторы «Орион» можно применять  в качестве электрогенераторов в ветроэнергетике.

ВЕТРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

1. Диаметр винта – 12 м, количество лопастей – 6, ширина лопасти – 0,5 м.
2. Конструкция винта подобна вертолетному винту (сплав алюминия) в упрощенном варианте.
3. Винт установлен с постоянным шагом (углом установки лопастей).
4. КПД винта – не менее 0,5, КПД электрогенератора – не менее 0,8.
5. Высота бетонного столба (стандартного, для линий электпропередач) – 10 м (2 м под землей).
6. Высота до оси винта – 8,4 м (минимальное растояние от лопасти до земли – 2,4 м).
7. Номинальная мощность – 2,5 кВт (при средней скорости ветра 5 м/с).

8. Номинальные обороты – 2 об/с (при средней скорости ветра 5 м/с, Ка=20).
9. Максимальная мощность – не менее 10 кВт (при скорости ветра более 10 м/с).
10. В качестве электрогенератора применен роторный синхронный двигатель (без редуктора).
11. У основания столб бетонируется по типу армированного фундамента.
12. Преобразование напряжения и управление генератором осуществляется автоматически.
13. Ориентировочный габарит станции управления – 2000*1000*600 мм (электрошкаф).
14. Назначение ветроэлектрогенератора – электроснабжение фермерских хозяйств, совместная работа
с дизель-электрическими генераторами, с обычной электросетью.

 ПАРАМЕТРЫ ВЕТРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОВ


1. КПД быстроходных винтов – 0,4…0,5. (Справочные данные из литературы.)
2. Количество лопастей – 3…8. Аэродинамическое качество лопасти ~ 20.
3. В качестве прототипа выбирается вертолетный винт (металлический, упрощенная версия).
4. Можно применять вертолетные винты, отработавшие свой ресурс.
5. Шаг винта устанавливается постоянным (по максимуму полезной мощности).
6. Средняя скорость ветра ~ 5 м/с (в течение года, на равнинной местности).
7. КПД электрогенератора – 0,8…0,9. (Применяется воздушное охлаждение.)
8. В качестве электрогенератора применяются роторные синхронные двигатели.
9. Редуктор между винтом и генератором не требуется, но муфта и тормоз желательны.
10. Средняя удельная мощность по ометаемой поверхности – 20 Вт/м2.
11. Максимальная мощность генератора выбирается в 3…5 раз больше средней мощности.
12. Управление ветроэлектрогенератором – автоматическое, без регулярного обслуживания.

ТИПОРАЗМЕРНЫЙ РЯД ВЕТРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОВ

    Вариант с винтом диаметром 20 м рассчитан для винта от вертолета МИ-8 (5 лопастей). Этот винт испытан на опытном полигоне (8 ветроэлектрогенераторов и гелиотепличное хозяйство на реке Десна, Украина).

   Экономичный вариант технического решения (более дешевый, чем с прямым приводом) по ветроэлектрогенератору можно посмотреть здесь.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЕТРОЭНЕРГЕТИКЕ

    Ветроэлектрогенераторы вырабатывают ток, напряжение которого в зависимости от скорости ветра колеблется от 20 до 500 В. Инвертор преобразует его в переменный ток с постоянным напряжением 380 В, который распределяется по объектам полигона, а при избытке даже передается через трансформатор в районную энергосеть. В маловетреную погоду, когда вырабатываемое напряжение недостаточно для нормальной работы инвертора, вырабатываемая энергия используется в теплоэлектронагревателях (ТЭНах),которые вмонтированы в теплоизолированные баки-теплоаккумуляторы. В полное безветрие, когда ветроэнергетические установки бездействуют, снабжение комплекса электроэнергией берет на себя аккумуляторная батарея емкостью 160 А*ч, подключаемая к инвертору вместо ветроэлектрогенераторов (можно использовать также и дизель-электрический генератор). Эффективность системы оказалась очень высокой: 7 гелиотеплиц площадью по 75 м

2 и 8 ветроустановок обеспечивали даже зимой условия для развития растений, необходимую температуру воздуха и почвы, а также осуществляли круглогодичное тепло- и электроснабжение жилых домов поселка и научно-исследовательских лабораторий.

    Известно, что в тридцатых годах прошлого века в Советском Союзе работало примерно 100 тысяч ветродвигателей, а в дореволюционной России насчитывалось 250 тысяч деревянных мельниц. На них размалывали 48 млн. тонн зерна в год. Перед войной на заводе имени Петровского в Херсоне серийно, до 7 тыс. в год, изготавливались ветродвигатели мощностью 2,7 кВт и 11,3 кВт. В то время в сельском хозяйстве, в основном на водоподъеме, их работало уже около 45 тысяч.

    В 1958 году в Целиноградской области была построена ветроэлектрическая станция рабочей мощностью 400 кВт (ВЭС-400), состоящая из 12 агрегатов по 42 кВт. В систему входил также резерв на  случай безветрия – два дизель-генератора по 200 кВт. ВЭС-400 питала три крупных колхоза в годы освоения целинных земель и выработала 12 млн. кВт*ч электроэнергии. Из них 55% дал ветер, а 45% – дизель-генераторы. Качество электроэнергии оказалось вполне приемлемым.

        Ветроэнергетические установки фирмы «Fuhrlander» (Германия) представлены  здесь.

   

   В табл. указаны основные характеристики, цены и сроки поставки серийных ветрогенераторов из Китая.

    В следующем документе собраны несколько статей по ветроэнергетике, а также даны цены на некоторые модели серийных ветрогенераторов разных фирм.

 

Ветроэлектрогенератор

Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть применено для выработки электроэнергии.

Известен ветроэлектрогенератор [патент РФ №2383774 / Литвиненко A.M. — Ветроэлектрогенератор / Опубл. 10.03.2010, Бюл. №7, заявка 2008128748/06 от 14.07.2008, МПК F03D 1/02]. Ветроэлектрогенератор содержит роторы-ветроколеса с сегментными элементами, статорные сегментные элементы, поворотное основание с хвостом и башню. Поворотное основание снабжено вертикально ориентированными штангами с подшипниковыми узлами, причем в верхней штанге установлено быстроходное ветроколесо, в нижней штанге — тихоходное ветроколесо. Статорные сегментные элементы установлены между ветроколесами.

Недостатком является невозможность его использования с ветродвигателем вертикально-осевого типа.

Также известен ветроэлектрогенератор [патент РФ №2347105 / Литвиненко A.M., Киркаленко Е.И. — Ветроэлектрогенератор сегментного типа / Опубл. 20.02.2009, Бюл. №5, заявка 2007127750/06 от 19.07.2007, МПК F03D 9/02], который содержит неподвижное основание, поворотное основание, ветроколесо с роторными элементами, дуговой статор, хвостовой элемент, амортизирующий элемент и шарниры. Роторные элементы выполнены Ш-образной формы, а магнитопровод статорного элемента — в форме Г-образного пакета и имеет воздушный зазор с горизонтальным участком роторного элемента.

Его недостатком является невозможность использования с ветродвигателем с вертикальной осью, кроме того, применение радиальной системы возбуждения увеличивает массу и габариты.

Из всех известных аналогов наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является ветроэлектрогенератор [патент РФ №2528428 / Литвиненко A.M. — Ветроэлектрогенератор индукторного типа / Опубл. 20.09.2014, Бюл. №26, заявка №2012104104/07 от 06.02.2012, МПК F03D 9/02, H02K 1/14], который содержит вал, зубчатый ротор и модульный двухпакетный статор, причем каждый модуль пакетов статора выполнен в виде источника возбуждения, на котором симметрично установлены вертикальные стороны Г-образных ярм, на горизонтальных сторонах которых установлены сердечники с катушками. Технико-экономическим преимуществом данного ветроэлектрогенератора также является идентичность его верхнего и нижнего статоров, что увеличивает степень унификации и повышает технологичность конструкции.

Недостатком такого генератора является невозможность использования в его составе такого распространенного компонента, как магниты с чашечным магнитопроводом, а также увеличенные массогабаритные показатели.

Изобретение направленно на улучшение эксплуатационных характеристик за счет уменьшения массы.

Достижение технического результата обеспечивается за счет того, что в ветроэлектрогенераторе, содержащем вал, ротор и модульный двухпакетный статор, согласно изобретению ротор выполнен в виде диска, по периферии которого в чередующемся порядке установлены постоянные магниты, оси намагничивания которых параллельны оси вращения ротора, магниты размещены в центре чашкообразных магнитопроводов, причем одна часть комплекта магнитов ориентирована свободными полюсами к первому пакету статора, а другая часть — ко второму пакету статора.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид генератора с двигателем, на фиг. 2 — развертки статоров и ротора, на фиг. 3 — вид на половину ротора сверху.

Ветроэлектрогенератор содержит основание 1, нижний статор 2, ротор 3, стойки 4, верхний статор 5, ветродвигатель 6 (показан условно), вал 7. Каждый модуль пакетов статора содержит прикрепленные к основанию 8 с помощью болтов 9 П-образные магнитопроводы 10 с катушками 11. Ротор выполнен в виде диска, на периферии которого установлены чашкообразные магнитопроводы, в центре которых установлены ориентированные параллельно валу 7 постоянные магниты 12. При этом одни чашки ориентированы своим днищем 13 вниз — см. фиг. 2, ко второму нижнему пакету статора, а магниты — свободным полюсом 14 — вверх, к первому пакету статора. Магнитопроводы с магнитами установлены в чередующемся порядке так, что соседние магнитопроводы ориентированы, наоборот, днищами 15 к первому пакету статора, а свободными полюсами 16 к второму пакету статора (нижнему на фиг. 2)

Это дополнительно иллюстрирует фиг. 3, где видно, что магнитопроводы с магнитами расположены в чередующемся своей ориентацией порядке по периферии диска 17, плотно соприкасаются между собой по линиям 18 и стянуты крепежным бандажом 19.

Работа устройства. При вращении ротора магнитный поток в первый момент времени в первом (верхнем) статоре в одном модуле проходит по цепи (фиг. 2): свободный полюс 14 — воздушный зазор — магнитопровод 10 — воздушный зазор — днище 15 — магнитопроводы и линия соприкосновения 18 — постоянный магнит. В следующий момент времени свободный полюс 14 оказывается в зоне катушек 11, т.е. поток размыкается, этому способствует то, что и в зоне катушек 11 с другого края оказываются и днища 15, в результате в катушках 11 наводится ЭДС.

Преимуществом данного генератора является возможность использования сравнительно дешевых чашкообразных магнитопроводов.

Ветроэлектрогенератор, содержащий вал, ротор и модульный двухпакетный статор, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде диска, по периферии которого в чередующемся порядке установлены постоянные магниты, оси намагничивания которых параллельны оси вращения ротора, магниты размещены в центре чашкообразных магнитопроводов, причем одна часть комплекта магнитов ориентирована свободными полюсами к первому пакету статора, а другая часть — ко второму пакету статора.


Сегментный ветроэлектрогенератор

Изобретение относится к ветроэнергетике и является усовершенствованием с позицией минимализма ветроэлектрогенераторов сегментного типа.

Известны сегментные ветроэлектрогенераторы, описанные например, в п. РФ №2267028, оп 27.12.2005, бюл. №36, з-ка №2004120896/06 от 08.07.2004 — «ветроэлектрогенератор сегментного исполнения»;

П. РФ №230012, оп.27.05.2007, бюл. №15, з-ка №2005137101/06 от 29.11.2005 — «Ветрогенератор»;

П. РФ №2383774, оп.10.03.2010, бюл. №7, з-ка №2008128748/06 от 14.07.2008 — «Ветроэлектрогенератор».

