Мегаконструкции. Самые большие ветрогенераторы / Хабр

Siemens SWT-7.0-154

Кто говорил, что ветряки не способны конкурировать по мощности с атомными электростанциями? Посмотрите на самую большую в мире ветроэлектрическую установку Siemens SWT-7.0-154. С площадью ометания 18 600 м² этот гигант в одиночку генерирует максимальную мощность 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. Несколько сотен таких ветряков — и вот вам атомная электростанция.

SWT-7.0-154 — это флагманская модель компании Siemens. В её названии зашифрованы генерируемая мощность (7 МВт) и диаметр ротора с лопастями (154 м). Она пришла на смену предыдущему флагману SWT-6.0-154, от которого практически не отличается по техническим спецификациям, но оснащён более мощными магнитами. Более сильное магнитное поле позволяет генерировать больше электроэнергии при том же диаметре. Другими словами, в этой ВЭН параметр снимаемой мощности с квадратного метра площади ометания выше примерно на 16,7%.

Ветрогенератор включается в работу на минимальной скорости ветра 3-5 м/с, а генерируемая мощность поступательно растёт до максимальной 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. При достижении скорости ветра 25 м/с генерация прекращается.

Казалось бы, на таких скоростях ветра лопасти ВЭУ должны вращаться быстро, но это совершенно не так. На самом деле они вращаются неторопливо и степенно, делая всего 5-11 оборотов в минуту. То есть полный оборот три лопасти совершают примерно за 5-12 секунд, в зависимости от скорости ветра.

Более сильное магнитное поле в новой модели означает также и то, что эту турбину труднее раскрутить. Для достижения той же скорости вращения 5-11 оборотов в минуту и максимальной генерируемой мощности (7 МВт вместо 6 МВт) этой турбине требуется повышенная скорость ветра: 13-15 м/с вместо 12-14 м/с. Соответственно, и начальная скорость ветрогенерации у неё выше. Вот почему данная модель-гигант наиболее оптимально подходит для размещения на территориях с относительно сильными ветрами, лучше всего в море.

Внутри турбины нет редуктора (коробки передач) — здесь работает система прямого привода, подключенная к синхронному генератору переменного тока с постоянными магнитами. Поскольку скорость генератора определяет напряжение и частоту тока, то «грязный переменный ток» преобразуется в постоянный ток, а затем преобразуется обратно в переменный ток перед подачей в сеть.

В последние годы в области ветряной энергетики происходит очень быстрый научно-технический прогресс. Буквально каждый год появляются новые модели ВЭУ большей мощности и эффективности. Большие и маленькие, рассчитанные на целые посёлки или отдельные дома, на большую скорость ветра в море или на среднюю скорость ветра над крышей частного дома.

Например, мировой рекорд по максимальной генерируемой мощности принадлежит вовсе не Siemens, а другой турбине ещё одного немецкого производителя Enercon E126, которая выдаёт до 7,58 МВт. На видео показан процесс установки такой турбины.

Высота стойки Enercon E126 — 135 м, диаметр ротора — 126 м, общая высота вместе с лопастями — 198 м. Общий вес фундамента турбины — 2500 тонн, а самого ветрогенератора — 2800 тонн. Только электрогенератор весит 220 тонн, а ротор вместе с лопастями — 364 тонны. Общий вес всей конструкции со всеми деталями — 6000 тонн. Первая установка подобного типа была установлена около немецкого Эмдена в 2007 году, хотя в той модификации максимальная мощность была меньше.

Впрочем, ветрогенераторы-гиганты — довольно дорогое удовольствие. Один такой ветряк на 7 МВт обойдётся в $14 млн вместе с установкой, если заказывать все работы у сертифицированных немецких специалистов. Конечно, если освоить производство в своей стране, благо металла хватает, то стоимость вполне можно снизить в несколько раз. Кто знает, может такой гигантский проект национальной стройки занял бы население страны и помог выбраться из экономического кризиса.

Одна из самых последних строящихся в Восточной Европе атомных станций — Белорусская АЭС — получит два энергоблока с реакторами ВВЭР-1200 мощностью по 1200 МВт. Казалось бы, несколько сотен ветряков Siemens сравнятся с атомной электростанцией. Стоимость строительства примерно одинаковая, зато «топливо» бесплатное. Что интересно, Белорусскую АЭС как раз строят в районе, где

по климатическим данным за 1962-2000 годы

почти самая высокая среднегодовая скорость ветра в Беларуси. Но в реальности эта «самая большая» среднегодовая скорость ветра — всего лишь около 4 м/c (на высоте 10 м), чего едва хватит для запуска ВЭУ на минимальной мощности.

Перед установкой следует сверяться с годовой картой ветров в районе дислокации с данными средней удельной мощности ветрового потока на высоте 100 м и выше. Хорошо бы составить такие карты для всей территории страны, чтобы найти места наиболее оптимального строительства ВЭУ. Нужно иметь в виду, что скорость ветра сильно зависит от высоты, что хорошо известно жителям высотных домов. В обычных прогнозах погоды по ТВ сообщают скорость ветра на высоте 10 м над землёй, а для ветровой турбины следует измерять скорость на высоте 100-150 м, где ветры гораздо сильнее.

Так что наиболее оптимально такие гиганты подходят для установки в море, в нескольких километрах от побережья, на большой высоте. Например, если установить такие установки вдоль северного побережья России с шагом 200 метров, то максимальная мощность массива составит 690,3 ГВт (побережье Северного Ледовитого океана составляет 19724,1 км). Скорость ветра там должна быть приемлемая, только при заливке фундаментов придётся иметь дело с вечной мерзлотой.

Правда, по стабильности работы ВЭУ никогда не сравнятся с АЭС или ГЭС. Здесь энергетикам приходится постоянно следить за прогнозом погоды, потому что генерируемая мощность напрямую зависит от скорости ветра. Ветер должен быть не слишком сильным и не слишком слабым. Хорошо, если в среднем ВЭУ будут выдавать хотя бы треть от максимальной мощности.

Vortex Bladeless: безлопастные ветряные турбины

Документ представлен Испанским ведомством по патентам и товарным знакам

Компания Vortex Bladeless S.L. разработала и вывела на рынок ветрогенераторы, работающие без лопастей, валов, подшипников и других механизмов, изнашиваемых при трении.

Данная технология основана на аэроупругом резонансе, позволяющем использовать феномен формирования вихрей.

Безлопастные ветротурбины в основном состоят из вертикального неподвижного цилиндра на упругом стержне, встроенном в землю.

Движение верхней части ограничено магнитной силой, так как именно здесь возникает максимальная амплитуда колебаний.

Этот цилиндр улавливает энергию ветра, вступающую в резонанс благодаря аэродинамическому эффекту, называемому сходом вихря, и затем преобразует механическую энергию в электричество с помощью генератора переменного тока.

Инновация, вдохновленная обрушением Такомского висячего моста

В 1940 г. на шоссе № 16 в штате Вашингтон через пролив Такома-Нэрроуз был построен третий по длине в мире висячий мост. Спустя четыре месяца после открытия моста он начал колебаться и обрушился. Столь драматическое обрушение такой конструкции вошло во все учебники как пример, объясняющий работу некоторых типов аэродинамического резонанса, вызванных ветром.

