Ветроэнергетические установки: устройство и технические характеристики

Энергоснабжение регионов России распределено крайне неравномерно. Имеются энергоизбыточные регионы, обладающие большими возможностями в обеспечении регионов, есть и районы с нехваткой энергоресурсов, нуждающиеся в поставках извне. Примечателен факт, что местности без электроснабжения встречаются в обоих категориях регионов, независимо от общей обеспеченности. Поэтому населению таких пунктов приходится изыскивать способы решения вопроса своими средствами.

Наиболее частым методом решения вопроса являются дизельные электростанции, которые обходятся довольно дорого и нуждаются в постоянных поставках топлива. Расходы на обслуживание и заправку таких устройств вынуждают вести поиск альтернативных источников. В последнее время внимание потребителей все чаще бывает сосредоточено на ветрогенераторах, так как этот источник абсолютно бесплатный, присутствует повсеместно, обладает большими возможностями в сфере энергетики.

Что такое ветроэнергетические установки?

Ветроэнергетические установки представляют собой комплексы оборудования, предназначенного для выработки, подготовки и снабжения потребителей электрическим током. Поскольку ветер является бесплатным источником энергии, все расходы на выработку тока сводятся к первоначальным вложениям на приобретение (или создание) ветрогенератора и смежного оборудования и последующее обслуживание.

Если сравнивать затраты на проведение линии электропередач или кабеля до отдаленных пунктов, то экономический эффект от использования ВЭУ в большинстве случаев оказывается довольно высоким. При этом, следует учитывать большую разницу в стоимости крупных ВЭУ и небольших установок, действующих в пределах одной усадьбы.

Частой ошибкой, допускаемой при расчетах экономической выгоды от использования ВЭУ, является рассматривание лишь одного варианта реализации методики — создания локальных энергетических комплексов (ЛЭК). Они рассматриваются только как энергоустановки местного значения, обеспечивающие энергией весь населенный пункт. Отсюда возникают высокие расходы на приобретение, потребность в дорогостоящем обслуживании и материалоемкость устройства.

Частные источники, способные обеспечить энергией отдельный дом, практически не рассматриваются, из виду упускается наиболее эффективный и необходимый сектор ветрогенераторов.

Достоинства и недостатки ВЭУ

Преимуществами ВЭУ являются:

• возможность обеспечения электроэнергией любые пункты, вне зависимости от степени удаления от магистральных линий;
• нет необходимости создавать большую энергетическую станцию, можно использовать отдельные компактные установки;
• готовая ВЭУ не нуждается в топливе или иных ресурсных поставках.

При этом, существуют некоторые недостатки:

• Выработка электроэнергии производится посредством ветровых потоков и полностью зависит от их силы и равномерности. В тихую безветренную погоду производство электротока невозможно.
• Полученный ток не годится для использования без подготовки, которая требует наличия определенных устройств.
• Ураганные ветра или шквалистые порывы могут разрушить или вывести установку из строя.

Важно! Как достоинства, так и недостатки ВЭУ являются их специфическими характерными качествами. При отсутствии других возможностей имеющиеся недостатки попросту устраняются принятием соответствующих мер.

Единственным действительно серьезным препятствием, ограничивающим использование ветрогенераторов, является высокая стоимость промышленных установок. Создание самодельных устройств требует определенных навыков и некоторой подготовки, что также замедляет распространение ветроэнергетических устройств среди населения.

Принцип работы ветроэнергетических установок

Ветроэнергетическая установка представляет собой комплекс оборудования, в состав которого входят:

• ветрогенератор,
• аккумулятор,
• инвертор,
• коммутационное оборудование, кабель, прочие устройства.

Внимание! Имеется много вариантов конструкции ветряков, но общий состав установки практически неизменен.

Принцип действия ветроустановок основан на использовании энергии ветра. Поток воздействует на лопасти рабочего колеса, приводя их во вращение. Оно передается на генератор, производящий электроток. Генератор заряжает аккумуляторы, напряжение с которых подается на инвертор, создающий переменный ток 220 В 50 Гц, необходимый для потребителей.

Существуют отдельные ветряки, питающие насосы или иные несложные устройства, которые подают напряжение напрямую на потребляющий прибор. Но, при возникновении нештатных ситуаций, например, внезапном усилении ветра, потребитель может выйти из строя вследствие резкого скачка напряжения.

В последнее время значительно увеличился интерес к ветроэнергетике со стороны изобретателей и конструкторов. Постоянно появляются новые конструкции, которые обладают все большими возможностями. В частности, ведутся активные поиски способов увеличения КПД ветряка, и некоторые варианты имеют весьма высокие показатели по сравнению с применяющимися в настоящее время промышленными образцами ВЭУ.

Учитывая, что максимальное использование энергии ветрового потока согласно расчетам не может превышать 59,3%, а реальное использование намного ниже и составляет от 10%, то возможности для увеличения эффективности установок весьма высоки.

Виды оборудования

Существует две группы ВЭУ, отличающиеся друг от друга положением оси вращения рабочего колеса:

• Горизонтальные. Внешне напоминают пропеллер.
• Вертикальные. Лопасти таких устройств вращаются вокруг вертикальной оси. Имеется большое число конструкций вертикальных ветряков.

Принципиальным отличием этих двух типов конструкции является необходимость ориентирования горизонтальных устройств по направлению ветра и нетребовательность к этому вертикальных ветряков. Кроме того, для горизонтальных устройств обязательно наличие высокой мачты, так как расположение на высоте обеспечивает более интенсивное воздействие потоков ветра на ротор. Вертикальные конструкции в подъеме над уровнем земли нуждаются в меньшей степени.

При этом, эффективность горизонтальных ветряков в целом выше, чем у вертикальных устройств. Это происходит потому, что лопасти вертикальных роторов испытывают как полезное воздействие на рабочие части, так и противодействующие нагрузки на обратные стороны. Снижение уравновешивающего воздействия потока на обратные стороны лопастей является основной задачей конструкторов, пытающихся разработать наиболее удачную форму рабочего колеса.

Существуют опытные образцы, обеспечивающие высокую эффективность использования потока, но широкого производства таких устройств пока не наблюдается.

Устройство

Общий состав комплекса практически одинаков и различается только типом конструкции ветряка.

Горизонтальные ветрогенераторы

Установки с горизонтальной осью вращения имеют практически одну конструкцию. Они представляют собой горизонтальную ось с хвостом и ротором на противоположных концах. Ось имеет возможность свободного вращения вокруг вертикальной оси, необходимое для установки ротора по направлению ветра. Это происходит автоматически, при помощи хвоста. Ротор представляет собой род пропеллера, вращающегося при воздействии ветрового потока на лопасти.

Принципиального различия между разными моделями горизонтальных ветряков нет. Они отличаются типом лопастей:

• жестколопастные,
• парусные.

Первые сделаны из прочного материала, вторые представляют собой жесткую рамку, обтянутую плотной тканью или подобным материалом. Кроме того, имеются образцы с различной формой лопасти:

• в виде прямой лопатки;
• в виде архимедова винта.

Имеются парусные модели, созданные для получения максимального эффекта от воздействия ветрового потока. Они не имеют вращающихся частей, поверхность паруса создает давление на поршневую систему, взаимодействующую с генератором.

Важно! Большая площадь лопастей позволяет получать больше энергии от взаимодействия с воздушным потоком, но создает значительное сопротивление ветру, опасное при возникновении шквальных порывов.

Ротор горизонтальной конструкции нуждается в установке на высокую мачту. Это увеличивает эффективность получения ветровой энергии, но осложняет процесс монтажа и обслуживания устройства. Мачта должна быть надежно закреплена и усилена растяжками, чтобы имелась возможность выдерживать ураганные порывы ветра. Высота мачты выбирается таким образом, чтобы ветряк возвышался над всеми ближайшими зданиями и сооружениями. При этом, место установки также выбирается на возвышении, что позволяет снизить высоту мачты и облегчает монтаж.

Вертикальные ветряки

Ветрогенераторы вертикальных конструкций имеют меньшую эффективность использования потока ветра, но с точки зрения эксплуатации они намного предпочтительнее. Их преимущества:

• нет нужды ориентировать ротор по направлению ветра;
• устанавливать устройство на высокую мачту необязательно, так как большой разницы в эффективности нет;
• устройства имеют более простую конструкцию, что удобнее при самостоятельном изготовлении.

Изначально вертикальные конструкции имели две лопасти, имеющие форму желоба, расположенные диаметрально вдоль оси вращения. Впоследствии появились другие варианты, имеющие большее количество лопастей или иную форму. На сегодня различных конструкций известно довольно много. Вот некоторые из них:

Работы по созданию новых типов конструкции ведутся непрерывно, поэтому привести полный перечень имеющихся конструкций невозможно.

Внимание! Вертикальные конструкции ветрогенераторов намного доступнее для самостоятельного изготовления, что явилось причиной появления большого количества вариантов конструкции.

Особенности конструкции

Основная особенность конструкции ВЭУ — наличие подвижного ротора, передающего вращающий момент на генератор. Этот узел является наиболее ответственным во всей конструкции, требующим качественного изготовления, прочности и устойчивости к нагрузкам.

Кроме того, помимо надежности, ротор должен достаточно чутко реагировать на контакт с ветровыми потоками и начинать вращение при относительно слабых значениях. Это особенно важно, если учитывать особенности климата России, где преобладают слабые и средние ветра. Способность стартовать при малых ветрах высоко ценится у ветрогенераторов, большинство разработок создано именно для увеличения чувствительности к малым потокам.

Нестабильность и слабые скорости ветра являются основными причинами недостаточного развития ветроэнергетики в России. Расходы на альтернативные источники электроснабжения чаще всего выше, чем на традиционные методы, что объясняет малое присутствие ВЭУ. При этом, решение вопроса с помощью дизельных электростанций способствует отрицательному воздействию на окружающую среду в виде выбросов продуктов горения топлива.

Использование дармовой энергии ветра при правильно распределенных вложениях и применении наиболее эффективных конструкций способно дать немалый экономический эффект и способно решить проблему для регионов с недостаточным энергоснабжением.