Недостатком упомянутых сегментных ветроэлектрогенераторов является их многороторность, которая приводит к усложнению конструкции.

Наиболее близким по технической сущности является ветроэлектрогенератор описанный в п. РФ №2515570, опубл. 10.05.2014, бюл. №13, з-ка №2011109281/06 от 11.03.2011 — «Ветроэлектрогенератор сегментного исполнения». Он содержит трубостойку, сегментные ротор и статор, вращающееся основание, хотя он также многороторный, но его производительность несколько увеличена за счет применения роторов противовесов.

Недостатком данного ветроэлектрогенератора является сложность конструкции, вызванная наличием большого числа элементов.

Изобретение направлено на максимальное упрощение конструкции, повышение надежности.

Это достигается тем, что в сегментном ветроэлектрогенераторе, содержащем трубостойку, сегментный статор и сегментный ротор в виде ветроколеса с лопастями, вращающееся основание, согласно изобретению, вращающееся основание выполнено в виде тел вращения, нижняя часть которого — цилиндрическая, а верхняя — в виде усеченного конуса, расположенного большим основание вниз, в верхней части конуса выполнены радиальное и осевое резьбовое отверстие, а в средне части крепежные отверстия для вертикальных кронштейнов статора, соединенных подкосами с хвостовой балкой, закрепленной в осевом резьбовом отверстии, при этом хвостовая поверхность выполнена в виде гибкой оболочки, охватывающей подкосы и хвостовую балку.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где изображен вид сбоку ветроэлектрогенератора, частично в разрезе.

Сегментный ветроэлектрогенератор содержит трубостойку 1, сегментный статор 2, роторный элемент 3 сегментного ротора — ветроколеса с лопастями, ступицей 4, валом 5. Вращающееся по ветру основание выполнено в виде тела вращения, нижняя часть 6 которого — цилиндрическая, а верхняя 7 часть — выполнена в виде усеченного конуса, большим основанием вниз, которая одновременно служит подшипником 8 скольжения. В верхней части конуса выполнены два отверстия: радиальное сквозное 9 и осевое резьбовое 10. В осевом отверстии 10 закреплен винт 11 крепления хвостовой балки 12. В радиальном сквозном отверстии 9 с помощью несимметричной шайбой 13 и гайки 14 закреплен вал ветроколеса. В средней части усеченного конуса имеется отверстие 15, служащее для крепления болта, стягивающего подкосы 16, основание и вертикальные кронштейны 17 статора 2. Кронштейны 17 имеют дополнительные подкосы 18 для крепления статора. Хвостовая поверхность выполнена в виде гибкой оболочки, охватывающей подкосы 16 и хвостовую балку 12, и закрепленной по углам на подкосах и посередине на хвостовой балке. Гибкая оболочка может быть выполнена из армированной пленки или из любого гибкого материала.

Работа устройства происходит следующим образом. При набегании ветрового потока слева направо ветроколесо с лопастями, закрепленными в ступице 4 и роторными элементами 3 на концах лопастей, приходит во вращение. При этом в статоре 2 индуцируется э. д. с. При перемене направления ветра, поток воздействует на оболочку 19, натянутую на балку 12 и подкосы 16. Через крепящие элементы, момент передается на вращающиеся основания (части 6 и 7), что приводит к тому, что основание поворачивается относительно трубостойки. Вместе с ним поворачиваются и кронштейны 17 с сегментным статором 2, и ветроколесо с роторными элементами 3, то есть ветроэлектрогенератор продолжает функционирование.

Технико-экономическим преимуществом заявленного изобретения является относительная простота конструкции, поскольку, хотя и выполнение вращающегося основания и требует токарных работ, но верхняя конусная часть обеспечивает развод крепящих статор кронштейнов на требуемый угол, соблюдая при этом соосность с роторными элементами.

Сегментный ветроэлектрогенератор, содержащий трубостойку, сегментный статор и сегментный ротор в виде ветроколеса с лопастями, вращающееся основание, отличающийся тем, что вращающееся основание выполнено в виде тела вращения, нижняя часть которого -цилиндрическая, а верхняя — в виде усеченного конуса, расположенного большим основанием вниз, в верхней части конуса выполнены радиальное и осевое резьбовые отверстия, а в средней части — крепежные отверстия для вертикальных кронштейнов статора, соединенных подкосами с хвостовой балкой, закрепленной в осевом резьбовом отверстии, при этом хвостовая поверхность выполнена в виде гибкой оболочки, охватывающей подкосы и хвостовую балку.

Конструирование деталей и проектирование электронной схемы ветроэлектрогенератора

Актуальность

Проект направлен на развитие альтернативной энергетики и её популяризацию среди людей (например, демонстрацию на уроках, посвящённых экологии в школах), что является актуальным в связи с экологической ситуацией в нашем мире.

Цель

Создать ветроэлектрогенератор малых размеров.

Задачи

1. Освоить программу КОМПАС-3D.

2. Спроектировать детали устройства (лопасти, ротор, хвост, гондола, башня, основание).

3. Изучить программу Electronic Workbench.

4. Протестировать в программе Electronic Workbench электронную схему ветроэлекрогенератора.

5. Распечатать детали устройства на 3D-принтере.

6. Собрать электронную схему.

7. Собрать из созданных деталей ветроэлектрогенератор.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Оборудование:

Материалы:

  • Пластик для 3D-печати

  • Шаговый двигатель модели 28BYJ-48

  • 4 диода

  • Конденсатор ёмкостью 0,01 микрофарад

  • Светодиод

  • Плата

Описание

Для реализации проекта авторы использовали ПО КОМПАС-3D и Electronic Workbench и с их помощью создали 3D-модели и чертежи деталей ветроэлектрогенератора, а также схему электрической цепи. Сделанные модели были распечатаны на 3D-принтере и собраны в единое устройство. Тесты созданного устройства показали его работоспособность.

Авторы работы выполнили поставленные задачи.

Результаты работы/выводы

1. На базовом уровне освоена программа КОМПАС-3D.

2. Сконструированы детали ветроэлектрогенератора.

3. Освоена программа Electronic Workbench.

4. Собрана и протестирована электрическая схема.

5. Распечатаны детали устройства на 3D-принтере.

6. Создан прототип ветроэлектрогенератора.

Перспективы использования результатов работы

Результаты проекта могут в дальнейшем использоваться для создания других моделей ветроэлектрогенераторов с целью большей популяризации альтернативной энергетики.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РТУ МИРЭА.

Награды/достижения

1. Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» – участник.

2. Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» – победитель.

Мнение автора

«Мы считаем, что проделанная нами работа привела к хорошим результатам, и наш проект имеет перспективы развития.

Проект «Инженерный класс в московской школе» очень помог нам, благодаря ему мы больше узнали об инженерном образовании и о технических дисциплинах, а также развили наши навыки в этих областях.

На конференции «Инженеры будущего» мы получили полезный и интересный опыт. Нам хотелось бы, чтобы она продолжалась и совершенствовалась, чтобы ещё большее число учащихся смогли принять в ней участие»

Ветроэлектрогенератор Савониуса и Эванса,анемометр | ВЕТРОДВИГ.RU

Ветроэлектрогенератор-

с вертикальной осью вращения благо­даря своей геометрии при любом направлении ветра всегда нахо­дятся в рабочем положении. Кроме того, такая схема позволяет только за счет удлинения вала установить редуктор с генераторами внизу башни.
Принципиальными недостатками таких ветряков являются:
1)    большая подверженность их усталостным разрушениям из-за чаще возникающих автоколебательных процессов;

2)    сильнее выраженная пульсация крутящего момента, приво­дящая к пульсациям выходных параметров генератора. Из-за этого подавляющее большинство ветроэлектрогенераторов выполнено по горизонтально-осевой схеме, хотя исследования различных типов вертикально-осевых установок продолжаются.

Чашечный ротор (анемометр).

Ветроколесо этого типа враща­ется силой сопротивления. Форма чашеобразной лопасти обеспечи­вает практически линейную зависимость частоты вращения колеса от скорости ветра, поэтому чашечные роторы получили распро­странение в метеорологии для измерения скорости ветра (анемо­метрии).

Ротор Савониуса.

Это ветроколесо также вращается силой со­противления. Лопасти ротора Савониуса выполнены из тонких изогнутых листов прямоугольной формы, так что отличаются простотой и дешевиз­ной. Вращающий момент, как и в случае чашечных роторов, созда­ется благодаря различному сопротивлению, оказываемому воздуш­ному потоку вогнутой и выпуклой относительно него лопастями ро­тора. Из-за большого геометрического заполнения это ветроколесо обладает большим крутящим моментом и используется для пере­качки воды.

Ротор Эванса и подобные.

Вращающий момент создается подъемной силой, которая достигает максимума, когда лопасть с большой скоростью пересекает набегающий воздушный поток. Ро­торы Эванса используются в ветроэлектрогенераторах. Раскру­чиваться самостоятельно такие роторы, как правило, не могут, по­этому для их запуска обычно используется генератор, работающий в режиме двигателя. Лопасти ротора Эванса в аварийной ситуации (т. е. при слишком сильном ветре) и при управлении имеют возмож­ность поворачиваться вокруг своей вертикальной оси.

Ветроэлектрогенератор

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Натурная модель ветроэлектрогенератора НЭЭ3-ВЭГ-С-Р (Стендовое исполнение, ручная версия)

Состав:

  • Блок нагрузки и измерения
  • Подставка для тахометра
  • Лабораторный стол с контейнером для проводников
  • Набор аксессуаров для комплекта НЭЭ2-ВЭГ-Н-Р
  • Тахометр (DT 2234A или аналог)
  • Ветроэлектрогенератор
  • Вентилятор напольный
  • Анемометр

Методическое обеспечение:

  • Руководство по выполнению базовых экспериментов «Натурная модель ветроэлектрогенератора»
  • Сборник руководств по эксплуатации компонентов аппаратной части комплекта НЭЭ3-ВЭГ-С-Р

Технические характеристики:

Потребляемая мощность, В·А, не более 100

Электропитание:

— от однофазной сети переменного тока с рабочим нулевым и защитным проводниками напряжением, В

— частота, Гц 

380 ± 38

220 ± 22

50 ± 0,5

Класс защиты от поражения электрическим током I

Габаритные размеры, мм, не более

— длина (по фронту) 

— ширина (ортогонально фронту)

— высота

910

850

1200

Масса, кг, не более 40
Количество человек, которое одновременно и активно может работать на комплекте  2

Лабораторные работы:

1. Характеристики синхронного генератора с постоянными магнитами
1.1.   Снятие характеристики холостого хода E=f(n) синхронного генератора
1.2.   Снятие внешних характеристик U=f(I), Р =f(I) синхронного генератора.
1.3.   Снятие скоростных характеристик U=f(n), I=f(n) и Р =f(n) синхронного генератора при постоянном сопротивлении нагрузки.
2.    Характеристики ветроэлектрогенератора
2.1.   Определение зависимостей мощности синхронного генератора  и момента ветротурбины от частоты вращения Р=f(n) и М=f(n) при постоянной скорости ветра.
2.2.   Снятие зависимости частоты вращения ветротурбины  от скорости ветраn=f(v) при постоянном сопротивлении нагрузки синхронного генератора.
2.3.   Определение зависимости мощности синхронного генератора  от скорости ветра Р=f(v) при постоянной частоте вращения ветротурбины.
2.4.   Определение зависимости частоты вращения ветротурбины  от скорости ветра n=f(v) при максимальном значении мощности синхронного генератора.
2.5.   Определение зависимости максимального значения мощности синхронного генератора от числа лопастей ветротурбины  Р=f(m).

