Ветровые электростанции

Ветер, в отличие от сжигаемого топлива, является источником возобновляемой, доступной и чистой энергии, использование которой не приводит к выбросу парниковых газов в атмосферу. Таким образом, ветровая энергия создает гораздо меньше проблем для экологии по сравнению с традиционными невозобновляемыми источниками энергии.

Средняя годовая мощность, генерируемая ветрогенератором, оказывается примерно постоянной. Однако уровень мощности на более коротких временных отрезках может очень сильно колебаться. Чтобы обеспечить стабильное электроснабжение, ветрогенераторы должны использоваться в сочетании с другими источниками энергии. Увеличение доли энергии, вырабатываемой ветровыми электростанциями, требует модернизации сети линий электропередач, и приводит к последовательному вытеснению традиционных генерирующих мощностей.

Ветровые электростанции состоят из множества отдельных ветровых турбин, объединенных в единую сеть (рисунок 1). Береговые ветровые электростанции являются недорогим источником электроэнергии, и зачастую представляют реальную альтернативу для ТЭЦ, работающих на угле или газе. Морской ветер, как правило, бывает более стабильным и сильным, чем на суше, но затраты на строительство и техническое обслуживание морских ветровых электростанций оказываются значительно выше. Небольшие береговые ветряные электростанции могут обеспечивать энергией отдаленные и изолированные объекты и поселения.

Рис. 1. Типовая ветровая электростанция

Принцип работы ветрогенератора достаточно прост (рис. 2). Ветер заставляет вращаться двух или трехлопастные турбины, приводящие в движение основной вал, к которому подключен ротор генератора. Вращение ротора приводит к генерации электричества.

Рис. 2. Внутреннее устройство ветрогенератора

Типовая электрическая схема ветрогенератора содержит генератор, аккумуляторные батареи и контроллер заряда. Создаваемое переменное напряжение обычно поступает на локальную трансформаторную станцию (которая собирает энергию от всех турбин), где преобразуется в более высокое напряжение и передается по кабельной или воздушной линии на другую трансформаторную станцию, где уже происходит подключение простых потребителей. Трансформаторные станции необходимы для согласования напряжения ветрогенераторов с сетью.

Если копнуть глубже, то окажется, что ветер на самом деле является формой солнечной энергии и становится результатом неравномерного нагрева атмосферы солнцем. Карта направления и силы ветров является сильно неоднородной и зависит от рельефа местности, наличия растительности и водоемов. Энергия ветра используется для различных целей: мореходство, полеты воздушных змеев и дельтапланов, генерация электричества.

Турбины горизонтальных ветрогенераторов обычно имеют две или три лопасти. Эти лопасти приводятся во вращение фронтальными воздушными потоками.

Промышленные ветрогенераторы имеют мощность от 100 киловатт до нескольких мегаватт. Ветровые турбины большой мощности оказываются более экономически выгодными и объединяются в ветровые электростанции, которые поставляют электроэнергию в сеть. В последние годы произошло значительное увеличение числа крупных морских и прибрежных ветровых электростанций в США. Это было сделано для того, чтобы максимально использовать потенциал энергии ветра прибрежных регионов.

Отдельные ветрогенераторы мощностью менее 100 киловатт применяются для энергоснабжения домов, телекоммуникационных вышек, насосных станций и т.д. Небольшие ветровые турбины иногда используются в сочетании с дизель-генераторами, батареями и солнечными панелями. Такие решения называются гибридными и обычно размещаются в удаленных местах, в которых отсутствуют собственные линии электропередач.

В настоящее время большинство турбин используют генераторы с регулируемой скоростью в сочетании с промежуточным преобразователем мощности между генератором и системой сбора энергии, что является наиболее подходящим вариантом для межсетевого соединения и обеспечивает возможность отключения при низком выходном напряжении. В современных системах используются либо машины с двойным питанием, либо генераторы с короткозамкнутым ротором или синхронные генераторы.

Современные энергетические системы сталкиваются со множеством проблем, в том числе, с проблемой избыточной мощности, которую удается решать за счет реализации специальных мер: экспорта и импорта электроэнергии в соседние районы, изменения уровня воды в водохранилищах гидроэлектростанций, преобразования электрической мощности в механическую энергию, ограничения потребления и т.д. При использовании локальных ветрогенераторов эту проблему можно сгладить.

В ветряной электростанции отдельные турбины объединяются в единый комплекс с помощью системы сбора мощности и информационных каналов связи. Среднее выходное напряжение для ветрогенераторов обычно составляет 34,5 кВ. На трансформаторной подстанции это напряжение дополнительно увеличивается для дальнейшей передачи по высоковольтным линиям электропередач.

Одной из самых больших проблем, связанных с интеграцией ветряных электростанций в энергетическую систему Соединенных Штатов, является необходимость создания новых линий электропередач для транзита электроэнергии. Дело в том, что ветряные электростанции строятся в соответствии с картой ветров, поэтому в большинстве случаев они размещены в отдаленных, малонаселенных штатах в центральной части страны. А основная часть потребления приходится на западное и восточное побережье США, где плотность населения значительно выше. Существующие линии электропередачи не были предназначены для транспортировки больших объемов энергии. Очевидно, что с увеличением длины линий передач потери, связанные с передачей мощности, возрастают, что затрудняет перенос большой мощности на большие расстояния.

К сожалению, противодействие со стороны государственных органов и органов местного самоуправления затрудняет строительство новых линий электропередач. Проекты по передаче электроэнергии, рассчитанные на вовлечение большого количества штатов, отклоняются штатами, в которых стоимость электроэнергии мала. Они опасаются, что после постройки транзитных линий местные генерирующие компании начнут экспорт электричества, что обязательно приведет к росту тарифов для местных потребителей. Закон об энергетике 2005 года дал возможность Министерству Энергетики США преодолевать противодействие отдельных штатов при принятии проектов по построению инфраструктуры для транзита электроэнергии. Однако после попытки использовать эти полномочия Сенат заявил, что министерство проявляет излишнюю агрессивность.

Другая проблема заключается в том, что транзитная мощность новых линий передач оказывается недостаточной. Это связано с тем, что, несмотря на поддержку альтернативной энергетики, государство разрешило транзитным компаниям обеспечивать минимальный уровень пропускной способности, оговоренный в стандартах. Эти важные проблемы необходимо решить, так как в противном случае ветряные электростанции будут вынуждены работать не на полную мощность или работать попеременно.

Не смотря на не полностью реализованный потенциал ветряной энергетики, она уже сейчас помогает сглаживать пики потребления и повышает надежность поставок электроэнергии.

Морские ветряные электростанции

Современные технологии все еще остаются незрелыми, что является препятствием для распространения морских ветряных электростанций (рис. 3). Проблема высокой стоимости ветряной энергии может быть частично решена с помощью технологических инноваций. Новые технологии необходимы для снижения затрат, повышения надежности и эффективности производства энергии, решения вопросов регионального транзита, развития инфраструктуры и производственных мощностей, а также для уменьшения воздействия на экологию. К сожалению, разработка инновационных технологий требует значительных стартовых инвестиций, характеризуется длительным сроком окупаемости и высокой степенью риска. Все это приводит к тому, что многие компании не хотят инвестировать в исследования и разработки в области морских ветряных электростанций.

Рис. 3. Морская ветряная электростанция

При использовании понятия «мелководье» речь идет о диапазоне глубин от 0 м до 30 м. Данный диапазон относится к большинству существующих морских ветряных электростанций. Переходные глубины колеблются в диапазоне от 30 м до 60 м. Для глубоководья (более 60 м) были разработаны плавающие концепции ветряных электростанций, которые были позаимствованы из нефтяной и газовой отрасли.

Стоит отметить, что приведенные диапазоны мелководья, переходных глубин и глубоководья являются специфическими для рассматриваемой отрасли морских ветровых электростанций и не совпадают с диапазонами, принятыми в нефтяной и газовой отрасли, где под глубоководьем понимают глубины от 2000 м и более. Кроме того, эти диапазоны на самом деле являются всего лишь ориентирами при разработке новых технологий. Они помогают оценить требуемые ресурсы при создании новых решений.

Вполне очевидно, что с ростом глубины стоимость конструкций возрастет из-за увеличения срока проектирования, усложнения процесса производства и монтажа, а также из-за увеличения количества расходуемых материалов, необходимых для постройки основания. Рост затрат, связанных с увеличением глубины, обнаруживается поэтапно по мере достижения технических ограничений. Однако накопление и применение новых технических решений способно смягчить эти скачки в каждом конкретном проекте.

Для транспортировки генерируемой электроэнергии необходимы линии передачи. В случае с морской электростанцией для транзита энергии по морскому участку пути потребуется подводный кабель. Как было сказано выше, строительство новой сухопутной высоковольтной линии специально для транзита электроэнергии морской электростанции может быть слишком дорогостоящим, но ситуацию спасают существующие линии электропередач, созданные ранее для обычных электростанций.

Коэффициент использования установленной мощности

Поскольку скорость ветра не постоянна, то ежегодное производство энергии ветряной электростанции никогда не превышает величину номинальной мощности генератора, умноженную на общее количество часов в году. Отношение фактической производимой мощности к этому теоретическому максимуму называют коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ). Диапазон типовых значений коэффициента мощности составляет от 15% до 50%. Высокие значения достигаются при благоприятных условиях и обусловлены использованием оптимальной конструкции ветряных турбин.

На величину КИУМ ветряной электростанции влияет несколько параметров, в том числе степень изменчивости ветра, а также соотношение между мощностью генератора и областью охвата турбины. Небольшой генератор оказывается дешевле и имеет высокий коэффициент мощности, но при сильном ветре производит меньше электроэнергии и, следовательно, приносит меньше прибыли. И наоборот, большой генератор стоит дороже, но при умеренном ветре будет выдавать ту же мощность, что и небольшой генератор, а при слабом воздушном потоке и вовсе приведет к остановке турбины. Таким образом, оптимальный коэффициент мощности составляет от 40% до 50%.

Доля ветровой энергетики

Доля ветровой энергетики в общем объеме генерации является важной характеристикой энергосистемы. Этот показатель не нормируется и не ограничивается. Он зависит от множества особенностей конкретной энергетической сети: от существующих генерирующих установок, от механизмов ценообразования, от емкости для хранения энергии, от управления спросом и от других факторов. Обычно электрические сети имеют собственные резервные генерирующие и передающие мощности, используемые для обеспечения безотказной работы в случае аварийных ситуаций. Эти резервные мощности могут также служить для компенсации колебаний энергии, генерируемой ветряными электростанциями. Исследования показали, что оптимальная доля ветровой энергетики составляет 20%. Эти исследования проводились для областей с территориально разнесенными ветровыми электростанциями, с наличием возможности управления мощностью (например, гидроэлектростанции) и развитой сетью электропередач, позволяющей при необходимости перераспределять электроэнергию. При превышении доли в 20% возникают технические сложности, но еще более значительными становятся экономические затраты на модернизацию. Стоит отметить, что в настоящее время продолжается изучение влияния крупномасштабного внедрения ветряных электростанций на стабильность и рентабельность энергетической системы.

Для достижения доли ветровой энергетики на уровне 100% необходимо наличие хранилищ энергии большого объема или соединение с другими энергосистемами, которые имеют собственные хранилища. На коротких временных промежутках (месяц, неделя, день, час и менее) ветер может обеспечить до 100% текущего потребления, а избыток энергии должен запасаться или экспортироваться. Промышленность может использовать преимущества сильного ветра, например, ночью, когда объем выходной мощности превышает спрос. Это касается таких отраслей, как производство кремния, алюминия, стали или природного газа и водорода. Все это позволит достичь уровня замещения 100%

Колебания генерируемой мощности

Как было сказано выше, мгновенная мощность, генерируемая ветрогенератором, не является постоянной и может быстро и значительно изменяться. Колебания средних годовых показателей также существуют, но они оказываются не столь значительными. Колебания мощности способны вызывать дисбаланс меду производством и потреблением электроэнергии, что ограничивает долю ветровой энергетики в рамках энергосистемы. Прерывистость и неконтролируемый характер производства ветровой энергии приводят к негативным последствиям, в том числе, к увеличению затрат на преобразование мощности, к необходимости содержания значительных резервных источников электроэнергии, к усложнению системы управления и т. д.