Технические характеристики

К основным техническим характеристиками ВЭУ относятся:

• номинальная мощность устройства,
• минимальная скорость ветра, при которой происходит запуск ротора,
• максимальная скорость ветра, при которой требуется торможение вращающейся части.

Помимо этих параметров важно определить срок окупаемости устройства, его долговечность и расходы на содержание. Эти факторы являются определяющими при выборе источника электроснабжения между дизельными станциями и ВЭУ. Для регионов со слабыми ветрами такой выбор весьма актуален, поскольку вкладываться в заведомо неэффективный комплекс нерационально и не способствует решению проблемы.

Ветроэнергетические установки являются перспективным вариантом решения проблемы энергообеспечения для отсталых регионов. При грамотном подходе и использовании оптимального комплекта оборудования, можно создавать как мелкие станции, обеспечивающие отдельные жилые дома, так и более крупные установки, способные снабжать энергией населенные пункты.

Возможность производства энергии без нанесения ущерба экологии региона должна ставиться в первоочередные задачи, и ветроэнергетика в этом отношении является наиболее удачным вариантом решения проблем.

Рекомендуемые товары

особенности, цена, преимущества и недостатки.| UA Energy

• Новости
• Почитать
• Данные
• События
• Инструменты

• Почитать
• Полезное
• Интервью
• Обзоры

• Данные
• Компании
• Персоны
• Мероприятие

• Инструменты
• Карта

• Новости
• Почитать
  • Полезное
  • Интервью
  • Обзоры
• Данные
  • Компании
  • Персоны
  • Мероприятия
• События
• Инструменты
  • Карта

Войти

FontLoader

• Все новости
• Нефть и газ
• Уголь
• Электроэнергетика
• Энергоэффективность
• Зеленая энергия
• Потребителю
• Государство

Искать

планирование и типы ветряных электростанций :: BusinessMan.ru

Ветряные электростанции (ВЭС) – устройства специальной конструкции, в которых энергия ветра преобразуется в электрическую. С каждым днем они становятся популярнее. Использующие природные, а главное, возобновляемые источники энергии, удобные и простые ветроэлектростанции, так называемые ветряки, являются прекрасной альтернативой традиционным электростанциям, особенно в частных домах.

Использование энергии ветра

Ветряные мельницы, а точнее принцип их действия, были незаслуженно забыты в двадцатых годах прошлого века. Впрочем, силу ветра не использовали и тогда для получения электрической энергии. Она приводила в действие жернова мельниц, использовалась в качестве движителя для парусных судов, позднее запускала насосы для закачки воды в резервуары, то есть превращалась в механическую энергию.

Ветроэнергетика начала стремительно развиваться в конце шестидесятых годов прошлого, XX столетия. В это время стало катастрофически не хватать традиционных энергоносителей, кроме того, они резко поднялись в цене, все острее становились экологические проблемы, связанные с их использованием.

Способствовал использованию альтернативных источников электроэнергии, в том числе силы ветра, и технический прогресс. Появились новые высокопрочные и достаточно легкие материалы, позволяющие возводить башни до 120 м высотой и огромные лопасти.

Ветра, дующие во многих регионах планеты, в состоянии вращать турбины электростанции с достаточной скоростью, чтобы обеспечивать энергией частные дома, небольшие фермы или школы в сельской местности.

Но в любой бочке меда найдется хотя бы одна ложка дегтя. Ветер невозможно подчинить, он не дует всегда, тем более в одном направлении и с одинаковой скоростью. Технический прогресс не стоит на месте. Если сегодня ветряные электростанции для частного дома, вырабатывающие сотни киловатт электроэнергии, уже не являются большой редкостью, то завтра, может быть, повседневностью станут и станции мощностью в десятки мегаватт. Во всяком случае, уже есть ветроэлектростанции, мощность которых составляет 5 мВт и больше.

Преимущества и недостатки ветроэлектростанций

Ветряные электростанции обладают кроме использования бесплатной энергии ветра и независимости от внешних источников электроэнергии еще несколькими весомыми преимуществами. Не существует экологической проблемы хранения и утилизации отходов, да и сам способ получения энергии один из самых экологичных. Не говоря уже о том, как эстетично выглядит ветряк на фоне неба, достоинством его можно считать, что установка может быть как стационарной, так и передвижной.

Кроме того, сегодня уже можно подобрать ВЭС подходящей модели и мощности или использовать установку, сочетающую использование нескольких источников энергии, традиционных и альтернативных. Это может быть дизель- или солнечно-ветряная электростанция.

ВЭС имеют и недостатки. Во-первых, они шумные настолько, что крупные установки в ночное время приходится отключать. Во-вторых, создают зачастую помехи для воздушных сообщений или радиоволн. В-третьих, их нужно размещать на поистине огромных площадях. И есть еще один существенный недостаток лопастных конструкций – их нужно отключать во время массовых сезонных перелетов птиц.

Типы ветроэлектростанций

По функциональности электростанции ветряные можно разделить на стационарные и передвижные, или мобильные. Мощные стационарные установки требуют проведения целого комплекса подготовительных работ, но они в аккумуляторных батареях способны накапливать достаточное для использования в безветренную погоду количество электроэнергии.

Передвижные электростанции проще по конструкции, неприхотливы, их легко устанавливать и просто эксплуатировать. Обычно они используются для питания электроприборов или в путешествиях.

По конструкции различают крыльчатые и роторные ветроэлектростанции.

По месту установки ВЭС бывают:

• наземные. Они устанавливаются на возвышенностях и наиболее распространены на сегодняшний день;
• прибрежные. Строятся в прибрежной зоне морей и океанов, где из-за неравномерного нагревания суши и воды постоянно дуют ветры;
• оффшорные. Строятся в море на расстоянии 10-15 км от берега, где постоянно дуют морские ветры;
• плавающие. Они тоже располагаются примерно на таком же расстоянии от берега, как и оффшорные, но на плавающей платформе.

По сферам применения электростанции ветряные бывают промышленные и бытовые.

Крыльчатые ВЭС

Уже привычными стали крыльчатые ВЭС, которые лидируют на рынке ветроэнергетики. На высокой мечте устанавливается лопастной механизм с горизонтальной осью вращения, преимущественно трехлопастной, и его мощность зависит от размаха лопастей. Максимальной скорости вращения такой агрегат достигает, когда лопасти перпендикулярны ветровому потоку, поэтому в его конструкции предусмотрено устройство автоматического поворота оси вращения в виде крыла стабилизатора на малых и электронной системы управления рысканием на более мощных станциях.

Различаются между собой крыльчатые ветроэлектростанции в основном количеством лопастей. Они могут быть многолопастными, двухлопастными, даже с одной лопастью и противовесом.

Роторные ВЭС

Роторные, или карусельные, электростанции ветряные имеют вертикальную ось вращения и не зависят от направления ветра. Это важное преимущество, если используются приземные рыскающие воздушные потоки. Минусом ВЭС такой конструкции является использование многополюсных генераторов, которые работают на малых оборотах и не имеют широкого распространения.

Эти установки тихоходны и, как следствие, не создают большого шума. Кроме того, их достоинством является простота электрических схем, которые не нарушаются при случайных резких порывах ветра.

Специалисты считают, что роторные ВЭС наиболее перспективны для большой ветроэнергетики. Правда, чтобы раскрутить такую установку, к ней нужно приложить внешнюю энергию. Только когда она достигнет определенных аэродинамических показателей, сама переходит в режим генератора из режима двигателя.

Комбинированная система «ветро-дизель»

Недостаток ветроагрегатов — неравномерная подача электроэнергии – в крупных сетях компенсируется большим количеством установок.

Также компенсировать этот недостаток можно, используя комбинированные системы, в которых есть специальные устройства, распределяющие нагрузки между ветроэнергетической установкой (ВЭУ) и дизелем. Поэтому автономные сети небольшой мощности от 0,5 до 4 МВт в паре с дизелем могут надежно и равномерно функционировать.

Современное оборудование, с помощью которого экономится около 65 % жидкого топлива в год, позволяет всего за несколько секунд при необходимости подключить дизель или отключить его.

Бытовые и промышленные ВЭС

Бытовые ветроэнергетические установки имеют мощность от 250 Вт до 15 кВт, могут работать в комплексе с солнечными батареями, с аккумулятором или без него.

Электроэнергия, вырабатываемая бытовыми ВЭС, достаточно дорогая, но часто бывает, что других ее источников просто нет.

Бытовые ветряные электростанции в России производятся с генератором постоянного тока, который заряжает аккумуляторные батареи емкостью до 800 А/ч. От таких батарей в доме могут работать все бытовые приборы: телевизор, электрочайник и др.

Процесс зарядки батарей после отключения нагрузки может быть достаточно долгим, в зависимости от силы ветра и мощности генератора.

Зарубежные бытовые ВЭС на российском рынке тоже есть, они достаточно дороги, но выдают, как правило, меньше половины номинальной мощности.

Промышленные ВЭС отличаются значительно большей мощностью и объединяются, как правило, в единые сети.

Частные ветряные электростанции в основном имеют мощность от 3 до 5, реже 10 кВт. Если среднегодовая скорость ветра в регионе достигает 3-4 м/с, то такая ВЭС может обеспечить электроэнергией средний загородный дом, СТО или небольшое кафе.

Основные характеристики ВЭС

Номинальная мощность является основным показателем, который характеризует все электростанции, ветряные не исключение. Она определяется мощностью, которую вырабатывает генератор при средней скорости ветра 12 м/с, и зависит от типа станции.

Следующим важным показателем является номинальное напряжение ВЭС, которое вырабатывает генератор. Это может быть как 220 В, так и 12 В, и 24 В.

От мощности турбины зависит электрическая мощность генератора. Поскольку мощность турбины тем выше, чем больше ее диаметр и, следовательно, прочней мачта, то этот показатель важен при выборе и расчете конструкции мачты.

Ветроустановка имеет еще несколько характеристик. Важна ее производительность – это количество электроэнергии, которое устройство вырабатывает в год. Необходимо при выборе ВЭУ знать максимальную скорость ветра, которую выдерживает турбина, и его минимальную (пусковую) скорость, при которой она начинает вращаться. Играют роль при выборе и частота вращения турбины, и количество лопастей.

