Ветряные мельницы для электричества: Ветряные электростанции ВЭУ

Содержание

Производство энергии | Cummins Inc.

Как работает электрический генератор?

Электрические генераторы — это небольшие автономные электростанции, основными частями которых являются поршневой двигатель и синхронный генератор. Двигатель и синхронный генератор зачастую совмещаются в одном корпусе, который может быть таким же большим, как фура, или таким же маленьким, как чемодан, в зависимости от требуемого объема электричества. Доступны генераторы с двигателями, которым подходят разные виды топлива: дизель, бензин, биотопливо, природный газ и др.

Крупные электрические генераторы используются в широком ряде сфер применения и отраслей. Они могут выступать в качестве основного или резервного источника питания. Например, военные базы, расположенные в местах, где отсутствует надежная энергосеть, часто полагаются на расположенные на базе генераторы для удовлетворения всех своих нужд в электричестве. В зданиях, для которых неприемлемо терять энергоснабжение, резервные генераторы устанавливаются для снабжения электричеством на случай отключения электроэнергии. Центры обработки данных и больницы являются примерами зданий, которым требуются резервные генераторы.

 

 

Виды электростанций

Существует множество видов электростанций, использующих разные технологии: поршневые двигатели (иногда называемые двигателями внутреннего сгорания), паровые турбины, газовые турбины, гидроэлектрические турбины, ветряные турбины, геотермальную технологию, атомную технологию и др.

Что такое гидроэлектростанция и ветряная электростанция?

Гидроэлектростанции и ветряные электростанции являются собратьями по технологиям, поскольку они вырабатывают электричество без какого-либо топлива, а лишь с помощью ветра и течения воды.

И там и там также используются внешние вращающиеся лопасти турбин для обеспечения крутящего момента для вращающегося вала синхронного генератора. На дамбе Гувера, например, находится широко известная гидроэлектростанция, которая производит большой объем электричества, используя потенциальную энергию, высвобождаемую водой, проходящей через дамбу.

В случае с ветряными турбинами у каждой башни имеется ряд лопастей турбины и синхронный генератор, который получает энергию из ветра и преобразует ее в электричество.

 

Что такое солнечная электростанция?

Солнечное электричество производится в фотоэлектрических панелях, которые используют солнечный свет для активации содержащихся в них кремниевых элементов. Когда фотоны солнечного света попадают на кремниевые элементы, они выбивают электроны из атомов, находящихся в кремнии. Элементы сделаны таким образом, что электроны могут двигаться только в одном направлении. Поэтому когда коллектор электронов элемента подсоединен к электроприемнику, электроны выстраиваются для перемещения из элемента в электроприемник. Другими словами, образуется электрический ток.

Технология солнечной энергии развилась до создания солнечных электростанций концентрированного типа, использующих паровые турбины. Некоторые схемы предусматривают расположение зеркал вокруг башни, отражение которых направляется на приемник, расположенный наверху башни. Понять этот процесс можно, представив увеличительное стекло, которое используется для концентрирования солнечных лучей, чтобы что-либо поджечь. Наверху башни расположен паровой котел, из которого горячий пар проходит вниз по трубам в расположенную на земле паровую турбину.

 

 

Что такое геотермальная электростанция?

Геотермальные электростанции используют трубы, идущие глубоко под землю, где вода нагревается посредством тепла, исходящего от находящейся поблизости магмы. Вода превращается в пар, который используется паровой турбиной и синхронной генераторной установкой для производства электричества. Примером воды, преобразующейся в пар посредством геотермической активности, является множество горячих гейзеров в Йеллоустонском национальном парке в шт. Вайоминг.

 

Что такое газовая электростанция?

В газовых электростанциях, использующих газовые турбины, процесс производства электричества происходит следующим образом:

  1. Воздух втягивается в компрессор, где он сжимается.
  2. Сжатый воздух направляется в камеру сгорания, где он смешивается с топливом, а затем смесь воды и топлива поджигается.
  3. Сжатый газ, который является результатом горения, заставляет вращаться лопасти турбины.
  4. Также, как и в поршневых двигателях, вращательное движение передается в синхронный генератор, который преобразует его в электричество.

Реактивные двигатели работают схожим образом, но их отличие заключается в том, что крутящий момент вращает лопасти вентилятора и приводит в движение реактивный самолет.

Электрические ветряные мельницы (ветряки)

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

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

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

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

Ветрогениратор с горизонтальной осью вращения.

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

Достоинства горизонтального ветрогениратора:

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

Недостатки горизонтального ветрогениратора:

  • роутер необходимо ориентировать по направлению ветра, а для этого требуется внедрять дополнительные механизмы, например, флюгер;

  • не подходит для мест, где часто случаются турбулентные ветра;
  • для оптимальной работы установки скорость ветра должна быть 10-12 м/с (для вертикального ветрогенератора — 3-4 м/с).

Ветрогениратор с вертикальной осью вращения.

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

Достоинства вертикального ветрогениратора:

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

Недостатки вертикального ветрогениратора:

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

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

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

Необходимая мощность электрических ветряных мельниц

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

Итак, для следующих запросов мощность ветряка должна быть:

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

1-5 КВатт — обеспечат работу стиральной машины, электроплиты, микровалновки, холодильника и другой бытовой техники;

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

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

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


 

Поделиться статьей с друзьями:

Ветровые электростанции — Энергосистема — www.minenergy.am

Ветровые электростанции

Программы по ветроэнергетике

 в Республике Армения

В 2003г. составлена карта ветро-энергетического потенциала Республики Армения, согласно которой экономически-обоснованный ветроэнергетический потенциал оценивается в 450 МВт суммарной установленной мощности и с выработкой эл.энергии в 1.26 млрд кВтч/г.  Основными перспективными местностями являются: Зодский перевал, Базумские горы: Пушкинский и Карахачский перевалы, Джаджурский перевал, Гегамский горный массив, Севанский перевал, Апаранский район, Высокогорный массив между Сисианским и Горисским районами, а так же Мегрийский район.

 

В декабре 2005 г. впервые в Армении и на Кавказе была сдана в эксплуатацию первая системная ветро-энергетическая станция мощностью 2.6 МВт в Пушкинском перевале. В дальнейшем планируется нарастить мощность ветро-энергетической станции до 50 МВт.

 

 

 

В рамках программы Европейского Союза проведен мониторинг в Семеновском перевале Севанского района и составлено предварительное ТЭО для строительства ветроэлектрастанции с суммарной установленной мощностью 35 МВт.

 

 

В рамках ветроэнергетической программы армяно — итальянской частной компании «Ar Energy», завершен мониторинг в Карахачском перевале Ширакского района, для строительства ветро-энергетической станции до 140 МВт.

Компания «Zod Wind» завершила мониторинг в рамках ветрэнергетической программы в Сотском перевале Гегаркуникского района, для строительства ветро-энергетической станции 20 МВт.

Частные компании «Ar Energy и «Zod Wind» ведут переговоры с различными компаниями по привлечению инвестиций для строительства ветроэлектростанции «Зод» и «Карахач».

 

 

 

Обобщая законадательные акты, необходимо отметить, что в Армении созданы многочисленные механизмы, стимулирующие использование источники возобновляемой энергетики, например.

Согласно статье 59 действующего «закона об энергетике», принятому 7 марта 2001 года, электроэнергия, производимая малыми гидроэлектрастаницами в течение 15-и лет и электорстанциями, использующими другие источники возобновляемой энергии (ветровая, солнечная, геотермальная, биомассовая) – в течение 20-и лет по установленному порядку подлежит обязательному закупу.  

Согласно решению Комиссии по регулированию общественных услуг N 159-Н от 29.05.2019г. на период от 01.07.2019 г. — 01.07.2020г для ветроэнергетики был установлен тариф 43,585 драм/кВт.ч без НДС (получившие лицензию до 01.11.2018г.) а для с установленной мощностью до 30 МВт (включительно) тариф составляет 24,233 драм/кВт.ч без НДС (получившие лицензию после 01.11.2018г.). Этот тариф определяется и пересматривается согласно четкой методике, принятой решением Комиссии N 88-Н от 22 апреля 2015 г.Согласно вышеуказанной методике, каждый год индексируется тариф на ветроэнергетику, и устанавливается для определенного периода времени, в зависимости от колебаний соотношения доллара к  драму РА и изменений потребительских цен в Армении. тарифы для ветрянных электростанций с  установленной мощностью более 30 МВт рассматриваются в рамках отдельных инвестиционных програм.

По состоянию на 1 января 2019г. эл.энергию выработали 2 ветроэлектростанции, с суммарной установленной мощностью около 2,9 МВт, еще две электростанции мощностью 5,3 МВт находтся на стадии строительства. 

Испанская Компания «Acciona Energia Global S.L».

 Согласно Меморандуму о Взаимопонимании о программе строительства ветроэлектростанции в Армении, подписанному 30 марта 2017г. между Министерством энергетических инфраструктур и природных ресурсов РА и компанией «Acciona Energia Global S.L» в Армении планируется строительство ветроэлектростанции мощностью 100-150 МВт. В декабре 2017г. компания начала работы по оценке потенциала ветровой энергии. Установлены 2 мониторинговые станции высотой 80 метров и 1 система «Sodar».  Каждая станция оснащена 8 анемометрами, 3 флюгерами, 2 термовлагометрами и 1 барометром.

 

Компания из Объединенных Арабских Эмиратов «Access Infra Central Asia Limited»

 Соответствующим решением правительства РА от 30 марта 2017г. эмиратской компании «Access Infra Central Asia Limited» предоставляется содействие для строительства ветроэлектростанций в Армении мощностью до 150 МВт. Была установлена одна мониторинговая станция вусотой 80 метров. Еще один планируется установить в апреле 2018г.


Почему СССР был лидером в ветроэнергетике, а сейчас нам приходится всех догонять

Самым неожиданным пируэтом на пути человечества к ветровой энергетике может похвастаться Россия. Когда ВЭС были непопулярны на Западе, они были на подъеме у нас. Когда в мире их стали активно развивать, в стране появились просто толпы экспертов из энергетической отрасли, которые указывали: «Место для ветряков в Европе кончилось». Правда, с тех пор, как у нас начали это говорить, мощность ВЭС у европейцев выросла в десятки раз и продолжает расти. Видимо, до них мнение наших экспертов не довели.

Ну а в 2016 году мы внезапно еще раз поменяли мнение, так сказать, вернулись в добрежневский СССР. Первым на государственном уровне сказал свое веское слово Росатом. Его замгендиректора Вячеслав Першуков честно отметил: после выполнения имеющихся заказов на строительство новых АЭС за рубежом Росатом может остаться без зарубежных строек, поскольку этот рынок быстро сокращается. Атомная генерация за пределами России, действительно, переживает упадок, и никаких перспектив выхода из него не видно.