Производимая ветрогенератором мощность колеблется и при слабом воздушном потоке должна заменяться другими источниками энергии. Современные энергосистемы способны справляться с аварийными отключениями генерирующих мощностей, а также с суточными перепадами потребления. При этом традиционные электростанции способны выдавать максимальную мощность в течение 95% рабочего времени. Этого нельзя сказать о ветряных электростанциях.

В настоящее время энергосистемы с большим количеством ветряных электростанций требуют частой активизации резервных генерирующих мощностей, работающих на природном газе, для поддержания стабильного энергоснабжения в том случае, когда условия не благоприятны для производства электроэнергии из ветра. При более низкой доле ветряных электростанций перепады энергии не являются большой проблемой. Однако, даже при доле 16% в ветреные дни ветроэнергетика может превосходить по уровню генерации мощности все другие источники электроэнергии в стране.

Совместное использование непостоянных возобновляемых источников энергии со стабильными невозобновляемыми источниками, помогает создавать устойчивую энергосистему, которая обеспечивает надежное электроснабжение потребителей. Увеличение доли возобновляемых источников энергии успешно происходит в реальном мире.

HAWP-установки

Если выполнить анализ всех затрат, то самым дешевым источником энергии могут оказаться ветровые HAWP-установки (High-Altitude Wind Power). Поспорить с ними смогут только гидроэлектростанции и обычные ветрогенераторы, используемые для питания локальных потребителей.

HAWP-установки работают на больших высотах. Речь идет вовсе не о десятках метров, где отлично справляются обычные ветрогенераторы. Технологии HAWP подразумевают использование летающих установок на высоте, где энергия ветра оказывается гораздо больше, чем у поверхности земли.

Сразу несколько исследовательских групп разрабатывают AWE-технологии (Airborne Wind Energy (AWE), предназначенные для использования на высоте до 2000 футов (609,6 м). Кроме того, есть и разработчики, создающие решения, работающие на высотах более 2000 футов. Величина 2000 футов была выбрана в соответствии с требованиями Федерального управления гражданской авиации США. Эта организация считает объекты, находящиеся на данной высоте, небезопасными для полетов обычной авиации. HAWP-установки могут летать на больших высотах за пределами 12 морских миль от побережья в международном воздушном пространстве, но все еще в американской «экономической зоне».

Стоит отметить, что при реализации AWE-технологий еще предстоит решить проблему эффективной передачи энергии на землю. При использовании традиционных подходов напряжение на электрическом кабеле оказывается слишком высоким.

Ветрогенераторы. Устройство и виды. Работа и применение

Электричество сегодня считается чем-то обыденным, ведь оно есть в каждом доме. И никто не задумывается, откуда оно берется. Электричество в основной массе вырабатывается электростанциями, работающими на нефти, природном газе, ядерном топливе или угле. Эти традиционные источники представляют определенную опасность для окружающей среды, вследствие чего все большее внимание уделяется альтернативным видам энергии. К последним можно отнести ветрогенераторы, которым для выработки электричества нужен лишь ветер.

Устройство

Конструктивно ветрогенераторы в большинстве случаев предполагают наличие следующих элементов:

• Лопасти турбины (пропеллер).
• Турбина (вращающаяся часть).
• Электрогенератор.
• Ось электрогенератора.
• Инвертор, преобразующий переменный ток в постоянный, для возможности зарядки батареи.
• Механизм вращения лопастей.
• Механизм вращения турбины.
• Аккумулятор.
• Мачта.
• Контроллер вращения(анемометр).
• Демпфер.
• Датчик ветра и анемоскоп.
• Хвостовик анемоскопа.
• Гондола и ряд других элементов.

В зависимости от вида ветрогенератора конструкция и входящие в него элементы могут разниться. К примеру, промышленные устройства также предусматривают наличие системы молниезащиты, силового шкафа, поворотного механизма, надежного фундамента, системы пожаротушения, системы изменения угла атаки лопасти, телекоммуникационной системы для передачи информации о работе ветрогенератора и так далее.

Принцип действия

Ветрогенератор представляет устройство, преобразующее энергии ветра в электрическую энергию. Прародителями современных видов ветрогенераторов являются ветряные мельницы, которые применялись для получения муки из зерен. И принцип их работы изменился ненамного: лопасти вращают вал, который передает необходимую энергию на другие элементы.

• Ветер вращает лопасти, передавая крутящий момент через редуктор на вал генератора.
• При вращении ротора образуется трехфазный переменный ток.
• Полученный ток направляется на аккумуляторную батарею через контроллер. Аккумуляторы применяют для создания стабильности работы ветрогенератора. Генератор заряжает аккумуляторы при наличии ветра. При его отсутствии всегда можно взять энергию с аккумулятора, чтобы потребитель не прекращал получать электричество.
• С целью защиты от ураганов в ветрогенераторах применяется система с уводом ветроколеса от ветра при помощи складывания хвоста, либо торможения ветроколеса электротормозом.
• Для зарядки аккумуляторов ставится контроллер между ветряком и АКБ. Он отслеживает зарядку АКБ, чтобы не испортить аккумуляторы. При необходимости он может сбрасывать лишнюю энергию на определенный балласт, к примеру, большой резистор или тэны для отопления.
• В аккумуляторах имеется лишь постоянное низкое напряжение рядностью 12/24/48 вольт. Однако потребителю нужно напряжение в 220 вольт, именно поэтому ставится инвертор. Это устройство преобразует постоянное напряжение в переменное, создавая напряжение в 220 вольт. Естественно, что можно обойтись и без инвентора, но придется использовать электрические приборы, специально рассчитанные на низкое напряжение.
• Преобразованный ток направляется потребителю, чтобы питать отопительные батареи, освещение, телевизор и иные устройства.

В промышленных ветряках могут применяться и другие элементы, которые обеспечивают автономную работу устройства.

Типы и виды ветрогенераторов

Классифицировать ветряки можно по материалам, количеству лопастей, шагу винта и оси вращения.

Выделяют два основных типа ветрогенераторов по оси вращения:

1. С горизонтальной осью круглого вращения, то есть крыльчатые.
2. С вертикальной осью вращения, то есть «лопастные» ортогональные, «карусельные».

Горизонтальные классические ветрогенераторы имеют пропеллер (в большинстве случаев трехлопастной), а вертикальные ветряки обладают ветроколесом, которое вращается вертикально.

По количеству лопастей ветряки могут быть:

• Трехлопастные и двухлопастные.
• Многолопастные.

Вращение многолопастных ветряков начинается при слабом ветре, тогда как для двухлопастных и трехлопастных устройств требуется более сильный ветер. Однако каждая
дополнительная лопасть создает дополнительное
сопротивление ветроколеса, вследствие чего достигнуть рабочих оборотов генератора становится сложнее.

По материалам лопастей ветряки могут быть:

• Парусные генераторы.
• Жесткие лопасти ветрогенератора.

Парусные лопасти дешевле и проще в изготовлении, однако, когда необходима стабильная и надежная работа для автономного электроснабжения они не подойдут.

По шагу винта:

• Изменяемый шаг винта.
• Фиксированный шаг винта.

Изменяемый шаг винта дает возможность повысить диапазон эффективных скоростей работы. В то же время данный механизм неизбежно:

• Усложняет конструкции лопасти.
• Снижает общую надежность ветрогенератора.
• Утяжеляет ветроколесо и требует дополнительного усиления конструкции.

Применение

Устройства могут использоваться в различных местах. В большинстве случаев в открытые пространства, где большой потенциал ветров:

• Горы.
• Мелководье.
• Острова.
• Поля.

В то же время ветрогенераторы современных конструкций дают возможность задействовать энергию даже слабых ветров – от 4 м/с. Благодаря им можно решать задачи электроснабжения и энергосбережения объектов любой мощности.

• Стационарные ветряные электростанции в виде альтернативных источников энергии способны полностью обеспечить электрической энергией небольшой производственный объект или жилой дом. В периоды отсутствия ветра необходимый запас электроэнергии будет выбираться из аккумуляторных батарей. Они отлично могут сочетаться с фотоэлектрическими батареями, газовым или дизельным генератором.
• Ветрогенераторы могут использоваться и для экономии при наличии центральной электросети.
• Ветроустановки средней и малой мощности часто используются владельцами фермерских хозяйств и домов, удаленных от централизованных электросетей, в качестве автономного источника.

Достоинства и недостатки

К преимуществам можно отнести:

• Энергия ветра является возобновляемой энергией. Ветер создается бесплатно и постоянно, без ущерба окружающей среде. Энергия ветра доступна в любом месте на планете.
• Энергия ветра является достаточно дешевой.
• Ветряные турбины находятся на мачтах, им требуется минимум места. Благодаря этому их можно устанавливать совместно с иными объектами и строениями.
• Ветрогенераторы в процессе эксплуатации не производят вредных выбросов.
• Энергия ветра в особенности требуется в удаленных местах, куда затруднена доставка электричества иными привычными способами.

К недостаткам можно отнести:

• Сила ветра очень переменчива и непредсказуема, вследствие чего требуется дополнительный буфер для накапливания электроэнергии, либо дублирования источника.
• Высокая начальная стоимость создания и установки ветрогенераторов.
• Ветряные турбины создают шум, который сравним с шумом автомобиля, перемещающегося со скоростью 70 км/ч. Это отпугивает животных и создает определенный дискомфорт для людей.
• Вращающиеся лопасти представляют потенциальную опасность для птиц.

Похожие темы:

Ветрогенераторы: классификация и типы, конструкция и схема работы

Ветрогенераторы: классификация и типы, конструкция и схема работы

 

Самым актуальным и дешевым источником альтернативной энергии можно считать ветряные электростанции, ведь, как известно, ветер не зависит от расположения залежей природных ресурсов и является абсолютно бесплатным.

В связи с серьезностью положения, крупнейшие страны мира даже заключили Киотское соглашение, которое предписывает стимулировать выработку электроэнергии при помощи альтернативных источников, а также обязывает государство выкупать выработанную таким образом энергию у производителей по высоким тарифам. К альтернативным источникам энергии можно отнести и солнечную энергию, переработку бытовых отходов, использование гидротермальных вод и ряд других, однако наиболее привлекательной является именно энергия ветра. Это обусловлено в первую очередь сравнительно небольшим объемом вложения начального капитала для запуска ветряной электростанции и крайне незначительной зависимостью от необходимого сырья, потому что ветрогенератор может работать в любом месте, где есть ветер, а количество вырабатываемой электрической энергии без труда можно рассчитать с помощью научных методов.

На сегодняшний день ветряные электростанции для дома и промышленного использования уже получили достаточно широкое применение в рядовой жизни. Их можно встретить на объектах, которые удалены от основных электрических сетей. Ведь для подключения электричества приходится прокладывать дополнительные линии электропередач или использовать автономные электростанции, что дорого и не всегда целесообразно.

По расчетам специалистов, для полного обеспечения одного дома электрической энергией достаточно одного ветрогенератора мощностью 5 кВт, при условии, что скорость ветра 1,8-4,5 метра в секунду. Но, к сожалению, ветер весьма непостоянное погодное явление, поэтому желательно приобретать вместе с ветряной электростанцией резервный генератор, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания, или устраивать большую аккумуляторную батарею для запасания выработанной электроэнергии «впрок».

Именно поэтому, прежде чем начинать выбирать модель ветряной электростанции, необходимо проконсультироваться со специалистом, который сможет ответить на ваши вопросы и подобрать оптимальный вариант ветряной электростанции под конкретные требования.

Ветрогенератор, помимо лопастей, которые непосредственно улавливают ветер, и генератора, который преобразует энергию ветра в электрическую, как правило, включает в себя аккумуляторную батарею и инверторную установку. Аккумуляторная батарея необходима для накопления электроэнергии, которая в связи с непостоянством погодных условий просто не может вырабатываться равномерно, а также компенсировать разницу выработки при разной скорости ветра.

Инвертор, в свою очередь, преобразует постоянный ток, подающийся из аккумулятора, в переменный ток, необходимый для работы бытовых электроприборов. Таким образом, каждый элемент ветряной электростанции необходим для выполнения конкретной задачи, и его выбор должен быть обусловлен потребностями в энергии, а по техническим характеристикам подходить для остальных компонентов системы. Все же параметры должны быть предварительно рассчитаны с учетом конкретных условий энергопотребления.