Принцип работы и устройство ВЭС

На ветряной электростанции поток воздуха вращает колесо с лопастями, с которого крутящий момент передается на другие механизмы. Чем больше размеры колеса, тем больший поток воздуха оно захватывает и, следовательно, быстрее вращается.

Если говорить языком физики, линейная скорость ветра преобразовывается в угловую скорость вращения оси генератора, который, в свою очередь, преобразовывает вращательное движение в электрическую энергию, передавая ее через контроллер на аккумуляторы. На выходе из устройства электроэнергия уже пригодна к бытовому использованию.

То есть, малая электростанция ветровая состоит из турбины, лопастей, хвоста (поворотного механизма), мачты с тросами-растяжками, аккумуляторов, контроллера их заряда и инвертора, который преобразовывает напряжение 12 В в 220 В.

Кроме этих устройств промышленная ВЭС содержит еще системы слежения за направлением ветра и его скоростью, состоянием ветрогенератора и защиты от грозовых разрядов. Кроме того, с нагрузками большего масштаба мачта не справляется, и ее заменяют башней, в которой располагается все дополнительное оборудование.

Проектирование ВЭС

Главный показатель, который позволяет принять решение об использовании ветроэлектростанции, — это среднегодовая скорость ветра, которая должна быть не меньше 5 м/с. Правда, сегодня уже существуют легкоразгоняемые ВЭС, предназначенные для электроснабжения частных домовладений, которые начинают работу с минимальной скорости воздушного потока в 3,5 м/с.

Для определения этого показателя используются специальные карты ветров.

В различных климатических зонах России были проведены измерения скорости ветра, чтобы определить, насколько эффективны там ветровые электростанции. Ветряные установки и станции уже действуют в Калининградской области, на Командорских островах, в Мурманске, Республике Саха (Якутии), в Башкортостане.

Принимая решение об установке ветроэнергетической установки или частной ВЭС, стоит для начала обратиться к специалистам, чтобы провести исследования направления и силы ветра с помощью анемометров и построить карты доступности его энергии. По этим данным рассчитывается и разрабатывается проект ВЭУ или станции из нескольких установок, ее технические и геометрические параметры.

Промышленную ВЭС достаточно большой мощности без инвесторов не построить, а грамотно выполненные расчеты и составленный проект позволят определить срок окупаемости проекта и привлечь дополнительные финансы.

Частные ветряные электростанции

По существенно заниженным данным статистики, не учитывающим отдельно стоящие удаленные здания и сооружения, около 30 % частных хозяйств в сельской местности, куда прокладка электрических сетей невозможна по экономическим причинам, не имеют электроснабжения. Не везде даже стоят генераторы на жидком топливе. И это в XXI веке!

Исследования показали, что ветроэнергетические станции различной мощности можно устанавливать во многих районах севера и Крайнего Севера, на Сахалине и Камчатке, в Нижнем Поволжье, Сибири, Карелии и на Северном Кавказе.

На выбор установки влияют потребности заказчика. Если нужно обеспечить работу сельхозтехники, с такой задачей справится маломощный ветрогенератор. Если же нужно электрифицировать целое здание, наладить уличное освещение, обеспечить отопление дома, нужно выполнять проект ветряной электростанции.

Кроме среднемесячной скорости ветра и его направления нужно рассчитать среднемесячное потребление и пиковую нагрузку электроэнергии. Такие расчеты при желании несложно выполнить самостоятельно.

Существует еще один показатель, который влияет на стоимость оборудования и монтажа ВЭУ. Это высота мачты. Чем сооружение выше, тем больше скорость ветра и тем дороже оно обходится. Оптимальной, по утверждению специалистов, является высота мачты на 10 большая, чем самое высокое дерево или здание в радиусе 100 м.

Ветряная электростанция своими руками

Для работы электронасоса, телевизора, освещения или других маломощных электроприборов на дачном участке ветроэнергетическую установку можно сделать собственноручно, если есть некоторые познания в электротехнике.

Существуют справочные данные и рекомендации по выбору мощности ветрогенератора, размерам и количеству его лопастей и достаточно подробные инструкции, как сделать ветряную электростанцию своими руками, из каких материалов и узлов.

Сегодня в Европе растут капиталовложения в строительство больших ветроэлектростанций. Массовое строительство снижает себестоимость одного киловатта и приближает ее к цене электроэнергии, полученной из традиционных источников.

Конструкция ветроэлектростанций постоянно совершенствуется, улучшаются аэродинамические и электрические показатели, снижаются потери.

Ветряные электростанции для дома, по оценкам экономистов, становятся самыми эффективными в плане окупаемости проектами в области энергетики. В дальнейшем они обещают независимость от негативных тенденций на этом рынке.

Устройство и принцип работы ветрогенератора

Как устроен ветрогенератор

Любой ветрогенератор состоит из таких компонентов как;

— генератор, который вырабатывает переменный ток, и в дальнейшем преобразуется в постоянное напряжение, предназначенное для зарядки аккумуляторов. От скорости ветра зависит и мощность генератора;- лопасти, предназначены для передачи вращения к валу генератора через редукторы и стабилизаторы скорости вращения ротора генератора;
— мачта ветряка должна иметь достаточную высоту. Чем выше находятся лопасти, тем больше они получат энергии ветра.

Также в устройство ветрогенератора входят;

— контроллер, необходимый для преобразования переменного напряжения идущего с генератора, в постоянное напряжение и последующей зарядкой аккумуляторов. Контроллер управляет поворотом лопастей, и контролируют направление ветра;
— аккумуляторы накапливают электроэнергию, чтобы использовать ее при небольшом ветре или его отсутствии. Батарея также хорошо стабилизирует электроэнергию, полученную от генератора;
— датчик направления ветра помогает лопастям «поймать» ветер;
— АВР представляет собой устройство автоматического переключения между ветрогенератором и другими источниками электроэнергии, например электросетью, генератором, солнечными панелями;
— инвертор предназначен для преобразования постоянного тока, поступающего с аккумуляторов, в переменное напряжение для домашней электросети. Инверторы могут разделяться по типу синусоиды для разных потребителей электроэнергии.

Устройство ветрогенератора

1. Инвертор модифицированной синусоиды на выходе выдает квадратную синусоиду, предназначенную для не требовательных потребителей к качеству сети – это тэны, накальные лампы освещения.
2. Инверторы с чистой синусоидой по качеству выходного напряжения подходят даже для самых требовательных потребителей электроэнергии.
3. Инверторы трехфазного напряжения предназначены для трехфазных сетей.
4. Сетевой инвертор работает без аккумулятора и способен к выводу электроэнергии в общую сеть.

Принцип действия ветрогенератора

Принцип работы ветрогенератора построен на преобразовании кинетической энергии силы ветра в энергию вращения вала генератора. Для вертикальных ветрогенераторов, вертикальная ось соединена с вертикальным ротором. Генератор и ротор расположены внизу конструкции. Лопасти закреплены в вертикальной оси.

Вращаясь, лопасти заставляют вращаться ротор генератора, который начинает вырабатывать переменный и нестабильный ток. Это ток идет на контроллер, который преобразует его в постоянное напряжение и заряжает аккумуляторы. С аккумулятора питание идет на инвертор, назначение которого превращение постоянного тока в переменное напряжением 220 В или 380 В, которое поступает к потребителям электроэнергии.

Схемы работы ветрогенераторов

Вариантов работы ветрогенератора может быть несколько:

1. Автономная работа ветрогенератора.

Автономная работа ветрогенератора

2. Такая совместная работа считается очень надежным и эффективным способом автономного электроснабжения. При отсутствии ветра, работают солнечные батареи. Ночью, когда не работают солнечные батареи, аккумулятор заряжается от ветровой установки.

Параллельная работа ветрогенератора с солнечными панелями

3. Ветрогенератор также может работать параллельно с электросетью. При избытке электроэнергии, она поступает в общую сеть, а при недостатке ее потребители электроэнергии работают от общей электросети.

Параллельная работа ветрогенератора с электросетью

Ветряные генераторы могут прекрасно работать с любыми видом автономного электроснабжения и общей электросетью. Создавая при этом единую систему энергоснабжения.

Тоже интересные статьи

как устроены ветровые электростанции, рентабельность и особенности конструкции

Ветроэнергетика как отрасль может базироваться только на использовании крупных и высокопроизводительных ветровых турбин. Установки малой мощности, обеспечивающие лишь отдельные дома или группы потребителей, интересны только как автономные источники энергии. Крупные ветротурбины успешно используются в странах Запада, США, Китае. Для использования таких устройств требуется достаточно сильный и стабильный ветер, что свойственно не всем регионам.

Как устроены мощные промышленные ветрогенераторы?

Существующие ныне мощные ветрогенераторы имеют практически одинаковую конструкцию. За основу взят горизонтальный ротор с крыльчаткой. Большие размеры лопастей создают высокую площадь сопротивления потоку ветра, поэтому обычно устанавливается по три лопасти. Масса таких установок очень велика — одна из величайших установок Enercon E-126 весит 6000 т. При таких параметрах требуется достаточно сильный и ровный ветер.

Для старта вращения используются специальные электродвигатели. Большинство моделей не имеет устройства наведения, обходятся установкой на преобладающем направлении потока. Обычное место использования — степные или пустынные регионы, прибрежные или шельфовые районы с постоянными и ровными ветрами.

Конструкция мощного ветрогенератора состоит из следующих элементов:

• опорная башня. У образцов меньших размеров это мачта. Башня имеет коническую форму, способствующую большей устойчивости и равномерному распределению нагрузок. Изготавливается на месте путем последовательной заливки бетоном соответствующей опалубки. В основании имеется мощная бетонная площадка, являющая цоколем фундамента, обеспечивающего неподвижность и устойчивость
• гондола. Это камера, внутри которой расположены генераторный отсек, устройства передачи вращения. К ней же присоединяется ротор, конструктивно являющийся продолжением гондолы и образуюший вместе с ней обтекаемую форму. Внешняя часть ротора состоит из хаба и лопастей. Хаб — это центральный обтекатель, установленный на валу генератора и служащий для присоединения лопастей. Гондола имеет возможность вращения вокруг башни для установки на ветер, для чего используется асинхронный электродвигатель и зубчатая передача, опоясывающая всю верхнюю часть башни. Возможность вращения имеется не у всех моделей, для шельфовых ветряков, работающих на потоках двух противоположных направлений, эта функция необязательна.
• генератор турбины представляет собой устройство кольцевого типа. Ротор турбины конструктивно объединен с ротором генератора, это снижает потери и уменьшает материалоемкость. Для подобных конструкций принципиально важно в максимальной степени исключить узлы передачи вращения, взамен применяя единые цельные элементы.