Главная причина проста: энергия АЭС западной постройки стоит дорого. Энергия АЭС российской постройки дешевле, но все равно не настолько, как у новых западных ветряков. Да, для компенсации их непостоянства нужно немного газовых ТЭС, но для АЭС они тоже нужны. Ведь реактор всегда дает одинаковую выработку, а люди потребляют днем куда больше, чем ночью. При равной цене и равных проблемах западный покупатель, на которого вечно давят «зеленые», никогда не выберет атомную генерацию.

Вот Першуков и констатирует: возможности строительства новых крупных АЭС за рубежом практически исчерпаны. «Мы должны зарабатывать не на рынке ядерных технологий. Все. Иначе не получается», – верно отмечает он.

Конечно, если сперва забрасывать какое-то дело на десятилетие, а потом браться за него, когда у конкурентов уже есть отработанные годами технологии, то сразу на лидерские позиции рассчитывать не стоит. Поэтому Росатом пошел по уже проторенному Петром I пути и начал учиться новому (а точнее — хорошо забытому у нас старому) у голландцев. С помощью дочерней структуры он создал партнерство с Lagerwey. До 2020 года госкорпорация планирует построить 26 небольших ВЭС на 610 мегаватт — начиная с Ульяновской области уже в 2018 году. Да, это меньше одной сотой от ежегодного мирового ввода, но на этих крохах Росатом учится. К тому же в 2020 году предполагается локализовать производство ветряков в России на 65 процентов.

Сложнее будет потом, когда придется выйти на большие масштабы. С прибылью производить ветряки общей мощностью лишь на сотни мегаватт в год нельзя. Это большой бизнес, без массового производства низкой цены в нем не будет. Поэтому надо расширять как строительство ветряков у нас, так и выходить на мировой рынок. Однако, здесь конкурировать будет очень тяжело.

Гиганты типа Vestas потратили десятки лет на отработку своих технологий и построили совершенно уникальные мощности. Например, завод по выпуску титанических лопастей в десятки тонн, расположенный на острове специально для того, чтобы проще было вывозить такой сложный для сухопутных дорог груз. Где Росатом построит такое, и сможет ли он угнаться за постоянно совершенствующимся рынком ветряков — вопрос, и непростой.

Парящая ветряная турбина, вырабатывающая электричество | Бурятский ЦГМС

Обычные ветряные турбины, которые установлены на суше или в море на высокой мачте, являются, пожалуй, самыми узнаваемым видом устройств сбора ветровой энергии, а ветровые электростанции – жизнеспособным методом производства чистой возобновляемой энергии.

Но у антенных ветряных турбин есть несколько ограничений, например, ветер, который находится ближе к земле иногда может быть нестабильным — медленный или порывистый – он напрямую влияет на выходную мощность ветровых турбин.

 

И пока наземные ветровые турбины остаются актуальной технологией чистой электроэнергии, будущее мало затратной ветровой энергетики для отдаленных районов может быть найдено в высотных ветряных турбинах (high altitude wind turbines (HAWTs)), которые размещены высоко над землей, где они могут использовать более сильные и стойкие ветра.

 

Altaeros Energies, ветроэнергетическая компания, созданная на базе Массачусетского технологического института, объявила, что ее демонстрационный проект, целью которого является побить мировой рекорд размещения на самой большой высоте ветровой турбины, уже установлен в Аляске.

 

После восемнадцати месяцев подготовки, проект стоимостью в 1,3 млн долларов США носящий название «Парящая ветряная турбина Altaeros» (Altaeros Buoyant Airborne Turbine (BAT)) будет работать на высоте 1000 футов (304,8 м) над землей.

Проект, частично финансируемый за счет фонда Аляски Energy Authority’s Emerging Energy Technology Fund, станет первой долгосрочной демонстрацией воздушной турбины такого типа. В настоящее время он размещается на юге города Фэрбенкс в центральной части Аляски.

 

Находящийся на высоте 1000 футов, пилотный проект промышленных масштабов будет располагаться на более чем 275 футов выше, чем нынешний рекордсмен самого высокого размещения ветровой турбины — Vestas V164-8.0-MW. Vestas недавно установил свой первый прототип в Датском национальном центре тестирования больших турбин (Danish National Test Center for Large Wind Turbines) в Остерильде (Østerild), у которого высота расположения оси ветровой турбины равна 460 футов (140 метров), а лопасти простираются в высоту более 720 футов (220 метров).

 

Мощность турбины Altaeros составляет 30 кВт, она создает достаточно энергии для обеспечения 12 домов. Но, по словам компании, это только начало. Она также может поднять на себе коммуникационное оборудование, такое как сотовые радиопередатчики, метеорологические приборы или другую чувствительную аппаратуру. Компания уверяет, что дополнительное оборудование не влияет на производительность турбины.

Altaeros разработала свою турбину для обеспечения постоянной дешевой энергией рынка в 17 миллиардов долларов США, являющего собой отдаленные локации и локальные микросети, не входящие в основную электрическую сеть, которые в настоящее время полностью зависят от дорогостоящих дизельных генераторов. Целевыми клиентами также являются находящиеся на острове и удаленные общины, фирмы по добыче нефти и газа, полезных ископаемых и сельское хозяйство, телекоммуникационные фирмы, спасательные организации, и военные базы.

 

Чтобы подняться на большую высоту к сильным и устойчивым ветрам, недостижимым для турбин наземной и морской установки, ВАТ использует наполненную гелием невоспламеняемую надувную оболочку. Высокопрочные канаты обеспечивают турбине устойчивость и являются проводниками для выработанной энергии. Подъемная технология адаптирована для конкретного применения и аналогична применяемой в аэростатах, промышленных родственниках дирижаблей, несущих тяжелое коммуникационное оборудование в течение десятилетий. Они способны противостоять ураганным ветрам и оснащены технологиями, обеспечивающими плавную посадку в большинстве непредвиденных и аварийных ситуаций.

В 2013 году Altaeros успешно протестировала прототип ВАТ при скорости ветра 72 км/ч на высоте 150 метров на своем испытательном полигоне в штате Мэн. Но поскольку технология аналогична аэростатам, турбина может противостоять более сильному ветру.

 

Технологически, парящая турбина может быть запущена в эксплуатацию в течении 24 часов, поскольку не требует кранов и заливки фундамента. Наземная силовая станция контролирует лебедки, удерживающие турбину, а так же преобразует электричество перед отправкой в локальную сеть.

 

Похоже, что новый виток развития ветровой энергетики уже совсем близко и скоро мы сможем наблюдать «стаи» парящих гигантов, обеспечивающих нам домашний уют, связь, производство и все то, что невозможно без электричества.

Facepla.net по материалам altaerosenergies.com

 

 

Возобновляемая энергетика обыграла ископаемое топливо

Мировые капиталовложения в возобновляемую энергетику составили в 2016 г. (последние доступные данные) $297 млрд, согласно Международному энергетическому агентству (МЭА). Тогда как инвестиции в выработку электроэнергии с помощью тепловых, газовых, угольных и атомных станций – $143 млрд. Это вызвано прежде всего снижением стоимости ветряной и солнечной энергии. По прогнозам МЭА, в период до 2025 г. на возобновляемую энергетику будет приходиться 56% чистых добавленных мощностей в электрогенерации.

Почему солнце дешевле

До относительно недавнего времени возобновляемая энергетика во многом поддерживалась за счет налоговых льгот и других государственных субсидий. Но издержки на производство солнечной и ветряной энергии устойчиво снижались в течение последнего десятилетия, что сделало ее более конкурентоспособной. Ее стоимость снизилась настолько, что «ветряные и солнечные [станции] теперь представляют собой наиболее дешевые варианты электрогенерации», утверждает Фрэнсис О’Салливан, директор по исследованиям Energy Initiative при Массачусетском технологическом институте.

Это начинает влиять на бизнес по производству электричества и электрооборудования. General Electric и Siemens уже столкнулись с ослаблением спроса на крупные газовые турбины и объявили о сокращениях персонала в соответствующих подразделениях. Между тем производители солнечных панелей, расположенные в основном в Азии, процветают. Теперь переход на возобновляемую энергетику зачастую обусловлен «исключительно экономическими соображениями», отмечает Даниэль Мерфельд, вице-президент и технический директор GE Renewable Energy: «Во многих местах это дешевле, а другие технологии стали дороже».

Развитие возобновляемой энергетики подстегнула стабильная государственная поддержка в Европе и других развитых странах. Но ее стоимость снизилась по другим причинам. Китай активно инвестировал в производство солнечных панелей, из-за чего возник избыток предложения недорогих панелей. Также инновации помогли производителям создать более длинные лопасти ветряных турбин, что позволило им вырабатывать значительно больше энергии по меньшей цене.

Кроме того, возобновляемая энергетика сегодня сталкивается с меньшим количеством препятствий, чем традиционные электростанции. Так, строительство АЭС задерживается в основном из-за технических проблем, а ТЭС – из-за беспокойства регуляторов по поводу изменения климата. В то же время пенсионные фонды в поисках стабильной и долгосрочной прибыли активно инвестируют в ветряные мельницы и парки солнечных батарей, что обеспечивает дешевое финансирование. Такие проекты «попросту легче построить», говорит Тони Кларк, бывший член Федеральной комиссии по регулированию энергетического рынка США.

К чему это привело

Устойчивый приток инвестиций в возобновляемую энергетику меняет систему электроснабжения домов и предприятий в разных странах мира. В 2017 г. на долю возобновляемых источников пришлось 12,1% произведенного электричества, по данным Frankfurt School of Finance & Management и Программы ООН по окружающей среде. Это в два с лишним раза больше, чем 10 лет назад (показатель не включает энергию, вырабатываемую крупными гидроэлектростанциями).

В США развитию возобновляемой энергетики помогли существовавшие более 20 лет налоговые льготы, но действие некоторых из них скоро прекратится. Около 17% электричества в США в прошлом году было выработано с помощью возобновляемых источников, включая ГЭС, согласно официальной статистике. «Думаю, доля возобновляемой энергетики в стране может достичь 40%, хотя 10 лет назад я бы сказал, что 20% – это максимум», – отмечает гендиректор Xcel Energy Бен Фоуки. Его компания на прошлой неделе объявила о плане инвестировать $2,5 млрд в проект, который увеличит мощности солнечной и ветряной генерации на 1800 МВт, а также в батареи для хранения энергии.