Основные преимущества ветрогенераторов:

 1. Топливо для работы не требуется, основные затраты идут на установку и проведение систематических профилактических работ для стабильной работы ветрогенератора. В итоге затраты на приобретение оборудования могут окупиться уже в течение года.

2. Не требует вмешательства в работу, так как выработка электроэнергии происходит в любой момент, когда дует ветер, и благодаря аккумуляторам накапливается впрок.

3. В отличие от других видов генераторов ветряки абсолютно бесшумны. Качественно сделанные и установленные ветрогенераторы производят не больше шума, чем тот, который создает ветер, крутящий их лопасти.

4. Не уменьшается производительность в зимнее время, поскольку в отличие от солнечных панелей у ветрогенераторов в зимнее время производительность не падает, а, наоборот, вырастает за счет того, что скорость ветра в зимний период обычно выше, чем летом, что является значительным преимуществом, потому что как раз в зимний период сильно возрастает потребность в электроэнергии.

5. Ветрогенераторы можно устанавливать в любых климатических условиях, и для них подходит практически любой рельеф, но следует учитывать, что любая преграда на пути ветра, как-то деревья или дома, может снизить производительность работы ветряка до 30%, но все равно она окажется выше, чем у солнечных батарей.

6. Профилактическое обслуживание генератора следует проводить регулярно, но оно значительно облегчается тем, что при регулярном обслуживании конструкции износ, как правило, незначительный и даже в случае замены определенных компонентов не является дорогим и трудоемким занятием. Таким образом, комплексная ветро-солнечная система для стабильной работы должна включать в себя: ветрогенератор (средний срок службы 15-20 лет), солнечные панели (30-40 лет), контроллер заряда, инвертор (работают примерно по 5-10 лет) и аккумуляторные батареи, которые в зависимости от типа прослужат от 4 до 10 лет.

Такие системы обычно предназначаются для обеспечения электричеством отдельно стоящих объектов, доступ централизованной энергоподачи к которым затруднен или отсутствует. Их мощность может колебаться от 0,8 до 26 кВт и зависит только от потребления электроэнергии объектом и мощности установленного оборудования.

Неуклонное истощение природных ресурсов приводит к тому, что в последнее время человечество занято поиском альтернативных источников энергии. На сегодняшний день известно достаточно большое количество видов альтернативной энергетики, одним из которых является использование силы ветра. Энергия ветра применялось людьми с древности, например, в работе ветряных мельниц. Самый первый ветрогенератор (ветряная турбина), который служил для производства электричества, был построен в Дании в 1890 г. Такие устройства стали применяться в тех случаях, когда требовалось обеспечить электроэнергией какой-либо труднодоступный район.

Принцип действия ветрогенератора:

1. Ветер вращает колесо с лопастями, которое передает крутящий момент на вал генератора через редуктор.
2. Инвертор выполняет задачу преобразования полученного постоянного электрического тока в переменный.
3. Аккумулятор предусмотрен для подачи в сеть напряжения при отсутствии ветра.

Мощность ВЭУ находится в прямой зависимости от диаметра ветроколеса, высоты мачты и силы ветра. В настоящее время производятся ветрогенераторы, диаметр лопастей которых от 0,75 до 60 м и более. Самая маленькая из всех современных ВЭУ – G-60. Диаметр ротора, имеющего пять лопастей, всего 0,75 м, при скорости ветра 3-10 м/с она может вырабатывать мощность 60 Вт, вес ее составляет 9 кг. Такая установка с успехом применяется для освещения, зарядки батарей и работы средств связи.

Все ветрогенераторы могут быть классифицированы по нескольким принципам:

1. Оси вращения.
2. Количеству лопастей.
3. Материалу, из которого выполнены лопасти.
4. Шагу винта.

Классификация по оси вращения:

1. Горизонтальные.
2. Вертикальные.

Наибольшую популярность получили горизонтальные ветрогенераторы, ось вращения турбины которых расположена параллельно земле. Этот тип получил название «ветряной мельницы», лопасти которой вращаются против ветра. Конструкция горизонтальных ветрогенераторов предусматривает автоматический поворот головной части (в поисках ветра), а также поворот лопастей, для использования ветра небольшой силы.

Вертикальные ветрогенераторы гораздо менее эффективны. Лопасти такой турбины вращаются параллельно поверхности земли при любом направлении и силе ветра. Так как при любом направлении ветра половина лопастей ветроколеса всегда вращается против него, ветряк теряет половину своей мощности, что значительно снижает энергоэффективность установки. Однако ВЭУ такого типа проще в установке и обслуживании, поскольку ее редуктор и генератор размещаются на земле. Недостатками вертикального генератора являются: дорогостоящий монтаж, значительные эксплуатационные затраты, а также то, что для установки такой ВЭУ требуется немало места.

Ветрогенераторы горизонтального типа больше подходят для производства электроэнергии в промышленных масштабах, их используют в случае создания системы ветряных электростанций. Вертикальные часто применяют для потребностей небольших частных хозяйств.

Классификация по количеству лопастей:

1. Двухлопастные.
2. Трехлопастные.
3. Многолопастные (50 и более лопастей).

По количеству лопастей все установки делятся на двух- и трех- и многолопастные (50 и более лопастей). Для выработки необходимого количества электроэнергии требуется не факт вращения, а выход на необходимое количество оборотов.

Каждая лопасть (дополнительная) увеличивает общее сопротивление ветрового колеса, что делает выход на рабочие обороты генератора более сложным. Таким образом, многолопастные установки действительно начинают вращаться при меньших скоростях ветра, однако они применяются в том случае, когда имеет значение сам факт вращения, как, например, при перекачке воды. Для выработки электроэнергии ветрогенераторы с большим количеством лопастей практически не применяются. К тому же на них не рекомендуется установка редуктора, потому что это усложняет конструкцию, а также делает ее менее надежной.

Классификация по материалу лопастей:

1. Ветрогенераторы с жесткими лопастями.
2. Парусные ветрогенераторы.

Следует отметить, что парусные лопасти значительно проще в изготовлении, а потому менее затратные, нежели жесткие металлические или стеклопластиковые. Однако подобная экономия может обернуться непредвиденными расходами. Если диаметр ветроколеса составляет 3 м, то при оборотах генератора 400-600 об/мин кончик лопасти достигает скорости 500 км/ч. С учетом того обстоятельства, что в воздухе содержится песок и пыль, этот факт является серьезным испытанием даже для жестких лопастей, которые в условиях стабильной эксплуатации требуют ежегодной замены антикоррозийной пленки, нанесенной на концы лопастей. Если не обновлять антикоррозионную пленку, то жесткая лопасть постепенно начнет терять свои рабочие характеристики.

Лопасти парусного типа требуют замены не раз в год, а непосредственно после возникновения первого серьезного ветра. Поэтому автономное электроснабжение, требующее значительной надежности компонентов системы, не рассматривает применение лопастей парусного типа.

Классификация по шагу винта:

1. Фиксированный шаг винта.
2. Изменяемый шаг винта.

Безусловно, изменяемый шаг винта увеличивает диапазон эффективных рабочих скоростей ветрогенератора. Однако внедрение данного механизма ведет к усложнению лопастной конструкции, к увеличению веса ветрового колеса, а также снижает общую надежность ВЭУ. Следствием этого является необходимость усиления конструкции, что приводит к значительному удорожанию системы не только при приобретении, но и при эксплуатации.

Современные ветрогенераторы представляют собой высокотехнологичные изделия, мощность которых составляет от 100 до 6 МВт. ВЭУ инновационных конструкций позволяют экономически эффективно использовать энергию самого слабого ветра – от 2 м/с. При помощи ветрогенераторов сегодня можно с успехом решать задачи по электроснабжению островных или локальных объектов любой мощности.

 

Преимущества ветрогенераторов

Количество природных ресурсов, которые веками играли роль ключевых источников энергии, продолжает неуклонно снижаться. При параллельном повышении их стоимости это вынуждает человечество активно обращаться к поиску альтернативных решений. Ученые и инженеры всего мира десятилетиями пытаются извлечь максимум энергии из солнечных лучей, естественного движения водных массивов рек и каналов, а также порывов ветра.

Одним из наиболее удачных вариантов, позволяющих обеспечить необходимую эффективность на протяжении всего года и практически во всех уголках планеты, являются ветрогенераторы. Они дают возможность обустроить комфортный быт в частном доме, организовать технологические циклы предприятия и даже питание током целого города. Принцип работы этих энергоустановок и их преимущества на фоне других альтернативных источников энергии рассмотрим ниже.

Особенности конструкции ветряной электростанции

Конструкция устройств, использующих безвозмездный источник энергии, достаточно проста. Ветряная электростанция состоит из лопастей, мачты, электрогенератора и дополнительных приборов, обеспечивающих преобразование, накопление и передачу к потребителям электроэнергии.

Размер и конфигурация лопастей определяют эффективность их вращения по соотношению к силе ветра. Турбина играет роль преобразователя механического движения (вращения) в электрическую энергию. Существуют модификации ветровых генераторов, которые предусматривают возможность складывания мачт, что упрощает обслуживание оборудования.

Принцип работы ветряных электрогенераторов

Работа ветряков основана на принципе преобразования механической энергии в электрическое напряжение. При вращении лопастей под воздействием потоков ветра вырабатывается кинетическая энергия, которая приводит в движение элементы генератора, состоящего из подвижной (ротор) и неподвижной (статор) частей. В процессе раскручивания ротора вокруг него формируется магнитное поле, обеспечивающее выработку электрического тока в обмотке статора. Далее напряжение подается на преобразователь, а затем в накопительные батареи или в потребительскую сеть.

Вышеописанный принцип работы лежит в основе практически на всех моделей ветровых генераторов. Наличие в системе АКБ обеспечивает электроснабжение при штиле или недостаточной для воздействия на лопасти силе ветра. Разработчики конструкций стремятся предусмотреть различные эксплуатационные ситуации, чтобы системы работали в максимальном диапазоне непредсказуемых погодных условий.

Ключевые преимущества ветровых генераторов

• Абсолютная безопасность. Традиционные источники энергии, которые сейчас питают 98% всех городов мира, в качестве побочного эффекта вырабатывают миллиарды кубометров токсичных газов и прочих отходов, которые наносят колоссальный вред экологической обстановке планеты. Ветряк в процессе эксплуатации не выделяет никаких вредных веществ, что делает его абсолютно чистым источником энергии. Его работа остается практически незаметной, он не изменяет силу или направление потоков ветра, аккуратно подстраиваясь под их течение.
• Максимальная эффективность. Ветряной генератор практически не расходует ресурсы, если не считать затрат на периодическое техобслуживание. Ему не нужно топливо, как и прочие иссекаемые запасы. Агрегат генерирует электрическую энергию буквально из воздуха, не используя его при этом как любой другой традиционный ресурс. Благодаря такой особенности ветряки считаются одними из самых перспективных направлений в коммерческой энергетике.
• Надежность. Ветряные электростанции разрабатываются так, чтобы их конструкция могла прослужить десятки и более лет. Для достижения таких целей используются современные сплавы, высокопрочные полимерные композиты, а также комбинации различных износостойких материалов, не поддающихся воздействию коррозии, кислот, солей и прочих агрессивных сред.
• Экономичность. Ветрогенераторы обладают высокими показателями КПД, так как их работа требует минимальных расходов. Сочетание низкой стоимости получаемой энергии и возможных доходов от ее реализации полностью объясняет целесообразность использования этих альтернативных источников.
• Простота сборки и монтажа. Установка бытовых моделей может осуществляться самостоятельно при условии наличия соответствующих знаний и навыков по работе с электросетями и оборудованием. Немаловажным фактором является то, что ветряную электростанцию можно в любое время модернизировать, изменить количество батарей, расширить систему, увеличить число потребителей и скорректировать другие параметры. При этом все работы могут выполняться силами 1–2 квалифицированных специалистов.
• Удобство. Существенным недостатком первых ветрогенераторов была сильная вибрация и шумы, которые они создавали при выработке электрической энергии. Использование современных технических решений позволило свести эти недостатки к минимуму. Современные ветряки отличаются минимальными колебаниями и уровнем помех.
• Отсутствие жестких требований. В отличие от прочего оборудования, вырабатывающего электроэнергию, ветровые генераторы могут устанавливаться на любых открытых частных участках при условии отсутствия помех для воздушных потоков. Для расположения на частной территории вовсе не нужны какие-либо разрешения, исключением являются только слишком крупные конструкции.