В 2002 г. Давид Х. Яньес узнал об этом событии на курсе инженерно-строительного дела в Вальядолидском университете и подал первый патент на механизм, способный оптимизировать аэродинамический резонанс такого типа и генерировать электроэнергию.

Этот механизм представлял собой вертикальную тонкую конструкцию с круглым сечением, колеблющуюся в плоскости, перпендикулярной направлению ветра.

Такая конструкция была способна работать без каких-либо валов, зубчатых передач, подшипников или других подобных устройств. Таким образом, механизм не нуждался в смазочных материалах и затратах на техническое обслуживание, а сроки окупаемости были сведены к минимуму.

Эта конструкция могла генерировать ветряную энергию без необходимости лопастей, которые до сих пор использовались в ветрогенераторав.

Лишь спустя несколько лет – в 2010 г. – Давид Х. Яньес и Рауль Марин Юнта получили патент ES2374233B1, владельцем которого стала совместно основанная ими компания «DEUTECNO S.L.».

Затем благодаря поддержке фонда «Repsol» и нескольким выигранным наградам была основана компания «Vortex Bladeless S.L.», которая успешно прошла два раунда инвестиций.

В настоящее время компания работает над производством первой предсерийной партии из 100 малогабаритных агрегатов, что достаточно, чтобы представить продукт на рынке.

Этапы разработки технологии

Первый этап заключался в изучении феномена аэродинамики.

Испытания в аэродинамической трубе Института микрогравитации Университета Игнасио да Ривы, UPM. (фото: Vortex Bladeless)

Такой тип аэродинамического резонанса обычно считается проблемой, и существует множество способов его предотвращения. Однако информации о методах оптимизации этого феномена не так много.

Благодаря поддержке таких транснациональных корпораций, как «Altair Engineering, Inc», и таких организаций, как Барселонский суперкомпьютерный центр, конструкция была оптимизирована для максимизации производительности установки.

На втором этапе основное внимание уделялось обеспечению контроля взаимодействия конструкции с ветром с целью увеличения диапазона скоростей, в котором возникает резонанс.

На третьем этапе был разработан генератор, способный эффективно преобразовывать колебательную энергию в электричество.

В настоящее время проект находится на четвертом и последнем этапе, на котором после выпуска «минимально жизнеспособного продукта» компания готовится к производству, индустриализации и выпуску продукции на рынок.

Первые экспериментальные испытания в «CEDER CIEMAT» в Сории. (фото: предоставлено компанией)

Международное признание

Проект вызвал необычайный интерес на международном уровне. Особую заинтересованность продемонстрировали в Азии, Америке и Европе (именно в таком порядке).

В частности, было получено огромное число предложений о сотрудничестве с различными предприятиями и учреждениями как в промышленности, так и в науке.

Например, одна из трех крупнейших ветроэнергетических компаний в мире предложила осуществить совместный проект по анализу потенциала применения этой идеи на габаритных установках.

Общественные организации также приняли идею на ура. В социальной сфере проекту также был оказан теплый прием.

Такие учреждения, как «SEO Birdlife», ООН, Европейская комиссия, а также множество национальных и международных кооперативов, ассоциаций и учреждений оказывают проекту содействие и делятся своими мнениями.

Охрана: «Vortex Bladeless» в ногу с промышленной собственностью

Начиная с первого патента ES2374233B1, обеспечивающего охрану изобретения как по всей Европе, так и в Америке (в США и Мексике), и продолжая патентами EP15771650, WO2017174161A1, WO2018149942A1 и др., в основе проекта всегда лежала охрана инноваций и всего предприятия с помощью механизмов промышленной собственности (патентов и товарного знака «Vortex Bladeless»).

Фактически, эволюция компании и этапы ее развития отражены в разных семействах ее патентов.

На каждом раунде инвестиций и на каждом конкурсе, на котором был представлен проект, критически важным считалась степень охраны технологии. К счастью, поскольку этот тип ветряных турбин является «первым в своем роде», не составило труда получить признание «новизны» и «изобретательского уровня», требуемого всеми патентными ведомствами мира, куда была подана заявка на обеспечение охраны.

Хотя в настоящее время все технологии Vortex Bladeless защищены, компонент охраны остается в стратегии компании: особое внимание уделяется производственным процессам и их применению в различных областях.

• Название МСП: Vortex Bladeless S.L.
• Сектор: ветроэнергетика
• Адрес: Calle Paseo de la estación, 20, 05001, Ávila.  Испания
• Контактное лицо: Давид Х. Яньес Вильяреаль
• Контактный телефон: + 34 920048648
• Веб-сайт: vortexbladeless.com

Ветрогенератор для народа — Forbes Kazakhstan

Сотрудники ТОО «I.Zhel» (ранее — ТОО «Science Technology») пять лет назад стали работать над созданием ветрогенератора.

Только в первые полгода им пришлось вложить $30-35 тыс. в разработку. Общую сумму инвестиций, говорят в инжиниринговой компании, подсчитать невозможно.

– Мы создали гибридный генератор, который работает как от ветра, так и от воды. Ему достаточно 200-300 оборотов в минуту, чтобы вырабатывать ток мощностью от 1 до 10 кВт в зависимости от потребности пользователя. Традиционные ветрогенараторы ту же самую мощность выдают при оборотах от 1 тыс. до 2 тыс. в минуту, – рассказывает коммерческий директор ТОО Тимур Мухтарканов.

Тимур указывает на следующие плюсы местного ветрогенератора: его работе не мешают сотовые телефоны, радиотехника и т.д., он бесшумный, в отличие от ветряков, которые уже стали киношным штампом и одним из символов Нидерландов, не дает низкочастотных звуков, то есть может работать в населённом пункте, его можно установить хоть во дворе частного дома, хоть на крыше многоэтажки.

Традиционные ветрогенераторы – мачты высотой 80 метров, с лопастями длиной в 25 метров – дорогостоящие в установке и обслуживании.

По словам Мухтарканова, такие гиганты стоят 51 млн евро, ежечасно на их содержание тратится 9 евро, окупаемость составляет 22 года.

– У нашего изобретения генератор находится внутри лопастей, весит он всего 30 кг, – указывает коммерческий директор.

Стоимость местного ветрогенератора мощностью 1 киловатт (для обычного частного дома требует 3 киловатт) составляет $1300. Для сравнения: китайские стоят $2300. Сейчас компания хочет удешевить продукцию, снизив её стоимость до 160 тыс. тенге.

Окупается установка за год-полтора, потом, условно говоря, пользователь начинает получать электроэнергию бесплатно. Гарантия на ветрогенаратор от локального производителя составляет 3 года.

– Мы участвуем в программе ПРООН по спасению Арала. В рамках этой программы установили ветрогенератор в лесопитомнике города Аральска Кызылординской области. Нашу компанию международная организация выбрала потому, что мы являемся местными производителями. В нашем ветрогенераторе 65% казахстанского содержания, то есть всё – от аккумулятора и после него – это наши системы. Нам приходится закупать, допустим, магниты и сами накопители в Китае, потому что у нас этого не производят, – объясняет коммерческий директор.