Конкуренция ужесточается

Возобновляемая энергетика теперь может конкурировать с ТЭС и АЭС во многих странах. В 2017 г. средняя стоимость электричества, вырабатываемого ветряками на суше, составила $60/МВт ч, а солнечными панелями – $100/МВт ч, по данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA). Для сравнения: стоимость электроэнергии, генерируемой на новых ГЭС и ТЭС, колеблется в пределах $50–170/МВт ч.

В развивающихся странах возобновляемая энергетика тоже становится привлекательнее благодаря снижению издержек и доступному финансированию. В ноябре итальянская Enel выиграла тендер на строительство электростанций в Чили, хотя в нем также участвовали проекты ТЭС. Enel построит ветряные, солнечные и геотермальные станции и будет продавать электричество примерно по $32,5/МВт ч. Даже без субсидий это дешевле, чем у многих существующих электростанций, работающих на газе и угле.

Стоимость возобновляемой энергии может снизиться еще сильнее. Саудовская Аравия в этом году выдала контракт на строительство солнечного парка мощностью 300 МВт для продажи электричества по $17,9/МВт ч. Это возможно благодаря низкой стоимости труда на Ближнем Востоке. На аукционе в Мексике в прошлом году были заявки от иностранных компаний, обещавших продавать электричество дешевле $21/МВт ч без субсидий. Это намного ниже средней цены на спот-рынке электроэнергии, которая в 2017 г. составляла около $70/МВт ч, отмечает Вероника Ирасторса из консалтинговой фирмы NERA. «Возобновляемая энергетика будет конкурировать с ТЭС и интегрируется в систему быстрее, чем я предполагала еще пять лет назад», – утверждает она.

Перевел Алексей Невельский

Ветряная мельница в России

Если кто-то считает, что ветряные мельницы были только в Европе, то это не так

В России энергия ветра использовалась издавна, в первую очередь в мукомольном производстве. Но также они использовались и для подъёма воды. Количество ветряных мельниц достигало 200 тысяч. Они мельницы перемалывали в год около 34 млн. т. зерна. Ветряные мельницы были деревянные с четырьмя лопастями. Интересно то, что средняя их мощность была сопоставима с мощностью современного бытового ветрогенератора — 3,5 кВт. Большие ветряные мельницы, у которых диаметр ветроколеса составлял 20 — 24 м. развивали мощность около 10-15 кВт. Удивительно и то, что, несмотря на распространённость ветряков а Европе, все наши ветряные мельницы были местного производства, их постройка основывалась на многолетнем крестьянском практическом опыте.

Число их росло по мере распространения земледелия, что наряду с животноводством давало стабильный доход. Простейшие ветряные мельницы были «об один постав», то есть имели пару жерновов.

В XIX — начале XX века сельский пейзаж в центральных губерниях России невозможно было представить без ветряных мельниц. Их достоинством является то, что строились ветряные мельницы из доступного материала — дерева. Технология возведения была несложной, и хороший плотник с подручными мог быстро мельницу поставить. Установив мельницу на высоком месте, можно было ловить достаточный ветер. Себестоимость произведённой муки при получалась низкой. Помол на них более скор и тонок, отходов меньше.

До середины XVI столетия в Европе были распространены мельницы «на козлах» (иначе — немецкие мельницы). Они мели свои недостатки. Ненадежность их была связана с тем, что они опрокидывались бурей и имели ограниченную производительность ввиду того, что поворачивались вручную по направлению к ветру с помощью козел (отсюда и название), а значит — были не слишком большими.

В центральной России получили распространение два типа ветряных мельниц: шатровые и козловые. У мельниц-шатровок, вместе с крыльями двигался только небольшой шатер-крыша.

Владеть мельницей мог лишь зажиточный крестьянин, который за помол брал натурой (мукой). Беднейшие крестьяне пользовались ручными жерновами.

Вот они какие были предшественники ветряных «мельниц» для электричества. Точнее, — это первые ветрогенераторы для дома.

Типы ветра — Управление энергетической информации США (EIA)

  • Горизонтально-осевые турбины
  • Вертикально-осевые турбины

Размеры ветряных турбин сильно различаются. Длина лопастей — самый важный фактор в определении количества электроэнергии, которую может генерировать ветряная турбина. Небольшие ветряные турбины, которые могут привести в действие один дом, могут иметь электрическую мощность 10 киловатт (кВт). Самые большие действующие ветряные турбины имеют электрическую мощность до киловатт (10 мегаватт), а турбины большего размера находятся в стадии разработки.Большие турбины часто группируются вместе для создания ветряных электростанций или ветряных электростанций , которые обеспечивают энергией электрические сети.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Вертикально-осевой ветряк Дарье в Мартиньи, Швейцария

Источник: Лисипп, автор Wikimedia Commons (лицензия свободной документации GNU) (общественное достояние)

Горизонтально-осевые турбины аналогичны винтовым двигателям самолетов

Горизонтально-осевые турбины имеют лопасти, как у воздушных винтов, и обычно имеют три лопасти.Самые большие турбины с горизонтальной осью имеют высоту 20-этажного здания и имеют лопасти длиной более 100 футов. Более высокие турбины с более длинными лопастями производят больше электроэнергии. Практически все ветряные турбины, которые используются в настоящее время, являются турбинами с горизонтальной осью.

Вертикальные турбины похожи на взбиватели яиц

Турбины с вертикальной осью имеют лопасти, которые прикреплены к верхней и нижней части вертикального ротора. Самый распространенный тип турбины с вертикальной осью — ветряк Дарье, названный в честь французского инженера Жоржа Дарье, запатентовавшего эту конструкцию в 1931 году, — выглядит как гигантский двухлопастный взбиватель для яиц.Некоторые версии турбины с вертикальной осью имеют высоту 100 футов и ширину 50 футов. Сегодня используется очень мало ветряных турбин с вертикальной осью, потому что они не работают так же хорошо, как турбины с горизонтальной осью.

Ветряные электростанции или ветряные электростанции производят электроэнергию

Ветряные электростанции — это группы ветряных турбин, которые производят большое количество электроэнергии. Ветряная электростанция обычно имеет много турбин, разбросанных по большой площади. Одна из крупнейших ветряных ферм США — Центр ветроэнергетики Хорс-Холлоу в Техасе, у которого на конец 2020 года было 422 ветряных турбины, расположенных на площади около 47000 акров.Общая электрическая мощность проекта составляет около 735 мегаватт (или 735 000 киловатт).

Горизонтально-осевые ветряки на ветроэлектростанции

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Последнее обновление: 3 ноября 2021 г.

турбина | Британника

турбина , любое из различных устройств, преобразующих энергию потока жидкости в механическую энергию.Преобразование обычно осуществляется путем пропускания жидкости через систему неподвижных каналов или лопастей, которые чередуются с каналами, состоящими из лопастей, похожих на ребра, прикрепленных к ротору. За счет организации потока так, чтобы на лопасти ротора действовала касательная сила или крутящий момент, ротор вращается, и работа извлекается.

Турбины можно разделить на четыре основных типа в зависимости от используемых жидкостей: вода, пар, газ и ветер. Хотя одни и те же принципы применимы ко всем турбинам, их конкретные конструкции достаточно различаются, чтобы заслужить отдельное описание.

Гидравлическая турбина использует потенциальную энергию, возникающую в результате разницы в высоте между верхним водным резервуаром и уровнем воды на выходе из турбины (отводом) для преобразования этого так называемого напора в работу. Водяные турбины — современные преемники простых водяных колес, которым около 2000 лет. Сегодня гидротурбины в основном используются для производства электроэнергии.

Однако наибольшее количество электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами, соединенными с электрогенераторами.Турбины приводятся в действие паром, вырабатываемым либо в генераторе, работающем на ископаемом топливе, либо в генераторе, работающем на атомной энергии. Энергия, которую можно извлечь из пара, удобно выражать через изменение энтальпии в турбине. Энтальпия отражает формы тепловой и механической энергии в процессе потока и определяется суммой внутренней тепловой энергии и произведением давления на объем. Доступное изменение энтальпии через паровую турбину увеличивается с увеличением температуры и давления парогенератора и с уменьшением давления на выходе из турбины.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Для газовых турбин энергия, извлекаемая из текучей среды, также может быть выражена через изменение энтальпии, которое для газа почти пропорционально перепаду температуры в турбине. В газовых турбинах рабочим телом является воздух, смешанный с газообразными продуктами сгорания. Большинство газотурбинных двигателей включает, по крайней мере, компрессор, камеру сгорания и турбину. Обычно они монтируются как единое целое и работают как законченный первичный двигатель в так называемом открытом цикле, когда воздух всасывается из атмосферы, а продукты сгорания, наконец, снова выбрасываются в атмосферу.Поскольку успешная работа зависит от интеграции всех компонентов, важно рассматривать устройство в целом, которое на самом деле является двигателем внутреннего сгорания, а не только турбиной. По этой причине газовые турбины рассматриваются в статье двигатель внутреннего сгорания.

Энергия ветра может быть извлечена ветряной турбиной для производства электроэнергии или для откачки воды из скважин. Ветряные турбины являются преемниками ветряных мельниц, которые были важным источником энергии с позднего средневековья до XIX века.

Fred Landis

Водяные турбины обычно делятся на две категории: (1) импульсные турбины, используемые для высокого напора воды и низкого расхода, и (2) реактивные турбины, обычно используемые для напора ниже примерно 450 метров и среднего или высокого расхода. Эти два класса включают в себя основные типы, обычно используемые, а именно, импульсные турбины Пелтона и реактивные турбины типа Фрэнсис, пропеллер, Каплана и Дериаза. Турбины могут быть оборудованы как горизонтальными, так и, чаще, вертикальными валами.Для каждого типа возможны широкие вариации конструкции для соответствия конкретным местным гидравлическим условиям. Сегодня большинство гидротурбин используются для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях.

Импульсные турбины

В импульсных турбинах потенциальная энергия или напор воды сначала преобразуется в кинетическую энергию путем выпуска воды через сопло тщательно продуманной формы. Струя, выбрасываемая в воздух, направляется на изогнутые лопатки, закрепленные на периферии бегунка, для извлечения энергии воды и преобразования ее в полезную работу.