Производственная мощность

Современным ветрякам для выработки энергии, достаточной для обеспечения небольшого дома, не нужен сильный ветер. Использование высокопрочных и легких материалов, а также современных наработок в области конструкции лопастей позволили обеспечивать их работоспособность в условиях минимальных воздушных потоков. Для вращения инновационных моделей, соответственно и выработки энергии, достаточно скорости ветра в 1,5–2 м/с. С полной уверенностью можно утверждать, что ветрогенераторы смогут быть эффективными на всей территории России на протяжении всего года.

Характеристики ветряных электростанций непрерывно повышаются, при этом современные модели можно использовать в самых различных целях. Для бытовых нужд чаще всего заказывают генераторы производительностью до 100 кВт. Устройства для промышленных объектов и коммерческой деятельностью способны вырабатывать более 5 МВт. Как правило, это массивные конструкции, размах лопастей которых можете составлять 10 и более метров. Если рассматривать ветровой генератор для индивидуального дома, где присутствует только бытовое оборудование, оптимальным решением будет установка с напряжением 220 В и мощностью порядка 2–10 кВт.

Разновидности ветряных электростанций

По траектории вращения лопастей ветряные электростанции делятся на два вида

1. Горизонтальные ветряные электростанции обладают классической конструкцией, которую можно наблюдать у самолетов или обычных домашних вентиляторов. Большинство моделей оснащается тремя лопастями. Эта разновидность пользуется наибольшей популярностью благодаря оптимальному соотношению цена/производительность. При самой низкой стоимости ветряки этого типа позволяют получить максимальную отдачу от воздушных потоков. Быстроходность конструкций зависит от формы лопастей и материала, из которого они изготовлены. Чем выше этот показатель, тем дешевле требуется генератор. В результате существенно снижаются общая стоимость и затраты на обслуживание.
2. Вертикальные ветряки представляют собой необычные строения, крылья которых размещаются параллельно оси мачты. Преимуществом ветряных электростанций данной разновидности является экономия воздушного пространства. Однако по эффективности они значительно уступают горизонтальным установкам. В то же время существует большое разнообразие модификаций, характеристики которых максимально приближены к конкурентным версиям. При высоких показателях КПД этот вид значительно проигрывает в размерах. Для получения аналогичной мощности требуется установка в 2-3 раза больше по сравнению с горизонтальной версией, что существенно повышает их стоимость.

При возникновении каких-либо вопросов касательно приобретения и эксплуатации этих установок вы всегда можете рассчитывать на поддержку наших экспертов. Опытные специалисты помогут с выбором и расчетами оптимального комплекта техники. При необходимости мастера также выполнят монтажные работы и технические обслуживание. Приобретая у нас ветрогенераторы, вы гарантированно получаете максимальную выгоду и высокое качество.

Ветровая электростанция: назначение и обслуживание

Ветряные генераторы предназначены для преобразования кинетической энергии движения воздушных масс в механическую работу генератора по выработке тока. Установки, объединенные в одну систему, образуют ветровую электростанцию.

Ветровая электростанция: назначение и устройство

Ветровая электростанция – это комплекс ветряных турбин, предназначенных для преобразования энергии движения ветряных масс в механическую работу генератора по выработке электрического тока.

Одна станция может включать в себя любое количество ветроэнергетических установок (ВЭУ). Самые крупные системы насчитывают сотни элементов.

Принцип работы каждой установки заключается в использовании кинетической энергии ветра для вращения подвижной части ветряка, соединенной с ротором генератора энергии. Находящийся внутри редуктор увеличивает скорость движения вала. Вследствие этой работы создается трехфазный переменный ток.

Для преобразования переменного тока в постоянный в конструкции предусмотрен контроллер. Постоянный ток заряжает аккумуляторные батареи, передающие ток на инвертор.

В инверторе постоянный ток снова преобразуется в переменный, но уже пригодный для использования в электроприборах. Его напряжение становится 220 В, а частота – 50 Гц.

Обслуживание ветровых установок

Ветряные электроустановки имеют в своей конструкции множество подвижных элементов, которые преждевременно изнашиваются в условиях высокого коэффициента трения и сильных нагрузок. Например, это вращающиеся валы, подшипники, планетарные шестерни.

Их диаметр может достигать нескольких метров, а по мере совершенствования узлов и повышения производительности станций он становится еще больше.

Для увеличения надежности и срока службы таких высоконагруженных механизмов, постоянное обслуживание которых осуществлять достаточно затруднительно, применяют антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY 1003, которое не нуждается в обновлении на протяжении всего срока функционирования ВЭУ.

Оно образует на поверхности деталей устойчивый сухой слой, который обеспечивает кардинальное снижение трения сопряженных элементов и увеличение их ресурса. Благодаря этому установки работают дольше, а риск их отказов практически сводится к нулю.

На корпусе ветряного генератора устанавливаются площадки, на которых работает персонал в случае возникновения поломок оборудования. Зачастую устанавливается и поле для посадки вертолетов, так как мачта турбин может составлять сотни метров в высоту, а удаленность от поселений – сотни километров.

Ремонт может понадобиться в случае повреждения тормоза, ударов молнии, обледенения лопастей и других непредвиденных ситуаций. К тому же необходимо проводить периодический профилактический осмотр оборудования.

Ветряной генератор: основные виды

Есть большое количество классификаций, по которым разделяются ветроэнергетические станции. Наиболее распространенными являются географическое положение и конструкция подвижной части установки.

По расположению выделяют наземные, горные, прибрежные и шельфовые электростанции. В этих местах скорость ветра достигает максимальных значений, что позволяет повышать мощность генераторов.

По виду подвижной части выделяют крыльчатые и роторные аппараты. Первые состоят из лопастей, от их количества зависит мощность установки: чем меньше элементов, тем производительнее работает станция. Они вращаются по горизонтальной оси.

Вторые установки вращаются по вертикальной оси, что позволяет им эффективно работать при низких скоростях ветра без высокого уровня шума.

Новое рождение ветроэнергетики — Возобновляемые источники энергии

Ветроэнергия — технология применения потов воздуха для производства электрической энергии — представляет собой самый быстрорастущий во всем мире источник электрической энергии. [1] Ветроэнергия производится массивными многолопастными ветротурбинами, монтируемых на самом верху высоких башен и работающими подобно вентиляторам, но в обратном порядке. Вместо того чтобы использовать электроэнергию для получения воздушного потока, турбины используют ветер для получения электричества.

Автономная ветроэнергетика в современных условиях российской действительности – это направление развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, в развитии которых так нуждается Россия. Огромная территория Российской федерации с численностью населения более 9 млн. человек не имеет централизованного электроснабжения. Использование предлагаемых технологий позволит снизить не менее чем 50 % потребление органического топлива на дизельных электростанциях. Внедрение таких технологий могло бы значительно снизить энергонапряженность, наблюдаемую в таких районах, как Приморский край, Сахалинская область, Камчатский край, Чукотский автономный округ. [13]

В общих чертах, устройство ветроэлектростанции выглядит следующим образом. Поток воздуха вращает лопасти, а лопасти крутят вал, который соединен с набором зубчатых колес, приводящих в действие электрогенератор. Крупные турбины для электроснабжения могут вырабатывать от 750 киловатт (киловатт = 1 000 ватт) до 1,5 мегаватт (мегаватт 1 миллиону ватт) электроэнергии. Для электроснабжения жилых комплексов, телекоммуникационных станций и в водяных насосов в качестве источника энергии применяются компактные одиночные ветряные турбины мощностью менее 100 киловатт. Это, прежде всего, характерно для отдаленных и труднодоступных районов, в которых отсутствует связь с энергосистемой общего пользования. [2]

В ветровых установках группы турбин связаны вместе, с целью выработки электроэнергии для энергосистем общего пользования. Электричество подается потребителям посредством ЛЭП и распределительных линий. 

Так и в нашем обсуждаемом вопросе о ветре. Если бы он дул постоянно с определённой силой и направлением, без порывов и остановок, — была бы идеальная ветроэлектростанция. Рассмотрим светлые и тёмные стороны характеристики этих сооружений.

Несомненные достоинства:

Такие электростанции по своей конструкции просты и понятны;

Получаем почти бесплатную электроэнергию;

Ветроэлектростанция экологически чистая и бесшумная;

Не требуется много проводов для доставки электроэнергии к месту потребления;

Совершенно безвредная установка для сохранения природного баланса;

Незаменимы в тех районах, где нельзя обеспечить доставку энергии обычным способом.

И досадные недостатки:

Ветер непостоянен и генератор работает неравномерно;

В любой момент, обычно самый неподходящий, может быть прекращена подача энергии;

Мощность ветряной электростанции используется не полностью;

Часто простаивает из-за отсутствия движения воздуха;

Ветроэлектростанции России не могут стать основой для энергопромышленности.

Для размещения ВЭС требуются большие, открытые всем ветрам, территории.

При всём кажущемся балансе плюсов и минусов, перевес всё же заметен в сторону ветряков. Их в России никак нельзя игнорировать.

Современные энергетические и коммунальные компании с целью стабильной работы систем энергообеспечения предпочитают в качестве основного источника выработки тока применять большие ветрогенераторные установки. По этой причине разработчики таких устройств, приложили много усилий, благодаря которым ветряки стали соответствовать не только техническим, но эстетическим и экономическим требованиям заказчиков. [5]

Отметим безопасность мегаватного ВЭУ. Ветрогенератор 1.5 МВатт на 690 Вольт с тремя лопастями и диаметром ветроколеса 70-87 метров относится к устройствам мегаваттного класса. Он был создан с учётом:

·                     применения всех существующих в настоящее время европейских норм и стандартов проектирования;

·                     использования строго контроля за качеством в процессе производства;

·                     норм, ограничивающих возможный шумовой уровень, который в процессе работы такого ВЭУ составляет в пределах 70db.

Полный вес турбины равен 61.500 килограммам. В случае приобретения этой ветряной электростанции в России, она способна будет вырабатывать электрический ток при условии полной безопасности для жизни и здоровью животных и людей. При помощи применения системы обеспечения безопасности возможна автоматическая молния и бурезащита. Такой ветряк не будет создавать помех вредных для работы бытовых устройств и электроприборов. В связи с этим нет необходимости в получении разрешения на его установку и эксплуатацию.

Работа ветряного генератора заключается в следующем. Он функционирует при средней скорости ветра, равной 13.5 м/сек. Если скорость увеличивается более 25 метров в секунду, то в этом случае срабатывают тормозящие лопасти. При скорости ветра меньшей 3,5 м/сек, такая ветровая установка электроэнергию не вырабатывает, потому что её лопасти крутиться не могут. Энергообеспечение строений электричеством в этом случае будет осуществляться при помощи накопленной во время работы мощных аккумуляторов энергии. [11]

Кроме того, такие мега ВЭУ оснащены:

·                     необходимыми датчиками, при помощи которых осуществляется регулировка скорости и направления движения ветра;

·                     системой, позволяющей изменить углы установленных лопастей;

·                     системой управления, которая способна работать при помощи микропроцессоров через сеть компьютеров;

·                     системой, при помощи которой осуществляется принудительный поворот лопастей в сторону ветра.

Применение в процессе производства таких ВЭУ высококачественных материалов позволяет таким ветряным электростанциям в России проработать по гарантии не менее 5-ти лет и минимум двадцать пять лет в любых условиях.

После установки мега ветрогенератор на 1.5 МВатт на 690 Вольт сможет ежегодно вырабатывать в пределах восьми миллионов кВт-часов электроэнергии при средней скорости ветра более девяти метров в секунду.