Анализ экономической эффективности и осуществимости — Vortex Bladeless

27 сен Анализ экономической эффективности и технико-экономического обоснования для безлопастных турбин


За последнее десятилетие использование возобновляемых источников энергии, особенно солнечной и ветровой, растет гораздо более быстрыми темпами, чем остальная часть экономики в Европе и во всем мире. Значительное снижение затрат на солнечную фотоэлектрическую (PV) и ветровую энергию за это время повысило их привлекательность для тех клиентов, которые заинтересованы в экономии денег и защите окружающей среды с помощью систем самогенерации.

В этой статье мы кратко объясним текущую ситуацию с различными технологиями на рынке и попытаемся дать ссылку на то, что важно проанализировать, чтобы получить общее представление о возможностях инвестиций в вашу собственную установку возобновляемых источников энергии.

Малая ветроэнергетика //

Ветровые турбины малой мощности — отличный метод подачи возобновляемой энергии в домохозяйства, городские сети и инфраструктуру или автономные системы, когда это необходимо. Создавая благоприятные условия, они могут обеспечивать экологически чистую энергию наиболее удовлетворительным образом, несмотря на то, что они не такие мощные, как другие методы производства энергии.

В данной статье показаны некоторые особенности каждой доступной в настоящее время ветроэнергетики, собраны их достоинства и недостатки. Для начала анализа важно выделить два основных семейства, существующих в ветроэнергетике: турбины с горизонтальной осью (HAWT) и турбины с вертикальной осью (VAWT). Мы добавляем новорожденное третье семейство только для турбин Vortex.

Чертеж выше соответствует моделям турбин, которые обычно можно найти на рынке ветряных турбин.По заказу: Горизонтально-осевые ветряные машины, Вертикальные ветряные машины, Осциллирующие ветряные машины (Вихрь).

Ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) являются наиболее распространенным типом из-за их зрелости. Все компоненты (лопасти, вал и генератор) находятся на вершине башни, а лопасти обращены к ветру. Вал расположен горизонтально к земле, на конце у него есть шестерня, которая вращает генератор, а в случае больших турбин тормозит, чтобы замедлить его в случае слишком сильного ветра.

В турбинах с вертикальной осью (VAWT) вал и лопасти соединены вертикально с конструкцией.Основные компоненты расположены ближе к земле, что обеспечивает более стабильный центр тяжести. Этот тип турбин новее, чем турбины с горизонтальной осью, и в настоящее время существует множество различных конструкций и моделей с разной эффективностью и поведением.

Вихревые безлопастные ветрогенераторы не считаются одним из семейств, упомянутых ранее, поскольку в конструкции нет вращательного движения или вала. В основе этой технологии лежит явление, называемое завихренностью, «выпадением вихрей» или «эффектом вихревой улицы» [1].Безлопастные турбины преобразуют энергию ветра в электричество при колебаниях, возникающих, когда структура устройства достигает той же частоты резонанса, что и ветровые вихри, создаваемые позади. Это известно в гидродинамике как «вибрации, вызванные вихрем».

В этой статье мы пытаемся изучить эти три семьи на одном уровне. Однако это невозможно сделать должным образом, поскольку по сравнению с традиционными ветряными машинами Vortex еще не является полностью разработанной технологией; Все данные, предоставленные о турбинах Vortex, оцениваются с учетом ожидаемых прототипов и целей компании.

«Ожидаемое производство энергии и реальное производство никогда не совпадают. Для каждого ветрового режима и целей каждого поколения будут использоваться более подходящие технологии и дизайн ».

Что такое ветряные турбины

Эти семейства турбин ведут себя по-разному в зависимости от характеристик ветра. Средняя точка включения (начальная скорость) для небольшого ветра HAWT составляет около 4 м / с. Для VAWT он немного больше, около 4,5 метров в секунду [5]. Вихревые турбины могут достигать синхронизма с выделением вихрей со скоростью 3 м / с и вскоре (в зависимости от качества ветра) входить в полный резонанс, что означает, что точка включения будет примерно при этой скорости ветра.Расчетные параметры внутреннего стержня Vortex могут изменять точку включения устройства, обеспечивая калиброванный диапазон скорости ветра.

Конструкция турбины имеет решающее значение для выработки энергии при низких скоростях ветра, это также означает более раннее достижение максимальной выработки энергии. В таблице ниже показан подход к выходной мощности при различных скоростях ветра для средних турбин HAWT и VAWT наряду с оценкой для будущих промышленных турбин Vortex Tacoma (высота 2,75 м) [4].

Скорость ветра (м / с)

Малый HAWT

Малый VAWT

Vortex Bladeless

3

0 Вт

0 Вт

3 Вт

6

72 Вт

44 Вт

35 Вт

7

104 Вт

66 Вт

60 Вт

8

135 Вт

86 Вт

80 Вт

9

160 Вт

105 Вт

93 Вт

Номинальная частота вращения

400 Вт

200 Вт

100 Вт

Целью приведенной выше таблицы является введение в тему реальной производительности и эффективности различных турбинных технологий.Обычно предполагается, что электрические машины будут работать в проектных условиях, что означает, что большую часть времени они должны работать на номинальной мощности. Однако ветряные турбины на уровне земли редко достигают своей номинальной пиковой мощности, поскольку требуемая высокая скорость ветра встречается не так часто.

Важным фактором, который следует учитывать при анализе ветроэнергетики, является выходная мощность, которую турбина может достигать в реальных условиях. Производители обычно указывают в своих каталогах номинальную мощность генератора i.е. мощность, при которой ветряная машина должна работать в идеальных условиях. Однако обычно опускают информацию о том, какая скорость ветра требуется для достижения номинальной мощности, или, в некоторых случаях, слишком оптимистично относятся к кривой скорости включения и мощности, не обращая внимания на другие факторы ветра. Все это приводит к появлению устройств, которые не подходят для некоторых сред.

Ветровой потенциал

В продолжение, на карте ниже показаны средние уровни скорости ветра, которые можно найти в Европе в течение года.Каждая скорость ветра связана с оценкой потенциала ветра (Вт / м 2 ), вычисляемой в соответствии с различными параметрами, такими как плотность воздуха, поверхность и направления ветровых потоков. Средние скорости ветра в европейских регионах со значительной вероятностью обычно составляют от 4 до 6 м / с на несколько метров над уровнем земли, что означает, что выбранный аэрогенератор должен быть адаптирован к этим реальным условиям. На изображении выше вы можете увидеть более подробную карту, показывающую потенциал ветра во всем мире.Важно определить рабочий диапазон каждой технологии, чтобы получить лучший подход к общей выходной мощности, которую может обеспечить ветряная турбина.

На следующей карте собраны характеристики ветра и средние скорости за год для разных регионов Европы, это может быть экстраполировано на другие регионы:

Легенда

Скорость (м / с)

Потенциал (Вт / м 2 )

фиолетовый

> 7.5

> 500

Красный

6,5-7,5

300-500

Желтый

5,5-6,5

200-300

Зеленый

4,5-5,5

100-200

Синий

<4.5

<100

  • Рис. 1. Европейский наземный ветровой атлас, распределение ветрового потенциала [3]
  • Таблица 1. Обозначение карты ветров

Ветровой потенциал — это вычисление, которое определяет, какая будет максимальная мощность ветра при определенной скорости ветра. Однако ветряные турбины не могут улавливать всю энергию ветра, так как это остановит его.В зависимости от модели турбины можно получить большую или меньшую мощность от ветра, что является пределом Беца, который может использовать ветряную машину (59,3%).

Хотя это кратко объясняется и реальные ветровые условия меняются, можно объяснить, как эти особенности влияют на различные семейства турбин, упомянутых ранее, чтобы понять, какие диапазоны скорости ветра и условия являются наилучшими для каждой технологии.

«Ветровые турбины на уровне земли редко достигают своей номинальной мощности.Когда турбины могут эффективно работать при низких скоростях ветра, время работы увеличивается »

Сравнение возможностей //

График ниже дает оценку полезной мощности каждого семейства турбин, деленной на их номинальную мощность. Цель этого — сравнить эффективность каждой технологии для наиболее распространенных диапазонов скорости ветра по всему миру. «Процент использования» каждой технологии не прямо пропорционален их номинальной мощности, напротив, те турбины, которые достигают более высокой номинальной мощности, обычно имеют худшую кривую эффективности.Другими словами, если турбина может достичь более высокой максимальной выходной мощности, она будет хуже работать при слабом ветре.

Когда турбины могут эффективно работать при более низких скоростях ветра, время работы увеличивается. Чтобы понять приведенный ниже график, нужно подумать о том, сколько энергии вырабатывается, разделенное на номинальную мощность (ожидаемые условия использования) при определенной скорости ветра.

График 1. Использование выходной мощности

Хотя приведенный выше график, кажется, ставит технологию Vortex в более выгодное положение, это всего лишь вопрос перспективы.Оценка на графике представляет собой средний КПД различных семейств турбин и объясняет, почему поведение Vortex лучше реагирует на обычные ситуации на уровне земли (скорость ветра от 3 до 8 м / с) по сравнению со средним значением для других технологий. Другими словами, турбины с горизонтальной и вертикальной осью обычно требуют более высоких скоростей ветра для достижения их номинальной мощности, в то время как Vortex может нормально реагировать для обычных диапазонов скорости ветра.

С другой стороны, турбины Vortex перестают работать со скоростью выше 11-12 м / с, где обычно работают обычные ветряные турбины, поэтому чем раньше вы начнете генерировать, тем раньше вам придется остановиться.Тогда, если в вашем месте круглый год дуют сильные ветры, то вам может подойти обычная ветряная турбина. Мы видим, что технология Vortex и обычные ветряные турбины не являются конкурентами, а предлагают разные функции для разных условий.

В заключение можно сказать, что для районов с обычным диапазоном ветров почти бесполезно иметь ветряную турбину, которая может выдавать максимальную мощность только несколько раз в месяц, когда ветер достаточно сильный. Однако турбина, которая способна работать в течение более длительного периода времени, даже если она производит меньшую мощность, даст вам более высокую общую энергию в долгосрочной перспективе.Каждые ветровые условия и цели каждого поколения будут иметь технологию и дизайн, которые лучше подходят.

«Технология Vortex довольно молода по сравнению с другими способами использования энергии, и она еще далека от полной оптимизации».

Рентабельность инвестиций
установок

Переходя к экономическим аспектам и принимая во внимание предыдущее объяснение использования, важно подчеркнуть, что производители всегда слишком оптимистичны в отношении характеристик своих продуктов при продаже, поэтому многие из них предоставляют данные для турбины, которая должна большую часть времени работают в номинальных условиях идеального ветра.Однако у клиентов обычно не бывает таких чудесных атмосферных условий очень часто, поэтому ожидаемое производство энергии и реальное производство энергии никогда не совпадают. Более того, производители не склонны сообщать вам о затратах на обслуживание, установке и некоторых других требованиях для каждой технологии.

Исследование подхода для получения некоторых простых экономических выводов заключается в анализе годовой энергии, производимой при различных скоростях ветра, с учетом инвестиций, требуемых для турбины, и в предположении, что сравнение будет проводиться при тех же условиях.

Полученный коэффициент представляет собой единицу энергии (кВтч), деленную на оценку инвестиций за фиксированный период времени (один год) [2]. Этот метод не является обычным способом проведения сравнительного исследования различных систем производства энергии, поскольку необходимо помнить о многих других параметрах, которые имеют важное значение для общих затрат выбранной системы. Наиболее точным исследованием является приведенная стоимость энергии (LCoE), которая может объединить все приближающиеся факторы.