Директор ТОО «I.Zhel» Адлет Кадыров говорит, что на территории СНГ не производят подобных ветрогенераторов, поэтому рынок стран ЕАЭС для них очень привлекателен.

– Но сейчас первоочередная задача – насытить внутренний рынок. Мы хотим, чтобы жители Казахстана задали ритм другим рынкам, чтобы сформировалась потребность в других странах, чтобы были потребители, которые смогут рассказать о нашем ветрогенераторе другим, – указывает на приоритеты Кадыров.

В Казахстане много энергии ветра, а значит, такие установки можно монтировать где угодно – на выгонах, в отдаленных аулах.

– Мы можем давать энергию мощностью от 1 киловатта до 1 мегаватта. Можно монтировать целые ветроэлектростанции, чтобы запитать небольшой поселок либо район города, при этом для потребителя киловатт/час будет стоить в среднем 5 тенге, – рассказывает Тимур Мухтарканов.

Там, где нет ветра, но есть текущая вода, такие гибриды тоже работают. Чтобы поменять лопасти с ветряных на водные, требуется всего 30 минут.

Ещё какое-то время уйдёт на то, чтобы опорную установку из вертикального состояния перевести в горизонтальное.

– Что такое энергия на выгонах, в аулах? Это возможность установить насосы и качать воду, нагревать воду, пользоваться всеми бытовыми приборами. Люди могут создать инфраструктуру, как в городе. Почему это нужно? Сейчас проблема городов в том, что есть большой приток внутренних мигрантов, которые с трудом адаптируются в городах, ухудшают криминальную обстановку, создают дополнительные социальные проблемы. Если же человек в своем маленьком населенном пункте будет с электричеством, то у него будет всё, он сможет нормально вести хозяйство, он там останется, – говорит о социальной значимости проекта Мухтарканов.

За этот год компания установила 20 ветрогенераторов по частным заказам.

На данный момент по индивидуальным заявкам они могут производить и устанавливать в месяц до 100 ветрогенераторов.

Монтажом агрегатов занимается партнёрская компания, которая имеет право осуществлять подобные работы.

Разработка опорных конструкций – это зона ответственности ещё одного партнёрского ТОО – алматинского завода «Электрощит».

Инженеры завода разрабатывают опорные конструкции индивидуально под каждый объект.

Производителям также помогает Национальная палата предпринимателей «Атамекен».

В рамках программы «Дорожная карта бизнеса-2020» весной 2015 заместитель директора ТОО «Science Technology» Жанболат Мусабаев прошел трехдневный курс в «Бизнес-школе».

– Нам рассказывали, как налоги платить, как организовывать предприятие и руководить им, как закрывать предприятие. В «Бизнес-школе» очень хорошо обучают, там грамотные сильные преподаватели, я многое для себя узнал, – делится предприниматель.

Всего с начала 2015 по программе краткосрочного обучения «Бизнес-Советник» по всему Казахстану на базе региональных палат предпринимателей было обучено 14 тыс. начинающих предпринимателей, по проекту «Бизнес-Рост», которая рассчитана на действующих бизнесменов, обучено 1210 руководителей бизнеса. В рамках проектного обучения по принципу наставничества – знания получили 910 предпринимателей. Для этих целей Национальная палата предпринимателей «Атамекен» привлекла профессиональных бизнес-тренеров и действующих бизнесменов.

как устроен бизнес, чем занимается компания и какие перспективы имеет

Михаил Городилов

зарабатывает на инвестициях

Профиль автора

General Electric — американский промышленный конгломерат. Это очень диверсифицированный бизнес с активами в таких отраслях, как авиастроение, машиностроение, энергетика. Но компания сильно зависит от ситуации в промышленности, и у нее есть целый ворох проблем, связанных с конъюнктурой в отраслях, где она работает.

Что тут происходит

Читатели давно просили нас начать разбирать отчетность и фундамент бизнеса американских эмитентов. Сделать обзор General Electric предложил наш читатель Alex Freeman в комментариях к обзору NXP. Предлагайте в комментариях компании, разбор которых вам хотелось бы прочитать.

На чем зарабатывают

Выручка состоит из продажи оборудования и услуг, основные деньги приносит промышленный бизнес. Рассмотрим деятельность компании по сегментам.

Инвестиции — это не сложно

Пройдите наш бесплатный курс по инвестициям для новичков. Быстрые и нескучные уроки о том, как вкладывать с умом, когда все вокруг без ума.

Погнали!

Генерация энергии. Маржа сегмента — 2,1% от выручки. В газовой отрасли GE делает газовые турбины и занимается их обслуживанием. Для отрасли энергетики GE делает бойлеры, паровые турбины, генераторы, системы контроля качества воздуха, разнообразное оборудование: для промышленности, нефтегазовых и энергетических компаний.

Возобновляемая энергия. Маржа сегмента пока отрицательная, −4,3%. Компания занимается проектированием, строительством и обслуживанием гидроэлектростанций, ветрогенераторов, электросетей, а еще обслуживает предприятия в сфере ЖКХ, нефтегазовой добычи.

Авиация. Маржа сегмента — 20,7% от выручки. В этой категории компания занимается производством и обслуживанием авиадвигателей. У GE есть клиенты как в гражданской авиации, так и в военной.

Здравоохранение. Маржа сегмента — 19,5% от выручки. Компания оказывает услуги системе здравоохранения. Это производство и обслуживание медицинского оборудования вроде устройств для томографии, УЗИ, рентгена, устройств для анестезии и проведения операций, оборудования для лабораторных испытаний и диагностики. Также компания консультирует медицинские предприятия в сфере повышения эффективности управления.

Лизинг и финансовые операции (GE Capital). Сегмент убыточен: его итоговая маржа составляет −0,5%. Это финансовые продукты и услуги для клиентов компании типа страхования и андеррайтинга. В основном выручку составляет лизинг самолетов (56,32%) и страхование (33,33%), остальное дают услуги по финансированию клиентов компании в сфере промышленности и энергетики, а также финансирование операций самой GE.

Что такое андеррайтинг, статья в Википедии

Большую часть выручки компания делает за пределами США.

Выручка и прибыль за последние 12 месяцев в миллиардах долларов. Итоговая маржа в процентах от выручки. Источник: Macrotrends

Нелетная погода

Коронавирусный карантин сильно ударил по самым маржинальным бизнесам компании — авиационному и медицинскому.

На авиационный бизнес сильно повлияло снижение количества полетов. А вот показатели медицинского бизнеса испортило нарушение нормального режима работы больниц, из-за которого многие операции и процедуры отложили на неопределенный срок.

В этом году убытки компании все равно оказались меньше, чем в 2019, и она даже вышла на прибыль по итогам 2020. Но это произошло потому, что в 2019 у GE были большие траты и издержки, связанные со списанием стоимости многих активов.