За последнее время объемы отрасли по производству электрической энергии из ветра возросли, благодаря проведению правительством политики поддержки этой индустрии и работе, проводимой исследователями в рамках программы МЭ по энергии ветра, в сотрудничестве с партнерами в этой отрасли с целью создания инновационных и менее дорогостоящих технологий, создания внутренней конкуренции и выявлению новых сфер применения энергии ветра. [9]

Рассмотрим различия между ветровой фермой или ветровой электростанцией и тепловыми электростанциями:

Вид используемого топлива. Тепловые электростанции работают на ископаемом топливе типа угля, также в качестве горючего применяется нефть. На атомных электростанциях применяют ядерное топливо, например, уран и торий. Все эти виды горючего очень дорогостоящие, и расходуются в огромных количествах каждый день. Ветровым электростанциям не требуется какого-либо горючего. Они используют доступный в большом количестве и бесплатный атмосферный ветер.

Способ выработки электроэнергии. На тепловых и атомных электростанциях в больших бойлерах топливо превращает воду в пар. Пар в турбинах расширяется, заставляя их вырабатывать электричество. На ветровых фермах устанавливаются ветровые турбины, содержащие вентиляторы. Ветер приводит в движение лопасти вентиляторов, что приводит к вращению вала. Вал направляет свой импульс к другому валу посредством редуктора. Выходной вал редуктора с большой скоростью вращается в генераторе, который производит электричество. На ветровых электростанциях нет нужды в дорогих бойлерах и топливе. Энергия производится за счет ветра. [3]

Ветер — это возобновляемая энергия. На тепловых электростанциях постоянно требуется свежее ископаемое топливо для производства пара. Использованное ископаемое топливо превращается в пепел и гарь, которые нельзя применить повторно. Ветер в ветровых электростанциях — возобновляемый источник энергии. Ветер, который приводит в движение лопасти вентиляторов, возвращается обратно в атмосферу и может быть использован для производства энергии повторно.

Размер электростанции. Тепловые электростанции оправдывают себя только при больших размерах. Ветроэлектростанции подходят как для производства малого, так и большого количества энергии. Чтобы увеличить мощность ветроэлектростанции, достаточно лишь добавить больше ветровых турбин. Увеличение мощности тепловой электростанции — очень недешевое предприятие. По сути, отдельные ветровые турбины можно установить в доме или офисе для выполнения ими своих задач. Но сложно себе представить тепловую электростанцию для бытовых нужд. Можно установить у себя дома ветровую турбину, но никак не тепловую или атомную электростанцию.

Стоимость произведенной энергии. В настоящее время стоимость электричества, произведенного ветряными фермами, составляет 5-10 центов на единицу электричества (один киловатт-час), что немного выше, чем стоимость энергии, вырабатываемой на обычных заводах. Постоянный рост цен на традиционное топливо для ТЭС и снижение себестоимости производства ветрогенераторов привет к тому, что процент электроэнергии полученной при помощи потоков воздуха резко увеличится. [12]

Загрязнение окружающей среды. Одной из главных причин загрязнения атмосферы в наши дни является выброс частиц и гари в результате сжигания ископаемого топлива на тепловых электростанциях. Ежедневно на них сжигаются тонны топлива, что способствует загрязнению окружающей среды в крупных масштабах. Ветер, используемый ветровыми турбинами, — природное топливо, которое не оказывает никакого влияния на окружающую среду, поэтому ветровые электростанции являются безвредным источником энергии. [8]

Хотелось бы вспомнить о конструкции ветрогенератора. Ротор (лопасти ветряной электростанции) — преобразует энергию ветра в энергию вращения. Большинство современных роторов ветровых турбин состоит из трех лопастей.

·                     Современные лопасти ветряных электростанций в диапазоне 30 метров в длину, как правило, изготовлены из армированного стекловолокном полиэстера или древесно-эпоксидной смолы. Скорость вращения лопастей от 12 до 24 оборотов в минуту на низкой скорости.

·                     Редуктор повышает скорость вращения вала с низкой скорости (приблизительно от 12 до 24 оборотов в минуту) до высокой скорости вращения (примерно 1000 — 3000 оборотов в минуту), и приводит в движение генератор. Некоторые современные ветряки имеют генератор, подключенный напрямую к лопастям.

·                     Генератор использует магнитные поля, чтобы преобразовать результирующую вращательную энергию в электрическую энергию.

·                     Анемометр и флюгер расположены на задней стороне корпуса ветровой турбины и измеряют скорость ветра. Собранная информация используется системой управления для того, чтобы вырабатывать максимальное количество энергии. Данные скорости ветра также используются для контроля работы и позволяют операционной системе начинать и останавливать турбину. Современная ветряная электростанция начинает вырабатывать энергию при скорости ветра от 4 м / с, и, выключается при скорости около 25 м / с. Механизм рыскания поворачивает ротор в преобладающее направление ветра.

·                     Башня ветрогенератора изготавливается из стальных труб, хотя решетчатые башни до сих пор используются в некоторых странах. Башни для современных ветровых электростанций бывают высотой от 60 метров до 100 метров.

·                     Трансформатор преобразует напряжение, которое требуется для электрической сети. Трансформатор может быть встроен в башню или расположен у основания башни.

Строительство ветряной электростанции производится следующим путем. Строительство ветряной электростанции может занять от 4 месяцев постройки одной башни ветрогенератора, до 2 лет — большой электростанции, состоящей из 20 и более турбин.

Расчётный срок работы ветрогенератора определен как 20-25 лет. Затем ветрогенераторы или меняются на новые или демонтируются полностью вся установка. Причем в прогрессивных странах демонтаж происходит самым тщательным образом — устраняются все следы человеческого вмешательства в природу, место установки через несколько лет полностью сливается с ландшафтом. [6]

Строительство ветряной электростанции включает следующие этапы:

·                     Временная строительная площадка — размером примерно 50 х 50 м.

·                     Из железобетона заливается фундамент ветряной башни. Бетонированная площадка (в том числе для стоянки автотранспорта), прилегающая к турбине — обеспечивает стабильную основу, на которой держится сама башня генератора.

·                     Здание контроля и управления — площадь примерно 6м х 6м, здание строится для размещения электрических распределительных устройств, приборов учета и т.д.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии пользуются огромной популярностью во всем мире. Стоит отметить, что крупнейшая интернет компания Google, также использует для своего оборудования энергию ветровых электростанций. В Австралии, США, Канаде, Европе энергия воздушных потоков используется на благо цивилизации. Страны, имеющие возможность устанавливать ветрогенераторы, наращивают потенциал ветровой энергии, возможно, что в Европе и Северной Америке в ближайшем будущем основным источником энергии станет сила ветра (сейчас этот показатель составляет от 20 до 40 %). [10]

Ветроэнергетика сохраняет лидирующие позиции в отрасли, по итогам 2009 года ее доля в секторе альтернативной энергетики составила 44%. В 2011 году были введены в эксплуатацию около 41 ГВт новых мощностей, в результате чего совокупная мощность ветряных электростанций в мире увеличилась на 21% и составила 238 ГВт. В настоящее время ветровые энергетические установки инсталлированы в 75 странах мира. Страны — лидеры по развитию ветроэнергетики: Китай (в 2011 году введено в эксплуатацию 62 ГВт мощностей), США, Индия, страны ЕС, Канада. В России за прошлый год было установлено около 6 ГВт генерирующих мощностей. На территории нашей страны в основном используются промышленные ветряные установки. С развитием отрасли появились новые интересные модели ветряных электростанций для дома, а также для группы частных домов. [4]

В каких случаях покупка ветрогенератора в России является экономически выгодным решением?

Рассматривать вопрос о приобретении ветроэнергетической установки целесообразно только тогда, когда средняя скорость ветра в вашем регионе составляет не менее 4 м/c.

Покупка ветряной электростанции для дома — оптимальное решение, если на объекте отсутствует централизованная подача электроэнергии, а стоимость проведения линий электропередач к жилому дому является неоправданно высокой.

Для коттеджных поселков, удаленных от центрального электроснабжения, возможен вариант использования ветроэнергетической установки повышенной мощности, которая сможет удовлетворять энергетические потребности сразу для группы домов.

Также приобретение ветрогенератора оправданно для дачных участков при отсутствии центральных источников энергоснабжения

На основании выше изложенного можно сделать вывод, что сегодня ветроэнергетика переживает новое рождение, т.к. наука не стоит на месте. Ограниченный запас традиционного топлива и возрастающие потребности в энергии создают почву для поиска альтернативных (возобновляемых) источников энергии. Как один из вариантов решения этой задачи является энергия ветра.

Благодаря тому, что Россия имеет огромную территорию и разные климатические зоны, развитию ветроэнергетики способствует большой технический потенциал. Из — за большого расстояния между населенными пунктами больше половины территории в России не имеют централизованного электроснабжения. Как вариант решения этой задачи можно рассматривать ветроэнергетику, перспективы развития которой большие. Возможно, в будущем Россия займет лидирующее положение по переработке энергии ветра.

 

Список литературы:

1.      http://1gw.blogspot.com/2008/07/blog-post_1989.html

2.      http://www.wetroenergetika.ru/index.php

3.      Global Wind Installations Boom, Up 31 % in 2009

4.      World Wind Energy Report 2010 (PDF).

5.      «Wind Energy Update» (PDF). Wind Engineering: 191–200.

6.      Impact of Wind Power Generation in Ireland on the Operation of Conventional Plant and the Economic Implications. eirgrid.com (February 2004).

7.      Design and Operation of Power Systems with Large Amounts of Wind Power», IEA Wind Summary Paper (PDF).

8.      Claverton-Energy.com (2009-08-28)

9.      Алексеев Б.А. Международная конференция по ветроэнергетике / Электрические станции. 1996. №2.

10. Безруких П.П. Экономические проблемы нетрадиционной энергетики / Энергия: Экон., техн., экол. 1995. №8.

11. Богуславский Э.И., Виссарионов В.И., Елистратов В.В., Кузнецов М.В. Условия эффективности и комплексного использования геотермальной солнечной и ветровой энергии // Международный симпозиум “Топливно-энергетические ресурсы России и др. стран СНГ». Санкт-Петербург, 1995.

12. Соболь Я.Г. «Ветроэнергетика» в условиях рынка (1992-1995 гг.) / Энергия: Экон., техн. экол. 1995. №11.

13. Перспективы развития ветроэнергетики в России. Салопихин Д.А., Омельченко Д.П., Чебанов К.А. Деловой журнал Neftegaz.RU. 2016. № 11-12. С. 50-54.

 

​Ветряк для выработки электроэнергии: сколько стоит, как работает, примеры

Ветроэлектростанции (ВЭС), или как их еще называют ветряки – это устройства, преобразующие энергию движения ветра в электричество. Электричество, получаемое при помощи ветряков, является простым и экологичным источником энергии, поэтому в некоторых частях земли построены огромные комплексы, объединяющие множество ветрогенераторов в единую сеть. Такие массивы способны обеспечивать электроэнергией крупные населенные пункты, и даже целые регионы. Но для питания частного дома достаточно одного небольшого ветряка, и получать электричество при его помощи можно практически в любой местности.

Содержание

Классификация ВЭС

Существует множество разновидностей ВЭС, и все их можно классифицировать по различным признакам. Основным отличительным признаком являются конструктивные особенности. По конструкции они подразделяются на роторные и крыльчатые. По способу расположения выделяют следующие виды:

• Наземные;
• Прибрежные;
• Плавающие;
• Офшорные.

А по функциональному назначению ветряные электростанции бывают стационарные и мобильные.

Наиболее популярной конструкцией для промышленного получения электрической энергии являются ветряки крыльчатого типа. Они позволяют вырабатывать больше энергии, но, при этом, роторные конструкции издают меньше шума и не так сильно зависят от направления ветра.

Принцип работы

Все современные ветряки работают по проверенному веками принципу ветряной мельницы. Только в данном случае энергия вращения лопастей передается не на механический привод, а на генератор, при вращении ротора которого вырабатывается электричество. Затем электроэнергия накапливается в блоке аккумуляторных батарей и через инвертор передается к потребителям. Для обеспечения электроснабжения большого количества потребителей требуется объединение ветряков в единую сеть.

Для изготовления ветряка применены следующие элементы:

• Лопасти;
• Ротор турбины;
• Редуктор;
• Контроллер;
• Ось электрического генератора;
• Генератор
• Инвертор;
• Аккумулятор.

Для изготовления пропеллера можно использовать практически любые материалы, обеспечивающие достаточную парусность. Это может быть парусный ветряк из прочной ткани, ветряк из бочки или пластиковых бутылок. При изготовлении миниатюрной установки ветряк можно сделать даже из бумаги.