Лопасти изготавливаются из специального композитного волокна с включениями стали. В зависимости от размеров они изготавливаются целиком или набираются из отдельных частей. Устройство лопастей предусматривает возможность изменения профиля или угла поворота, позволяя регулировать аэродинамику в соответствии с режимом ветрового потока.

В зависимости от размеров, фирмы-изготовителя и назначения ветряка, могут иметься какие-либо изменения в конструкции, дополнения или иные особенности, присущие только данной модели.

Размеры ветряка

Промышленные ветрогенераторы большой мощности обладают впечатляющими габаритами. Так, уже упоминавшийся Enercon E-126 имеет полную высоту 198 м при размахе лопастей 128 м. Площадь, которую ометают такие лопасти, составляет 12668 м².

Размеры других ветряков соответствуют вырабатываемой мощности. Существуют более крупные или мелкие модели, но все они велики и обладают большим весом. При этом, поверхность земли занимает только основание мачты, вся остальная площадь пригодна для использования под сельское хозяйство.

Примечательно, что мощные ветряки нерентабельны по отдельности. Они используются чаще всего в составе больших ветроэлектростанций, занимающих достаточно большие площади. В составе комплексов насчитываются десятки и даже сотни отдельных установок, объединенных в единую систему и выдающие суммарную мощность в несколько мВт. Они создаются в местах с оптимальными ветровыми условиями, способными обеспечить равномерную нагрузку и стабильную производительность оборудования.

Большие размеры означают высокие цены на оборудование. Так, стоимость турбины Enercon E-126 составляет 11 млн евро. Можно примерно подсчитать стоимость целой ветроэлектростанции, эксплуатационные расходы и затраты на доставку и монтаж таких гигантов. Соответственно, себестоимость энергии достаточно высока, а срок службы относительно низок — около 20 лет.

Мощные ветрогенераторы: сравнительная характеристика

Параметры мощных ветряков напрямую зависят от их мощности. Тип конструкции у всех моделей практически одинаков, так как аэродинамика лопастей, оптимальным образом подходящая для установок высокой мощности, должна соответствовать именно такой конфигурации. Поэтому сравнивать можно только пропорции крыльчатки того или иного устройства. Гораздо проще рассматривать мощность установок, поскольку она важнее для любых расчетов и может сказать гораздо больше для потенциального пользователя.

Флагманами в этом направлении являются известные фирмы Siemens, Enercon, Vestas и многие другие. Конкуренция между ними весьма жесткая, так как спрос ограничен, ошибки недопустимы. Отсюда высочайшее качество оборудования, отлаженный механизм работы всех узлов и агрегатов. Примечательно, что спрос на крупные устройства намного ниже, чем на менее производительные. Цена оборудования не позволяет широко распространять его повсеместно, выбор делается в сторону меньших расходов.

Промышленные ветровые электростанции

Функционирование нескольких сотен крупных ветряков способно создавать большие мощности. Создание ветровых электростанций позволило решить проблемы с электроснабжением регионов, не имеющих возможности строительства ГЭС или АЭС.

Примечательно, что запрет на строительство АЭС в ряде регионов мира и отсутствие других возможностей явились причинами возникновения множества ВЭС, хотя эксплуатационные и экономические параметры ветряков уступают более традиционным вариантам выработки энергии. Кроме того, ветроэнергетика признана экологически чистым направлением, что также сыграло немалую роль в развитии отрасли.

В последнее время наблюдаются две параллельные тенденции:

• рост числа мощных установок, объединенных в большие станции
• возрастание интереса к частным источникам, дающим возможность автономного существования без использования сетевых ресурсов

Возникает конкурентная ситуация, когда большие вложения в огромные комплексы перестают покрываться доходами от них, а небольшие установки становятся все более выгодными и удобными. Будущее покажет, какая система станет наиболее распространенной и эффективной.

Рекомендуемые товары

Основы ветроэнергетики. Как работает ветрогенератор?

Энергия ветра является одной из форм солнечной энергии. Ветры появляются из-за неравномерного прогрева атмосферы солнцем, неровностей земной поверхности и вращения Земли. Направление потоков ветра изменяется в зависимости от рельефа земной поверхности, наличия водоемов и растительного покрова.
Ветогенераторы используют это движение воздуха и преобразуют его в механическую энергию, а затем в электричество. В этой статье будет кратко затронут вопрос о том, как работает ветрогенератор, а также вопросы о достоинствах и недостатках ветроэнергетики.

Люди начали использовать энергию ветра несколько столетий назад, когда появились ветряные мельницы, которые качали воду, мололи зерно или выполняли другие функции. Сегодняшний ветрогенератор является весьма продвинутой версией ветряной мельницы. Большинство ветровых турбин имеют три лопасти, закрепленные на вершине стальной башни — мачты. Вестрогенератор высотой в 25 м может снабжать электричеством жилой дом, ветрогенератор высотой в 80 м может обеспечивать электричеством сотни домов.

Как работает ветрогенератор?

При прохождении ветра через турбину, лопасти за счет кинетической энергии ветра начинают вращаться. Это приводит во вращение внутренний вал, который соединен с редуктором, увеличивающим скорость вращения и подключенным к генератору, который осуществляет выработку электроэнергии. Чаще всего ветряные турбины состоят из стальной полой мачты, высота которой может достигать 100 м, ротора турбины, лопастей, оси генератора, редуктора, генератора, инвертора и аккумулятора. Часто ветрогенераторы оснащаются оборудованием оценки и автоматического поворота в направлении ветра, а также могут изменять угол или «шаг» лопастей для оптимизации использования энергии.

Типы ветрогенераторов

Современные ветровые турбины делятся на две основные группы;

• с горизонтальной осью вращения, как в традиционных ветряных мельницах, используемых для откачки воды;
• с вертикальной осью вращения, это роторные и лопастные конструкции Дарье.

Большинство современных ветрогенераторов имеют горизонтальную ось вращения турбины.

Обычно они состоят из:

• мачты полой внутри, сделанной из металла или бетона;
• гондолы, которая крепится наверху мачты и в которой находятся валы, редуктор, генератор, котроллер и тормоз;
• ротора, в который входят лопасти и ступица;
• низкоскоростного вала, который приводится в движение ротором;
• высокоскоростного вала, который подсоединен к генератору;
• редуктора, которые механически соединяет низкоскоростной и высокоскоростной вал, увеличивая скорость вращения последнего;
• генератора, который вырабатывает электроэнергию;
• контроллера, который управляет работой ветрогенератора;
• флюгера, который определяет направление ветра и ориентирует турбину в необходимом направлении;
• анемометра, который определяет скорость ветра и передает данные контроллеру;
• тормоза, для остановки ротора в критических ситуациях.

Преимущества и недостатки ветроэнергетики

Возобновляемый источник энергии

Энергия ветра является общедоступным, возобновляемым ресурсом, поэтому независимо от того, сколько ее используется сегодня, в будущем она по-прежнему будет доступна. Энергия ветра является также источником относительно чистого электричества — ветряные электростанции не выделяют загрязняющих воздух веществ или парниковых газов.

Стоимость

Даже при том, что стоимость энергии ветра резко сократилась за последние 10 лет, ее использование требует более значительных первоначальных инвестиций, чем приобретение генераторов, работающих на ископаемом топливе. Около 80% стоимости составляет техника, с подготовкой площадки и установкой. Тем не менее, если сравнивать использование ветрогенератора и установки, работающей на ископаемом топливе, в течение всего срока эксплуатации, то ветроэнергетическая установка становится гораздо более конкурентоспособной, поскольку для нее не требуется приобретение топлива, а эксплуатационные расходы сведены к минимуму.

Воздействие на окружающую среду

Хотя ветряные электростанции влияют на окружающую среду не так значительно, как электростанции, работающие на ископаемом топливе, они все же создают некоторые проблемы. Их лопасти создают шум, визуально они могут портить ландшафт, о них разбиваются птицы и летучие мыши. Большинство из этих проблем решаются в той или иной мере за счет различных технологий и разумного размещения электростанций.

Другие проблемы, связанные с ветрогенераторами

Основная проблема, связанная с использованием энергии ветра, заключается в том, что ветер дует не всегда, когда требуется электричество, в некоторых местностях ветра дуют очень слабо, так что там не выгодно использовать ветрогенераторы. Ветер нельзя хранить, как бензин (хотя электроэнергию, полученную за счет ветра, можно хранить при помощи аккумуляторных батарей). Местности с сильными ветрами часто бывают не очень удобны для заселения. Наконец, ветроэнергетические установки могут создавать проблемы для других способов эксплуатации земли. Ветряные турбины могут мешать выпасу скота или занимать место под посевы.

Автор: Анастасия Литвинова

(Просмотрели13 682 | Посмотрели сегодня 1 )

применение крупнейших ВЭС, их эффективность и перспективы развития

Постоянно возрастающая потребность в электроэнергии вынуждает внимательнее присматриваться к дополнительным возможностям ее производства. Один из вариантов, доступный как для промышленного, так и частного воспроизводства электрического тока — ветроэнергетика.

В России этот метод используется редко и в мелких масштабах, но его возможности привлекательны, позволяют решать проблему с энергообеспечением самостоятельно. Рассмотрим перспективы этого направления и варианты его реализации на практике.

Развитие ветроэнергетики в России

Несмотря на большое количество ГЭС, действующих в России, есть немало населенных пунктов, не имеющих подключения к централизованным сетям. Выходом из положения являются дизельные электростанции, но они требуют топлива и ремонта. Как постоянный источник электроэнергии такой вариант затратен и несамостоятелен. Кроме того, мощность дизельной электростанции ограничена, из-за чего появление новых потребителей затруднено.