Хотя необходимо изучить множество аспектов поведения аэрогенератора с течением времени, я не принял во внимание несколько факторов, которые необходимы для правильного расчета LCoE из-за отсутствия информации от производителей небольших ветроэнергетических установок. Вместо этого мы будем учитывать только первоначальные вложения. Кривая, представленная ниже, представляет собой фактор, который объединяет все аспекты, упомянутые ранее, наряду с различными скоростями ветра, рассчитанными для периода времени в один год (кВтч / евро в год).

График 2. Коэффициент выработки энергии за год

Чем выше выработка энергии плюс меньшие инвестиции, тем лучше коэффициент. Оба способа мышления подходят для понимания логики данного исследования, которое демонстрирует экономическую эффективность инвестирования в различные типы технологий. Обобщая график, легко заметить, что согласно этим данным, технология Vortex должна быть такой же конкурентоспособной, как и другие на рынке малых ветроэнергетических установок.

По оценкам, этот коэффициент выше для турбин Vortex в самом начале и в конце интервала скорости ветра, поскольку мы не принимаем во внимание некоторые аспекты, которые могут повлиять на эффективность аэрогенератора с течением времени. Мы также не рассчитываем на долгосрочную разницу в затратах на установку и техническое обслуживание, которые, как ожидается, будут ниже на турбинах Vortex по сравнению с обычными турбинами. Эти характеристики невозможно рассчитать без экспериментального исследования, сравнивающего три типа турбин, работающих в течение одного года.

Другими параметрами, которые могут повлиять на общие инвестиции и затраты, являются, например, то, что все турбины HAWT должны изменить направление, чтобы ориентироваться вместе с ветровым потоком, это требует времени, а иногда и затрат энергии. Некоторые турбины VAWT не запускаются сами по себе, поэтому им нужно немного энергии, чтобы начать вращаться. Предполагается, что способность обычных ветряных турбин адаптироваться к изменениям ветра будет ниже, чем у турбин Vortex, которые являются полностью круглыми, поэтому всегда хорошо ориентированы по ветру и могут запускаться и останавливаться самостоятельно без вмешательства человека.Мы также не рассчитываем на эти параметры для графика выше.

Без вышеупомянутых аспектов мы можем понять, что все эти технологии дают очень похожие результаты. Это именно те небольшие эксплуатационные и экономические особенности, которые повлияли бы на экономическую эффективность с течением времени ветроэнергетической установки, основанной на каждом типе семейства ветряных турбин.

«Если позволяют условия, гибридные установки являются одним из лучших решений для борьбы с низкой удельной мощностью возобновляемых источников энергии в настоящее время»

Фотовольтаический симбиоз

Один из первых функциональных прототипов вместе с солнечной панелью.Авила, Испания 2015

Солнечная энергия считается отличным решением для систем самопотребления энергии. Предлагая большое количество энергии, сегодняшние фотоэлектрические установки являются одним из наиболее важных источников зеленой энергии. Это зрелая технология, которая разрабатывалась и оптимизировалась десятилетиями. В настоящее время в регионах с умеренным климатом, таких как Центральная и Южная Европа, фотоэлектрическая энергия стала одной из самых популярных для клиентов, которые хотят вырабатывать собственное электричество дома (что было не так просто несколько лет назад).Кроме того, более низкие цены на установки и производство в последние годы делают солнечную энергию королевой местного производства энергии.

Из истории фотогальваники мы можем понять, что такая новая технология, как Vortex или солнечные панели, которые были десятилетия назад, требует многих лет разработки, испытаний, оптимизации и улучшений. Технология Vortex довольно молода по сравнению с другими способами использования энергии, и она еще далека от полной оптимизации.

Нам придется немного подождать, чтобы увидеть весь потенциал ветряных генераторов VIV, основанных на колебаниях, но основа устоялась, что уже является большим скачком для возобновляемых источников энергии.

Многие компании оценивают возможность установки комбинированных мощностей, целью которых является расширение возможностей и повышение эффективности производства электроэнергии. Для объектов с низким энергопотреблением или жилых помещений фотоэлектрическая энергия в сочетании с ветровой энергией представляет собой проблему, но также является идеальным способом более постоянной и эффективной выработки электроэнергии, поскольку солнечный свет бывает всего несколько часов в день, а ветер дует круглосуточно.

Турбины

Vortex могут дать много преимуществ для гибридных ветро-солнечных решений по сравнению с другими ветровыми технологиями из-за низких требований к обслуживанию и установке.Если есть другие функции, такие как низкий уровень шума, минимальное воздействие на дикую природу, небольшое пространство, необходимое для работы, низкий профиль тени над солнечными панелями (это очень простой, но очень большой) и т. Д. Говоря о ветряных мельницах, важно помните, что они проецируют высокую тень, которая быстро движется из-за лезвий. Эта движущаяся тень может быть проблемой при использовании гибридных ветро-солнечных установок (вам не нужны тени на солнечных батареях!), А в сочетании с шумом она может вызвать беспокойство у людей и животных.

«Из истории PV мы можем понять, почему для новой технологии требуются годы разработки, испытаний, оптимизации и улучшений».

Комбинированные системы снабжения

Как объяснялось ранее, турбины Vortex также предназначены для работы с другими технологиями, такими как солнечная энергия. Если условия окружающей среды позволяют, комбинация обеих технологий обеспечивает заказчику одновременную эксплуатацию двух природных ресурсов.Эти комбинированные установки являются одним из лучших решений для работы с мощностью низкой плотности, которую системы возобновляемых источников энергии предлагают в настоящее время, поскольку обычно требуется много свободного пространства для выработки нескольких киловатт в течение определенного периода времени при ветре или ветре. солнечный генератор.

Аэрогенераторы

Vortex предлагают хорошую возможность сочетания с фотоэлектрической технологией благодаря небольшому размеру и малой проекции тени. Также есть очень явное преимущество «эффекта пробуждения»; Эта проблема распространена среди ветровых технологий, она вызвана движением конструкции, обычно лопастей, которые вращаются в соответствии с потоком ветра через конструкцию, создавая турбулентность, которая отрицательно влияет на расположенные ниже по потоку и близлежащие устройства, делая их менее эффективными.Другими словами, ветровой поток за работающей ветряной турбиной имеет худшие условия и меньший энергетический потенциал. Это значительно минимизировано на колебательных аэрогенераторах, таких как Vortex.

Ожидается, что гибридные предприятия увеличат продолжительность своей работы по сравнению с просто солнечными или только ветряными. Например, в типичных европейских регионах крупномасштабные объекты могут достигать более 1200 рабочих часов в год на солнечных батареях и более 1000 рабочих часов в год на ветровых ресурсах [5]. Это означает, что сочетание обоих ресурсов может значительно увеличить производство энергии.Кроме того, турбины Vortex легко интегрируются в фотоэлектрические установки, что может иметь положительные последствия для LCoE, поскольку оба метода будут использовать общее оборудование и проводку; позволяет лучше подобрать аккумулятор и использовать другие устройства, необходимые для маломощных устройств, такие как инвертор или регулятор.

Фотоэлектрическая технология — это прекрасная возможность для сочетания с Vortex, но важно подчеркнуть, что это не единственное решение. Vortex всегда может работать как единая установка, точно так же, как другие ветровые технологии могут работать в сочетании с солнечной энергией.Для каждого типа локации существует подходящая комбинация.

Увеличение плотности энергии

соучредитель Дэвид Яньес с Vortex Tacoma в Авила, Испания 2018

Одна из самых больших проблем с возобновляемыми источниками энергии — это их низкая удельная мощность. Требуется огромное пространство для производства такого же количества энергии с помощью возобновляемых источников энергии, которое другие традиционные источники энергии производят на небольшом предприятии.

Говоря о ветряных электростанциях, необходимо иметь в виду расстояние между турбинами из-за упомянутого выше следового эффекта.След, создаваемый устройствами Vortex, в отличие от обычных ветряных турбин, не влечет таких же последствий для расположенного рядом оборудования. Как объяснялось ранее, этот эффект следа вызван структурой турбины, которая изменяет поток ветра, идущий вниз по потоку. Это не обязательно является невыгодным для расположенных поблизости турбин в случае Vortex из-за его колебательного режима, но определенно приводит к потере эффективности для обычных вращающихся ветряных турбин на ветряных электростанциях.

Что касается параграфа выше, безлопастные турбины предлагают сокращение расстояния между устройствами благодаря своей другой конструкции, что позволяет устанавливать большее количество устройств на меньшем объекте.Кроме того, угол колебания мачт Vortex составляет около 5 градусов, что означает, что, когда турбина работает в нормальных условиях, она будет покрывать площадь плюс-минус 1 м 2 в целом, если считать с размером. турбины и необходимое свободное окружающее пространство [4]. На обычных турбинах HAWT эта площадь, необходимая для работы турбины, может даже в пять раз превышать общую высоту турбины, что огромно для ветряной электростанции, а иногда и довольно много для установки в жилых помещениях.

«Ожидается, что Vortex Bladeless будет таким же конкурентоспособным, как и другие технологии на развивающемся рынке малых ветроэнергетических установок»

Заключение //

В заключение важно выделить степень развития различных технологий возобновляемых источников энергии с низким энергопотреблением, изученных в этой статье. Надлежащее сравнение должно быть выполнено в аналогичных условиях и в аналогичных устройствах, которые имеют примерно одинаковый уровень зрелости, а именно аналогичные характеристики выработки электроэнергии.Сейчас это невозможно сделать должным образом, поскольку Vortex еще не является полностью разработанной технологией; Все данные о турбинах Vortex оцениваются с учетом ожидаемой продолжительности прототипов.

Для дальнейших экономических исследований возможностей безлопастных турбин на рынке малой мощности было бы интересно подробно проанализировать нормированную стоимость энергии (LCoE) для каждого типа семейства ветряных турбин. Значение LCoE представляет собой затраты на производство одной единицы энергии в течение срока службы объекта.Однако точность этого расчета зависит от многих предположений, которые не могут быть получены в общих чертах из-за отсутствия доступной информации. Эта статья просто объясняет простыми словами, какова будет ситуация с турбинами Vortex на рынке малых ветроэнергетических установок в настоящее время, не принимая во внимание другие параметры, кроме начальных инвестиций. Другие аспекты, такие как низкие затраты на техническое обслуживание и низкий уровень шума, делают эту технологию лучшим вариантом для комбинированных установок с использованием возобновляемых источников энергии, где необходима тишина и спокойствие.

Моя цель не только в рекламном тексте, но и в том, чтобы клиенты могли получить больше информации о принятии решений при сравнении различных технологий. Перед тем, как выбрать технологию для гибридной установки в жилом помещении, важно помнить о ветровом потенциале вашего местоположения и технических характеристиках турбины. Хотя турбины Vortex могут работать как единое целое, в первую очередь предполагается, что они будут использоваться в гибридных системах в тех местах, где условия солнца и ветра допускают комбинированную установку.

Говоря о разработке Vortex, важно отметить, что параллельно проводятся исследования для реализации этой идеи в системах большой мощности. Это означает, что способы исследования постоянно совершенствуются, чтобы соответствовать более высоким ожиданиям. Как далеко может зайти технология Vortex? Увидим ли мы когда-нибудь колеблющиеся устройства по всему ландшафту? База уже исчерпана, время покажет!