При изготовлении ветряка своими руками можно использовать ротор из шуруповерта или двигатель от любой бытовой техники. Для изготовления самодельного генератора для ветряка подойдет шаговый двигатель от принтера, а автомобильный генератор можно использовать практически без переделки.

Шаговый двигатель

Электрическая схема генератора на шаговом двигателе

С появлением на российском рынке неодимовых магнитов, популярность приобрела схема изготовления низкооборотистого аксиального генератора для ветряка на этих магнитах.

Подключение ветряка к генератору

При изготовлении своими руками ветряка мощностью до 3 кВт и рабочим напряжением 220В можно воспользоваться идеей разработки российской компании Аэрогрин. В конструкции данного ветряка применен принцип роторной авиационной турбины. В качестве лопастей используются небольшие лопатки из полимерных материалов. Вся конструкция укрыта кожухом из звукопоглощающего материала. Такой ветряк не тратит энергию на поиск ветра, создает минимум шума и не раздражает соседей постоянно вращающимися лопастями.

Сколько стоит ветряк

Для того чтобы купить ВЭС заводского производства в России можно сравнить цены на ветряки для выработки электроэнергии от различных производителей. Лучше всего для этого указать в запросе поисковой системы свой регион, это позволит быстрее найти поставщиков, которые работают ближе к планируемому месту установки ветряка и сэкономить на доставке и установке. Например, при необходимости организовать электроснабжение дачи в Ленинградской области, в поисковой строке можно набрать следующий запрос: «купить ветряк для частного дома цена СПб».

Приобрести можно как комплекс целиком, так и отдельные детали. Если лопасти и ротор можно изготовить самостоятельно, то генератор для ветряка можно купить по сравнительно низким ценам.

Выбор конструкции ветрогенератора

Основной проблемой при выборе конструкции ветряка является выбор между ветряками с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Однозначного ответа на вопрос, какой ветряк лучше горизонтальный или вертикальный, не существует.

Классический ветрогенератор имеет горизонтальную ось вращения и механизм поиска ветра, работающий по принципу флюгера. Для его раскручивания необходим ветер, дующий со скоростью 7 – 8 м/с.

Тогда как спиралевидные ветряки с вертикальной осью вращения не так сильно зависят от скорости и направления ветра.

Но самое широкое распространения ВЭС получили на территории Крымского полуострова. В силу своего географического положения Крым имеет возможность использовать энергию ветра с максимальной пользой. Ветряки в Крыму расположены практически везде, где позволяет местность. Здесь расположено несколько крупных ветряных электростанций. На самой крупной из них работают 127 ветрогенераторов.

В прошлом году в Ульяновске был запущен комплекс из 14 ветряков общей мощностью более 30МВт. Строительство ветряной электростанции начато и в республике Адыгея. Планируется, что ветряки, установленные в Адыгее, будут давать мощность в 150МВт.

Также в прошлом году начало свою работу совместное российско-испанское предприятие по выпуску ветряков в Таганроге. Производство организовано на заводе «Красный котельщик».

Ветряки в Европе

Для многих европейских стран наличие ветряков в некоторых регионах уже давно стало привычным делом. Причем устанавливают их не только на суше но и в море.

Лидерами по производству и использованию ветряков являются Франция, Германия и скандинавские страны.

В последнее время в европейских странах построено множество гигантских ветряков. Например, одним из крупнейших ветряков в Германии является огромная башня высотой 120м с ротором, каждая из трех лопастей которого имеет длину 52 м, ширину 6 м и весит 20 т. Это гигантское сооружение построено под Магдебургом в 2002 году и его мощность составляет 4,5 МВт.

На данный момент самым большим в мире ветряком считается ветрогенератор мощностью 7 МВт и высотой 141 м, расположенный рядом с немецким городом Эмден. Но в ближайшее время в Норвегии планируется запуск ветряка высотой 162 м, который сможет обеспечить электроэнергией около 2000 домов.

Принцип работы ветряной электростанции

Привет друзья, в этой статье я обсуждаю принцип работы ветряной электростанции .

Энергия ветра является косвенной формой солнечной энергии, поскольку ветер создается в основном за счет неравномерного нагрева земной коры солнцем. Кинетическая энергия ветра может быть использована для производства с помощью ветряной турбины.

Когда набегающий поток ветра взаимодействует с ротором турбины, он передает часть кинетической энергии ротору, из-за чего его скорость уменьшается.Эта разница в кинетической энергии преобразуется в механическую энергию. Это основной принцип работы ветряной электростанции .

Полная энергия ветра равна поступающей кинетической энергии ветрового потока. Его можно выразить как:

Общая ветровая энергия, P _т = (ρAC _i ³ ) / 2

Где ρ = плотность воздуха (кг / м ³ )
A = рабочая площадь ротора = πr ² (r = радиус лопастей в метрах)
C _i = скорость набегающего ветра (в м / с).

Плотность воздуха (ρ) несколько сложна, поскольку она зависит от определения «идеального» воздуха, температуры, высоты и содержания водяного пара. Это приблизительно 1,2 кг / м. ³ на уровне моря и комнатной температуре, значение, которое является достаточно точным для наших целей.

Из приведенного выше уравнения ясно, что общая мощность ветрового потока пропорциональна кубу скорости набегающего ветра, плотности воздуха и рабочей площади ротора. Следовательно, любое небольшое увеличение скорости ветра может привести к значительному увеличению развитой ветровой энергии.

Ветрогенератор с горизонтальной осью

Генераторы ветряных турбин с горизонтальной осью успешно используются во всем мире. Основные компоненты винтового ветрогенератора показаны на рисунке.

• Обычно он имеет два из трех лезвий, сделанных из пластика, армированного стекловолокном высокой плотности. Диаметр ротора от 2 до 25 м. Современные роторы могут быть до 100 м в диаметре. Лопасти ротора собраны на ступице.
• Ступица, тормоза, коробка передач, генератор с электрическим управлением размещены в коробке под названием гондола .
• Электромагнитные тормоза предназначены для автоматического торможения, если скорость ветра превышает расчетную.
• Вся система установлена ​​на верхней части башни. Он предназначен для выдерживания ветровых нагрузок во время штормов.
• Механизм управления рысканием также предусмотрен для регулировки гондолы вокруг вертикальной оси, чтобы она была обращена ветром. Сервомеханизм, управляемый датчиком направления ветра, управляет гондолой таким образом, чтобы лопасти турбины всегда были ориентированы в направлении, перпендикулярном ветру, чтобы иметь максимальную площадь ветрового потока.
• Шаг лезвия (от 0 ^o до 30 ^o ) регулируется автоматически, чтобы обеспечить флюгирование. Таким образом, мощность и скорость вала ветряной турбины регулируются в соответствии со скоростью генератора и его электрической мощностью. Механизм управления высотой звука регулирует высоту звука для достижения оптимальной производительности.
• Энергия ветра преобразуется в механическую энергию с помощью аэротурбины. Эта механическая мощность передается через шестерни на генератор, чтобы увеличить его скорость.Поскольку частота вращения ротора низкая, необходима зубчатая передача, чтобы соответствовать синхронной скорости генератора.
• Из-за колебаний скорости ветра невозможно получить питание фиксированной частоты от ветряных мельниц. Чтобы решить эту проблему, выходной сигнал трехфазного генератора выпрямляется и преобразуется в переменный ток с помощью инвертора с ШИМ, работающего на частоте 50 или 60 Гц.

Выбор площадки для ветряной электростанции

Поскольку мы знаем, что общая ветровая энергия от свободного потока ветра увеличивается как куб скорости ветра, поэтому расположение ветряной электростанции следует выбирать очень тщательно. Энергия ветра может использоваться там, где скорость ветра достаточно высока в диапазоне от 8 до 40 км / ч.

Такие скорости ветра доступны вдоль морского побережья на больших высотах и ​​в холмистой местности. Некоторые из важных критериев выбора места для установки системы преобразования энергии ветра (WECS) следующие:

• WECS следует располагать там, где доступны высокие средние скорости ветра в диапазоне от 6 м / с до 30 м / с в течение года.
• WECS должен располагаться вдали от городов и лесов, поскольку здания и леса обладают устойчивостью к ветру.
• Скорость ветра необходимо измерять на нескольких высотах, поскольку скорость ветра увеличивается с высотой.
• Конструкция башни должна быть адекватной, чтобы выдерживать максимальные скорости ветра, наблюдаемые в последние несколько лет в районе установки.

Преимущества и недостатки ветряной электростанции

Преимущества

• Это бесплатный и неисчерпаемый источник энергии.
• Это чистый и экологически чистый источник энергии.
• Имеет низкие эксплуатационные расходы.
• Он имеет низкую стоимость производства электроэнергии (около 2,25 рупий / кВтч).

Недостатки

• В настоящее время капитальные затраты на ветроэлектростанции высоки. Это около рупий. 3,5 крор / МВт.
• Энергия ветра очень изменчива по своей природе. Из-за этих колебаний очень сложно спроектировать ветроэнергетическую систему. Эта проблема также требует предоставления подходящего запоминающего устройства для обеспечения непрерывного энергоснабжения.
• Сильные колебания скорости ветра во время шторма могут привести к повреждению ветряных мельниц.
• КПД системы находится в диапазоне от 35 до 44%.
• Ветряная мельница вызывает звуковое загрязнение. Большой звук слышен в нескольких километрах.

Спасибо, что прочитали о принципе работы ветряной электростанции .

Электростанции | Все сообщения

© https://yourelectricalguide.com/ Принцип работы ветряной электростанции.

Как работает ветряная электростанция? — Полное объяснение

Введение

Энергия ветра — это возобновляемый источник энергии, доступный по всему миру в изобилии.Чтобы использовать этот природный ресурс наилучшим образом, разработаны ветряные турбины. Ветряная турбина может работать при скорости ветра от 15 до 90 км / ч и широко используется во всем мире. Ветряные электростанции используются для выработки электроэнергии в районах с сильным ветром с помощью ветряных турбин.

Что создает ветер?

Почти 2% солнечной энергии, поступающей на Землю, преобразуется в энергию ветра. Это происходит из-за неравномерного нагрева поверхности земли, что вызывает различные зоны низкого давления, и молекулы воздуха перемещаются из зоны высокого давления в зону низкого давления, что создает ветер.Вращение земли и неровности поверхности заставляют ветер двигаться по случайной траектории вокруг Земли. Этот поток ветра извлекается на ветряной электростанции, чтобы вращать генераторы, производящие электричество.

Что такое ветряная электростанция?

Когда на земле установлено несколько ветряных турбин, это называется ветряной электростанцией. Вся электроэнергия, вырабатываемая каждой отдельной башней, подается на электрическую подстанцию ​​через сеть передачи.

Прежде чем вкладывать деньги в этот бизнес, необходимо убедиться, что расположение ветряной электростанции играет решающую роль в ее успехе.

Морская установка имеет хороший воздушный поток круглый год. Единственным недостатком является стоимость строительства, монтажа и сложности при обслуживании установки. Кроме того, подводные кабели используются для передачи тока на сушу, где можно легко использовать местные линии электропередачи. Кроме того, следует также иметь в виду, что скорость ветра на морских объектах достигает нескольких миль / час, поэтому проектирование машины также является первоочередной задачей. фактор, который следует иметь в виду.

Местоположение береговой ветряной электростанции требует гораздо больше исследований и затрат времени, чтобы найти правильное место, прежде всего, датчики скорости, температуры и направления ветрового потока установлены повсюду на принимаемой во внимание территории. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Данные этих датчиков анализируются в течение нескольких месяцев, чтобы решить, подходит ли это место для установки или нет. Как только вы выберете правильное место, будет легко построить и установить завод.

На пути ветра не должно быть никаких препятствий, поэтому избегайте турбулентности воздушного потока, достигающего лопастей. Поэтому береговую установку не следует устанавливать в долине. Лучшее место для установки на суше — вершина холма, где мы можем получить почти обтекаемый поток воздуха без какой-либо турбулентности или открытой местности.Если есть какое-либо препятствие в потоке воздуха даже перед открытой площадкой, оно должно быть вдвое длиннее башни, тогда это не повлияет на мощность, генерируемую башней.