Использование альтернативных источников энергии в России развито слабо. Причиной такой ситуации являются:

• энергетическая избыточность, присутствующая в стране в целом
• отсутствие возможности самостоятельного решения вопроса у населения, особенно во времена СССР
• недостаток инициативы и специальных знаний, препятствующий развитию дополнительных направлений энергетики

Одним из наиболее привлекательных направлений альтернативной энергетики является ветроэнергетика. Она имеет массу преимуществ, основным из которых следует считать неограниченность источника, независимость от времени суток или сезона. При этом, широкого распространения ветроэнергетика пока не получила, поскольку основной упор уже давно сделан на более производительную и удобную для России гидроэнергетику.

Использование энергии ветра до сих пор рассматривалась как интересный физический эксперимент, наглядное пособие для студентов ВУЗов.

Тем временем, жители других стран, не имеющие возможности для строительства ГЭС, успешно развивают ветроэнергетику и получают немалое количество энергии. Например, в Германии, которая лидирует по количеству выработки энергии ветрогенераторами в Европе, ежегодно производится около 45 Гвт электроэнергии, что составляет значительный процент от общей выработки.

Другие страны Европы, расположенные на побережье Атлантики, успешно используют шельфовые ветроэлектростанции. Такая ситуация во многом вынужденная, возникшая из-за неимения других возможностей, но эффект от методики вполне реален и неоспорим.

Состояние и перспективы

Ветроэнергетика имеет намного меньшую эффективность по сравнению с гидроэнергетикой. Стабильность и вырабатываемая мощность самого большого ветряка сильно уступают одному агрегату средней ГЭС.

География России, обилие крупных рек и удачный рельеф местности позволили создать массу гидроэлектростанций, обеспечивающих промышленность и население в достаточной степени.

Россия считается энергоизбыточной страной, что свидетельствует о состоянии энергетики в целом.

При этом, уровень потребления электроэнергии постоянно возрастает. Имеющиеся мощности не готовы к скачкообразному повышению спроса, появление новых приборов и оборудования, как промышленного, так и бытового, предполагают потребление дополнительной энергии.

Кроме того, состояние электросетей достаточно сложное, в некоторых участках оно неудовлетворительное. Общая изношенность имеет высокий процент, на замену и обновление материальной базы требуются немалые средства. Решать вопрос путем увеличения расценок за электроэнергию — означает вызвать волну критики и вопросов от населения и предпринимателей, вполне справедливых.

Использование ветрогенераторов как альтернативной энергетической отрасли государственного масштаба в России нецелесообразно. Причиной этого являются относительно слабые и нестабильные ветра, невысокая эффективность направления в сравнении с традиционным методом производства энергии.

Наиболее выгодным и полезным представляется использование ветрогенераторов для обеспечения частных домов, усадеб, фермерских хозяйств, расположенных вдали от сетевых источников и не имеющих возможности подключения.

Основная проблема, возникающая перед пользователями — стоимость оборудования. Цены на устройства заводского изготовления слишком высоки для населения, что резко ограничивает возможности спроса и окупаемость. При этом, самостоятельное изготовление ветряков обеспечивает экономию денег в 10 и более раз при таком же качестве. Это обстоятельство является ключевым условием развития ветроэнергетики на бытовом уровне — при появлении доступных по цене образцов спрос увеличится в десятки раз.

Наибольшие перспективы у ветроэнергетики имеются в степных регионах, на юге России, в местностях, где строительство дополнительных ГЭС или АЭС невозможно.

Основным импульсом в развитии стало бы решение правительства о строительстве крупных ВЭС, но на сегодня их параметры не могут в достаточной степени конкурировать с ГЭС или АЭС ни по мощности, ни по производительности. Кроме того, нестабильность источника энергии — ветра — является достаточно серьезным аргументом против использования этого направления в промышленных масштабах.

Применение энергии ветра

На сегодняшний день использование энергии ветра имеет мелкие масштабы. Гидро- и ядерная энергетика в связке с угольными или мазутными ТЭЦ практически полностью закрывают потребность населения, а регионы, не имеющие подключения, пока обходятся дизельными или бензиновыми генераторами. Поэтому реализация программ альтернативных способов выработки энергии и, в частности, ветроэнергетики, еще не созрела для реального воплощения в жизнь.

Необходимо учитывать, что речь идет о промышленном производстве энергии, способном обеспечивать, как минимум, населенные пункты.  Существующие относительно небольшие ветроэлектростанции пока нельзя считать существенным вкладом в энергетику страны, скорее, это варианты использования существующих возможностей при отсутствии подключения или недостатке имеющихся ресурсов.

Наибольший эффект в условиях России способны показывать именно небольшие ветряки, используемые для обеспечения одного дома или усадьбы. Для отдаленных поселков, дачных или коттеджных, где подключение стоит очень дорого, а состояние сетей допускает частые и внезапные отключения и перебои, использование собственного ветрогенератора способно стать неплохим вариантом дополнительного или основного источника питания бытовой техники и маломощного оборудования.

Для освещения или водоснабжения уже сегодня достаточно активно используются ветряки, созданные из подручных материалов. Они вполне справляются со своей задачей, имеют высокую ремонтопригодность и неприхотливы в обслуживании.

Такие преимущества привлекают широкий круг пользователей, желающих установить комплект ветрогенератора у себя на участке. Это позволит разгрузить имеющиеся электросети и сэкономить на счетах за электричество. Таким образом может быть частично или полностью решена проблема энергоснабжения отдаленных населенных пунктов, экспедиций или прочих участков.

Самая крупная ветровая электростанция в России

На сегодняшний день самой крупной из действующих в России является Ульяновская ВЭС. Ее установленная мощность составляет 35 МВт, что относительно немного в сравнении с имеющимися ГЭС. Станция совсем новая, запущена в эксплуатацию в январе 2018 года. ВЭС принадлежит компании Фортум, строительство комплекса продолжалось два года. В состав станции входят 14 ветротурбин по 2,5 МВт мощностью.

Поставщиком комплекса является китайская компания DongFung, выигравшая тендер на поставку проектного оборудования. Проектные работы начались в феврале 2016 года, а непосредственное строительство стартовало в мае 2017. Примечательно, что основными участниками создания проекта и строительных работ являлись компании из России, хотя были и зарубежные представители. При этом, доля российского оборудования составляет 28 %, т.е. большинство технического обеспечения создано в Китае.

Данная ВЭС не долго будет являться самой крупной в России. В планах компании Фортум в партнерстве с компанией Вестас (мировым поставщиком ветротурбин и оборудования для ВЭС) строительство большого количества турбин суммарной мощностью до 1000 МВт. Предполагаемый процент российского оборудования в этих проектах — 65%.

Крупнейшие ВЭС в стране

Количество ветроэлектростанций в России не так уж и мало, хотя их мощность относительно невелика. Имеются агрегаты в Калининградской области, в Оренбургской области, в Башкортостане, Калмыкии, на Чукотке, в Белгородской области.

Большой список ВЭС имеется в Крыму, где ветроэнергетика имеет большую эффективность из-за географического положения и особенностей атмосферных потоков ветра. Изолированная энергосистема Крыма во многом опирается на ветрогенераторы, позволяющие использовать собственную энергию, а не поставляемую с материка.

Имеющиеся на сегодняшний день ВЭС являются, по сути, первыми пробными комплексами, созданными в том числе для получения практического опыта эксплуатации подобных сооружений и для сбора статистики, дающей информацию о возможностях ВЭС в условиях российских регионов.

В планах значится строительство намного более производительных и мощных ветростанций, предполагаемый ввод в эксплуатацию — 2020-2022 гг. Мощность каждого комплекса будет составлять от 15 до 300 МВт, что сможет в значительной степени разгрузить обветшалые сети, позволит стабилизировать работу энергостистем регионов, сделает возможной подачу электроэнергии в отсталые районы.

Рекомендуемые товары

11+ крупнейших ветряных электростанций и ветроэнергетических сооружений, которые сокращают углеродный след

Человечество находится в момент времени, когда мы оглядываемся назад и размышляем о том, что мы сделали с этим миром.

Растущее загрязнение и отравление принесло нашему миру много страданий. Пришло время перейти на возобновляемые источники энергии. К счастью, страны всего мира пришли к реализации этой общей цели.

Ветер — один из безграничных источников энергии на Земле.Теперь мы построили огромные ветряные электростанции, чтобы использовать энергию ветра, которая в противном случае осталась бы неиспользованной.

Вот некоторые из крупнейших ветряных электростанций, которые вносят существенный вклад в сокращение углеродного следа:

Ветряная электростанция Ганьсу, Китай

Источник: Popolon / Wikimedia Commons

Уровни загрязнения в Китае резко выросли за последние несколько лет , По данным ВОЗ, более 1 миллиона граждан Китая умерли преждевременно в результате смертельных токсинов, переносимых по воздуху. Следовательно, Китай начал инвестировать в экологически чистые источники энергии, чтобы обуздать эту ситуацию.

Ветряная электростанция Ганьсу в Китае является самой большой в мире и способна производить около 7 900 МВт. Чистая выработка электроэнергии обеспечивается 7000 ветряных турбин, расположенных рядами в пустыне Гопи. Эта ветряная электростанция также известна как ветроэнергетическая база Цзюцюань.

К сожалению, более 60% производственных мощностей фермы ежегодно не используются из-за слабого спроса. Гигантская ветряная электростанция способна обеспечить электроэнергией небольшую страну, и ожидается, что к 2020 году она обеспечит мощность в 20 000 МВт.

Ветряная электростанция Маппандал, Индия

Источник: PlaneMad / Wikimedia Commons

Если вы не знаете, где находится третья по величине ветряная электростанция, то она находится в Тамил Наду, Индия — Ветряная ферма Маппандал.

На ферме установлено около 3000 турбин, которые производят 1500 МВт чистой энергии. Согласно отчетам о ветроэнергетике, в штате Тамил Наду валовой ветровой потенциал составляет 3050 МВт.

Ветряная электростанция помогла снизить зависимость от ископаемого топлива и в конечном итоге приведет к сокращению выбросов парниковых газов.Правительство планирует расширить инициативу экологически чистой энергии для обеспечения электричеством деревень в Тамил Наду.