Современные импульсные турбины основаны на конструкции, запатентованной в 1889 году американским инженером Лестером Алленом Пелтоном. Свободная водная струя попадает в лопатки турбины по касательной. Каждый ковш имеет высокий центральный гребень, так что поток разделяется, оставляя желоб с обеих сторон. Колеса Пелтона подходят для высоких напоров, обычно выше 450 метров при относительно низком расходе воды. Для максимальной эффективности скорость конца рабочего колеса должна составлять примерно половину скорости ударной струи. КПД (работа, производимая турбиной, деленная на кинетическую энергию свободной струи) может превышать 91 процент при работе с 60–80 процентами полной нагрузки.

Мощность одного колеса можно увеличить, используя более одной форсунки. Для горизонтальных валов характерны двухструйные устройства. Иногда на одном валу устанавливаются два отдельных бегунка, приводящих в движение один электрогенератор. Агрегаты с вертикальным валом могут иметь четыре или более отдельных форсунок.

Если электрическая нагрузка на турбину изменяется, ее выходная мощность должна быть быстро отрегулирована в соответствии с потребностями. Это требует изменения расхода воды, чтобы поддерживать постоянную скорость генератора. Скорость потока через каждое сопло регулируется расположенным в центре наконечником или иглой аккуратной формы, которая скользит вперед или назад под управлением гидравлического серводвигателя.

Правильная конструкция иглы гарантирует, что скорость воды, выходящей из сопла, остается практически неизменной независимо от отверстия, обеспечивая почти постоянный КПД в большей части рабочего диапазона. Нецелесообразно внезапно уменьшать поток воды, чтобы соответствовать уменьшению нагрузки. Это может привести к разрушительному скачку давления (гидроудару) в подающем трубопроводе или напорном затворе. Таких скачков можно избежать, добавив временное сопло для разлива, которое открывается при закрытии основного сопла, или, что более часто, частично вставляя отражающую пластину между струей и колесом, отклоняя и рассеивая часть энергии при медленном закрытии иглы.

Другой тип импульсной турбины — турбонагнетатель. Струя падает под косым углом на бегунок с одной стороны и продолжает двигаться по единственному пути, выходя на другую сторону бегунка. Этот тип турбины использовался в установках среднего размера с умеренно высоким напором.

Реакционные турбины

В реакционной турбине силы, приводящие в движение ротор, достигаются за счет реакции ускоряющегося потока воды в рабочем колесе при падении давления. Принцип реакции можно наблюдать в роторном оросителе для газонов, где выходящая струя вращает ротор в противоположном направлении.Из-за большого разнообразия возможных конструкций рабочего колеса реактивные турбины могут использоваться в гораздо большем диапазоне напоров и расходов, чем импульсные турбины. Реакционные турбины обычно имеют спиральный впускной кожух, который включает регулирующие заслонки для регулирования потока воды. На входе часть потенциальной энергии воды может быть преобразована в кинетическую энергию по мере ускорения потока. Впоследствии энергия воды отбирается в роторе.

Как отмечалось выше, широко используются четыре основных типа реактивных турбин: турбины Каплана, Фрэнсиса, Дериаза и пропеллерного типа.В турбинах Каплана с неподвижными лопастями и с регулируемыми лопастями (названными в честь австрийского изобретателя Виктора Каплана), по существу, существует осевой поток через машину. В турбинах типа Фрэнсиса и Дериаза (после родившегося в Британии американского изобретателя Джеймса Б. Фрэнсиса и швейцарского инженера Поля Дериаза, соответственно) используется «смешанный поток», когда вода поступает радиально внутрь и выпускается в осевом направлении. Рабочие лопасти на турбинах Фрэнсиса и пропеллера состоят из неподвижных лопастей, в то время как в турбинах Каплана и Дериаза лопасти могут вращаться вокруг своей оси, которая находится под прямым углом к ​​главному валу.

МОЩНОСТЬ ВЕТРА


Ветровая энергия


Ветровая электростанция
Типы ветряных мельниц

Ветряная мельница с аэрацией
Ветряная мельница Aermotor The Ветряная турбина
Важно Факторы Следует учитывать при строительстве ветряной мельницы
Местоположение
Характеристики ветра
Характеристики местности
Эффективность ветряной мельницы
Цель Кожухи ветряных мельниц
Электроэнергия и хранение Energy
Тормозит ветряные мельницы Сегодня
Библиография


Типы ветряных мельниц
Ветряная мельница аэрации
Эта ветряная мельница будет аэрировать пруд или откачивать воду из вашего пруда или реки. поливать животных или сад.Эта ветряная мельница выкачивает из мелководья (до 15м) колодец.

Ветряная мельница Aermotor
Они производятся с 1888 года и являются старым стандартом ветряные мельницы. Они будут откачивать воду из колодца, но не будут эффективно вентилировать пруд или откачать воду из пруда или реки.
Ветряная турбина

Ветряная турбина, также называемая ветряной мельницей, является средством использования кинетическая энергия ветра и преобразование ее в электрическую энергию.Современные низкоскоростные ветряные турбины, кажется, становятся более эффективными по мере их масштабирования. вверх. Домашняя турбина диаметром 3 м (если только она не находится в редком идеальном месте) будет довольно непостоянен и не очень надежен. Отвал 30 м, такой как в Ravehshoe Queensland слишком дороги для домашнего использования, больше эффективен в производстве электроэнергии, но все же подвержен влиянию ландшафта. 150-метровые турбины на горе Изумруд относительно свободны от воздействия грунта. и самый эффективный.Кинетическая энергия ветра вращает лопасти, называемые крылья, приводящие в движение вал, приводящие в движение двигатель (турбину) и приводящие в движение подключен к генератору.
«По оценкам, общая мощность ветров, окружающих земля 1 x 1011 ГВт »(Черемисинов 6). Полная энергия ветер колеблется из года в год. Эксперт по ветряным мельницам Ричард Хиллс сказал, что ветер действительно непостоянный источник энергии. скорости слишком низкие или непостоянные, чтобы ветряная мельница могла быть практичной использовать.Однако это не остановило инженеров ветряных мельниц. пытающийся. Сегодня существует множество видов ветряных мельниц, некоторые из которых выполняют разные функции. Они представляют собой сложную альтернативную энергетику источник.

Есть несколько типов ветряных мельниц. Они делятся на Типы горизонтальной оси и вертикальной оси. Низкоскоростная горизонтальная ось ветряные мельницы используются для перекачки воды и сжатия воздуха. Южный Примером могут служить ветряные мельницы Cros.Более ранние ветряные мельницы, такие как те, что построили в Англии и Голландии пару сотен лет назад, еще
пример.
Горизонтальная ось
был изобретен в Египте и Греции в 300 г. до н. э. «В нем было от 8 до 10 деревянных балки с парусами и ротор, повернутый перпендикулярно направление ветра »(Наар 5). Этим конкретным типом ветряной мельницы стал
популярен в Португалии и Греции. В 1200-х годах крестоносцы построили и разработал почтовую мельницу, которая использовалась для измельчения зерна.Это был первый использовался для производства электроэнергии в Дании в конце 1800-х годов и вскоре распространился после в США. В Америке ветряные мельницы образовали великие равнины.
Их использовали для перекачивания воды и орошения сельскохозяйственных культур. Во время Первой мировой войны фермеры оборудовали ветряные мельницы для выработки постоянного тока мощностью 1 кВт. Они монтировали свои устройства на крышах зданий и башен. На западных ферм и железнодорожных станций, насосная ветряная мельница была высотой 6-16 м. с диаметром колеса 2-3м «

(45)].При скорости ветра 15 км / ч, колесо диаметром 2 м и диаметром 60 см. цилиндр насоса, ветряк-насос мог поднимать 200 л в час на высоту 12м. Колесо диаметром 4 м могло поднять 250 л в час до высота 38м.
Рост ветроэнергетики в Австралии достиг пика в 1930-е и 40-е годы. Однако в 1970-х годах из-за нехватки нефти ранее были разработаны прототипы высокоскоростных горизонтально-осевых ветряных мельниц. Типы высокоскоростных горизонтальных осей используются для многих целей, бывают во многих размеры.К ним относятся типичные ветряные мельницы на ветряной ферме. и любые другие ветряные турбины, в которых вал, вращаемый крыльями, горизонтальный. Высокоскоростные горизонтальные типы могут иметь 1, 2, 3, 4 или много крылья.

Низкоскоростные типы, такие как европейские, имеют гораздо более крупные крылья в отношение к их высоте над землей. Низкоскоростные типы, такие как вестерн Квинслендские обычно представляют собой вертушку с множеством окруженных маленьких лезвий. с внешней рамкой в ​​виде колеса.Вертикально-осевые ветряки были впервые разработаны персами в 1500 г. до н.э. для измельчения кукурузы и все еще использовались в 1970-х годах в районе Захедана. Паруса были установлены на стреле, которая была прикреплена к валу, который вращал вертикально. К 500 г. до н.э. технология распространилась на Северную Африку. и Испания. Низкоскоростные ветряные мельницы с вертикальной осью популярны в Финляндия. Им около 150 лет. Они состоят из 200-литрового бочка с маслом разделена пополам.Они используются для перекачивания воды и аэрации земля. Они неэффективны.

Высокоскоростные ветряные мельницы с вертикальной осью
включают модели Дарье. У них длинные, тонкие, изогнутые внешние лопасти, которые вращаются со скоростью в 3–4 раза превышающей скорость ветра. У них есть низкий пусковой момент и высокое передаточное число. Они есть недорогие и используются для производства электроэнергии и орошения. Существует три типа моделей: дельта, хи и гамма.Все модели построены на штативе. Преимущества ветряной мельницы Дарье: что он может передавать механическую мощность на уровне земли. Генератор, коробка передач и детали турбины находятся на земле, а не наверху башни, как в ветряных мельницах с горизонтальной осью. Они обходятся гораздо дешевле Построить, потому что материала меньше, а смола
лезвий не нужно регулировать.
Другой тип HSVAW — это типы Мадараса и Флеттнера, вращающиеся цилиндры, которые установлены на гусеничной тележке.»Движение вращающийся цилиндр заставляет каретку двигаться по круговой дорожке и колеса тележки для привода электрогенератора »(Юстус). Модель Савониуса, появившаяся в Финляндии в 1920-х годах, имеет S-образную форму. лезвие, которое вращает и вращает вертикальный вал. Сегодня эти виды ветряных мельниц очень популярны среди ученых
и их технология разрабатывается.