Автор статьи:
Луис Перес Марото, Экономика и менеджмент энергетики .Пражский технический университет

Список литературы
  • Показанное изображение: интерактивная справочная карта ветров «Глобальный атлас ветров». Получено: globalwindatlas.info
  • [1] «Завихренность, циркуляция и потенциальная завихренность». Колумбийский университет. 2018. Получено: columbia.edu
  • .
  • [2] «Возобновляемая энергия: физика, инженерия, экономика воздействия на окружающую среду и планирование» Бен Соренсен. 1979. Книга
  • .
  • [3] «Ветровые ресурсы в Европе» Национальная лаборатория Рисё, Дания.2008. Получено: mstudioblackboard.tudelft.nl
  • .
  • [4] «Резонансные ветряные генераторы VIV» Давид Яньес Вильярреаль. 2018. Документ
  • .
  • [5] «Wiki по ветряным турбинам, часто задаваемые вопросы по выходным данным» Национальная ветровая служба. Получено: wind-watch.org
  • .

История ветроэнергетики — Управление энергетической информации США (EIA)

Люди использовали энергию ветра тысячи лет

Люди использовали энергию ветра для передвижения лодок по реке Нил еще в 5000 году до нашей эры.К 200 г. до н.э. в Китае использовались простые ветряные водяные насосы, а в Персии и на Ближнем Востоке ветряные мельницы с лопастями из плетеного тростника перемалывали зерно.

Новые способы использования энергии ветра со временем распространились по всему миру. К 11 веку люди на Ближнем Востоке широко использовали ветряные насосы и ветряные мельницы для производства продуктов питания. Купцы и крестоносцы принесли в Европу ветровую технику. Голландцы разработали большие ветряные насосы для осушения озер и болот в дельте реки Рейн.В конечном итоге иммигранты из Европы перенесли ветроэнергетику в Западное полушарие.

Американские колонисты использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и пиления древесины на лесопилках. Поселенцы и владельцы ранчо установили тысячи ветряных насосов, когда они заселили запад Соединенных Штатов. В конце 1800-х — начале 1900-х годов также широко использовались небольшие ветроэлектрические генераторы (ветряные турбины).

Количество ветряных насосов и ветряных турбин сократилось, поскольку в рамках программ электрификации сельских районов в 1930-х годах линии электропередач были продлены до большинства ферм и ранчо по всей стране.Однако на некоторых ранчо до сих пор используются ветряные насосы для подачи воды для скота. Небольшие ветряные турбины снова становятся все более распространенными, в основном для снабжения электроэнергией отдаленных и сельских районов.

Традиционная голландская ветряная мельница

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Современные ветряки

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Использование энергии ветра расширилось из-за нехватки нефти и экологических проблем

Дефицит нефти 1970-х изменил энергетическую среду США и всего мира.Дефицит нефти вызвал интерес к разработке способов использования альтернативных источников энергии, таких как энергия ветра, для выработки электроэнергии. Федеральное правительство США поддерживало исследования и разработки больших ветряных турбин. В начале 1980-х годов в Калифорнии были установлены тысячи ветряных турбин, в основном из-за политики государства и штата, поощрявшей использование возобновляемых источников энергии.

В 1990-х и 2000-х годах федеральное правительство США создало стимулы для использования возобновляемых источников энергии в ответ на новую заботу об окружающей среде.Федеральное правительство также предоставило финансирование исследований и разработок, чтобы помочь снизить стоимость ветряных турбин, и предложило налоговые и инвестиционные льготы для проектов ветроэнергетики. Кроме того, правительства штатов ввели новые требования к производству электроэнергии из возобновляемых источников, а продавцы электроэнергии и коммунальные предприятия начали предлагать своим клиентам электроэнергию, произведенную с помощью ветра и других возобновляемых источников энергии (иногда называемую зеленой энергией ). Эти стратегии и программы привели к увеличению количества ветряных турбин и количества электроэнергии, вырабатываемой за счет энергии ветра.

Доля ветроэнергетики в США выросла с менее чем 1% в 1990 году до примерно 8,4% в 2020 году. Стимулы в Европе привели к значительному расширению использования энергии ветра там. Китай вложил значительные средства в ветроэнергетику и в настоящее время является крупнейшим в мире производителем ветровой электроэнергии. В 1990 году в 16 странах было выработано в общей сложности около 3,6 млрд кВтч ветровой электроэнергии. В 2019 году 127 стран произвели в общей сложности около 1,42 трлн кВтч ветровой электроэнергии.

Последнее обновление: 17 марта 2021 г.

Типы и конструкция ветряных генераторов

Типы и конструкция ветряных генераторов Статья Учебники по альтернативной энергии 19.06.2010 08.03.2021 Учебные пособия по альтернативным источникам энергии

Типы ветряных генераторов

Ветряная турбина состоит из двух основных компонентов, и, рассмотрев один из них, конструкцию лопастей ротора в предыдущем уроке, мы теперь можем взглянуть на другую, ветряную турбину Генератор или WTG — электрическая машина, используемая для выработки электроэнергии.Электрический генератор с низкой частотой вращения используется для преобразования механической вращательной мощности, производимой энергией ветра, в электричество, пригодное для использования в наших домах, и лежит в основе любой ветроэнергетической системы.

Преобразование вращательной механической энергии, генерируемой лопастями ротора (известной как первичный двигатель), в полезную электрическую мощность для использования в бытовых системах электроснабжения и освещения или для зарядки аккумуляторов может быть выполнено с помощью любого из следующих основных типов вращательного движения. электрические машины, обычно используемые в ветроэнергетических установках:

  • 1.Машина постоянного тока (DC), также известная как динамо
  • 2. Синхронная машина переменного тока (AC), также известная как генератор переменного тока
  • 3. Индукционная машина переменного тока (AC), также известный как генератор переменного тока

Все эти электрические машины являются электромеханическими устройствами, которые работают по закону электромагнитной индукции Фарадея. То есть они действуют за счет взаимодействия магнитного потока и электрического тока или потока заряда.Поскольку этот процесс обратим, та же машина может использоваться в качестве обычного электродвигателя для преобразования электроэнергии в механическую энергию или в качестве генератора, преобразующего механическую энергию обратно в электрическую энергию.

Индукционный генератор ветряной турбины

Электрические машины, наиболее часто используемые для ветряных турбин, работают как генераторы, при этом синхронные генераторы и индукционные генераторы (как показано) обычно используются в более крупных системах ветряных генераторов.Обычно небольшие или самодельные ветряные турбины, как правило, используют низкоскоростной генератор постоянного тока или динамо, поскольку они маленькие, дешевые и их намного проще подключить.

Имеет ли значение, какой тип электрического генератора мы можем использовать для производства энергии ветра. Простой ответ — и да, и нет, поскольку все зависит от типа системы и приложения, которое вы хотите. Низковольтный выход постоянного тока от генератора или динамо-машины старого типа можно использовать для зарядки батарей, в то время как более высокий синусоидальный выход переменного тока от генератора переменного тока может быть подключен непосредственно к местной сети.

Кроме того, выходное напряжение и потребляемая мощность полностью зависят от имеющихся у вас приборов и от того, как вы хотите их использовать. Кроме того, расположение ветряного генератора, будет ли ветровой ресурс поддерживать его постоянное вращение в течение длительных периодов времени, или скорость генератора и, следовательно, его мощность будут изменяться вверх и вниз в зависимости от имеющегося ветра.

Производство электроэнергии

A Ветряная турбина Генератор — это то, что производит ваше электричество, преобразовывая механическую энергию в электрическую.Давайте проясним здесь, что они не создают энергии и не производят больше электрической энергии, чем количество механической энергии, используемой для вращения лопастей ротора. Чем больше «нагрузка» или электрическая нагрузка на генератор, тем больше механической силы требуется для вращения ротора. Вот почему генераторы бывают разных размеров и производят разное количество электроэнергии.

В случае «ветряного генератора», ветер толкает непосредственно лопасти турбины, что преобразует линейное движение ветра во вращательное движение, необходимое для вращения ротора генератора, и чем сильнее ветер толкает, тем сильнее может быть произведено больше электроэнергии.Тогда важно иметь хорошую конструкцию лопастей ветряной турбины, чтобы извлекать как можно больше энергии из ветра.

Все электрические турбогенераторы работают из-за эффектов перемещения магнитного поля мимо электрической катушки. Когда электроны проходят через электрическую катушку, вокруг нее создается магнитное поле. Точно так же, когда магнитное поле движется мимо катушки с проволокой, в катушке индуцируется напряжение, как определено законом магнитной индукции Фарадея, заставляя электроны течь.

Простой генератор, использующий магнитную индукцию

Затем мы можем видеть, что при перемещении магнита мимо одиночной проволочной петли напряжение, известное как и ЭДС (электродвижущая сила), индуцируется внутри проволочной петли из-за магнитного поля магнит.

Когда в проводной петле возникает напряжение, электрический ток в форме потока электронов начинает течь по петле, генерируя электричество.

Но что, если бы вместо одной отдельной проволочной петли, как показано, у нас было бы много петель, намотанных вместе на одном и том же каркасе, чтобы сформировать катушку из проволоки, гораздо большее напряжение и, следовательно, можно было бы генерировать ток для того же количества магнитного потока.

Это связано с тем, что магнитный поток проходит через большее количество проводов, создавая большую ЭДС, и это основной принцип закона электромагнитной индукции Фарадея, и генератор переменного тока использует этот принцип для преобразования механической энергии, такой как вращение ветряной турбины или гидроэлектростанции. турбина, в электрическую энергию, производящую синусоидальную форму волны.

Итак, мы видим, что есть три основных требования для выработки электроэнергии, а именно:

  • Катушка или набор проводников
  • Система магнитного поля
  • Относительное движение между проводниками и полем

Тогда чем быстрее Катушка с проволокой вращается, тем больше скорость изменения магнитного потока, отсекаемого катушкой, и тем больше индуцированная ЭДС внутри катушки. Точно так же, если магнитное поле становится сильнее, наведенная ЭДС увеличится при той же скорости вращения.Таким образом: Индуцированная ЭДС Φ * n. Где: «Φ» — поток магнитного поля, а «n» — скорость вращения. Также полярность генерируемого напряжения зависит от направления магнитных линий потока и направления движения проводника.

Существует два основных типа электрического генератора и генератора переменного тока: генератор с постоянным магнитом и генератор с возбужденным полем , причем оба типа состоят из двух основных частей: статора и ротора .

Статор является «неподвижной» (отсюда и название) частью машины и может иметь либо набор электрических обмоток, образующих электромагнит, либо набор постоянных магнитов в рамках своей конструкции. Ротор — это часть машины, которая «вращается». Опять же, ротор может иметь вращающиеся выходные катушки или постоянные магниты. Как правило, генераторы и генераторы переменного тока, используемые для генераторов ветряных турбин, определяются тем, как они создают свой магнетизм, будь то электромагниты или постоянные магниты.

У обоих типов нет реальных преимуществ и недостатков. Большинство бытовых ветряных генераторов на рынке используют постоянные магниты в своей конструкции турбогенератора, которые создают необходимое магнитное поле при вращении машины, хотя некоторые действительно используют электромагнитные катушки.

Эти высокопрочные магниты обычно изготавливаются из редкоземельных материалов , таких как неодимовое железо (NdFe) или самарий-кобальт (SmCo), что устраняет необходимость в обмотках возбуждения для обеспечения постоянного магнитного поля, что приводит к более простой и прочной конструкции. строительство.

Обмотки намотки поля имеют то преимущество, что их магнетизм (и, следовательно, мощность) согласовывается с изменяющейся скоростью ветра, но для создания необходимого магнитного поля требуется внешний источник энергии.

Теперь мы знаем, что электрический генератор обеспечивает средство преобразования энергии между механическим крутящим моментом, создаваемым лопастями ротора, называемым первичным двигателем, и некоторой электрической нагрузкой.

Механическое соединение генератора ветровой турбины с лопастями ротора осуществляется через главный вал, который может быть либо простым прямым приводом, либо с помощью коробки передач для увеличения или уменьшения скорости генератора относительно скорости вращения лопастей.