В этом году авиационному подразделению GE не стоит ждать повышения спроса со стороны гражданской авиации. По GE и так сильно ударила история с проблемными Боингами, а коронакризис грозится убить этот бизнес. Ну или не убить, но значительно испортить — к показателям производства допандемической эпохи отрасль вернется нескоро.

Не добавляет оптимизма в этом отношении и торговая война между США и ЕС: обе стороны обвиняют друг друга в субсидировании своих авиапроизводителей в обход правил ВТО и навесили пошлин. Американцы наложили на самолеты французского Airbus пошлины 10%, а европейские регуляторы будут брать 15% за импорт американских самолетов Boeing в Европу. Это, конечно, не улучшает ситуацию с GE: она активно работает с Boeing и стремится развивать поставки Airbus.

Может быть, Boeing скоро начнет делать новые самолеты и загрузит GE заказами. А может, и не начнет. В любом случае поводов для оптимизма здесь мало, поэтому лучше быть морально готовыми к худшему.

Облачно, возможны осадки в виде дивидендов

Но не все так плохо. У бизнеса GE в сфере ветряной энергии не самые слабые перспективы. Отрасли генерации электричества из ветра пророчат великие перспективы: стоимость генерации энергии снижается и это будет стимулировать спрос.

Источник: Axios Источник: IEA

Источник: Axios Источник: IEA

Впрочем, сегмент возобновляемой энергетики у GE пока генерирует убытки. Но я думаю, что GE все равно перепадут какие-то бонусы благодаря тому, что она крупный игрок в сфере чистой энергетики. Скорее всего, основным бонусом здесь будет именно облегчение доступа к финансированию: возможно, помешанные на экологии инвесторы будут накачивать акции компании за правильную идеологическую ориентацию без оглядки на прибыльность этого направления.

Энергетический бизнес компании в четвертом квартале 2020 года может получить ускорение. Фабрики в США загружены, что наверняка создает спрос на генерацию электричества в больших объемах.

Медицинский бизнес компании не внушает мне безоблачной уверенности. Больницы в США и во всем мире заполняются новыми коронавирусными больными, и может получиться так, что в текущем квартале многие пациенты также будут откладывать важные процедуры и операции.

Конечно, пандемия генерирует спрос на производство GE аппаратов искусственной вентиляции легких, но доходы от этого не покроют потери компании от падения спроса на другие ее товары и услуги в сфере медицины.

Все это важно учитывать, потому что GE платит дивиденды — 4 цента на акцию, что с текущей ценой акций 9,57 $ дает 0,41% годовых. На дивиденды у компании уходит примерно 137 млн долларов в квартал. Согласно последнему отчету, у GE задолженностей на 219,52 млрд долларов. Компания и раньше резала дивиденды без оглядки на инвесторов и может это повторить.

История дивидендных выплат General ElectricXLSX, 22 КБ

Правда, у GE довольно неплохие запасы: 39,162 млрд долларов на счетах и плюс к этому 27,712 млрд долларов задолженностей контрагентов.

Но дивиденды не приоритет для компании. А если GE снова их порежет, то акции могут сильно упасть: произойдет массовый исход дивидендных инвесторов.

На это можно возразить, что дивидендная доходность GE невелика и там мало дивидендных инвесторов. Но я бы не стал недооценивать человеческий фактор, поэтому есть вероятность того, что в этих акциях засело множество любителей пассивного дохода.

Резюме

GE — небезынтересный эмитент. Но самые маржинальные сегменты бизнеса компании под ударом, и в случае повторения истории с глобальным карантином компания сильно пострадает. Поэтому если и инвестировать в эти акции, то только с опаской и пониманием того, что есть большие риски принудительно стать в них долгосрочным инвестором.

Удивительные ветрогенераторы — Энергетика и промышленность России — № 21 (353) ноябрь 2018 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 21 (353) ноябрь 2018 года

Объединяет их лишь одно: рабочей силой является движение воздушных масс. О некоторых оригинальных агрегатах мы и хотим рассказать в этом материале.

Ветрогенераторы становятся все более популярными. Их используют не только как дополнительный источник электричества, но зачастую и как основной, например, при обустройстве загородного дома. Тому способствует удобство эксплуатации и вполне хороший эстетичный вид ветряков. К тому же это вполне экологичные конструкции, не требующие затрат на природные ресурсы: ветер бесплатен. К тому же нынче промышленность выпускает контроллеры энергии, обеспечивающие работу даже при слабом ветре, собирающие энергию «порциями», и конструкции с автоматически изменяющимся углом атаки лопастей в зависимости от направления и силы ветра.

В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС: пропеллерные, где вращающийся вал расположен горизонтально относительно направления ветра и с самым высоким КПД, барабанные и карусельные, в которых вал, вращающий лопасти, расположен вертикально и которые монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах).

Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра. Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести установки из строя.

Достоинства ВЭС – простота конструкции, экономичность и возобновляемость источника энергии. Кроме того – доступность (ветер дует везде) и независимость источника энергии (например, от цен на топливо).

Недостатки – зависимость от ветра, шумность и необходимость использования больших площадей (в случае постройки крупных электростанций). Кроме того, стартовая стоимость и дальнейшее использование – вполне затратны (необходимы накопители энергии, которые имеют ограниченный срок эксплуатации).

Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок, их число растет в скандинавских странах и Греции.

В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий.

Это касается, в первую очередь, так называемых «традиционных» ветряков. Но среди всего разнообразия установок есть и оригинальные, не вписывающиеся в обычные представления о них.

Дерево-ветрогенератор

Например, французская группа инженеров создала искусственное дерево, способное генерировать электричество с помощью ветра. Устройство производит энергию даже при небольшом движении воздуха.

Идея пришла автору изобретения Жерому Мишо-Ларивьеру, когда он наблюдал шелест листьев в безветренную погоду. Устройство использует небольшие пластины в форме скрученных листьев, которые преобразуют ветряную энергию в электрическую. Причем независимо от направления движения воздуха. Дополнительное преимущество «дерева» заключается в его полностью бесшумной работе.

На создание 8‑метрового прототипа инженеры потратили три года. Энергогенерирующее «дерево» установлено в коммуне Плюмер-Боду на северо-западе Франции.

Новая установка, Wind Tree, эффективнее обычного ветрогенератора, поскольку вырабатывает энергию даже при скорости ветра всего 4 м / с.

Мишо-Ларивьер надеется, что «дерево» будет использовано для питания уличных фонарей или зарядных станций для электромобилей. В будущем он планирует усовершенствовать установку и подключить ее к энергоэффективным домам. Идеальное электрогенерирующее «дерево», по словам изобретателя, должно иметь листья из натуральных волокон, «корни» в виде геотермального генератора и «кору» с фотоэлементами.

Биоразлагаемые лопасти

Ахиллесова пята быстрорастущей индустрии ветроэнергетики – физические компоненты ветрогенераторов, которые изготавливаются из нефтяных смол и в конечном итоге оказываются на свалках.

Чем больше ветрогенераторов, тем больше выбрасывается использованных лопастей. Чтобы положить конец этой расточительности, исследовательской группе UMass Lowell был выделен грант для решения этой проблемы путем создания биоразлагаемых лопастей.