Важно Факторы, которые следует учитывать при строительстве ветряной мельницы
Что следует учитывать при строительстве ветряной мельницы При выборе места для строительства ветряная мельница, необходимо учитывать множество важных факторов.
Первое место:
1) Доступная энергия ветра обычно выше у побережья или побережья очень большие озера и прибрежные острова. 2) Доступная энергия ветра в целом высоко в центральной Австрсалии из-за обширных просторов ровный (малая шероховатость) местность.
3) Доступная ветровая энергия, как правило, низкая по всей восточной Австралии. за исключением горных перевалов, но выше на южной и западное побережье
Ветровые характеристики
Также важно учитывать характеристики ветра в том месте, где вы собираетесь построить: 1) среднюю скорость ветра (рассчитал мои средние и взяв среднее значение кубов) и его сезонные колебания.2) распределение вероятностей скорости ветра и экстремальных ветров. Средний ветер скорость должна быть достаточно высокой, а распределение должно быть таким, чтобы все точки данных очень похожи.
3) Изменение скорости и направления ветра по высоте. Ветер не может быть слишком высоким или слишком низким по отношению к земле или слишком сложно запрячь.
4) Порыв ветра как по скорости, так и по направлению. Порывистые ветры сильно влияют на выходную мощность ветряных мельниц и обычно вредны.
5) Распределение направлений ветра и вероятность внезапных больших сдвигов по направлению. Ветер должен быть
вряд ли внезапно изменит направление. Он должен дуть в то же самое общее направление.
6) сезонная плотность воздуха и вариации плотности воздуха с высотой. Чем плотнее воздух, тем хуже будет для ветряных мельниц.
7) Опасные условия, такие как песчаные бури, влажность и солевой туман, которые плохи для ветряных мельниц.
8) Пассаты в субтропиках, и направленный ветер через горные перевалы особенно полезны для ветряных мельниц.

Характеристики местности
Как только подходящее место найдено, ветер тщательно анализируется и критерии соблюдены, есть еще реквизиты.
  • 1) Местность, на которой построены ветряные мельницы, должна быть относительно плоский. Перепад высот турбины площадки и местности не более 60 метров на 12 км радиус.Возможно, вы видели ветряные мельницы, такие как в Равеншу, Крайний север Квинсленда на небольших холмах, но это потому, что требование выполнено. Холм может быть единственным на перевале
  • 2) Все холмы должны иметь небольшое соотношение высоты к ширине: h: l должно быть <0,016.
  • 3) Разница высот между самой высокой и самой низкой точкой. должен составлять 1/3 или меньше разницы в высоте между нижней частью диск ротора и нижний
    точка на полосе местности.

Шероховатость местности, на которой должна быть установлена ​​мельница. постройка должна быть низкой. Если он изменяется более чем на 10%, это не хороший. Рельеф должен быть ровным и ровным. Грубый поверхность оказывает большее негативное влияние на ветер, чем гладкая поверхность. Имеется значение n, называемое, которое присваивается местность с точки зрения ее неровности. Это значение используется для расчета высота мельницы. Например, над морем индекс местоположение, n равно 0.14. По суровым внутренним территориям n равно 0,34.
Эффективность ветряной мельницы
Ветряки — это турбины. Эти два имени могут использоваться как синонимы. Турбины — это средство использования энергии жидкости (ветра) за счет преобразование кинетической энергии жидкости (ветра) в механическую мощность (вращающийся вал) Когда вал мельницы подсоединен к генератор, электрическая энергия может быть сформирована. Генератор можно использовать для производят постоянный или переменный ток.Генераторы, вырабатывающие постоянный ток, могут быть подключен к батареям, инвертору для выработки переменного тока или для питания нагрузок постоянного тока.
Некоторые генераторы подключены к нагревательным змеевикам. Генераторы, которые Производство переменного тока может быть подключено к электродвигателям переменного тока, таким как водяные насосы. Ветряные мельницы НЕ эффективны. В лучшем случае ветряная мельница может извлекают из ветра только 16/27 кинетической энергии. Это называется пределом Бетца, и это может быть математически доказано с помощью исчисление. Большинство современных ветряных мельниц добывают около 30 процентов энергия ветра.
Ветряная мельница фермы Южного Креста может извлекать только 10%. Важно уравнение, используемое для определения плотности энергии ветра, сколько энергии доступно на квадратный метр — это уравнение
P = 0,5 pu³
где P — плотность энергии ветра в Вт / м2, p — плотность воздуха, u³ — куб скорости ветра.
Уравнение для доступной мощности:

где p — плотность кинетической энергии, Дж / м³, V — скорость движения ветер, A — площадь поперечного сечения ветра на турбине.
Уравнение для определения мощности вала, (что составляет
меньше конечной выходной мощности, поскольку зубчатые передачи и генераторы вызывают
мощность на потерю) выглядит следующим образом:
Cp = P (0,5 p V ³ (D2) / 4
Где Cp — коэффициент мощности (мощность вала), p — воздух. плотность,
D — диаметр ротора, V — скорость ветра, P — чистая
выходная мощность.
Также имеется Cp = P / P турбина
Доступная мощность зависит от высоты. На земле уровень, 100% от
мощность имеется. На 30м доступно 97%. На высоте 1500 м 86% доступный.
Цель Кожухи ветряных мельниц
Некоторые турбины закрыты, как реактивные двигатели. Пелена — это способ направить ветер.

Уравнение мощности, потребляемой ветровой турбиной с кожухом:
P (Pe) = (QT ((p + (k), где P — мощность,
Pe — извлеченная мощность, (- КПД турбины, QT —
объемный расход воздуха на турбину, (В / А), ((p + (k) — изменить
в энергии давления между входом и выходом ветряной турбины, и
k — кинетическая энергия единицы объема воздуха, проходящего через трость
через машину.
Кожухи концентрируют и рассеивают ветер, когда он проходит через ветрогенератор горизонтального доступа. Они уменьшают турбулентность ветер и «направить его».
Преимущества вант, как рассказал Черемисинов (стр. 61 из Основы ветроэнергетики):
а) осевая скорость турбины увеличивается, а это означает, что меньшие роторы могут работать на более высоких оборотах,
б) кожух может значительно снизить потери на наконечнике, а
c) крылья не должны вращаться в направлении, параллельном ветер, если направление ветра изменилось.
Снижение скорости — это самая низкая скорость ветра, ниже которой нет полезной энергии. может производиться ветряной турбиной. Это означает, что ветер должен быть достаточно быстрым, чтобы двигать крылья, приводить в движение вал, чтобы создать достаточно мощность после того, как многое потеряно, так что конечное количество мощности больше чем ноль.

Номинальная мощность — максимальная выходная мощность турбины, которая зависит от ряда факторов, особенно от генератора.В при расчете высоты мельницы важно иметь в виду ветряная мельница должна быть достаточно высокой, чтобы быть над препятствиями. Скорость ветра уменьшается по мере приближения к поверхности. Это означает что чем выше вы построите, тем больше шансов, что скорость ветра выше, однако вы должны найти идеальный средний — часто с увеличением
переменных становится больше. высота.

При расчете высоты ветряка следует использовать
используется уравнение: V1 / V2 = (h2 / h3) n,
Где V1 — скорость ветра в наивысшей точке самой высокой лопасти, V2 это минимальная скорость ветра
острие самой нижней лопасти, h2 — высота самой высокой точки, а h3 высота самой низкой точки. n — расположение индекса site, величина, измеряющая неровность местности.
Опора ветряка обычно делается из стали. В Ветровой вал — это вал, на котором установлено ветровое колесо или крылья. Он поворачивается, когда крылья поворачиваются. Его делают из стали или дерева.

Aerofoils — это лопасти ветряной мельницы. Их можно сделать из любого материала. Сначала их делали из дерева или дерева. композиты. После этого использовалась сталь. Алюминий используется в ветряные мельницы Дарье, потому что он намного сильнее.К несчастью, Алюминий быстрее устает. Некоторые ветряные мельницы используют стекловолокно лезвия. Новые материалы, такие как прочные сплавы, используются в сегодняшние ветряные мельницы экспериментально.
Важно, чтобы лопасти имели большую подъемную силу и небольшое сопротивление. сила.
Подъемная сила — это сила, необходимая для изгиба потока (жидкий) воздух. Это сила, перпендикулярная потоку воздух.
Сила сопротивления — сила, параллельная потоку.
Крыло должно быть в состоянии развивать подъемную силу не менее 50 раз. больше, чем сопротивление. Крутящий момент действует на крыло с вектором от центр вращения далеко.
Другими силами, действующими на лопасти ветряных мельниц, являются ножницы ветра, ветер. порывы, толкающие крылья, сила тяжести, тяга к земле, и смещается по направлению ветра.Сдвиги в направлении ветра часто объясняются наличием небольшого лезвия, называется флюгером, на задней стороне ветряной мельницы. Ветер дует на плоской стороне хвоста, которая ориентирована иначе, чем крылья. Затем крылья можно повернуть лицом к ветер. Если вместо этого ветер дует в сторону этого хвоста направления крыльев хвост вращает вал, который вращает всю мельницу в нужном направлении, чтобы сориентировать ее навстречу ветру.

Порывы ветра могут сильно повлиять на мельницу. Бурный порыв — это порыв более двух минут при определенной средней скорости ветра. Порывы тщательно анализируются с величинами, по одному на затишье. скорость, которая представляет собой скорость ветра с отрицательной амплитудой порыва, и пиковая скорость, которая представляет собой скорость ветра для положительной амплитуды порыва.
Амплитуда порыва — это разница между наибольшей скоростью в порыве и средней скорости.
Продолжительность порыва — это время от начала до конца порыв ветра.
Частота порывов — это количество возникающих положительных порывов ветра. в единицу времени.
Формирование порыва tim e — это время, необходимое с самого начала порыва к моменту достижения максимального порыва.
Время затухания порыва — время, необходимое для того, чтобы порыв закончился. после достижения максимальной амплитуды.

С крыловидными крыльями довольно много терминологии.
Угол наклона поверхности к потоку жидкости равен углу атаки , альфа . Угол атаки должен быть подходящим. Если оно слишком велика, подъемная сила резко уменьшится, а сопротивление увеличить, скрутив ветряную мельницу. В состоянии покоя (когда мельница не в эксплуатации) угол атаки 85 °. В движении угол атаки от 2 до 10 градусов.Новее и больше передовые ветряные мельницы имеют угол атаки в верхнем конце этого диапазон.
Угол тангажа , ß — угол между хордой крыло и его плоскость вращения. Угол наклона может быть отрегулирован.
Твердость — это отношение ширины лезвия (в самом широком месте) к ширине расстояние между центрами лопастей. Типичная «вертушка» Ветряная мельница Южного Креста »может иметь соотношение примерно 1: 1, потому что лезвия очень узкие и очень близко друг к другу, тогда как новый двухлопастный аэрофойл будет иметь коэффициент около 0.03. Есть передача работы между ветровым потоком и движущейся лопастью. В для того, чтобы эта передача была эффективной, типичное лезвие обычно составляет 1/4 ширина его длина. (Если длина лезвия 3 м, оно будет 750 мм в самом широком месте).