Поскольку ветряные электростанции имеют переменную выработку электроэнергии из-за колебаний скорости ветра в течение дня, они должны разработать план резервного электроснабжения, чтобы поддерживать постоянное электроснабжение. Прогноз погоды также играет важную роль в определении доли использования альтернативных источников в ближайшие несколько дней.

Индия производит 1500 МВт электроэнергии с помощью своей наземной ветряной электростанции Маппандал, второй по величине в мире по производству электроэнергии после китайской ветряной электростанции Ганьсу, производящей 6000 МВт электроэнергии.

Также читайте:

Принцип работы ветряной турбины

Все ветряные турбины, используемые сегодня, представляют собой машины с горизонтальной осью и 3-х лопастным ротором, вращающимся в вертикальной плоскости. Для вращения этих лопастей используется энергия ветра, которые установлены на высоте почти 40 метров.Таким образом, кинетическая энергия ветра преобразуется в механическую. Эта механическая энергия затем преобразуется в электрическую с помощью генератора.

Основные части ветряной турбины

Это машина с горизонтальной осью с 2-3 лопастями ротора, которые вращаются в вертикальной плоскости, эти лопасти установлены на ступице, и эта ступица соединена с коробкой, называемой гондолой.

1. Гондола —

Названа в честь обшивки авиационного двигателя. Это стеклянная трубка, в которой находятся коробка передач, тормоза и генератор.Однако для турбин мощностью до 2 МВт / ед. Высоковольтный трансформатор также размещается в самой гондоле. Также у него есть датчики направления и скорости, установленные как можно ближе к гондоле, чтобы предотвратить попадание на них грязи, исходящей от лопастей.

2. Коробка передач-

Вал, соединенный со ступицей, напрямую входит в коробку передач и увеличивает ее частоту вращения до необходимого уровня. Это самая тяжелая часть гондолы.

3. Тормоза —

Тормоза используются, когда ветер дует выше критического уровня на ту же турбину из-за повреждения.Тормоза установлены сразу за коробкой передач.

4. Генератор-

Он преобразует энергию быстро вращающегося вала в электрическую, и, наконец, трансформатор высокого напряжения преобразует ее в высокое напряжение, чтобы быть готовым к работе в линиях передачи.

5. Башня —

Это цилиндрическая конструкция, на которой установлена ​​гондола. Для субмегаваттной турбины, вырабатывающей до 400-600 Вт мощности, ее высота может варьироваться от 25 до 45 метров. Однако диаметр этого цилиндра уменьшается по мере того, как мы поднимаемся на башню.Кабель передачи от генератора спускается внутри этой башни к высоковольтному трансформатору. Внутри башни есть лестница с деревянными площадками на разной высоте. Платформа, соединенная с гондолой, называется платформой рыскания.

6. Платформа рыскания —

Это стальная платформа наверху башни, которая помогает гондоле отклоняться от курса в направлении ветра. У него также есть тормоза в некоторых ветряных турбинах высокого класса, чтобы поддерживать направление гондолы.

Читайте также:

Работа ветроэлектростанции

Лопасти ветряной турбины работают как аэродинамический профиль разного сечения по всей длине.Когда жидкость (воздух) движется по этому аэродинамическому профилю, она создает подъемную силу, заставляя лопасть вращаться вокруг своей оси. Генератор также подключен к ротору, вал начинает вращаться и вырабатывает электричество.

Теперь мы все знаем, что вращающиеся лопасти могут дать нам электричество. Но скорость ветра продолжает меняться со временем, поэтому мы получаем колебания мощности. Чтобы преодолеть это, определяется пороговая скорость, при которой турбина начнет вращаться, ниже которой используются тормоза для предотвращения вращения лопастей.А при высокой скорости ветра применяются тормоза, чтобы предотвратить повреждение турбины.

Двигатели и датчики используются для вращения лопастей вокруг своей оси, чтобы они могли регулироваться в соответствии с изменяющимся направлением ветра. И извлекать максимальную мощность из ветра. Лопасти также вращаются, чтобы остановить вращение турбины, это означает, что они ориентированы таким образом, что подъемная сила не будет создаваться даже при дующем ветре.

На ветряной электростанции турбины должны быть соединены между собой, чтобы получить от них максимальную отдачу.Они связаны друг с другом системой сбора энергии среднего напряжения, обычно около 35,5 кВ, а также сетью связи, которая помогает им общаться.

Для лучшего объяснения посмотрите видео, приведенное ниже:

Преимущества

• Воздух как топливо является бесплатным и неисчерпаемым.
• Это чистый источник энергии, не загрязняющий окружающую среду.
• Стоимость электроэнергии слишком низкая, и ветряная турбина может использоваться более 20 лет.
• Это дешево, поскольку требуются только затраты на установку и обслуживание.
• Энергия ветра — один из самых быстрорастущих секторов во всем мире, поэтому он создает много рабочих мест в производстве, установке и техническом обслуживании.

Недостатки

• Требуется много исследований и усилий, чтобы выбрать место, где должна быть установлена ​​ветровая электростанция, из-за изменчивого характера ветра.
• Его первоначальная стоимость установки слишком высока, поэтому для установки турбины вам придется пройти обследование, чтобы определить скорость ветра в этом месте.Все это увеличивает стоимость.
• Это самый большой недостаток для местной популяции птиц, поскольку они умирают из-за столкновения с лезвиями.
• Шумовое загрязнение — один из основных недостатков.
• Ветряная электростанция пригодна только для стран с прибрежной или холмистой местностью.

Приложения

• В основном используется для производства электроэнергии.
• Также используется для перекачки воды через многолопастную турбину.

Ветроэнергетика — еще один чистый и зеленый способ производства электроэнергии

Мы хорошо понимаем, насколько важно максимально использовать возобновляемые источники энергии.Обычные энергоресурсы, такие как ископаемое топливо, являются исчерпаемыми и могут когда-нибудь исчезнуть, если мы продолжим их использовать текущими темпами. Вот почему разрабатываются технологии для эффективного и надежного сбора электроэнергии из возобновляемых источников энергии, таких как гидроэнергия, солнечная энергия, энергия ветра, геотермальная энергия и т. Д. Ветер является одним из важных возобновляемых ресурсов, которые мы могли бы использовать. Человеческие цивилизации использовали энергию ветра тысячи лет. Раньше ветряные мельницы использовались для откачки воды из колодца или для измельчения зерна, но сценарий сильно изменился, и мы используем ветряные мельницы для выработки электроэнергии.В этой статье объясняется , как электричество генерируется из энергии ветра, то есть энергии ветра .

Как работает ветровая энергия?

Ветер обладает кинетической энергией, которая может быть преобразована в электрическую. Для преобразования кинетической энергии ветра в электричество используются ветряные турбины. Ветер вращает лопасти турбины, вал которой механически соединен с электрогенератором. Основной принцип работы ветряной турбины так же прост, как и звучит! Но да, для использования максимальной энергии ветра настоящие ветряные турбины немного сложны.Они делятся на два основных типа: ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) и ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT). Они также доступны в различных размерах и номиналах. Вы также можете найти ветряную турбину на крыше, которая может быть установлена ​​на крыше вашего дома и будет обеспечивать ваши потребности в электроэнергии. С другой стороны, большая ветряная турбина с горизонтальной осью может быть выше 300 футов. Речь идет не только об одном доме, но и о ветряных электростанциях (также называемых ветряных электростанциях), которые подключены к электросети.Многие страны пытаются увеличить долю энергии ветра в общей выработке.

Ветряная электростанция (или ветряная электростанция) состоит из множества отдельных ветряных турбин, сгруппированных вместе. В мире существует множество примеров крупных ветряных электростанций мощностью около пары тысяч МВт. Ветряная электростанция также может быть расположена на берегу. Местоположение выбирается исходя из доступности и средней скорости ветра в этом месте. Таким образом, часто они располагаются на больших высотах.
[Также читайте: Электростанции]

HAWT (ветряная турбина с горизонтальной осью)

Ветровые турбины с горизонтальной осью чаще всего используются в ветряных электростанциях. На рисунке ниже показаны различные основные компоненты ветряной турбины с горизонтальной осью.

• Башня: Башня обычно имеет цилиндрическую форму высотой от 25 до 90 метров. Внутри башни предусмотрена возможность подъема наверх для технического обслуживания.
• Лопасти ротора: Обычно в ветряных электростанциях используются трехлопастные ветряные турбины.Длина лопастей ротора составляет от 20 до 40 метров. Они сделаны из легкого материала, такого как полиэстер, армированный стекловолокном, или древесная эпоксидная смола. Когда дует ветер, лопасти ротора вращаются со скоростью от 10 до 60 об / мин.
• Гондола: Она установлена ​​наверху башни и в ней размещены редуктор и генератор. К нему также прикреплен механизм контроля скорости и направления ветра.
• Коробка передач: Он принимает более низкие обороты от лопастей ротора и обеспечивает более высокие обороты генератора через расположение шестерен.(Есть и ветряки с прямым приводом, в которых редуктор отсутствует.)
• Генератор: Узел ротора соединен с генератором через редуктор. Таким образом, когда ротор вращается, он приводит в действие генератор и, следовательно, вырабатывается электричество.
• Механизм поворота вокруг вертикальной оси: Для повышения эффективности лопасти ротора должны быть обращены в сторону ветра. Но поскольку направление ветра время от времени меняется, имеет смысл повернуть роторный узел в сторону изменившегося направления ветра.Механизм рыскания делает это!

Принцип работы ветряной турбины — MA.FRA. Gestioni

Данные о скорости ветра можно получить из карт ветров или в метеорологической службе. К сожалению, общая доступность и надежность данных о скорости ветра во многих регионах мира крайне низки. Однако в значительных регионах мира среднегодовая скорость ветра превышает 4-5 м / с (метров в секунду), что делает маломасштабную ветроэнергетику привлекательным вариантом.Важно получить точные данные о скорости ветра для данного участка, прежде чем можно будет принять какое-либо решение относительно его пригодности. Методы оценки средней скорости ветра можно найти в соответствующих текстах (см. Раздел «Ссылки и ресурсы» в конце этого информационного бюллетеня).

Сила ветра пропорциональна:

• площадь ветряной мельницы, уносимая ветром
• куб скорости ветра
• плотность воздуха — которая меняется с высотой

Формула, используемая для расчета мощности ветра, показана ниже:

P = ½.ρ.A.V ³

где, P — мощность в ваттах (Вт)

ρ — плотность воздуха в килограммах на кубический метр (кг / м ³ )
A — рабочая площадь ротора в квадратных метрах (м ² )
V — скорость ветра в метрах в секунду (м / с)

Тот факт, что мощность пропорциональна кубу скорости ветра, очень важен. Это можно продемонстрировать, указав, что если скорость ветра удваивается, сила ветра увеличивается в восемь раз.Поэтому стоит найти участок с относительно высокой средней скоростью ветра.

Ветер в ваттах

Хотя приведенное выше уравнение мощности дает нам мощность ветра, фактическая мощность, которую мы можем извлечь из ветра, значительно меньше, чем предполагает эта цифра. Фактическая мощность будет зависеть от нескольких факторов, таких как тип используемой машины и ротора, сложность конструкции лопастей, потери на трение и потери в насосе или другом оборудовании, подключенном к ветряной машине.Существуют также физические ограничения на количество энергии, которое реально может быть извлечено из ветра. Теоретически можно показать, что любая ветряная мельница может извлекать максимум 59,3% энергии от ветра (это известно как предел Беца). На самом деле, эта цифра обычно составляет около 45% (максимум) для большой турбины, производящей электричество, и от 30% до 40% для ветряного насоса (см. Раздел о коэффициенте производительности ниже). Итак, изменив формулу «Сила ветра», мы можем сказать, что мощность, вырабатываемая ветряной машиной, может быть выражена следующим образом:

P _M = ½.Cp.ρ.A.V ³

где,

P _M — мощность (в ваттах), доступная от машины
C _p — коэффициент полезного действия ветряной машины

Также стоит иметь в виду, что ветряная машина будет работать с максимальной эффективностью только часть времени, в течение которого она работает, из-за колебаний скорости ветра. Грубую оценку мощности ветряной машины можно получить с помощью следующего уравнения;

P _A = 0.2 А В ³

где,

P _A — средняя выходная мощность в ваттах за год
V — среднегодовая скорость ветра в м / с

Есть два основных физических принципа, с помощью которых можно извлекать энергию из ветра; они возникают за счет создания подъемной силы или силы сопротивления (или комбинации этих двух). Разница между сопротивлением и подъемной силой иллюстрируется разницей между использованием паруса спинакера, который наполняется как парашют и тянет парусную лодку по ветру, и бермудского парусного вооружения, знакомого треугольного паруса, который отклоняется от ветра и позволяет парусной лодке двигаться. путешествовать по ветру или слегка навстречу ветру.