Для конструирования новых ветрогенераторов они планируют использовать «полимеры на биологической основе», примером которых является растительное масло.

Кроме всего прочего, рассматривается возможность замены нефтяных смол устойчивыми. Ученые надеются найти новый материал, который обладает теми же свойствами, что и ныне используемый.

Одна из трудностей состоит в том, что необходимо проверить, могут ли эти экологичные лопасти выдерживать суровые погодные условия и при этом иметь конкурентоспособные цены.

Использование биоразлагаемых лопастей сделает индустрию еще более «зеленой» за счет сокращения отходов.

Крылья стрекозы

Несколько исследователей из Франции попробовали сделать ветряную турбину еще эффективней за счет изменения ее компонентов. Насекомые, а именно стрекозы, вдохновили их на создание гибких лопастей. Ветровая турбина на сегодняшний день работает только при оптимальных скоростях ветров, но новый био-дизайн может дать способ обойти этот факт.

Исследователи построили прототипы с обычными жесткими лопастями, умеренно гибкими лопастями и очень гибкими лопастями турбины. Последний дизайн оказался слишком гибким, но умеренно гибкие лопасти превосходят жесткие, создавая на целых 35 % больше мощности. Кроме того, они продолжали работать в условиях слабого ветра и не были подвержены повреждениям при сильном ветре.

Теперь ученым предстоит найти оптимальный материал, который не был бы слишком гибким, но и не являлся жестким.

Воздушная ветроэнергетика

Воздушная ветроэнергетика (Airborne Wind Energy, сокращенно AWE) запускает в небеса летающие ветряные электростанции – дирижабли, «воздушные змеи», дроны и прочие летательные аппараты, оснащенные ветряными турбинами или приводящие в действие наземные генераторы с помощью своих «поводков».

Летающие ветрогенераторы не требуют фундаментов и значительных транспортных издержек. При этом они работают с хорошим «коммерческим» ветром – на высотах в несколько сотен метров ветер стабильнее и сильнее. Поэтому коэффициент использования установленной мощности воздушных ветряных электростанций достигает 70 %.

Например, это шотландский ветроэнергетический проект Kite Power Systems, технологии которого обеспечивают выработку энергии с помощью «воздушных змеев», парящих на высоте до 450 м.

А ветроэнергетическая система Airborne Wind Energy System использует для добычи энергии следующую схему. Автономный самолет, привязанный к основанию, летает по восьмерке на высоте от 200 до 450 метров. Когда самолет движется, он тянет тросик, который приводит в действие генератор. Как только трос намотан до установленной длины (~750 м), самолет автоматически опускается на более низкую высоту. Затем он поднимается и повторяет процесс. Самолет взлетает с платформы, летает и приземляется автономно, используя набор сенсоров, которые обеспечивают информацию для безопасного выполнения задачи.

Ветрогенератор закрытого типа

Компания «Оптифлейм Солюшенз», реализующая в рамках «Сколково» проект по созданию нового поколения малых и средних ветрогенераторов закрытого типа, создала предсерийный образец ветроустановки для подготовки к промышленному производству.

Традиционные ветрогенераторы открытого типа обладают высоким уровнем потенциальной опасности и поэтому располагаются преимущественно в нежилых зонах на удалении. Ветрогенераторы закрытого типа, оснащенные турбиной наподобие самолетной, можно размещать в любых местах, например на крышах жилых или коммерческих зданий.

Установочная мощность образца – 1 / 2 кВт. Он протестирован в аэродинамической трубе и в реальных условиях. В дальнейшем планируется создать и более мощные разработки.

Вместо обычного двух- или трехлопастного вентилятора здесь используется осевая турбина самолетного типа. Это повышает КПД и снижает стоимость изготовления, т. к. сами лопатки существенно меньше вентиляторных. Конструкция имеет внешний направляющий аппарат, который дополнительно повышает КПД и служит защитой от птиц, а также имеются внешний и внутренний обтекатели, служащие защитой в случае разрушения лопаток.

В итоге получен ветрогенератор с рекордно низкой стоимостью генерации кВт-часа, который принципиально возможно размещать в жилой зоне, в том числе – на крышах городских домов. Обычный ветряк там ставить невозможно, так как в пределах десяти диаметров от него должно быть свободное пространство.

По сравнению с обычными ветрогенераторами данная конструкция безопасна в рабочем состоянии для обслуживающего персонала и летающих животных. Также оно работает при более низком уровне шума и не является значительной угрозой для безопасности людей и строений в округе. При аварии обычного ветрогенератора массивные лопасти, двигающиеся с большой скоростью, как правило, разрушают всю конструкцию при повреждении одной из них.

Безредукторный ветроагрегат

В проекте безредукторного ветроагрегата энергия вырабатывается «кончиками» лопастей. Здесь отсутствует традиционный вал от пропеллера к генератору, а электричество снимается с обода пропеллера.

Его ротор в форме ферромагнитного обода закреплен на крыльях ветроколеса. По конструкции он прост, легко изготавливается и монтируется. Но размещение постоянных магнитов на концах крыльчатки намного утяжеляет ее, что снижает общий КПД установки. Зато агрегат удобен в эксплуатации, потому что простая конструкция не требует излишнего внимания. Такие ветрогенераторы могут работать везде при любых климатических условиях.

«Водонапорная башня»

Самый фантастический проект представили американцы. С дальнего расстояния этот ветрогенератор похож, скорее, на водонапорную башню. Лишь поблизости можно увидеть медленное вращение лопастей.

Такую гигантскую турбину собирается серийно выпускать компания в Аризоне под руководством инженера Мазура. По его расчетам, она одна должна поставлять столько электроэнергии, что ее хватит для мегаполиса в 750 тысяч домов. В 2007 году инженер поставил себе цель – многократно увеличить КПД ветрогенератора на вертикальной оси и приближался к своей цели все эти годы.

Изобретатель работал в двух направлениях: первое – сделать как можно больший захват лопастями воздушного потока и второе – свести к нулю трение опоры ветролопастей. Огромных размеров вертикальный ротор должен выполнить первую задачу, а вращающаяся турбина на магнитной подушке – вторую.

О второй задаче надо сказать более подробно. Вращение без трения достигается за счет магнитной левитации. Весь вертикальный роторный блок при вращении поднимается на своей оси и совершенно не касается нижнего опорного подшипника. Он установлен только для старта, для разгона турбины. Как только она набирает обороты, становится как бы невесомой и отрывается от подшипника. В результате трение сводится к нулю, если не считать трения самой турбины о воздух.

Гигантская турбина очень чувствительна и реагирует на малейшее дуновение ветерка. Такая способность подниматься во время вращения за счет магнитной левитации давно занимала ученые и изобретательские умы планеты. Это такое явление, при котором любая вещь или предмет, имея вес, отрывается от поверхности и парит в пространстве без всякого применения отталкивающей силы.

В проекте Мазура виден «плавающий» ротор на магнитной подушке, а вместо генератора установлен линейный синхронный двигатель. Ветрогенератор на магнитной подушке множеством лопастей максимально захватывает воздушный поток. По предположению, такая турбина будет вырабатывать электроэнергию по сказочно мизерной цене.