Ветряная электростанция Роско, США

Источник: Fredlyfish5 / Wikimedia Commons

Ветряная электростанция Роско расположена в Роско, штат Техас. Когда-то это была самая большая ветряная электростанция в мире. Ветряная электростанция раскинулась на площади более 100 000 акров и может легко обеспечить энергией около 265 000 домов!

Интересно, что Техас производит больше энергии от ветра, чем все остальные 25 штатов США вместе взятые! Ветряная электростанция насчитывает около 627 ветряных турбин, общая мощность которых составляет 781.Чистая энергия 5 МВт.

Строительство ветряной электростанции Роско проходило в четыре этапа. Первая очередь в 2008 году состояла из 209 турбин Mitsubishi мощностью 1 МВт. В том же году была завершена фаза 2 ^и , в которую вошли 55 машин Siemens мощностью 2,3 МВт. Фаза 3 ^rd была завершена к середине 2009 г. и добавлено 166 турбин GE мощностью 1,5 МВт. И на последнем этапе было добавлено 197 турбин Mitsubishi мощностью 1 МВт.

Центр ветроэнергетики Хорс-Холлоу, США

Техас известен своим ветроэнергетическим потенциалом.Есть большие участки земли, находящейся в частной собственности, что делает инвестирование в ветроэнергетику привлекательным предложением как для арендодателей, так и для инвесторов.

Центр ветроэнергетики Horse Hollow — седьмая по величине ветряная электростанция с мощностью производства 735 МВт чистой энергии. Ферма расположена на территории в 100 000 акров в округах Нолан и Тейлор, штат Техас. Проект действует с 2009 года. Завершенный в три этапа, ферма состоит из 421 турбины, в том числе 142 GE 1,5 МВт, 130 Siemens 2.Ветровые турбины мощностью 3 МВт и 149 GE мощностью 1,5 МВт.

Ветряной парк Джайсалмера, Индия

Источник: Нагарджун Кандукуру / Wikimedia Commons

Ветропарк Джайсалмера, расположенный в районе Джайсалмер в Раджастане, является крупнейшим наземным ветропарком в Индии. Ферма использует ветер Аравийского моря для производства чистой энергии мощностью 1 065 МВт.

В проекте используются различные турбины, так как это сочетание старого оборудования, такого как модели мощностью 350 кВт, с более новыми S9X, которые способны производить 2.1 МВт мощности.

Морская ветряная электростанция London Array, Великобритания

Источник: synecdoche / Flickr

Ветряная электростанция London Array расположена на побережье Соединенного Королевства. Ферма имеет 175 турбин, которые производят 630 МВт чистой энергии, которой достаточно для питания полумиллиона домов в Великобритании. По вместимости он самый большой в Европе. Одна только ферма помогает сократить выбросы CO2 более чем на 925 000 тонн в год.

Наличие оффшорной ветровой электростанции дает некоторые преимущества перед наземными ветряными электростанциями.Одно из них — преимущество более высоких скоростей ветра над водой по сравнению с землей. Также нет ограничений по границам. Единственное ограничение связано с глубиной, на которой находится морское дно. Вот почему многие страны рассматривают оффшорные ветряные электростанции, а не оффшорные.

Ветряная ферма Фаулер-Ридж, США

Источник: Патрик Финнеган / Wikimedia Commons

Ветряная ферма Фаулер-Ридж занимает более 50 000 акров в округе Бентон, штат Индиана, США.Ветряная электростанция принадлежит и управляется совместно Dominion Resources и BP Alternative Energy North America (каждая с 50% долей).

Ферма с 537 ветряными турбинами производит 750 МВт чистой энергии, которая используется для удовлетворения энергопотребления примерно 200 000 американских домов.

Ветряная электростанция Gemini, Нидерланды

Источник: Korisnik12345 / Wikimedia Commons

Недавно открытая ветряная электростанция Gemini — вторая по мощности оффшорная ветряная электростанция после London Array, построенная в Нидерландах.Ветряная электростанция Gemini способна производить 600 МВт электроэнергии с использованием 150 турбин Siemens SWT -4.0. Проект стартовал в 2015 году и был завершен в 2017 году. Это было в том же году, когда он был сдан в эксплуатацию.

На проект было выделено 2,8 миллиарда в качестве финансирования, но он был завершен с лишними деньгами. Турбины были введены в эксплуатацию в 2016 году и принесли 250 миллионов евро еще до даты ввода в эксплуатацию.

Центр ветроэнергетики Альта, США

Источник: Z22 / Wikimedia Commons

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США (NREL) опубликовала свой вердикт в отношении экологически чистой энергии.Исследование, проведенное организацией, пришло к выводу, что к 2050 году США могут производить 80% электроэнергии из возобновляемых источников энергии.

Энергетический центр ветряных электростанций в Альте является попыткой в ​​этом направлении. Он является крупнейшим ветроэнергетическим сооружением в Северной Америке и расположен в горах Техачапи в Калифорнии. Ферма также известна как ветряная ферма Мохаве и занимает территорию в 3200 акров.

Ветряная электростанция Альта обеспечивает 1548 МВт возобновляемой энергии для SCE (Южная Калифорния, Эдисон) более 25 лет и, по оценкам, к 2040 году достигнет 3000 МВт.Турбины были установлены на высоте от 3000 до 6000 футов над уровнем моря.

Sweetwater Windpower, США

Источник: BBC World Service / Flickr

Sweetwater Windpower — 9 ^{-я по величине} ветряная электростанция в мире, расположенная в округе Нолан в США. Он имеет 392 ветряных двигателя GE, MHI и Siemens, которые производят около 585,3 МВт электроэнергии, поставляемой Austin Energy, CPS и другим.

Ферма, функционирующая с 2003 года, находится в совместной собственности Duke Energy и Infigen Energy и была построена в пять этапов, добавленных до 2007 года.

Ветряная электростанция Buffalo Gap, США

Ветряная электростанция Buffalo Gap — десятая по величине ветряная электростанция в мире, расположенная в Техасе. Ветряная электростанция мощностью 524 МВт была построена в три этапа и использовала 155 турбин GE мощностью 1,5 МВт с системой windCONTROL, а также 74 ветряных генератора Siemens. Функция windCONTROL позволяет регулировать напряжение и мощность в реальном времени, подавая реактивную мощность в сеть, когда это необходимо для стабилизации слабых сетей и регулирования напряжения системы.

Ветряные электростанции Доггер-Бэнк, Северное море

Самая большая в мире оффшорная ветряная электростанция, побившая предыдущие рекорды, открывается в Доггер-Бэнк в Северном море и начнет работать к 2023 году. 16 000 британских домов в следующем году.

Он построен как совместное предприятие SSE и норвежской Equinor. Он уникален тем, что использует турбины мощностью 12 МВт при высоте 260 м, в отличие от традиционных турбин мощностью 8 МВт. Это значительно снизит эксплуатационные расходы этих ферм.

Capricorn Ridge Wind Farm, Техас, США

В Техасе есть много примеров правильного использования ветрового потенциала штата. Ветряная электростанция Capricorn Ridge расположена в графствах Стерлинг и Кока.

NextEra Energy Resources владеет техасской фермой. Все началось в 2008 году с инвестиций GE Energy Financial Services и JPMorgan Chase, которые заявили, что вложат $ 225 млн в Capricorn Ridge.

На ферме установлено 342 ветряных турбины GE мощностью 1,5 МВт и 65 Siemens 2.Ветряные турбины мощностью 3 МВт общей мощностью 662,5 МВт могут легко обеспечить электроэнергией до 220 000 домашних хозяйств.

Морская ветряная электростанция Walney Extension, Великобритания

Морская ветряная электростанция Walney Extension расположена в Ирландском море, в 19 км от берега острова Уолни, Камбрия.

Частично принадлежит и управляется компанией Ørsted, 50% акций которой принадлежит датским пенсионным фондам PKA и PFA. Проект был запущен в сентябре 2018 года.

Он включает 40 ветряных турбин MHI Vestas 8 МВт и 47 ветряных турбин Siemens Gamesa 7 МВт общей мощностью 659 МВт, которых достаточно для питания 600 000 домов в Великобритании.Электроэнергия передается с помощью двух морских подстанций мощностью 4000 т.

.

Что такое ветряная электростанция?

«Сегодняшнее чудо дня» было вдохновлено Мариссой из Бэй-Сити, штат Мичиган. Марисса Уандерс , « Как работают ветряные электростанции? ”Спасибо за ЧУДО вместе с нами, Марисса!

Что вы думаете, когда слышите слово «ферма»? Животные? Овощи? Трактор? Фермеры? Вы бы поверили, что есть фермы без всего этого? Это так! О чем мы говорим? Ветряные фермы!

Ветряные электростанции — это районы, где собрано много больших ветряных турбин.Они «собирают» силу ветра. Эти большие турбины немного похожи на сверхвысокие ветряные мельницы.

Большая ветряная электростанция может иметь сотни ветряных турбин, разбросанных на сотни миль. Земля между турбинами может использоваться для других целей, например, для ведения сельского хозяйства. Некоторые ветряные электростанции также расположены недалеко от водоемов. Там они пользуются ветрами, которые дуют через озера или океаны.

Знаете ли вы, что энергия ветра на самом деле является еще одной формой солнечной энергии? Форма и вращение Земли работают с неравномерным нагревом атмосферы Солнцем, вызывая ветры.

Ветряные электростанции строятся в районах, где регулярно бывает особенно ветрено. Ветер крутит лопасти турбин. Затем турбины превращают энергию ветра в механическую энергию. Затем генераторы превращают механическую энергию в электричество. Это электричество затем используется для электроснабжения домов.

Ветряную турбину можно рассматривать как противоположность вентилятора. Вентилятор использует электричество для создания ветра. Ветровые турбины делают наоборот: они используют ветер для производства электричества! Когда ветер вращает лопасти ветряной турбины, лопасти заставляют вал вращаться.Вращающийся вал соединяется с генератором, который вырабатывает электричество.

Вам интересно, почему ученые смотрели на ветер как на источник энергии? Есть много веских причин. Энергия ветра является бесплатной и возобновляемой. В отличие от большинства электростанций, ветряные электростанции не выделяют загрязняющих веществ или парниковых газов.