Aerofoils бывают разных форм. Некоторые лезвия сделаны немного шире чем это соотношение, ведь такую ​​ветряную мельницу заводить легче. Однако такие лезвия не так эффективны.Независимо от того, что форма, «у большинства тупой нос и тонко сужающийся язычок le» (Калверт). Поток должен иметь возможность следовать изогнутым поверхностям крыло без разделения. Приведен массовый расход по уравнению:
m = p Vb A
, где p — плотность воздуха, Vb — скорость воздуха на лопастях, A — площадь.
Количество лопастей на ветряке варьируется. Здесь очень много разные типы ветряков.Следующее уравнение помогает понять как быстро ветряная мельница с определенными лопастями
будет вращаться относительно ветряных мельниц с разным количеством лопастей:

Скорость ветряка = 1 / квадрат корня из числа лопастей

Крылья четырехлопастной машины вращаются на 71% быстрее, чем у двухлопастной машины. ножевой станок. Шестилопастная машина вращается на 58%, а на 8%. Лопастная машина вращается на 56% так же быстро, как двухлопастная машина.

Электроэнергия и хранение Энергия
Как упоминалось ранее, генераторы ветряной турбины могут преобразовывать механическая энергия, производимая вращением вала в электрическая энергия, постоянный ток. Отсюда у некоторых ветряных мельниц есть синхронные инверторы, сложные электронные устройства, преобразующие постоянный ток генерируется турбинами в переменный ток. Это дорогой вариант. Потеря власти также происходит из-за его процессов.Другие иметь индукционные генераторы, которые производят переменный ток без синхронный инвертор и меньшие потери мощности. Добываемая энергия от ветра и преобразуется в механическую энергию, а затем в электрическую. энергия генератора должна храниться, так как она обычно не используется использовал все сразу. Важно сохранить избыток энергии для использование, когда ветер не дует достаточно быстро, несмотря на исправления что может быть сделано в шаге крыльев лопастей и когда мельница вышла из строя или спрос на нее особенно высок.

Эффективное хранение энергии ветра — ключ к ее долгосрочному использовать. Ветряные мельницы, используемые в качестве водяных насосов или воздушных компрессоров, могут перекачивать избыток воды, водорода или воздуха в резервные баки. Сегодня есть количество способов хранения энергии ветра. Ветряные мельницы используются для зарядите аккумуляторные батареи с электролитом. Свинцово-кислотный или Свинцово-кобальтовый автомобиль также обычно используются батареи. Однако батареи могут быть дорогие и неэффективные — они могут потерять 10-25% энергии, хранящейся в их.
Также часто используются никель-железные, никель-кадмиевые и цинково-воздушные ячейки. Они, как правило, более эффективны. Некоторые ветряные мельницы сейчас используют батареи с органическим электролитом, такие как батареи CuCl2, Ni Cl2 и NiF2 а также натриево-серные батареи, работающие при высоких температурах, используются. Хотя это редкость и все еще находится на экспериментальной стадии, некоторые энергия накапливается не путем прямого преобразования в электрическую энергию, звуковые жидкости

являются эластичными, поскольку они накапливаются в виде тепловой или электромагнитной энергии.Волны давления постоянно создается и распространяется крыльями и турбиной в целом (все компоненты, кроме опоры). Мы можем услышать их в звук испускается. Интенсивность звука прямо пропорциональна скорость мельницы.
Частота волн прямо пропорциональна угловой скорости. лопастей на роторе. Слышимый вами флаттер имеет аэродинамические характеристики. и упругие свойства.Чем выше скорость крыла, тем громче звук и тем громче они будут трепетать, чем больше волны давления создаются и распространяются. Генераторы шумные. Они часто путают птиц и заставляют их лететь навстречу турбина.

Ветряные мельницы могут быть очень шумными. Турбина мощностью 300 кВт на расстоянии 1 мили имеет Уровень дБ равен светофору на расстоянии 100 футов (Gipe). Мельница уровни звука регулируются.
Уровень шума в жилых помещениях не должен превышать 46 дБ. Ветряные турбины могут создавать помехи, мешать работе телевидения и радио. прием (ложные изображения на телевизорах), влияют на микроволновые печи и нарушают работу спутников коммуникация. Эти проблемы в настоящее время решаются. Многие уже исправлены. Существует также вероятность 0,009 удар лезвиями птицы или насекомого. Производители ветряных мельниц должны используйте искусственный звук или флуоресцентную краску или ароматизаторы, чтобы отпугнуть летающих существа.

Тормоза
Механические тормоза используются для удержания ветряных мельниц в состоянии покоя, когда они не нужны, не работают или ремонтируются. Греческий ветряные мельницы использовали палки или бревна, вбитые в землю, чтобы мельница остановилась, но современные тормоза посложнее. Много Сегодня в ветряных мельницах используются воздушные тормоза, подобные тем, что используются в самолетах. Другой у ветряных мельниц есть канатные тормоза.
Канаты, соединенные с крыльями, просто натягиваются и привязываются к столб, чтобы крылья не поворачивались.Крутящий момент на веревке тормоз можно рассчитать по формуле:

(M-m) (R2 + r) g

Ветряные мельницы

Сегодня используется много ветряных мельниц. Их используют для нагрева воды, охлаждение складских помещений или помещений, охлаждение продуктов, сухих культур, поливать посевы, обогревать здания и заряжать аккумуляторы фермы. Со времен дефицита энергии 70-х годов озабоченность по поводу загрязнения из-за сжигания ископаемого топлива и истощение природных ресурсов, ветряные мельницы были хорошо изучены и развитый.Сегодня Sandia National Laboratories, Alcoa, GE, Boe ing, Грумман, UTC, Westinghouse и другие ученые проводят исследования и разработка Дарье и новые типы ветряных мельниц. Сегодня ветряные мельницы используются для работы лесопильных и масляных заводов в Европе. Они есть используется в горнодобывающей промышленности для добычи полезных ископаемых, для перекачки воды, для производства электричество, а для зарядки
батареи. «Ветряные мельницы использовались на буйках, пришвартованных далеко в океан, сила, используемая для сбора и передачи океанографические и погодные данные.Еще они работают в безлюдных местах как средство радио- и телефонной связи, и они используются для рабочие навигационные огни на изолированных опасностях »(Calvert 77).
Будущее, вероятно, принесет на ветер большие и лучшие вещи турбина. Строится много новых моделей ветряных турбин. В ветряная турбина обещает многообещающую выработку энергии в ближайшие годы. прийти.
Библиография
Калверт, Н.G. Принципы ветроэнергетики: их приложение в малых масштабах. Лондон: Чарльз Гриффин и Co., Ltd., 1979. Черемисинов, Николас П. Основы ветра. Энергия. Анн-Арбор: Издательство Ann Arbor Science Publishers, Inc. 1978.
Гип, Пол. Энергия ветра достигает зрелости. Нью-Йорк: Джон Wiley and Sons, Inc., 1995.
Hau, E., J. Langenbrinck и W. Palz. Большие ветряные турбины. Берлин: Springer-Verlag, 1993.
Холмы, Ричард Л. Сила ветра: история ветряной мельницы Технология. Лондон: Издательство Кембриджского университета, 1994.
. Юстус, К. Г. Ветры и производительность ветровой системы. Филадельфия: Издательство Института Франклина, 1978.
Наар, Джон. Новая ветроэнергетика. Нью-Йорк: Пингвин Книги, 1982.
Тейлор, Р. Х. Альтернативные источники энергии для централизованных Производство электроэнергии.Бристоль, Англия: Адам Хильгер, Ltd., 1983.

TOP

(кинетика>

Замерзшие ветряные турбины — не единственная причина отключений электроэнергии в Техасе

Миллионы жителей Техаса теряют электроэнергию во время зимнего шторма

Более 4 миллионов человек в Техасе остались без электричества. Два человека погибли, вероятно, потому, что (16 февраля)

AP

Заявление: Замороженные ветряные турбины виноваты в отключении электроэнергии в Техасе после зимнего шторма, обрушившегося на штат

После того, как на этой неделе в результате зимнего шторма миллионы техасцев остались без электричества, губернатор штата, консервативные эксперты в области СМИ и пользователи Интернета обвинили ветряные турбины, замерзшие из-за арктических температур.

Губернатор Техаса Грег Эбботт сказал ведущему Fox News Шону Хэннити, что проблемы с электроснабжением его штата стали обвинительным заключением Нового Зеленого курса, предложения, которое еще не было принято. Ведущий Fox News Такер Карлсон сказал, что энергосистема штата вышла из строя из-за замерзания ветряных мельниц.

Фотографии обледеневших ветряных турбин стали вирусными и в социальных сетях, поскольку спрос на электроэнергию превысил даже самые худшие сценарии, задуманные прошлой осенью.

Комиссар по сельскому хозяйству Техаса Сид Миллер сказал в своем сообщении в Facebook, которым поделились почти 9000 раз, что назначенных в Комиссию по коммунальным предприятиям штата следует уволить и что необходимо построить больше угольной и нефтяной инфраструктуры.

«Мы никогда не должны строить еще одну ветряную турбину в Техасе. Эксперимент потерпел неудачу», — написал он. Он не сразу ответил на запрос о комментарии.

Но энергия ветра и другие возобновляемые источники составляют лишь часть выработки электроэнергии в Техасе, которая в основном полагается на тепловую энергию, такую ​​как нефть и природный газ, для обеспечения энергией штата.

Должностные лица Совета по надежности электроснабжения Техаса сообщили журналистам на этой неделе, что количество тепловой энергии, отключенной из-за шторма, примерно вдвое превышает количество возобновляемых источников.

Техас больше использует уголь и природный газ, чем ветер и солнечную энергию.

Ветровые турбины несут чрезмерную долю вины по сравнению с количеством энергии, которую они вырабатывают для Техаса.

Последний отчет ERCOT показывает, что в январе ветряная энергия составляла около четверти энергии, произведенной в Техасе. За весь 2020 год это была немного меньшая часть энергетической картины государства.

Однако, согласно отчетам, природный газ и уголь составляют около 60% выработки энергии в Техасе.Ядерная энергия, еще один источник тепла, добавляет еще 12%.

The Texas Tribune сообщила во вторник, что официальный представитель ERCOT заявил, что около 16 гигаватт возобновляемой энергии отключены, по сравнению с примерно 30 гигаватт тепловой энергии.