Это, конечно, лишь часть необычных для традиционного взгляда проектов. Некоторые из них, например, относящиеся к воздушной ветроэнергетике, уже успешно используются. Некоторым – еще предстоит найти свое место в истории. Понятно одно – на традиционных ветряках ветроэнергетика вовсе не заканчивается, она, как и любое направление техники, неуклонно продолжает развиваться.

Ветер в помощь

Бывая в европейских странах, предприниматели не могли не видеть множество ветряков. В Украине ветрогенерация пока не настолько популярна, как использование солнечной энергии, но это временно. В 2019 году у ВЭС появились серьезные преимущества. Консультирует член правления Украинской ветроэнергетической ассоциации, руководитель сектора малой и средней ветроэнергетики, собственник ООО «ГРЕСА-ГРУПП» Николай Савчук.

Главное преимущество ветровых электростанций перед солнечными при их постройке для продажи электроэнергии по «зеленому» тарифу – круглогодичная работа без снижения производительности в осенне-зимний период.

Тем не менее развитию ветроэнергетики мешал более низкий тариф на энергию, полученную с использованием ветра. Так, с января 2020 года «зеленый» тариф для ВЭС составит 9,05 евроцента за 1 кВт*ч, для СЭС он выше – 11,26 евроцента за 1 кВт*ч. Однако принимать во внимание необходимо не только тариф. Предпринимателям следует знать, что коэффициент производительности ветра в 2-3 выше, чем производительность солнца. 1 кВт ВЭС способен генерировать 2200-3200 кВт*ч электроэнергии в год – в 2-3 раза больше, чем СЭС аналогичной мощности.

Преимущество ВЭС еще и в том, что они занимают меньшую площадь, чем солнечные электростанции. Так, для ВЭС мощностью 1 МВт понадобится всего 30-50 соток земли, тогда как для СЭС аналогичной мощности – около двух гектаров. ВЭС могут быть максимально приближены к точкам подключения: ВЭС >20 МВт может находиться в 700 м от населенных пунктов, бытовая 150 кВт – всего в 40 метрах (согласно ДСТУ). Ветрогенераторы, в отличие от СЭС, разрешено размещать на землях сельскохозяйственного назначения (имеется процедура выделения участка). Поэтому рождается новая группа производителей энергии из возобновляемых источников – фермеры, аграрии.

Ветер перемен

Изменения законодательства о возобновляемой энергетике в этом году были благоприятны для ветрогенерации. Так, в мае вступил в силу Закон «О внесении изменений в некоторые законы Украины относительно обеспечения конкурентных условий производства электрической энергии из альтернативных источников энергии».

Теперь «зеленый» тариф по упрощенной системе могут получать домохозяйства, субъекты потребления и энергокооперативы с генерирующими мощностями до 50 кВт от ветра, от солнца и комбинированные системы ветер-солнце. То есть строительство ВЭС для обеспечения автономного энергопотребления стало еще выгоднее (исключительно СЭС не способны обеспечить автономность системы и к ним обычно добавляли ветрогенераторы).

В упомянутом законе появилась новая подгруппа производителей электроэнергии – малый и средний бизнес, предприятия, использующие до 150 кВт энергии. Они получили право на упрощенную систему подключения и получение «зеленого» тарифа без лицензии.

В соответствии с законом с 2020 года участие в аукционе обязательно для субъектов хозяйствования, которые намерены производить электрическую энергию на объектах электроэнергетики (очередях) мощностью: для СЭС – более 1 МВт; для ВЭС (кроме объектов с тремя ветротурбинами, независимо от установленной мощности таких ветротурбин) – свыше 5 МВт. Следовательно, объекты, которые производят электроэнергию из энергии ветра до 5 МВт или объекты с тремя ветротурбинами, независимо от установленной мощности таких ветротурбин, могут не принимать участия в аукционах и в дальнейшем работать по «зеленому» тарифу.

Эти новации делают проекты по строительству и вводу в эксплуатацию ВЭС (в т.ч. объекты с тремя ветротурбинами, независимо от установленной мощности таких ветротурбин) до 5 МВт, для продаж по «зеленому» тарифу, привлекательными для инвесторов.

Реновация в помощь

Главный недостаток ВЭС для украинских пользователей – их стоимость выше по сравнению с солнечными панелями. Так, стоимость постройки под ключ 1 кВт ветроустановки составляет около 3,5 тыс. долл. (СЭС обходится в 700-1000 долл. за 1 кВт). То есть ВЭС мощностью 1 МВт обходится в 1 200 000 долл. Соответственно, срок окупаемости отодвигается и достигает 5-7 лет.

Китайские дешевые ветрогенераторы рассчитаны на более высокую скорость ветра, чем обычно дуют в Украине – от 12 м/с, у нас же большей частью веют ветра до 8 м/с.

Украинских производителей недорогих ветрогенераторов для малых и средних ВЭС мощностью 50-150 кВт нет, сегмент только начинает развиваться. Поэтому у нас не происходит и массовое распространение ветрогенерации.

В Украине отсутствуют государственные программы кредитования и льготы для строителей и производителей малых и средних ветрогенераторов, в отличие от стран Евросоюза. Выше там и «зеленый» тариф. Например, в Дании он составляет 35 евроцентов. Поэтому окупаемость ветряков европейского производства в Украине получается в три раза выше, чем в самой Европе.

С 2019 года в Украину стали завозить реновированные ветрогенераторы – это восстановленные генераторы, прошедшие полный цикл тестирования, замены необходимых компонентов и собранные из оригинальных запчастей на заводе-изготовителе (или уполномоченном предприятии) ветрогенераторов.

Такой ветрогенератор работает как новый еще 15-20 лет. «Стоимость восстановленных ветрогенераторов в 3-10 раз ниже новых. Соответственно, и окупаемость проектов в 1,5-2 раза быстрее, чем при покупке новых, и достигает срока 5 лет», – говорит Савчук. В Украине предлагаются ветрогенераторы из Европы мощностью от 100 кВт до 3,5 МВт производства мировых брендов: VESTAS, Nordex, General Electric, Suzlon, Enercon и других.

Например, ориентир цен на реновированные ветрогенераторы на украинском рынке таков: Vestas 2008 года выпуска мощностью 3 МВт стоит 600 тыс. евро, Nordex 2,5 МВт – 350 тыс. евро, Enercon 3 МВт – 350 тыс. евро.

По словам Савчука, бизнесмены средней руки с существующими СЭС приобретают такие ветряки для дополнительного заработка на «зеленом» тарифе.

Оркестры ВИЭ

Если предприниматель ставит цель автономного энергоснабжения, то обычно для покрытия потребления электроэнергии в зимний период рекомендуется установить гибридные системы ветер + солнце. СЭС обеспечат финансовый поток летом, а ВЭС – необходимую электроэнергию зимой.