Однако создание ветряных электростанций может стоить больших денег. Однако со временем их стоимость станет конкурентоспособной с другими типами генерирующих систем. К сожалению, вы не можете заставить ветер дуть, когда захотите.Это означает, что ветряные электростанции не всегда могут удовлетворить потребности в электроэнергии по запросу.

Ученые считают, что со временем новые технологии сделают ветроэнергетику еще более популярной. Они считают, что однажды люди смогут хранить энергию ветра в батареях для использования по требованию. На энергию ветра уже приходится около 3% электроэнергии в США. По мнению экспертов, к 2030 году на ветроэнергетику будет приходиться 20% всей электроэнергии страны.

Стандарты: CCRA.L.3, CCRA.L.6, CCRA.R.1, CCRA.R.2, CCRA.R.4, CCRA.R.10, CCRA.SL.1, CCRA.W.4, NGSS.ESS3. A

,

Ветропарки и их влияние на окружающую среду

\ n \ t \ t \ t \ t

2.1. Значение энергии ветра как возобновляемого источника

\ n \ t \ t \ t \ t

Прямым толчком для развития ветроэнергетики в Европе стал энергетический кризис 1973 года, вызванный эмбарго ОПЕК на экспорт нефти в развитые страны. страны. Под давлением резкого роста мировых цен на нефть страны с собственными ограниченными классическими источниками энергии начали искать возможности использования возобновляемых источников энергии, включая ветер, в более широком масштабе.Дания была пионером в развитии ветроэнергетики в Европе, поскольку они начали строительство первых ветряных электростанций в конце 1980-х годов (Štekl et al., 1993).

\ n \ t \ t \ t \ t

Энергетика ветра использует неисчерпаемую кинетическую энергию ветра совершенно бесплатно, и поэтому она не подвержена инфляции. Таким образом, снижается зависимость от импорта сырья для производства электроэнергии, а именно из регионов, характерных для их политической нестабильности. Принцип неистощимости ветра приобретает все большее значение по сравнению с запасами бурого угля в Чешской Республике (CR).В соответствии с территориальными экологическими ограничениями, установленными постановлением правительства 1991 года, в период с 2040 по 2050 год добыча бурого угля упадет ниже уровня, необходимого для угольных электростанций (Štekl, 2008).

\ n \ t \ t \ t \ t

Ветроэнергетика является наиболее экологически чистой, что в настоящее время чрезвычайно важно для защиты климата за счет сокращения производства парниковых газов, в частности двуокиси углерода (Cetkovský et al., 2010).

\ n \ t \ t \ t \ t

Еще одним аргументом в пользу ветряных электростанций является тот факт, что отдача от вложенной энергии намного быстрее в ветряных электростанциях, чем в случае атомных или угольных электростанций.Время, в течение которого WF генерирует такое же количество энергии, которое было затрачено на его строительство, колеблется от 6 до 12 месяцев при продолжительности жизни WF в 20 лет (Mathew, 2006).

\ n \ t \ t \ t \ t

Создание WF минимально нагружает сайт, и, грубо говоря, это вопрос одного месяца. Демонтаж конструкции занимает 2-3 дня, и конструкция практически не оставляет следов в земле. Ветряные фермы являются прекрасным примером многофункционального использования территорий, что означает, что они позволяют использовать сельскохозяйственные земли почти в первоначальном объеме как для выращивания растений, так и для пастбищ.

\ n \ t \ t \ t \ t

Благодаря снижению удельных затрат на выработку кВтч от ветра можно ожидать, что в ближайшие несколько лет цена на электроэнергию, производимую с помощью ветра и бурого угля, выровняется (Мэтью, 2006).

\ n \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t

2.2. Использование энергии ветра в Чешской Республике в прошлом

\ n \ t \ t \ t \ t

Первое упоминание о ветряной мельнице в Европе относится к 833 году. Исторические источники рассказывают о строительстве первой ветряной мельницы на территории Чехии. Республика до 1277 года, а именно в саду Страговского монастыря в Праге.Самые старые упоминания из Моравии и Силезии происходят из Опавского региона и датируются 1340 годом. До 17 ^– века упоминания о ветряных мельницах единичны. В 18 ^— веках развитие ветряной мельницы было стимулировано постановлением суда о создании ветряных мельниц 1784 года, который преследовал цель каждой общины иметь ветряную мельницу. В результате в Моравии и Силезии было зарегистрировано тридцать ветряных мельниц. Расцвет ветряной мельницы в Чехии приходится на первую половину или первые две трети 19 века (Pokorný, 1973).Всего тогда в Чехии было зарегистрировано 198 населенных пунктов с ветряными мельницами. В Моравии и Силезии бум произошел позже, а именно во второй половине или последней трети 19 века и начале 20 века. В Моравии и Силезии документально подтверждено существование 681 ветряной мельницы (Burian, 1965). Всего на территории ЧР подтверждено существование 879 ветряных мельниц (Cetkovský et al., 2010).

\ n \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t

2.3. Развитие ветроэнергетики во всем мире и в Чешской Республике

\ n \ t \ t \ t \ t

Наряду с совокупными проблемами, связанными с использованием ископаемого топлива и охраной окружающей среды, ветроэнергетика становится в авангарде интереса и ранее маржинальная и малоперспективная отрасль постепенно становится одним из основных направлений мировой энергетики.

\ n \ t \ t \ t \ t

Попытки использования ветра для выработки электроэнергии фиксируются с самого начала развития электроэнергетики как таковой. Однако более планомерное развитие ветроэнергетики можно датировать примерно второй половиной 1970-х годов. Нефтяные потрясения в то время привлекли внимание к ограниченным классическим источникам энергии и привели к поиску альтернатив, в том числе ветровой энергии. Как и в природе новых технологий, начало было непростым, и долгое время энергия ветра казалась интересной, но дорогой и не очень практичной возможностью в более широком масштабе.

\ n \ t \ t \ t \ t

Тем не менее, развитие продолжалось, особенно после сильного импульса со стороны Калифорнии, которая оказала временную щедрую поддержку ветроэнергетике в 1980-х годах. С сегодняшней точки зрения миниатюрных ветряных электростанций эта эпоха ответственна за знаменитые массивы калифорнийских перевалов Техачапи или Альтамонт. Технология тогда была в зачаточном состоянии, и не все попытки приносили успех. Однако «калифорнийский бум» способствовал тестированию различных технологических концепций и устранению различных тупиков в разработке.

\ n \ t \ t \ t \ t

Следующие годы были характерны для медленного, но более организованного развития при систематической поддержке, особенно со стороны Дании и, в меньшей степени, некоторых других европейских стран (в частности, Дании). получил поддержку и, как результат, в настоящее время стал технологическим лидером в этой области, а ветроэнергетика представляет собой значительный вклад в национальную экономику). Основной технологический принцип ветряных электростанций в наши дни не сильно изменился, но постепенно увеличиваются их надежность, эффективность и, что не менее важно, их размер.В совокупности это способствует снижению затрат на единицу произведенной энергии и позволяет конструктивно строить ветряные электростанции также за пределами известных населенных пунктов на морском побережье (Cetkovský et al., 2010).

\ n \ t \ t \ t \ t

Германия, которая также пользуется этой возможностью, помимо Дании. В связи с введением благоприятных и прозрачных условий для покупки ветровой энергии и выдачи разрешений на строительство ветряных электростанций произошло беспрецедентное развитие строительства ветряных электростанций, которое началось примерно в середине 1990-х годов и достигло пика в начале 21 ^гг. гг.В то время ветроэнергетика оказалась относительно недорогим методом получения чистой энергии из домашних источников, а не просто неудобной «альтернативной» технологией.

\ n \ t \ t \ t \ t

Рисунок 1.

Участие отдельных стран в общей выработке ветряных электростанций (слева) и в увеличении установленной мощности (справа) в 2008 г. (по данным GWEC — Данные Глобального совета по ветроэнергетике)

\ n \ t \ t \ t \ t

В глобальном масштабе настоящее время можно рассматривать как огромный бум в строительстве ветряных электростанций.Эта тенденция обусловлена ​​усовершенствованием технологии по сравнению с прошлым (более низкая частота поломок и шумность ветряных электростанций, более высокая производительность), значительным снижением их стоимости и повышенным интересом к использованию энергии ветра из-за высоких и нестабильных цены на нефть, а также растущая актуальность экологических проблем и предстоящие климатические изменения.

\ n \ t \ t \ t \ t

В то время как первый всплеск возведения ветряных электростанций коснулся довольно небольшого числа стран, среди которых Дания и Германия возглавляли список (включая Испанию с 2000 года), с 2005 года произошло массовое расширение ветроэнергетика на континентах.В последнее время ветроэнергетика систематически поддерживается в США и Китае, а в настоящее время также в ряде европейских стран (например, Франция, Великобритания, Португалия, Италия), а также в странах за пределами Европы (традиционно Индия, за которой следуют Канада, Япония. , и т.д.). Соединенные Штаты вместе с Китаем стали лидерами в отношении стран с недавно установленными электрическими мощностями, даже несмотря на то, что гораздо меньшие Германия и Испания (после США) все еще сохраняют сильные позиции в отношении установленных до сих пор мощностей благодаря своему преимуществу.

\ n \ t \ t \ t \ t

В целом, в 2008 году установленная мощность ветряных электростанций во всем мире достигла уровня 120 ГВт, из которых 26 ГВт были получены в прошлом году (для лучшего понимания: общая установленная мощность мощность всех электростанций в Чехии около 17,5 ГВт). Заметное значение ветроэнергетики подтверждается тем фактом, что в Европейском Союзе энергия ветра покрывала 4,2% потребления электроэнергии в 2008 году, и в этом году ветряные электростанции достигли самого высокого прироста установленной мощности среди всех источников энергии.