Проверка фактов: Изображение замерзших лодок из ледяного шторма 2005 года в Швейцарии, а не в Техасе

Официальные лица ERCOT заявили, что поставщики природного газа, не оборудованные для работы при низких температурах, были главным виновником отключений, по данным Texas Tribune.

Без мощности, которую он ожидал получить от этих поставщиков, штат не смог бы справиться с нагрузкой, которая превысила ноябрьские прогнозы для пикового использования этой зимой.

Утром 17 февраля около 30 гигаватт тепловой энергии все еще было отключено — по словам Джесси Дженкинса, профессора инженерных наук Принстонского университета, более чем вдвое больше, чем ERCOT в 14 гигаватт, предусмотренных в его самом экстремальном сценарии отключения.

Техасские турбины не подготовлены к экстремальным холодам

Критики возобновляемой энергии распространили несколько фотографий обледеневших ветряных турбин, но эксперты говорят, что этого следовало ожидать в Техасе, где они не построены, чтобы выдерживать отрицательные температуры.

«На самом деле все довольно просто: эти температуры в Техасе не являются типичными», — сказал Джон Нотон, директор Исследовательского центра ветроэнергетики Университета Вайоминга.

По данным Национальной метеорологической службы, температура на всей территории Техаса была более чем на 25 градусов ниже нормы.

Проверка фактов: Длительное использование маски для лица не вызовет рака легких

В то время как турбины, построенные в более холодном климате, «подготовлены к зиме» для работы с экстремально низкими температурами, те, что построены в Техасе, должны были быть построены для работы в типичных погодных условиях для по его словам, потому что подготовка их к маловероятному падению температуры требует дополнительных затрат.

«Они вышли за пределы нормального температурного диапазона», — сказал Нотон. «Ветровые турбины, как и другие вещи, содержат жидкости, кондиционирование воздуха и обогрев. Но они созданы для защиты окружающей среды «.

Около половины ветряных мощностей штата было отключено в воскресенье из-за замерзания турбин в западном Техасе, согласно Austin American-Statesman, но сильный ветер от зимнего шторма заставлял прибрежные турбины вращаться быстрее и генерировать больше энергии, чтобы компенсировать эти потери. .

Наш рейтинг: Отсутствует контекст

Утверждение, что замерзшие ветряные турбины виноваты в отключениях электроэнергии в Техасе, НЕПРАВИЛЬНО. В то время как часть ветроэнергетики в штате отключена, она теряет гораздо больше энергии за счет тепловых источников, которые производят большую часть энергии в Техасе. Некоторые ветряные турбины заморожены, но это связано с тем, что турбины в Техасе не построены так, чтобы выдерживать необычно низкие температуры, как турбины в более холодном климате, где используется ветроэнергетика.

Наши источники для проверки фактов:

  • The Washington Post, февраль.17: «Губернатор Техаса Грег Эбботт обвиняет ветряные турбины и политику Green New Deal в отключениях. Критики называют это« ложью »».
  • Fox News, 16 февраля: «Такер Карлсон: Великая климатическая катастрофа в Техасе приближается к вам. «
  • Совет по надежности электроснабжения Техаса, 5 ноября 2020 г .:« Сезонные оценки показывают, что выработка электроэнергии достаточна для зимы и весны »
  • Facebook, 16 февраля: Сообщение комиссара по сельскому хозяйству Техаса Сид Миллер
  • The Texas Tribune, 16 февраля: «Нет, замерзшие ветряные турбины не являются основной причиной отключения электроэнергии в Техасе»
  • Совет по надежности электроснабжения Техаса, по состоянию на февраль.17: Данные и отчеты поколений
  • The Texas Tribune, 16 февраля: «Техас в значительной степени полагается на природный газ в качестве источника энергии. Он не был готов к экстремальным холодам»
  • Twitter, 17 февраля: Джесси Дженкинс, профессор Принстонского университета
  • Университет Вайоминга, доступ 17 февраля: Биография Джона Нотона, директора Исследовательского центра ветроэнергетики.
  • Национальная метеорологическая служба
  • , доступ 17 февраля: отклонение температуры от среднего значения за последние семь дней. Карта

Спасибо за поддержку наша журналистика.Вы можете подписаться на нашу печатную версию, приложение без рекламы или копию электронной газеты здесь.

Наша работа по проверке фактов частично поддерживается грантом Facebook.

Энергия ветра: турбины становятся выше, больше и мощнее

Снижение цен на солнечную энергию привлекает все больше внимания, но в ветроэнергетике тоже происходят большие события. И я имею в виду больших .

Математика ветряных турбин довольно проста: чем больше, тем лучше.В частности, есть два способа получить больше энергии от ветра в данном районе.

Первый — с более крупными роторами и лопастями для покрытия большей площади. Это увеличивает мощность турбины, то есть ее общую потенциальную производительность.

Второй — поднять лопасти выше в атмосферу, где ветер дует более устойчиво. Это увеличивает «коэффициент мощности» турбины, то есть количество фактически производимой мощности по отношению к ее общему потенциалу (или, проще говоря: как часто она работает).

История развития ветроэнергетики — это история создания все более высоких турбин с все большими и большими лопастями. Это сложное и деликатное дело. Высокие, тонкие вещи, поставленные на сильном ветру, склонны гнуться и сгибаться. Когда длинные лопасти турбины изгибаются, они могут врезаться в башню или ступицу, как это произошло в датской системе в 2008 году после того, как ее «тормоз» вышел из строя и вышла из-под контроля:

Итак, третья инженерная задача — найти конструкции и материалы, которые могут выдерживать нагрузки, связанные с высотой и сильным ветром.Эти нагрузки становятся довольно интенсивными — посмотрите это видео, в котором инженеры испытывают огромную лопасть турбины, дергая ее взад и вперед «весом примерно 16 африканских слонов».

В любом случае, делать турбины все больше и больше — вот в чем дело. Когда дело доходит до наземных (береговых) турбин, этот процесс начинает сталкиваться с различными нетехническими ограничениями — узкими местами транспортировки и инфраструктуры, проблемами землепользования, опасениями по поводу видов, больших птиц, теней и т. Д.

Но особенно в Европе ветроэнергетика все больше перемещается в море. А в океане, где суша едва видна, единственное ограничение в размере — инженерное дело. Следовательно, морские турбины сегодня расширяются даже быстрее, чем береговые турбины за последнее десятилетие.

Яркий пример этой тенденции наметился в марте 2018 года (когда я впервые опубликовал эту статью). GE Renewable Energy объявила, что инвестирует 400 миллионов долларов в разработку новой турбины-монстра: Haliade-X, которая будет (по крайней мере, до следующего большого объявления) самой большой, самой высокой и самой мощной в мире.

Лопасти ветряной турбины GE Haliade-X мощностью 12 МВт высотой 351 фут являются самыми длинными в мире. GE Возобновляемая энергия

Это впечатляющий инженерный подвиг, но значение увеличения размера турбины выходит далеко за рамки этого. Большие турбины более стабильно собирают больше энергии; чем больше они становятся, тем менее гибкими и надежными они становятся и тем легче их интегрировать в сеть. Ветер уже превосходит другие источники на оптовых рынках энергии.Спустя еще несколько поколений роста это больше не будет соревнованием.

Какие ветряки получают до

Чтобы понять, насколько велика эта новая турбина GE, давайте начнем с некоторых сравнений.

Я позвонил Бену Хоену, научному сотруднику из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, чтобы узнать последние данные о размерах ветряных турбин. (Он подчеркивает, что это предварительные цифры — у LBNL есть отчет об этом через несколько месяцев, но он не ожидает, что эти цифры сильно изменятся, если вообще изменятся.)

По словам Хоэна, средняя общая высота (от основания до кончика) наземной турбины в США в 2017 году составляла 142 метра (466 футов). Средняя турбина была ближе к 152 метрам (499 футов). Фактически, сказал Хоэн, медиана приближается к максимуму. Другими словами, со временем наземные турбины США, похоже, сойдутся примерно на этой высоте. Почему? Потому что, если вы строите выше 499 футов, Федеральное управление гражданской авиации требует некоторых дополнительных шагов в процессе утверждения, и, очевидно, большинство разработчиков не сочли это стоящим хлопот.

Самые высокие наземные турбины США находятся на проекте Hancock Wind в округе Хэнкок, штат Мэн. Те — Vestas V117-3.3s, если вы должны знать, — около 574 футов в высоту.

Итак, это берег. А как насчет офшора? Что ж, на данный момент в США есть одна и только одна действующая морская ветряная установка — ветряная электростанция на Блок-Айленде недалеко от Род-Айленда. Его турбины поднимаются примерно на 590 футов.

Как Haliade-X по сравнению со всем этим? По данным GE, он достигнет высоты 853 футов и футов.

Хавьер Саррачина

Насколько я знаю, это самая высокая ветряная турбина в мире. Насколько я могу судить по поиску в Google (как я уже сказал, эти вещи быстро меняются), предыдущий рекордсмен — 809-футовая береговая турбина в Германии.

Чем больше турбина, тем больше мощность, чаще

Но не только рост. Haliade-X также может похвастаться несколькими другими превосходными степенями.

Диаметр ротора — это размер полного поворота лопаток турбины (диаметр окружности, которую они определяют). При прочих равных, больший диаметр ротора означает, что турбина может собирать больше ветра.

В 2017 году, как сказал мне Хоэн, средний диаметр ротора ветряных турбин в США составлял 367 футов. Haliade-X будет иметь диаметр ротора 722 футов, что примерно вдвое больше среднего. Лезвия будут гигантскими, длиной 351 фут каждое, длиннее футбольного поля и, по словам GE, больше, чем любое другое на сегодняшний день оффшорное лезвие.

Массивный диаметр ротора, устойчивый морской ветер, плюс турбина мощностью 12 МВт (на суше в среднем около 3 МВт; на море около 6 МВт), означает, что Haliade-X будет иметь необычно высокий коэффициент мощности.

Эта цитата из Отчета о рынке ветроэнергетических технологий за 2016 год показывает, как факторы мощности ветра менялись с течением времени: «Средний коэффициент мощности в 2016 году среди проектов, построенных в 2014 и 2015 годах, составил 42,5% по сравнению со средним показателем 32,1% среди построенных проектов. с 2004–2011 и всего 25.4% среди проектов, построенных с 1998 по 2001 год ».