Использование редуктора позволяет лучше согласовать скорость генератора со скоростью турбины, но недостатком использования редуктора является то, что как механический компонент он подвержен износу, что снижает эффективность системы. Однако прямой привод может быть более простым и эффективным, но вал ротора и подшипники генератора подвергаются полному весу и вращательной силе лопастей ротора.

Кривая выходной мощности ветряного генератора

Таким образом, тип ветряного генератора, необходимый для конкретного места, зависит от энергии, содержащейся в ветре, и характеристик самой электрической машины.Все ветряные турбины имеют определенные характеристики, связанные со скоростью ветра.

Генератор (или генератор переменного тока) не будет вырабатывать выходную мощность до тех пор, пока его скорость вращения не превысит заданную скорость ветра, когда сила ветра на лопасти ротора достаточна для преодоления трения, а лопасти ротора разгоняются настолько, чтобы генератор мог начать производить полезную мощность.

Выше этой скорости включения генератор должен вырабатывать мощность, пропорциональную кубу скорости ветра (K.V 3 ), пока не достигнет максимальной номинальной выходной мощности, как показано.

Выше этой номинальной скорости ветровые нагрузки на лопасти ротора будут приближаться к максимальной прочности электрической машины, и генератор будет производить свою максимальную или номинальную выходную мощность по мере достижения окна номинальной скорости ветра.

Если скорость ветра продолжит увеличиваться, генератор ветряной турбины остановится в точке отключения, чтобы предотвратить механическое и электрическое повреждение, что приведет к нулевой выработке электроэнергии. Тормозом для остановки генератора из-за его повреждения может быть либо механический регулятор, либо электрический датчик скорости.

Купить ветрогенератор, такой как ECO-WORTHY 400 Вт ветряной турбины, для зарядки аккумулятора непросто, и необходимо учитывать множество факторов. Цена только одна из них. Обязательно выбирайте электрическую машину, соответствующую вашим потребностям. Если вы устанавливаете систему, подключенную к сети, выберите генератор сетевого напряжения переменного тока.

Если вы собираетесь установить аккумуляторную систему, поищите генератор постоянного тока для зарядки аккумуляторов. Также учитывайте механическую конструкцию генератора, такую ​​как размер и вес, скорость работы и защиту от окружающей среды, поскольку он будет проводить весь свой срок, установленный на вершине столба или башни.

В следующем уроке о ветряных генераторах мы рассмотрим машины постоянного тока и то, как мы можем использовать генератор постоянного тока для производства электроэнергии из энергии ветра. Чтобы узнать больше о «Генераторах ветряных турбин» или получить дополнительную информацию об энергии ветра о различных доступных ветроэнергетических системах, или изучить преимущества и недостатки энергии ветра, нажмите здесь, чтобы получить копию одного из лучших «Ветряных турбин» Гиды »прямо сейчас с Amazon.

Самые продаваемые сопутствующие товары для турбогенераторов

Ветрогенератор — обзор

9.3.1 Водонасосные системы

Водонасосные системы представляют собой особый тип WHPS. Эти системы используют энергию ветра для подачи энергии на валу, которая используется непосредственно для перекачки воды или для выработки электроэнергии для привода электрического насоса. Ветряные водяные насосы использовались на протяжении многих веков в таких странах, как Нидерланды; даже сегодня большое количество этих устройств используется в удаленных местах.

Водонасосные системы могут применяться на обширных территориях лучше, чем системы поверхностного водоснабжения, основанные на больших ирригационных плотинах.Из-за большого количества воды, необходимой для орошения, энергия ветра редко используется для орошения сельскохозяйственных культур. Однако более крупные и эффективные ветряные турбины способны вырабатывать достаточно электроэнергии для использования в ирригационных проектах (Gipe, 1993; Gasch and Twele, 2002).

В развивающихся странах, где многие регионы не подключены к электросети, энергия ветра может применяться для выработки механической энергии или электроэнергии для перекачивания воды с небольших глубин. Солнечная энергия и обычные дизельные двигатели также могут быть рассмотрены для улучшения водоснабжения, хотя в случае дизельных двигателей (используемых для привода электродвигателей) важно учитывать запас топлива (Gipe, 1993; Gasch and Twele, 2002).

Большое количество лопастей использовалось в старых роторах с низким передаточным числом для водяных насосов, а также в тех случаях, когда требовался высокий пусковой крутящий момент. Современные роторы с высоким передаточным числом для выработки электроэнергии имеют всего две или три лопасти. Количество лопастей ротора косвенно связано с отношением скорости вершины лопасти λ, которое является радиосвязью скорости вершины лопасти и скорости ветра (Manwell и др. , 2002):

9,1λ = ωRv

, где ω -1 ) — частота вращения, R (м) — радиус аэродинамического ротора и v (м с -1 ) — скорость ветра.

Преобразование ветровой энергии в гидравлическую с помощью ветряной насосной системы может быть выполнено, если скорость ветра превышает 2,5–3,0 м с –1 , с коэффициентом мощности более 45% (т. Е. Соотношение фактических мощность ветряной турбины в течение определенного периода времени и ее мощность, если она все время работала с полной номинальной мощностью). Можно использовать ветровую насосную систему, если уровень воды в водохранилище существенно не меняется, и если также возможно хранить воду на три дня или одну неделю, чтобы учесть безветренные дни.Для работы механического привода для перекачивания воды ветряная турбина должна быть размещена рядом с резервуаром для воды, а основные части системы должны быть защищены от погодных условий. В случае ветряных турбин, которые подают электроэнергию для перекачивания воды, ветряную турбину можно разместить далеко от резервуара с водой, чтобы максимизировать преобразование энергии ветра.

Можно выделить четыре типа ветровой откачки: сельское водоснабжение, ирригация, водоснабжение скота и дренаж.Ветряные турбины с прямым механическим соединением — наиболее распространенный метод перекачки воды на пахотные земли и домашний скот. Многие более современные ветряные турбины имеют электрическую связь, при этом водяной насос подключен к ветровой турбине через соединение двигателя-генератора. Типичный ветряной насос изображен на рис. 9.1.

9.1. Система ветрового насоса и резервуар для хранения. Хранение необходимо для обеспечения водой в безветренный период (Aermotor Windmill Company, Inc.).

В настоящее время существует три типа ветроэнергетических систем для перекачивания воды: два используют механическую энергию для перекачивания воды, а третий преобразует энергию ветра в электрическую (Gasch and Twele, 2002):

Механический (поршневой насос).Эта система преобразует вращательную энергию ветра в вертикальное движение, используя змеевик и поршневой насос для подъема воды.

Механический (эрлифтный насос). Эта система использует энергию ветра для зарядки компрессора, который нагнетает воздух для подъема воды.

Электронасос. Электрическая насосная система направляет генерируемую энергию непосредственно в водяной насос и / или в аккумуляторную систему.

Конструкция системы зависит от конкретных потребностей в энергии, от того, требуется ли аккумуляторная система хранения, и от количества ветра, доступного на площадке.Гибридные ветряные / солнечные / традиционные системы рассматриваются, когда ветровые ресурсы недоступны в течение нескольких месяцев в году (например, летом, когда увеличивается потребность в воде). Новые спиральные насосные системы могут питаться либо от солнечно-фотоэлектрической (PV) энергии, либо от энергии ветра и поддерживаться дизельной или аккумуляторной системой. Винтовой насос (поршневой насос прямого вытеснения) должен обеспечивать более высокие скорости потока на большей глубине откачки при меньших потребностях в мощности, чем центробежный насос (насос большого объема). Еще один аспект, который следует учитывать при выборе системы, заключается в том, что на батареи могут приходиться более 20% общих капитальных вложений.

Чтобы оценить размер ветряной турбины, необходимой для перекачивания воды, необходимо учитывать три основных параметра: напор насоса (H м), требуемый расход воды (Q м 3 с −1 ) и средняя скорость ветра (v¯.m s −1 ) местности. Фактическая передаваемая мощность ротора должна равняться требуемой гидравлической мощности, а именно:

9,2Cpηm12ρairAv¯3 = ρwgHQ

, где C p — коэффициент полезного действия или эффективность преобразования ветра ротора, η м — механический КПД ветрового насоса, ρ воздух — плотность воздуха (принята равной 1.15 кг · м −3 ), A (m 2 ) — площадь ротора, ρ w — плотность воды (принята равной 1000 кг · м −3 ) и г. (мс −2 ) — ускорение свободного падения. Площадь ротора может быть выражена как:

9,3A = 1000 кгм − 310HQ0,58 кгм − 3Cpηmv¯3

, а диаметр ротора D получается из

9,4D = 4Aπ

. расход воды, напор насоса и скорость ветра будут меняться в течение года; поэтому удобно оценивать среднее значение каждой переменной для каждого месяца (Omer, 2008).Электрическая мощность различных водяных насосов представлена ​​на рис. 9.2.

9.2. Оптимальные энергетические характеристики небольшой ветряной турбины по сравнению с потребляемой мощностью поршневого насоса и центробежного насоса.

Сравнение рабочих характеристик винтовых и центробежных водяных насосов с характеристиками мощности высокоскоростной ветряной турбины показывает, что рабочие характеристики водяного насоса могут быть легче согласованы с энергетическими характеристиками ветряного ротора, если вода насос центробежный (рис.9.2). Причина проста в том, что характеристики двух «машин с потоком жидкости», ветряного ротора и центробежного насоса, лучше совпадают (Hau, 2006). Хотя электрическая передача энергии от ветряной турбины к водяному насосу включает в себя двойное преобразование энергии с соответствующими потерями в общей сложности около 30%, в большинстве случаев эти потери более чем компенсируются оптимальным размещением ветряной турбины (Hau, 2006). .

Электрические водяные насосы, которые подключаются к розетке с использованием переменного тока (AC), как правило, не рассчитаны на очень эффективную работу, потому что нет контроля над количеством подаваемой электроэнергии, и двигатели переменного тока должны работать с полной номинальной мощностью, чтобы работать эффективно.Системы ветряных насосов предназначены для использования постоянного тока (DC), обеспечиваемого ветряной турбиной, хотя в некоторых более новых версиях используется двигатель переменного тока с переменной частотой и контроллер трехфазного насоса переменного тока, который позволяет им питаться напрямую от ветряных турбин. Поскольку ветряные турбины дороги, а их выработка энергии может варьироваться, ветряные насосные системы должны быть как можно более эффективными; то есть они должны максимизировать общее количество литров воды, перекачиваемой на ватт потребляемой электроэнергии. Они также должны быть способны перекачивать в условиях низкой скорости ветра.

Чтобы удовлетворить эти требования, производителям насосов потребовалось изменить конструкцию водяных насосов. В большинстве обычных насосов переменного тока используется центробежное рабочее колесо, которое «приводит» воду в движение. Многоступенчатый центробежный насос имеет ряд установленных друг на друга рабочих колес и камер. При работе на малой мощности количество воды, перекачиваемой центробежными насосами, резко падает. Это ограничивает использование центробежных насосов в солнечных батареях (хотя доступны и эффективные центробежные насосы). Многие разработчики водяных насосов прибегли к использованию поршневых насосов прямого вытеснения, которые нагнетают воду в камеру, а затем вытесняют ее с помощью поршня или винтового винта.Как правило, они перекачивают медленнее, чем другие типы насосов, но обладают хорошими характеристиками в условиях малой мощности и могут достигать высокого подъема. Доступны как погружные (с оставшимся под водой насос), так и поверхностные насосы. Поверхностные насосы менее дороги, чем погружные, но они плохо подходят для всасывания и могут забирать воду только с высоты примерно 6 метров по вертикали. Поверхностные насосы отлично подходят для перекачивания воды на большие расстояния. В некоторых случаях оба типа насосов используются в одной и той же системе, когда напор насоса превышает 6 м, а вода перекачивается на большие расстояния.