\ n \ t \ t \ t \ t

Что касается будущего развития, то можно ожидать сокращения строительства в тех регионах, где электроэнергетика прорвалась первыми, то есть особенно в Германии и Испании. Строительство ветряных электростанций постепенно сталкивается с нехваткой подходящих внутренних территорий и ограничений энергосистемы для передачи генерируемой энергии. Однако интенсивное развитие будет продолжаться в других европейских странах, особенно в странах за пределами Европы, и в глобальном масштабе существующий рекордный рост ветроэнергетики, вероятно, будет побит.В ближайшем будущем мы также должны увидеть более широкое строительство оффшорных ветряных электростанций, в основном в районе Северного моря. Это в случае «оффшорных» ветряных электростанций, где можно ожидать крупных технологических инноваций, и, по всей вероятности, например, плавучие ветряные электростанции, которые будут установлены в глубоких водах, или огромные оффшорные ветряные электростанции с мощностью более 10 Можно даже ожидать MW (Cetkovský et al., 2010).

\ n \ t \ t \ t \ t

Чешская Республика не может быть включена в число развитых государств с точки зрения использования энергии ветра, даже если историческое развитие может предполагать иное.О том, что ветроэнергетике в Чешской Республике в прошлом уделялось много внимания, свидетельствует книга Франтишека Кашпара (Kašpar, 1948). Современное развитие ветроэнергетики в Чехии шло в два этапа. Первый этап относится к периоду 1990-1995 годов. Затем было построено 24 ветряных турбины общей установленной номинальной мощностью 8,22 МВт. До 2001 года закупочные цены на энергию ветра колебались от 0,9 до 1,13 крон / кВтч, что не позволяло компании WF работать с прибылью.

\ n \ t \ t \ t \ t

Второй этап развития ветроэнергетики был начат ценовым решением Управления по регулированию энергетики на 2002 год, а также постепенно на 2003 год, которое установило минимальную закупочную цену на электроэнергию, произведенную с помощью ветра. на сумму 3 000 крон / МВтч. Эта цена постепенно снижалась до 2 340 крон / МВтч в 2009 году и до 2230 крон / МВтч в 2010 году и в настоящее время, но по-прежнему разрешает прибыльное строительство и эксплуатацию ветряных электростанций.

\ n \ t \ t \ t \ t

С тех пор строительство ветряных электростанций росло медленно.В настоящее время ветряные электростанции расположены преимущественно в районе Рудных гор (Крушные горы), реже — на Драганской возвышенности (Drahanská vrchovina) или в горах Низкий Есеник (Чешская Республика). Отдельные ветряные электростанции или небольшие ветряные электростанции работают и в других частях Чешской Республики. Самая большая ветряная электростанция в ЧР была построена в 2007 году недалеко от Меденца и водохранилища Пржисечнице в Рудных горах. Всего в настоящее время имеется 24 ветряных турбины общей мощностью 49,5 МВт, что составляет более трети всей выработки ветряных электростанций в ЧР.Строительство этой ветряной электростанции привело к довольно резкому увеличению установленной мощности в 2007 году (Cetkovský et al., 2010).

\ n \ t \ t \ t \ t

В 2008 году увеличение установленной мощности было не столь значительным, а именно из-за продления сроков поставки ветряных турбин, блокирования мощностей по выдаче продукции в электрическую сеть (проекты ветряных электростанций и проекты других типов возобновляемых источников энергии) и растущие препятствия со стороны некоторых органов государственного управления.

\ n \ t \ t \ t \ t

К концу 2008 года в Чешской Республике эксплуатировалось 111 ветряных турбин общей мощностью 145 МВт. В 2008 г. доля ветра в выработке электроэнергии в ЧР составила 0,29%. Коэффициент мощности (КПД) большинства ветряных электростанций составляет от 20 до 25%; Однако редко ветряные электростанции на открытых участках достигают гораздо более высоких значений.

\ n \ t \ t \ t \ t

Дальнейшее развитие ветроэнергетики в Чешской Республике неясно. С одной стороны, это выгодная закупочная цена в пользу строительства ветряных электростанций, а во многих населенных пунктах Чешской Республики довольно хорошие ветровые условия.С другой стороны, строительство несколько замедляется из-за сложного и непрозрачного процесса выдачи разрешений и непоследовательного отношения государственной администрации. Наиболее вероятный сценарий на следующие несколько лет — это дальнейшее, но медленное увеличение количества новых ветряных электростанций с годовым увеличением выработки на уровне около 50 МВт (в 2010 году всего 20 МВт — Lapčík, 2010). Однако реальное развитие будет в основном зависеть от поддержки со стороны политического представительства, которое не проявляет особого энтузиазма, несмотря на международные соглашения и национальную совместную ответственность за неблагоприятное развитие климата Земли.Интересы Чешской Республики в области ветроэнергетики защищает Чешская ассоциация ветроэнергетики, добровольная организация физических и юридических лиц, которые активно работают в области использования энергии ветра или заинтересованы в этом вопросе.

\ п \ т \ т \ т.

Строительство ветропарков | Сайт о строительстве ветряной электростанции: не только монтаж турбины, но и баланс станции — подъездные пути, подкрановые площадки, фундаменты турбин, сеть сбора энергии, подстанция, метеорологическая мачта и стоящая за этим экономика.

Повреждения лопастей ветряных турбин. Б.Ф. Соренсен, Э. Йоргенсен, К.П. Дебель, Х. Дженсен, Т. Якобсен, К. Холлинг и др., Улучшенная конструкция большой лопасти ветряной турбины из волокнистых композитов на основе исследований масштабных эффектов (этап 1). отчет.

Лопасти ветряных турбин редко подвергаются катастрофическим отказам, хотя на YouTube можно найти кучу видео с разлетающимися или разваливающимися на части лопастями.

Однако они подвержены ряду проблем, таких как трещины, отслоение различных слоев, внутреннее расслоение и т. Д.

По порядку величины отказы лопастей являются причиной примерно одной пятой проблем, обычно наблюдаемых в течение срока службы ветряная электростанция.

Такие проблемы напрямую влияют на прибыльность предприятия, и их устранение может оказаться чрезвычайно дорогостоящим.

Некоторые проблемы можно исправить, оставив лопасть прикрепленной к ротору. Однако не все проблемы могут быть решены без демонтажа отвала, а плата за демонтаж кранов может быть очень высокой.

В худшем случае потребуется замена лезвия, что приведет к увеличению транспортных расходов.

Определенное количество отказов связано с ошибкой проектирования (недостаточная прочность материала при усталости или экстремальных нагрузках) или производственными проблемами.

Однако подавляющее большинство проблем, по-видимому, связано с экстремальными погодными условиями — в основном сильными ветрами, грозой (включая удары молнии), льдом, загрязнителями и т. Д.

Эффект скопления льда особенно опасен в случае асимметричного накопления, потому что это может создавать несбалансированные нагрузки в роторе.

Загрязняющие вещества, обычно в виде взвешенных в воздухе частиц (например, песка), могут сократить срок службы лопастей, ускоряя эрозию поверхностного слоя.Гелевое покрытие обычно покрывает внешнюю часть лезвия, чтобы защитить его от ультрафиолетового разложения, воды и т. Д.

Следовательно, эрозия внешнего слоя может иметь два воздействия: снизить эффективность лезвия (это будет иметь прямое влияние на энергию производство, и в конечном итоге на деньги) и ускорение деградации лезвия.

Некоторые области лезвий более подвержены повреждениям: кончик, корень и суставы накапливают большинство зарегистрированных повреждений. Однако распределение отказов имеет типичную картину: эрозия чаще возникает на стороне вершины (из-за более высокой локальной скорости), в то время как трещины более часты в направлении корня.

Зоны трещин и эрозии лезвий. Чжан, Х., 2016. Снижение неопределенности при проверке состояния лопастей ветряных турбин с помощью методов обработки изображений. Государственный университет Айовы, Эймс, Айова

Для обнаружения и мониторинга повреждений было разработано множество методов. Существует единодушное мнение о том, что раннее обнаружение проблемы обычно означает более низкие затраты на обслуживание.

«Идеальный», идеальный метод должен обеспечивать возможность бесконтактной оценки лезвия в полном масштабе, что позволяет осуществлять непрерывный удаленный мониторинг.

К сожалению, таких методов пока не существует. Среди наиболее многообещающих методик стоит упомянуть:

Использование тензодатчиков , встроенных в лезвие или на поверхность. Это тот же тип волоконно-оптического кабеля, который называется «волоконные брэгговские решетки» (ВБР), которые я описал в другом посте. Поскольку каждый датчик измеряет только прямую деформацию и деформацию сдвига только в одной точке лопастей, для получения полной картины потребуется множество датчиков. Другая проблема заключается в том, что датчик может дать «ложноположительный» результат в случае выхода из строя из-за ползучести, усталости и т. Д.

Измерение акустической эмиссии лезвия — еще один чрезвычайно интересный метод поиска повреждений. К сожалению, это сложная система, для которой требуется множество датчиков и физический контакт с лопастями многих датчиков — этого может быть трудно достичь в действующих ветряных электростанциях. Датчики работают в расширенном частотном диапазоне (от 50 кГц до 1 МГц) и, как и в случае тензодатчика, используются не только для лопастей, но и для других компонентов (редуктора, подшипников и т. Д.))

Ультразвук — это чрезвычайно распространенный неразрушающий метод, который в основном анализирует ультразвуковые волны, отраженные различными слоями материалов и неоднородностями в материалах. Основная проблема ультразвукового обнаружения заключается в том, что обычно требуется физический контакт с поверхностью. Вдобавок к этому обычно требуется много времени (и может быть сложно обработать сигнал). Однако это может быть чрезвычайно полезно для глубокого анализа положения лезвия.

Термография — это метод, использующий инфракрасные камеры для оценки распределения температуры. Если есть дефект в конструкции, поток тепла будет нарушен, вызывая температурные градиенты. Термография бывает двух типов: пассивная (выполняется с земли с использованием «естественной» температуры) и активная (нагревание поверхности).

Последний метод и, возможно, один из самых многообещающих, обеспечивающих быстрое развитие вычислительной мощности компьютера, — это Machine Vision .Одна или несколько камер используются для захвата изображений лопастей, которые впоследствии анализируются с помощью алгоритмов обработки изображений.

Существует несколько интересных исследований по машинному обучению — в основном с использованием двух наборов изображений, одного из лезвий с известными сбоями, а другого из лезвий без проблем, чтобы «обучить» алгоритм обнаружению проблем.

.