Для сравнения, в 2016 году средний коэффициент загрузки атомного флота США составлял около 92 процентов. (Учитывая текущие рынки, атомная энергия является экономичной только при непрерывной работе в качестве базовой нагрузки.) Уголь и природный газ составляли 55 и 56 процентов соответственно. (Природный газ настолько низок, потому что он часто повышается и понижается в соответствии с колебаниями спроса. Раньше уголь был близок к 80, но управлять угольными электростанциями становится все менее и менее экономичным.)

Так современный ветер в США до 42.5 процентов, а природного газа — 56 процентов. Haliade-X, по данным GE, будет иметь коэффициент использования 63% . Это чокнутый, хотя он не был бы самым высоким в мире — плавающие морские турбины в проекте Hywind Scotland недавно достигли 65 процентов.

Добавьте все это, и на «типичном немецком предприятии в Северном море», по словам GE, каждый Haliade-X будет производить около 67 ГВтч в год, «достаточно чистой энергии для 16 000 домашних хозяйств на одну турбину и до 1 миллиона европейских домашних хозяйств в конфигурация ветряной электростанции мощностью 750 МВт.(Достаточно сказать, что это число будет меньше для американских домохозяйств, расточительно расходующих электроэнергию.) Это «на 45 процентов больше энергии, чем у любой другой морской ветряной турбины, доступной сегодня», — говорится в сообщении компании.

Первый Haliade-X в настоящее время строится в Роттердаме, Нидерланды. В апреле GE заявила, что начнет производить электроэнергию в конце этого года.

GE

Более крупные турбины, которые работают чаще, сокрушат всех конкурентов

Давайте посмотрим, что означают эти возрастающие коэффициенты мощности для ветра.

Я часто возвращаюсь к этой публикации 2015 года аналитика по энергетике Рамеза Наама о высшем потенциале энергии ветра. «Ветер с коэффициентом мощности 60%, — писал он, — даже при той же цене за кВт / ч сегодня, был бы намного более ценным, чем сейчас, с меньшими ограничениями на то, сколько его мы могли бы использовать.

Почему? Некоторые причины.

  • Чем более изменчивым является источник, тем больше требуется резервных копий, чтобы укрепить его и сделать надежным. (Сегодня резервное копирование чаще всего обеспечивается заводами, работающими на природном газе, хотя батареи постепенно разрастаются.) Делая ветер менее изменчивым и более надежным, более высокие коэффициенты мощности сокращают затраты на резервное копирование.
  • Переменная возобновляемая энергия (солнце и ветер) имеет тенденцию «съесть свой обед». Поскольку все это производит энергию одновременно (когда светит солнце или дует ветер), следующий прирост добавленной мощности приводит к снижению клиринговой цены для всех остальных приращений. Чем больше энергии сразу поступает в сеть, тем ниже цена. Распределяя свою энергию на более длительный период — примерно вдвое больше, чем у турбин 2011 года выпуска — турбина с коэффициентом мощности 60% притупляет и замедляет этот эффект снижения цен.
  • Увеличивая часы работы, турбина с высоким коэффициентом мощности с большей вероятностью будет работать во время пиков нагрузки, когда мощность является наиболее ценной.

Фактор емкости более 60 процентов не совсем «базовая нагрузка», но, несомненно, выглядит гораздо менее изменчивым. Таким образом, турбины, подобные Haliade-X, были бы более ценными, даже если бы цена на ветровую электроэнергию не изменилась.

Но, конечно, не останется прежним; он упал на 65 процентов с 2009 года. В недавнем отчете NREL прогнозировалось, что инновации в технологии ветроэнергетики (среди которых более крупные турбины) могут снизить его еще на 50 процентов к 2030 году.(Исследователи из Университета Вирджинии работают над проектом морской турбины, которая будет возвышаться на 1640 футов выше здания Эмпайр-стейт.)

Скажем, к 2025 году средняя высота ступицы новых ветряных турбин в США достигнет 460 футов, что примерно соответствует текущим прогнозам. Согласно данным NREL, такие турбины могут иметь коэффициент полезной мощности более 60 процентов на территории более 750 000 квадратных миль на территории США и более 50 процентов на территории 1,16 миллиона квадратных миль.

NREL

Такое количество ветра при таком коэффициенте мощности и прогнозируемых достижениях в ветроэнергетике позволит производить энергию, достаточно дешевую, чтобы полностью сокрушить всех конкурентов.И 2025 год не так уж и далек.

Как работает энергия ветра?

В США 8% наших генерирующих мощностей генерируют ветровые турбины — это больше, чем любой другой возобновляемый ресурс, — а энергия ветра выросла более чем в три раза за последнее десятилетие. Более половины этой емкости приходится всего на пять штатов: Техас, Айова, Оклахома, Калифорния и Канзас. По данным Американской ассоциации ветроэнергетики, по всей стране насчитывается более 56 000 ветряных турбин, которые обеспечивают мощность ~ 96 000 мегаватт, что достаточно для питания более 15 миллионов домов.Министерство энергетики прогнозирует, что к 2050 году мощность ветровой энергии увеличится до более чем 400 гигаватт.

Как вы можете участвовать в растущей активности ветроэнергетики? Многие электроэнергетические компании позволяют подключаться к ветровым и другим возобновляемым источникам энергии, если вы заплатите немного больше за «зеленый» вариант. Больше потребителей, подписывающихся на зеленую энергию, означает, что эти коммунальные предприятия будут работать над ее получением. Давайте посмотрим, как работают ветряные турбины, и рассмотрим некоторые возможные плюсы и минусы.

Как работают ветряные турбины?

На самом деле энергия ветра начинается с Солнца. Чтобы подул ветер, Солнце сначала нагревает участок земли вместе с воздухом над ним. Этот горячий воздух поднимается вверх, поскольку данный объем горячего воздуха легче, чем такой же объем холодного воздуха. Затем более холодный воздух врывается, чтобы заполнить пустоту, оставленную этим горячим воздухом, и вуаля: порыв ветра.

Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии описывает ветряную турбину как «противоположность вентилятора».Проще говоря, турбина забирает энергию ветра и преобразует ее в электричество. Так как же это сделать?

Во-первых, ветер оказывает давление на длинные тонкие лопасти, обычно 2 или 3 из них, заставляя их вращаться, подобно тому, как ветер толкает парусную лодку по воде. Вращающиеся лопасти затем заставляют ротор или конический колпачок на турбине, а также внутренний вал вращаться со скоростью около 30-60 оборотов в минуту.

Конечная цель состоит в том, чтобы вращать набор магнитов в генераторе, который будет генерировать напряжение в катушке с проволокой благодаря электромагнитной индукции.Однако генераторы требуют более высоких оборотов, поэтому коробка передач обычно соединяет этот вал с более низкой скоростью с валом с более высокой скоростью, увеличивая скорость вращения примерно до 1000–1800 оборотов в минуту. Эти коробки передач дороги и тяжелы, поэтому инженеры стремятся разработать больше генераторов с «прямым приводом», которые могут работать на более низких скоростях.

»Читать далее« Как работает энергия ветра? » на QuickAndDirtyTips.com

Сколько ветряных турбин потребуется для питания США

В ЮАР заводят ветряки.леденцы на палочке / Flickr

Окружной апелляционный суд США в Вашингтоне, округ Колумбия, во вторник заслушает аргументы по поводу плана администрации Обамы по чистому энергоснабжению, который диктует стандарты сокращения выбросов углекислого газа для штатов на основе их выбросов парниковых газов.

Верховный суд приостановил исполнение этого плана в феврале, чтобы разрешить юридические споры по нему в суде.Если Апелляционный суд постановит, что правительство может юридически обеспечить соблюдение плана, стране придется начать использовать гораздо больше возобновляемых источников энергии (например, ветра и солнца) — и гораздо меньше угля — к 2030 году.

Часть плана призывает к созданию стимулов, побуждающих государства строить ветряные электростанции. По данным Американской ассоциации ветроэнергетики, хотя в прошлом году США инвестировали 14,5 млрд долларов в ветроэнергетические установки, ветряные фермы по-прежнему обеспечивают менее 5% энергии страны.

Но как на самом деле будут выглядеть США, приводимые в движение только ветром?

Чтобы ответить на этот вопрос, менеджер AWEA по анализу отраслевых данных Джон Хенсли выполнил следующие вычисления: 4,082 миллиарда мегаватт-часов (среднее годовое потребление электроэнергии в США) разделить на 7008 мегаватт-часов годового производства ветровой энергии на одну ветряную турбину. примерно 583 000 береговых турбин.

С точки зрения землепользования, эти 583 000 турбин займут примерно всю территорию Род-Айленда, говорит Хенсли, потому что ветровые проекты обычно требуют 0.74 акра земли на выработанный мегаватт.

Ветряные турбины можно увидеть в Ла-Вентоза 7 февраля 2012 года. Окруженный высокими турбинами во всех направлениях, город Ла-Вентоза — что в переводе с испанского означает «ветреное место» — находится в центре бума ветряной энергетики в стране.По данным Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC), Мексика, 14-я по величине экономика в мире, по-прежнему значительно уступает своему весу с точки зрения энергии ветра, занимая 24-е место на планете по установленной мощности в прошлом году. Но рынок быстро растет. К концу этого года национальная ассоциация ветроэнергетики ожидает, что Мексика переместится на 20-е место в списке. Снимок сделан 7 февраля 2012 года. Хорхе Луис Плата / REUTERS

Для своих расчетов Хенсли посчитал, что средняя ветряная турбина имеет выходную мощность 2 мегаватта и имеет КПД 40%.Это означает, что он может полностью реализовать свой потенциал выработки электроэнергии в 40% случаев, поскольку ветер не всегда дует, а фермы иногда закрываются для планового обслуживания. Этот процент также учитывает ограничения электрической сети — например, если электрическая сеть получает от ветряной электростанции больше энергии, чем она может выдержать, менеджеры отключат несколько турбин.

Сорок процентов на самом деле довольно эффективен, говорит Хенсли. Для сравнения, солнечные проекты работают с КПД в среднем 20%, а предприятия по производству ископаемого топлива работают в среднем на 40-60% своей полной мощности.

Если вы умножите средний потенциал ветряной турбины (2 мегаватта) на ее 40% годовой энергоэффективности, 365 дней в году, вы получите оценку Хенсли мегаватт-часов энергии, которую может производить каждая турбина (7008).

Благодаря технологическому прогрессу в технологии ветряных турбин стоимость использования энергии ветра снизилась на 90% с 1980-х годов.

Морская турбина на ветряной электростанции Блок-Айленд в Род-Айленде.Крис Нью По словам Хенсли, ветряные турбины теперь можно строить выше и больше, чем когда-либо, что позволяет им использовать больше энергии, чем в прошлые годы.

Добавить комментарий