Если надеяться только на солнце, то номинал мощности СЭС должен быть в 2-3 раза выше, чем требуется, чтобы падение генерации зимой не привело к простоям. К примеру, не 150 кВт, а 450 кВт. В таком случае придется ставить панели большей мощности, и тогда солнечная электростанция сравняется по цене с ветровой.

«Зеленый» тариф по комбинированным системам (солнце + ветер) выше, чем по отдельному виду энергии: до 50 кВт (домохозяйства, потребители, энергокооперативы) и 150 кВт (малый и средний бизнес) с января 2020 года составит 12,28 евроцентов.

Прогнозируемая генерация на один кВт установленной мощности:

1 кВт солнца – 1000 кВт*ч в год

1 кВт ветра – 2200-3200 кВт*ч в год

Ротор – часть ветряка

Кроме привычных горизонтальных ветряков, существуют и так называемые вертикальные ветрогенераторы. Их заявленное производителями преимущество – малошумность, а также вращение и выработка электроэнергии уже при низкой скорости ветра в 2 м/с. В то же время, надо знать, что при ветре около 11 м/с вертикальный ротор в 2 кВт выдает около 300 Вт энергии, то есть имеет существенно меньший коэффициент выработки. КПД горизонтальных ветрогенераторов на 30% выше, чем у вертикальных, но при этом выше и их уровень шума на те же 30%.

Также недостатком для массового их использования будет цена, которая втрое дороже от обычного горизонтального ветряка.

По данным Савчука, 20% вертикальных ветряков в мире используют на станциях мобильной связи для обеспечения бесперебойного их энергоснабжения. В таком случае значение имеет не стоимость, а гарантия работы.

Важные нюансы

Построить ветроэлектростанцию можно в любом регионе Украины, но доверить выбор типа ветряка и места установки следует специалистам. Место и тип ветряка должны быть выбраны с учетом направления и силы ветра, рельефа местности, наличия деревьев. Особенно важно учесть все условия для небольших ВЭС бытового сегмента с высотой мачты 17-30 м. Для промышленных ВЭС высотой 80-120 м уже проще – на такой высоте ветер есть всегда, но и их предпочитают ставить в районе Черноморско-Азовского бассейна, где сильная роза ветров. Это Запорожская, Херсонская, Николаевская, Одесская, Днепровская области. Поэтому компаний, которые занимаются монтажом и обслуживанием ветроэлектростанций, в Украине единицы. Но поскольку спрос растет, растет и предложение.

Цифра

262 МВт новых ветроэнергетических мощностей введено в эксплуатацию в Украине за первые шесть месяцев 2019 года, что позволило стране занять почетное 5-е место среди государств Европы по ветроэнергетической мощности, установленной за первое полугодие 2019 года.

Как устроены и работают вертикальные ветрогенераторы нового поколения | Электрик Инфо

Ветрогенераторы на базе горизонтально-осевых турбин — не единственное возможное решение для качественного преобразования энергии ветра в электричество. Есть и другие конструкции, иногда показывающие большую эффективность чем осевые турбины. Пример такой альтернативной конструкции — ветрогенератор с вертикальным ротором Дарье.

Это необычное решение было предложено еще в 1931 году французским авиаконструктором Жоржем Дарье, который поставил перед собой задачу создать такой ветрогенератор, который бы работал при любом направлении ветра, при том не требуя строгой ориентации.

Ротор генератора вместе с узкими лопастями было предложено расположить вертикально, чтобы как при слабом, так и при сильном ветре — значительная часть воздушного потока не встречала существенного аэродинамического сопротивления, а непосредственно давила бы на рабочие поверхности лопастей, приводя к их вращению.

С этой точки зрения даже ротор Савониуса, предложенный в 1922 году финским инженером Сигурдом Савониусом, уступает, так как имеет ограничение эффективности при большой скорости ветра. Ротор Дарье, в свою очередь, лишен этих недостатков, хотя и не имеет столь детального математического описания своей работы как его предшественник.

Примечательно, что ротор Дарье в лучшем его исполнении имеет три аэродинамических крыла, которые закреплены на радиально расположенных горизонтальных балках на некотором расстоянии от центральной оси ротора.

По этой причине характер обтекания крыльев ротора Дарье воздухом сложен, но быстроходность генератора полностью нивелирует этот кажущийся недостаток. Тогда как, например, горизонтально-осевые турбины, да и тот же ротор Савониуса, теряют эффективность при сильном ветре, ротор Дарье в аналогичных условиях вращается примерно в 3,5 раза быстрее и не вызывает проблем балансировки.

Вертикально расположенный вращающийся вал практически не влияет отрицательно на работу ветрогенератора с ротором Дарье, а наоборот способствует эффективности, поскольку является довольно тонким. В таких условиях производимый устройством шум гораздо ниже чем у горизонтально-осевых ветрогенераторов, больше напоминающих большие вентиляторы с пропеллерами.

Здесь же поток воздуха обтекает лопасти и весь генератор в любом направлении равномерно, что, кстати, и обеспечивает колоссальную быстроходность столь уникального ротора. При этом ветрогенераторы с ротором Дарье просты в изготовлении, здесь даже нет необходимости в пропеллерном профиле.

Однако, справедливости ради стоит отметить и некоторые недостатки таких конструкций. Из-за эффекта Магнуса мачта генератора с ротором Дарье испытывает значительные нагрузки, поэтому конструирование необходимо проводить очень точно, а адекватной математической модели по сей день не существует. Да и окупаемость любых ветрогенераторов по времени продолжительна. По этой причине производители горизонтально-осевых ветрогенераторов не спешат отбрасывать работающую годами технологию.

Андрей Повный, редактор Электрик Инфо

Блог Интернет для электрика

Как работает ветряк?

Что такое ветряная турбина?

Ветряная турбина — это очень современная версия ветряной мельницы. Проще говоря, он использует силу ветра для создания электричества. Наиболее заметны большие ветряные турбины, но вы также можете купить небольшую ветряную турбину для индивидуального использования, например, для обеспечения электроэнергией каравана или лодки.
 

Что такое ветряная электростанция?

Ветряная электростанция представляет собой группу ветряных турбин. Впечатляет мысль о том, что электричество, которое питает так много энергии в нашей жизни — от зарядки наших телефонов до возможности приготовить чашку кофе и, во все большей степени, для заправки наших автомобилей — могло начаться как простой порыв ветра. .
 

Как работает ветряная турбина?

Сначала давайте начнем с видимых частей ветряной электростанции, которые мы все привыкли видеть, — высоких белых или бледно-серых турбин. Каждая из этих турбин состоит из набора лопастей, коробки рядом с ними, называемой гондолой, и вала. Ветер — а это может быть и просто легкий бриз — заставляет лопасти вращаться, создавая кинетическую энергию. Вращающиеся таким образом лопасти также заставляют вращаться вал в гондоле, а генератор в гондоле преобразует эту кинетическую энергию в электрическую.
 

Что дальше произойдет с электричеством, вырабатываемым ветряной турбиной?