(PDF) ВЕТРОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ — ТИПЫ, КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ

Ветровые электростанции — Типы, конструкция и принципы работы

Ось ветряной турбины вращается со скоростью не более 20 об / мин. Редуктор предназначен для увеличения скорости вращения с

до 1200-1800 об / мин, скорости, которая лучше подходит для работы генератора. Изменения ветровых условий

создают очень непостоянные и трудно предсказуемые высокие силы, которые создают большую нагрузку

на коробку передач, особенно на подшипники и зубья.В некоторых конструкциях используется планетарная передача

с планетарными шестернями, вращающимися вокруг зубчатого колеса, в то время как в других используются червячные передачи, в то время как производители

продолжают увеличивать прочность шестерен и подшипников, редукторы продолжают требовать частого обслуживания из-за суровых условий эксплуатации. условия, вызванные переменными ветровыми нагрузками.

Ремонт коробки передач — одно из самых затратных сервисных мероприятий. Например, замена поврежденного редуктора

в большой ветряной турбине требует затрат до 1 миллиона евро.Большинство крупных ветряных турбин

оснащены гидравлической или пневматической системой зажима тормозных дисков. Некоторые из турбин

используют высокоэффективные тормозные системы; однако стандартным решением является переключение на холостой ход

с использованием системы изменения шага и тормозной системы для остановки только ротора и предотвращения его свободного вращения

.

3. Генераторы и система управления ветряных электростанций

Важной частью ветряной турбины является генератор, преобразующий механическую энергию в

электрическую.По мере увеличения скорости вращения генератора его размер и вес уменьшаются. Генераторы

содержат только один или два подшипника, которые подвергаются большой нагрузке. Правильная установка вала генератора

относительно вала коробки передач имеет решающее значение для правильной работы всей турбинной системы

. Генераторы можно разделить на три основные группы:

а) индукционные генераторы,

б) генераторы на постоянных магнитах,

в) синхронные генераторы.

В прошлом синхронные генераторы редко использовались из-за необходимости точной настройки на частоту

электросети. Однако в последнее время этот тип конструкции

успешно возвращается в турбины с прямым приводом. В крупных ветряных турбинах

обычно используемых генераторов представляют собой индукционные генераторы, вырабатывающие переменный ток (AC) 50-60

Гц. Преимуществом использования индукционных генераторов является их простая конструкция и определенная гибкость приблизительно

в отношении скорости вращения, что позволяет турбинной системе

адаптироваться к случайным порывам ветра.В течение многих лет конструкция индукционных генераторов

претерпевала изменения, среди которых было внедрение энергоэлектронных систем

, называемых преобразователями мощности, которые позволяют регулировать частоту вращения. Преобразователи энергии

также синхронизируют генераторы с электросетью.

В турбинах для коммунальных предприятий все чаще используются генераторы с постоянными магнитами.

Постоянные магниты, используемые в современных конструкциях генераторов, изготовлены из редкоземельных металлов, что позволяет

создавать более сильное магнитное поле.Более высокая цена таких материалов — их главный недостаток

. Несмотря на то, что генераторы на постоянных магнитах больше и дороже, чем индукционные генераторы

, они предлагают меньшие потери мощности, повышенную надежность и эффективность, даже

при работе при низкой нагрузке.

Рис. 11. Преобразователь мощности (a) и генератор на постоянных магнитах (b) [2]

Unauthentifiziert | Heruntergeladen 20.03.20 09:54 UTC

Wind Power Generation — обзор

5.1 Потребность в прогнозировании выработки ветровой энергии в электроэнергетических системах

Ветровая энергия, которая может преобразовывать кинетическую энергию ветра в электрическую без серьезного ущерба окружающей среде, считается одним из наиболее перспективных распределенных источников энергии в мире. Относительно дешевая стоимость установки ускоряет установку ветроэнергетики в мире. Глобальный совет по ветроэнергетике сообщил, что годовая глобальная установленная мощность в 2014 году превысила 50 ГВт, а глобальная совокупная мощность ветроэнергетики выросла в геометрической прогрессии, как показано на рис.5.1 [1].

Рисунок 5.1. Глобальный рост ветроэнергетики.

(a) Годовая установленная мощность; (б) совокупная установленная мощность.

Производство ветровой энергии привлекает своими достоинствами по стоимости, экологичности, устойчивости, огромным размерам и повсеместному распространению; однако недостатки, такие как прерывистость, изменчивость и неопределенность, по-прежнему остаются технологическими проблемами. Как указано в разделе 5.2.1, мощность, вырабатываемая ветровой энергией, изменяется в зависимости от изменения скорости ветра.

В типичных электроэнергетических системах общая выработка обычных генераторов, таких как тепловые, гидро- и / или атомные электростанции, должна удовлетворять общий спрос (потребление электроэнергии) в каждый момент для поддержания частоты системы. Системный оператор обеспечивает адекватное регулирование частоты с помощью еженедельного / суточного расписания генерации, включая обязательства единиц, оперативное распределение экономической нагрузки и управление частотой на основе характеристик спада скорости, которые охватывают различные временные области.Целью составления расписания генерации является поиск наиболее экономичного графика генерации, который может удовлетворить прогнозируемый спрос в предстоящую неделю / день и удовлетворить статические и динамические эксплуатационные ограничения, такие как ограничения мощности, ограничения напряжения, обеспечение запаса регулирования и другие критерии для стабильность, надежность и безопасность. Здесь прогноз спроса, рассматриваемый в процессе планирования, должен быть прогнозом спроса, который должен быть обеспечен обычными генераторами, или чистым спросом (фактический спрос минус общий объем производства систем производства возобновляемой энергии).То есть, выработка ветровой энергии в течение целевого периода должна прогнозироваться с таким же или более высоким временным разрешением (обычно 30 минут в процессе ежедневного планирования) в энергосистеме с массовым проникновением ветряных генераторов. Поскольку данные прогноза, используемые при планировании генерации, содержат ошибки, системная частота отклоняется, даже если генераторы работают по расписанию. Диспетчер экономической нагрузки онлайн изменяет график выработки на основе краткосрочных (от нескольких минут до нескольких часов вперед, в зависимости от страны и региона) спроса и прогнозов ветроэнергетики.Колебания чистой потребности в течение интервала планирования также влияют на частоту системы. По мере роста производства ветровой энергии краткосрочные колебания чистого спроса также увеличиваются. Это кратковременное отклонение частоты покрывается с помощью регуляторов частоты первичной и вторичной нагрузки, при которых выходная мощность генератора автоматически регулируется в пределах первичного и вторичного резервов, обеспечиваемых в процессе планирования генерации. То есть понимание характеристик колебаний выработки ветровой энергии также является важным фактором для оценки адекватного уровня запаса запасов.

Как описано выше, прогноз выработки ветровой энергии становится важной технологией для стабильной работы энергосистемы с массовыми выработками ветровой энергии. Фактически, некоторые региональные системные операторы (RSO) / независимые системные операторы (ISO) и операторы систем передачи (TSO), такие как Bonneville Power Administration, Electric Reliability Council of Texas и New York ISO в США, Alberta Electric System Operator в Канаде. , 50Hertz в Германии, EirGrid в Ирландии, Energinet в Дании, Tohoku-EPCO в Японии и т. Д. Интегрировали функцию прогнозирования выработки ветровой энергии в свои операции планирования выработки и / или оперативного распределения экономической нагрузки [2].

Другая потребность в прогнозе выработки ветровой энергии возникает со стороны владельца / инвестора ветряной электростанции. В некоторых странах и регионах ветряным электростанциям разрешено продавать свою электроэнергию на рынке электроэнергии на сутки вперед, где участники рынка должны показать свой график выработки на следующий день. Для ветряных электростанций график выработки электроэнергии следует планировать на основе прогноза ветроэнергетики на сутки вперед. Если внутридневной рынок станет более популярным, возникнет потребность в краткосрочном прогнозе.

Принцип работы ветряной турбины и как ее сделать

Сегодня мне нужно обсудить, как работает ветряная турбина . Этот вопрос пару раз поднимался в обсуждениях, которые я вел с другими мастерами, и ответ на это обращение был шокирующе прямолинейным. Очевидно, что краткий ответ на запрос заключается в том, что ветряная турбина работает, улавливая энергию ветра и преобразуя ее в энергию. С этого момента эта энергия отправляется по проводам в ваш дом, на навес для машины или в систему хранения жизненных сил (обычно аккумуляторы).

Принцип работы ветряной турбины

Однако, как правило, мы можем пойти гораздо глубже, не слишком запутавшись; это о материальных науках о ловле ветра. Чтобы хорошо обрисовать тему, мы должны обсудить два компонента. Прежде всего, мы должны скрыть, как улавливается жизненная сила ветра. С этого момента мы должны обсудить, как эта моторная жизнеспособность трансформируется в полезную энергию.

Как работает ветряная турбина — улавливание ветра

Для начала нам нужно скрыть одну прямую мысль.Ветряная турбина улавливает поступательную силу ветра и после этого использует это ограничение для поворота заостренных кусков стали. На самом деле здесь происходит то, что мы берем поступательную силу ветра и преобразуем ее в боковой толчок, чтобы повернуть заостренные куски стали. Конфигурация с острыми краями вашей ветряной турбины действительно является тем, что зависит от этого обмена жизненной силой. Используя наклонную или изогнутую заостренную сталь (обычно как наклонную, так и изогнутую), ветер перенаправляется по такому пути до такой степени, что ветер толкает его в сторону и, таким образом, поворачивает край.

Очевидно, нам также необходимо обсудить хвостовую часть вашей турбины. Без него боковой привод, толкаемый изгибом ваших режущих кромок, мог бы перевернуть весь сборник турбины, а не просто заточенные куски стали. В то время как ветер толкает вас в стороны, чтобы повернуться, он также течет прямо, позволяя хвостовику, который удерживает сборку против ветра, и позволяет вашим заостренным кускам стали свободно поворачиваться.

Как работают ветряные турбины — преобразование энергии ветра в электричество

Когда мы понимаем, как ветер толкает силу, чтобы поворачивать режущие кромки, нам дополнительно необходимо обсудить, как генерируется энергия.Позади заостренной стальной сборки находится магнитный ротор , который прикреплен к полюсу, который, таким образом, соединен с вашим ветрогенератором. В большинстве частных случаев ветрогенератор — это нечто столь же простое, как двигатель постоянного тока.

Если вы понимаете основы энергии, вы можете понять, что, поворачивая магниты вокруг передатчика, вы управляете энергией. В основном это то, чем является двигатель постоянного тока. Он состоит из сильных магнитов , которые могут вращаться вокруг токопроводящего фокуса.По мере того, как края вашей турбины вращаются на ветру, полюс вращает ваши магниты в вашем двигателе постоянного тока, который обрабатывает полезную мощность. В основном это работа ветряных турбин, и, несмотря на то, что мы только что исследовали физику, лежащую в основе всего, теперь у вас есть превосходное понимание того, как ловить ветер, чтобы приводить в действие ваш дом.

Заключение

Спасибо, что прочитали нашу статью, и мы надеемся, что она поможет вам лучше понять принцип работы ветряной турбины .Если вы хотите купить магнитные изделия, мы советуем вам посетить Stanford Magnets для получения дополнительной информации.

Являясь одним из ведущих мировых поставщиков магнитов, Stanford Magnets имеет более чем двадцатилетний опыт производства и продажи всех видов магнитных изделий, обеспечивая клиентов высококачественными постоянными магнитами из редкоземельных элементов продуктов например, неодимовые магниты и другие постоянные магниты, не являющиеся редкоземельными элементами, по очень конкурентоспособной цене.