Во всем мире многие страны, такие как Индия, Китай, Австралия, Греция и Египет, реализуют программы по откачке воды с использованием энергии ветра. Соединенные Штаты осуществили одну из важнейших программ в этой области. В сентябре 2004 года Р. Нолан Кларк и Брайан Д. Вик из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (Бушленд, Техас) начали исследовательский проект под названием «Удаленная перекачка воды и выработка электроэнергии с использованием возобновляемых источников энергии». Одна из основных целей проекта заключалась в разработке и оценке автономных ветряных водонасосных систем для орошения, животноводства и фермерских хозяйств путем разработки инверторных и выпрямительных контроллеров размером с ферму для увеличения количества полезной энергии, доступной для насоса. и путем разработки стратегий управления, которые определяют приоритеты и распределяют электроэнергию по нескольким нагрузкам (например, насосам, водонагревателям, батареям и нагрузкам балансира).Проект был закрыт в конце августа 2009 г. (Clark and Vick, 2009).

Ветряные мельницы на заднем дворе? Журнал STANFORD

В: Почему мы не можем установить ветряные мельницы на заднем дворе и улавливать энергию индивидуально для нашего личного использования? Есть ли ограничение на то, как его хранить и подавать в мои электрические схемы, что ли? Это дорого обходится моим соседям, или это звуковое загрязнение, или домашняя система просто еще не разработана?

Спросила Мария Шмидт, ’79, Форт-Уэрт, Техас


The U.S. Министерство энергетики (DOE) предлагает контрольный список, чтобы убедиться, что небольшие ветровые проекты являются правильным выбором для индивидуальных домовладельцев: Достаточно ли ветра? У тебя достаточно места? Разрешены ли в вашем районе башни? И наконец, сколько энергии вы можете произвести?

Просматривая контрольный список, быстро становится очевидным, почему у всех нас нет ветряных мельниц на заднем дворе, даже несмотря на то, что технология коммерчески доступна. (Вы можете купить ветряные мельницы высотой до девяти футов с лопастями шириной шесть футов, хотя большинство из них имеют размер более 60 футов в высоту с диаметром лопастей 23 фута.) Одна из новых турбин, вызывающих ажиотаж в ветровом сообществе, — это Skystream 3.7, которую хвалят за ее размер (10-футовые лопасти), эффективность при низких скоростях ветра (они могут хорошо работать при средней годовой скорости ветра выше 12 миль в час) и относительно низкая цена (15000 долларов).

Ветровые ресурсы

Для успешной работы домашнего ветра средняя скорость ветра в вашем районе должна составлять не менее девяти миль в час. Министерство энергетики составляет карту ветровых ресурсов США.Как показано на карте, места с наибольшими ветровыми ресурсами обычно находятся на Великих равнинах, вдоль горных вершин и на побережье. Инфографика: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Однако карта ветровых ресурсов показывает скорость ветра в высота 50 метров в воздухе — это более 160 футов или 16 этажей! А обобщения часто не работают — средняя скорость ветра будет сильно зависеть от конкретных условий на вашем участке. Вы можете использовать устройство, называемое анемометром, для измерения скорости ветра на заднем дворе с течением времени — вы даже можете сделать его самостоятельно из старого пластикового пасхального яйца, когда съедите все вкусности внутри.

Комната для роста

А как насчет места? По данным компании Southwest Windpower, производящей ветряные мельницы, идеальное место для установки ветряной турбины — 20 футов над любым окружающим объектом в радиусе 250 футов. Министерство энергетики также рекомендует, чтобы башня располагалась по крайней мере на одном акре земли, что исключает возможность проживания большинства городских жителей.

Кроме того, многие местные законы запрещают строительство башен или высоких сооружений. После долгих лет обсуждения в городском совете жители города Ислип на Лонг-Айленде, Н.Y., недавно получил рекомендации по установке личных ветряных мельниц: они не могут превышать 45 футов в высоту, располагаться близко к границе участка или быть громче обычного автомобильного движения.

Покажите мне мощность

Однако решающим фактором должно быть то, сколько электроэнергии вы действительно можете произвести. Небольшой ветрогенератор, который можно поставить на заднем дворе, может иметь мощность около одного киловатта. Средняя годовая скорость ветра в девять миль в час может производить более 200 киловатт-часов электроэнергии в год, а средняя скорость ветра в 14 миль в час может производить более 600 киловатт-часов в год.Это звучит хорошо, пока вы не поймете, что средняя семья в Соединенных Штатах потребляет около 10 000 киловатт-часов в год. Даже в очень ветреном месте вам понадобится около 17 небольших ветряных турбин, чтобы привести в действие один дом!

Размер имеет значение

Чем больше лопасти и чем выше скорость ветра, тем большую электрическую мощность может генерировать ветровая турбина. Одна большая ветряная мельница мощностью пять мегаватт может производить 15 000 000 киловатт-часов в год, что достаточно для обеспечения энергии 150 домов.Мы часто не понимаем, насколько велики эти ветряные электростанции, вероятно потому, что мы часто видим их издалека — эта ветряная мельница мощностью пять мегаватт будет стоять почти на 400 футов в высоту или почти на 100 футов выше Статуи Свободы, плюс ее постамент, плюс его основание! Когда дело доходит до ветряных мельниц, безусловно, существует экономия на масштабе, когда непропорционально больше энергии вырабатывается за счет увеличения размера и скорости ветра. Другими словами, удвоение скорости ветра приводит к восьмикратному увеличению мощности ветрогенератора.

Эта экономия на масштабе также влияет на финансовые и энергетические затраты на производство небольших ветряных мельниц. Энергетическая отдача от небольших турбин невысока, что делает как стоимость энергии, так и стоимость производства турбины высокими. В 2008 году Carbon Trust в Соединенном Королевстве опубликовал исследование, показывающее, что из-за такой низкой выработки энергии небольшие турбины фактически являются чистыми источниками выбросов углерода.

Следовательно, для большинства людей установка небольшой ветряной мельницы на заднем дворе принесет столько же пользы для выработки энергии, как установка солнечной панели в сарае.Тем не менее, это может иметь смысл для некоторых домовладельцев, особенно в сельской местности. К счастью, есть несколько компаний, специализирующихся на коммерческих ветряных мельницах. Вот несколько примеров компаний и спецификаций, которые различаются для небольших (10 киловатт или меньше) турбин.

Компания Киловатт
Рейтинг
Ротор
Диаметр
(фут)
Пуск
скорость
(миль / ч)
Турбина
Стоимость
Минимум
Высота башни
(футов)
В изобилии
Возобновляемая энергия
2.5 12 6 $ 12 000 43
AeroStar 10 22 8 40
Aerovironment 1 6 5 9
Бергей 10 22 7 23 000 долл. США 60
Восстановленный 5 21 4 15 000 долл. США 39
Юго-запад
Ветровая электростанция
2.4 10 8 15 000 долл. США 33,5
Ventera 10 26 6 $ 12 000 35
Ветряная турбина
Industries Corp.
10 23 8 32 000 долл. США 80

Хотя малый ветер, возможно, никогда не станет массовым явлением, он обладает огромным потенциалом как возобновляемый и экологически чистый источник энергии на местном и местном уровне.Фактически, Министерство энергетики призвало к 2030 году увеличить долю энергии ветра в электроснабжении страны до 20 процентов. В то время как количество энергии, вырабатываемой ветром, значительно увеличивается каждый год, в 2007 году ветер произвел только 0,8 процента всей электроэнергии страны. Препятствия на пути к достижению цели Министерства энергетики сейчас не технологические, а связаны с инфраструктурой: проблема передачи чистой энергии от постоянно свежих ветряных электростанций в дома людей, которые могут находиться за сотни миль от них. (В конце концов, люди не часто предпочитают жить в самых ветреных частях самых ветреных регионов страны.)

Для получения дополнительной информации в Интернете имеется множество ресурсов. «Малый ветер» — это поисковый запрос. Начнем с того, что Американская ассоциация ветроэнергетики — самопровозглашенный центр ветроэнергетики.


Рэйчел Адамс — кандидат биологических наук.

Улучшенный высокоэффективный легкий ветрогенератор нового поколения

Управление ветроэнергетических технологий (WETO) входит в состав Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (EERE) Министерства энергетики.EERE поддерживает проекты исследований и разработок, такие как FOA, которые повышают жизнеспособность и внедрение технологий возобновляемых источников энергии. Миссия WETO состоит в том, чтобы обеспечить быстрое распространение чистой, доступной, надежной и внутренней ветровой энергии для обеспечения национальной безопасности, экономической жизнеспособности и качества окружающей среды. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт WETO по адресу www.energy.gov/eere/renewables/wind.

Деятельность

WETO ускоряет внедрение технологий ветроэнергетики за счет повышения производительности и надежности, снижения затрат и снижения рыночных барьеров.WETO работает с национальными лабораториями, промышленностью, университетами и другими федеральными агентствами для проведения исследований и разработок в рамках проектов, отобранных на конкурсной основе, с прямым финансированием и разделением затрат. Усилия WETO направлены как на наземную, так и на морскую ветроэнергетику, чтобы полностью поддержать национальную экономику чистой энергии.

EERE заинтересован в разработке передовых технологий трансмиссии ветряных турбин нового поколения для значительного уменьшения массы верхней башни, уменьшения массы конструкции башни, повышения производительности, а также сокращения затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание (O&M) и затрат на замену.Предоставляя финансирование, техническую помощь и правительственную координацию для разработки инновационных технологий, EERE может помочь снизить нормированную стоимость энергии (LCOE) и технологический риск, позволяя продолжить рентабельное развертывание оффшорной ветроэнергетики.

Основная цель данного FOA — разработать легкую и более эффективную систему для выработки электроэнергии за счет крутящего момента, создаваемого системой ротора. В частности, приложения в рамках этого FOA должны стремиться к разработке передовых технологий трансмиссии ветровых турбин следующего поколения, которые будут способствовать постоянному росту и принятию ветряных турбин как для наземных, так и для морских применений.Достижения также могут помочь снизить стоимость энергии за счет их прямого воздействия на капитальные затраты, эксплуатацию и техническое обслуживание, а также на производство энергии в течение всего срока службы. Поскольку технология ветряных турбин продолжает развиваться в области конструкции лопастей, башен и фундаментов, технологии трансмиссии будут способствовать увеличению мощности до более 10 МВт. Дополнительная цель — снизить уязвимость ветроэнергетики к колебаниям цен на редкоземельные элементы, используемые в высокоэффективных магнитах.

Эти технологические цели поддерживают программную цель WETO по общему снижению приведенных затрат энергии (LCOE) от ветряной электростанции.Ожидаемый результат этого FOA — финансирование наград, которые приведут к тестированию легкого генератора мегаваттного масштаба.

Кандидаты могут подать только один концептуальный документ и одну полную заявку на рассмотрение в соответствии с настоящим FOA.

Сроки:

  • Герцог Внутренний срок: 4 декабря 2018 г.
  • Требуемые концептуальные документы: 13 декабря 2018 г.
  • Полные приложения: 21 января 2019 г.

Если внутренний крайний срок истек, и вы заинтересованы в этой возможности, пожалуйста, напишите Анастасии Мэддокс по адресу fundopps @ duke.edu, чтобы узнать, открыт ли он еще.

Типы ветрогенераторов и их функции

Большинство из нас видели ветряные турбины, но знаете ли вы, какие элементы помогают в бесперебойной работе этих турбин?

Один из таких элементов — ветряные генераторы. Прежде чем мы подробно поговорим о генераторах, расскажите нам об их функции в работе ветряных турбин.

Ветровые турбины вырабатывают электроэнергию, используя энергию ветра для привода электрогенератора.

Когда ветер проходит над лопастями, он создает вращающую силу. Вращающиеся лопасти заставляют вращаться вал внутри гондолы, переходящей в редуктор.

Затем коробка передач ускоряет вращение до уровня, подходящего для генератора, который использует магнитные поля для преобразования энергии вращения в электричество.

В основном ветряные турбины бывают двух типов — турбины с фиксированной скоростью и ветровые турбины с регулируемой частотой вращения.

Из этих двух типов ветряных турбин наиболее часто используются турбины с фиксированной скоростью, в которых индукционный генератор напрямую подключен к сети.Однако у этой системы есть свои недостатки, потому что она часто не может контролировать сетевое напряжение.

Чтобы избежать недостатков ветряной турбины с фиксированной скоростью, используются ветровые турбины с регулируемой скоростью. Эти турбины обеспечивают стабильность динамического поведения турбины и снижают шум при низких скоростях ветра.

Однако для работы ветряной турбины с регулируемой скоростью необходим электронный преобразователь, и именно здесь играет роль генератор ветряной турбины.

Для оснащения ветряной турбины любым трехфазным генератором, например синхронным генератором и асинхронным генератором, для обеспечения более стабильной работы.

В этой статье мы в основном поговорим о различных типах ветряных генераторов и их функциях.

Какие типы ветряных генераторов?

Существует четыре типа ветряных генераторов (WTG), которые можно рассматривать для различных систем ветряных турбин, а именно:

  1. Генераторы постоянного тока (DC)
  2. Синхронные генераторы переменного тока (AC)
  3. Асинхронные генераторы
  4. переменного тока и
  5. Импульсные генераторы сопротивления.

Каждый из этих генераторов может работать с фиксированной или переменной скоростью. Из-за динамического характера энергии ветра идеально использовать WTG с переменной скоростью.

Работа генератора с регулируемой частотой вращения снижает физическую нагрузку на лопатки и привод турбины, что улучшает аэродинамическую эффективность системы и переходные характеристики крутящего момента.

1. Генератор постоянного тока

Ветрогенератор постоянного тока состоит из ветряной турбины, генератора постоянного тока, инвертора на биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT), трансформатора, контроллера и электросети.

Для генераторов постоянного тока с параллельной обмоткой ток возбуждения увеличивается с увеличением рабочей скорости, тогда как баланс между крутящим моментом привода ветряной турбины определяет фактическую скорость ветряной турбины.

Электричество извлекается через щетки, которые подключают комментатор, который используется для преобразования генерируемой мощности переменного тока в выход постоянного тока.

Эти генераторы требуют регулярного обслуживания и относительно дороги из-за использования коммутаторов и щеток.

Использование WTG постоянного тока необычно для ветряных турбин, за исключением ситуаций с низким энергопотреблением.

2. Синхронный генератор переменного тока Синхронные ветряные генераторы

переменного тока могут принимать постоянное или постоянное возбуждение от постоянных магнитов или электромагнитов.

Вот почему они оба называются «синхронными генераторами с постоянными магнитами (PMSG)» и «синхронными генераторами с электрическим возбуждением (EESG)» ».

Когда ветряная турбина приводит в движение ротор, трехфазная энергия вырабатывается в обмотках статора, которые подключены к сети через трансформаторы и преобразователи мощности.

В случае синхронных генераторов с фиксированной частотой вращения частота вращения ротора должна быть точно такой же, как и частота вращения синхронного генератора. В противном случае синхронизация будет потеряна.

При использовании синхронных генераторов с фиксированной частотой вращения случайные колебания скорости ветра и периодические возмущения возникают из-за эффектов затенения башни.

Кроме того, синхронные WTG имеют тенденцию иметь низкий демпфирующий эффект, поэтому они не позволяют электрически поглощать переходные процессы трансмиссии.

Когда синхронные WTG интегрированы в электрическую сеть, синхронизация их частоты с сетью требует деликатной операции.

Кроме того, эти генераторы более сложны, дороги и подвержены отказам по сравнению с индукционными генераторами.

В течение последних десятилетий генераторы с постоянными магнитами все чаще использовались в ветряных турбинах из-за их высокой плотности мощности и малой массы.

Конструкция генераторов PM относительно проста. Прочные PM устанавливаются на ротор для создания постоянного магнитного поля, а произведенная электроэнергия собирается от статора с помощью коллектора, контактных колец или щеток.

Иногда PM интегрируются в цилиндрический литой алюминиевый ротор для снижения стоимости. Основной принцип работы генераторов PM аналогичен синхронным генераторам, за исключением того, что генераторы PM могут работать асинхронно.

Одним из преимуществ PMSG является отсутствие коммутатора, контактных колец и щеток, что делает машины прочными, надежными и простыми.

Из-за изменчивости фактических скоростей ветра PMSG не могут производить электричество с фиксированной частотой.Для этого генераторы должны быть подключены к электросети путем выпрямления переменного-постоянного-переменного тока преобразователями мощности.

Это означает, что генерируемая мощность переменного тока, содержащая переменную частоту и величину, сначала выпрямляется в постоянный постоянный ток, а затем преобразуется обратно в мощность переменного тока.

Кроме того, эти машины с постоянными магнитами могут быть полезны для применений с прямым приводом, поскольку в этом случае они могут избавиться от проблемных редукторов, которые вызывают отказы большинства ветряных турбин.

Одним из возможных вариантов синхронных генераторов является высокотемпературный сверхпроводящий генератор.

Сверхпроводящие генераторы имеют такие компоненты, как задняя часть статора, медная обмотка статора, катушки возбуждения HTS, сердечник ротора, опорная конструкция ротора, система охлаждения ротора и другие.

Сверхпроводящие катушки могут пропускать почти в 10 раз больший ток, чем традиционные медные провода с умеренным сопротивлением и потерями в проводнике.

Кроме того, использование сверхпроводников может остановить все потери мощности в цепи возбуждения. Кроме того, увеличение плотности тока позволяет создавать сильные магнитные поля, что приводит к значительному уменьшению массы и размеров генераторов ветряных турбин.

Таким образом, сверхпроводящие генераторы могут иметь больший потенциал в плане высокой мощности и снижения веса и могут лучше подходить для ветряных турбин мощностью 10 МВт или более.

В 2005 году компания Siemens запустила первый в мире сверхпроводящий ветрогенератор, представляющий собой синхронный генератор мощностью 4 МВт.

Наряду с более высокой мощностью синхронные генераторы могут создавать ряд технических проблем, особенно для долговечных ветряных турбин, не требующих особого обслуживания.

Одной из таких проблем, например, является охлаждение системы и восстановление работы после технической неполадки.

3. Асинхронные генераторы переменного тока

Когда традиционный способ производства электроэнергии использует синхронные генераторы, современные ветроэнергетические системы используют индукционные машины, широко применяемые в ветряных турбинах.

Индукционные генераторы подразделяются на двух типов : индукционные генераторы с фиксированной скоростью (FSIG), с короткозамкнутыми роторами и индукционные генераторы с двойным питанием (DFIG), с обмотанными роторами.

Как правило, индукционные генераторы просты, надежны, недороги и хорошо спроектированы.

Эти генераторы обладают высокой степенью демпфирования и могут поглощать колебания скорости ротора и переходные процессы трансмиссии.

В случае индукционных генераторов с фиксированной частотой вращения статор подключается к сети через трансформатор, а ротор подключается к ветряной турбине через редуктор.

До 1998 года большинство производителей ветряных турбин производили индукционные генераторы с фиксированной скоростью 1.5 МВт и менее.

Эти генераторы обычно работали со скоростью 1500 оборотов в минуту (об / мин) в энергосистеме с частотой 50 Гц вместе с трехступенчатой ​​коробкой передач.

Индукционные генераторы с короткозамкнутым ротором (SCIG) могут использоваться в ветряных турбинах с регулируемой скоростью, а также в управляющих синхронных машинах.

В таких случаях, однако, выходное напряжение невозможно контролировать, и требуется внешний источник реактивной мощности.

Это означает, что индукционные генераторы с фиксированной скоростью имеют ограничения, когда дело доходит до работы только в узком диапазоне дискретных скоростей.

Другими недостатками этих генераторов являются размер машины, низкий КПД, шум и надежность.

В наши дни более 85% установленных ветряных турбин используют DFIG, а самая большая мощность для коммерческих ветряных турбин увеличилась до 5 МВт.

Увеличенная мощность дает несколько преимуществ, в том числе высокий выход энергии, снижение механических нагрузок, колебаний мощности и управляемость реактивной мощности.

Индукционные генераторы также подвержены нестабильности напряжения.Кроме того, эффект демпфирования может привести к потерям мощности в роторе. Нет прямого контроля ни напряжения на клеммах, ни устойчивых токов короткого замыкания.

В этих случаях можно регулировать скорость и крутящий момент DFIG, управляя преобразователем на стороне ротора (RSC).

В подсинхронном режиме преобразователь на стороне ротора работает как инвертор, а преобразователь на стороне сети (GSC) — как выпрямитель.

С другой стороны, в случае суперсинхронной работы RSC работает как выпрямитель, а GSC как инвертор.

4. Ветрогенератор с переключаемым сопротивлением

Генераторы реактивных ветряных турбин с регулируемым сопротивлением имеют такие особенности, как прочные ротор и статор. При вращении ротора изменяется сопротивление магнитной цепи, соединяющей статор и ротор. Затем он, в свою очередь, наводит токи в обмотке якоря (статора).

Реактивный ротор изготовлен из многослойных стальных листов и не имеет обмоток электрического поля или постоянных магнитов.

По этой причине генератор сопротивления прост, его легко изготовить и собрать. Еще одна очевидная особенность этих генераторов — их высокая надежность. Это потому, что они могут работать в суровых или высокотемпературных условиях.

Из-за того, что крутящий момент реактивного сопротивления составляет лишь часть электрического крутящего момента, ротор переключаемого генератора реактивного сопротивления обычно больше, чем другой, с электрическими возбуждениями для данной скорости крутящего момента.

Когда генераторы сопротивления объединены с функциями прямого привода, машины будут довольно большими и тяжелыми, что сделает их менее полезными в применениях ветроэнергетики.

Статья по теме: 10 крупнейших оффшорных ветряных электростанций в мире

Заключительные слова

Суть в том, что ветряные турбины работают по простому принципу — вместо того, чтобы использовать электричество для выработки ветра, как вентилятор, ветровые турбины используют ветер для выработки электроэнергии. Ветер вращает лопасти турбины вокруг ротора, который вращает генератор, вырабатывающий электричество.

Эту механическую мощность можно использовать для определенных задач (например, перекачивания воды), или генератор может преобразовывать эту мощность в электричество.

Ветряные турбины могут быть построены на суше или на море в крупных водоемах, таких как озера и океаны. Правительства многих стран мира финансируют такие проекты. Например, Министерство энергетики США в настоящее время финансирует проекты по развитию морских ветроэнергетических проектов в водных объектах страны.

Статья по теме: Статистика солнечной энергии в США, 2019

С самого начала Сумит был глубоко обеспокоен климатическим кризисом и всегда чувствовал себя обиженным, видя, как вмешательство человека нарушает экологический баланс.Он на 100% считает, что солнечная энергия — это недостающая загадка в нашем энергетическом переходе, и мы должны приложить все усилия, чтобы внедрить это энергетическое решение во всем мире.

Добавить комментарий