Для подключения к национальной сети электроэнергия затем проходит через трансформатор на объекте, который повышает напряжение до напряжения, используемого национальной системой электроснабжения. Именно на этом этапе электричество обычно поступает в сеть передачи National Grid, готовое к передаче, чтобы в конечном итоге его можно было использовать в домах и на предприятиях. В качестве альтернативы ветряная электростанция или отдельная ветряная турбина могут генерировать электроэнергию, которая используется в частном порядке отдельными или небольшими домами или предприятиями.
 

Почему ветряные турбины обычно белого или бледно-серого цвета?

Ветряные турбины, как правило, бывают либо белыми, либо очень бледно-серыми — идея состоит в том, чтобы сделать их визуально ненавязчивыми. Ведется дискуссия о том, следует ли красить их в другие цвета, особенно в зеленый, в некоторых местах, чтобы помочь им лучше слиться с окружающей средой.
 

Насколько сильным должен быть ветер, чтобы работала ветряная турбина?

Ветряные турбины могут работать при любой скорости ветра, от очень слабого до очень сильного.Они генерируют около 80% времени, но не всегда на полную мощность. При очень сильном ветре они отключаются, чтобы предотвратить повреждение.
 

Где расположены ветряные электростанции?

Ветряные электростанции, как правило, располагаются в самых ветреных местах, чтобы максимизировать энергию, которую они могут производить, поэтому вы, скорее всего, увидите их на склонах холмов или на побережье. Ветряные электростанции, расположенные в море, называются оффшорными ветряными электростанциями, а те, что на суше, — береговыми ветряными электростанциями.
 

Где был первый ветряк и первая ветряная электростанция?

Самая первая ветряная турбина, производившая электричество, была создана профессором Джеймсом Блитом в его загородном доме в Шотландии в 1887 году. Он был высотой 10 м и имел парусную ткань.

Первая в мире ветряная электростанция открылась в Нью-Гемпшире в США в 1980 году.
 

Вредны ли ветряные электростанции для птиц?

Дело в том, что изменение климата представляет собой самую большую долгосрочную угрозу для птиц и других диких животных. А возобновляемая энергия, ключевым компонентом которой являются ветряные турбины, необходима для сокращения парниковых газов .

Британская благотворительная организация Королевское общество защиты птиц ( RSPB ) признает эту более широкую картину, заявляя: «Переход на возобновляемые источники энергии сейчас, а не через 10 или 20 лет, необходим, если мы хотим стабилизировать парниковые газы в атмосфера на безопасном уровне.”

Разработчики ветряных электростанций тесно сотрудничают с RSPB и местными экологическими группами в рамках процесса консультаций по размещению ветряных электростанций, чтобы продолжить рост наземной и морской ветроэнергетики, уравновешивая любой потенциальный вред птицам из-за потери среды обитания, нарушения и столкновение.

В отчете США сделан вывод о том, что влияние энергии ветра на популяции птиц относительно невелико по сравнению с падением птиц до кошек и столкновениями с высотными зданиями.
 

Какая часть электроэнергии в Великобритании вырабатывается за счет ветра?

Узнайте, какая часть электроэнергии в Великобритании вырабатывается за счет ветра, с помощью приложения ESO National Grid для Google Play или Apple iOS .
 

Как работают ветряные турбины? | Блог

Ball Corporation удовлетворяет половину своих текущих энергетических потребностей США за счет энергии ветра.

Что такое энергия ветра?

Люди использовали силу ветра тысячи лет.Ветер двигал лодки по реке Нил, перекачивал воду и перемалывал зерно, поддерживал производство продуктов питания и многое другое. Сегодня кинетическая энергия и мощность естественных воздушных потоков, называемых ветром, широко используются для производства электроэнергии. Одна современная оффшорная ветряная турбина может генерировать более 8 мегаватт (МВт) энергии, что достаточно для чистого питания почти шести домов в течение года. Береговые ветряные электростанции вырабатывают сотни мегаватт, что делает энергию ветра одним из самых рентабельных, чистых и доступных источников энергии на планете.

Энергия ветра является самым дешевым крупномасштабным источником возобновляемой энергии и на сегодняшний день является крупнейшим источником возобновляемой энергии в США. В стране насчитывается около 60 000 ветряных турбин общей мощностью 105 583 мегаватт (МВт). Этого достаточно для электроснабжения более 32 миллионов домов!

График совокупной мощности ветра в США, данные предоставлены Американской ассоциацией ветроэнергетики (AWEA).

Преимущества энергии ветра:

1.  Ветряные турбины обычно возмещают выбросы углерода в течение всего срока службы, связанные с их развертыванием, менее чем за год, прежде чем обеспечить до 30 лет практически безуглеродного производства электроэнергии.
2. Энергия ветра помогает сократить выбросы углекислого газа — в 2018 году удалось избежать выбросов CO2 на 201 миллион метрических тонн.
3. Энергия ветра обеспечивает налоговые поступления сообществам, в которых реализуются проекты. Например, государственные и местные налоговые платежи от ветровых проектов в Техасе составили 237 миллионов долларов.
4. Ветроэнергетика способствует созданию рабочих мест, особенно во время строительства. В 2018 году в отрасли было создано 114 000 рабочих мест в США.
5. Энергия ветра обеспечивает стабильный дополнительный источник дохода: проекты ветровой энергии ежегодно приносят более 1 миллиарда долларов правительствам штатов и местным органам власти, а также частным землевладельцам.

Как выглядит проект ветроэнергетики?

Ветроэнергетический проект или ферма относится к большому количеству ветряных турбин, которые построены близко друг к другу и функционируют так же, как электростанция, отправляя электроэнергию в сеть.

Фотография ветряных турбин в рамках проекта Frontier Windpower II в Оклахоме

Проект Frontier Windpower I в округе Кей, штат Оклахома, работает с 2016 года и расширяется за счет проекта Frontier Windpower II . После завершения строительства Frontier I и II будут генерировать в общей сложности 550 мегаватт энергии ветра — этого достаточно для питания 193 000 домов.

Как работают ветряные турбины?

Схема компонентов стандартной ветряной турбины

Энергия вырабатывается вращающимися ветряными турбинами, использующими кинетическую энергию движущегося воздуха, которая преобразуется в электричество.Основная идея заключается в том, что ветряные турбины используют лопасти для сбора потенциальной и кинетической энергии ветра. Ветер вращает лопасти, которые раскручивают ротор, соединенный с генератором для выработки электроэнергии.

Большинство ветряных турбин состоят из четырех основных частей:

• Лезвия прикреплены к ступице, которая вращается вместе с лезвиями. Лопасти и ступица вместе образуют ротор.
• В гондоле находятся редуктор, генератор и электрические компоненты.\
• Башня удерживает лопасти ротора и генераторное оборудование высоко над землей.
• Фундамент удерживает турбину на земле.

Типы ветряных турбин:

Большие и малые турбины делятся на две основные категории в зависимости от ориентации ротора: турбины с горизонтальной осью и турбины с вертикальной осью.

Турбины с горизонтальной осью на сегодняшний день являются наиболее часто используемым типом ветряных турбин. Этот тип турбины приходит на ум, когда речь идет об энергии ветра, с лопастями, очень похожими на пропеллер самолета. Большинство этих турбин имеют три лопасти, и чем выше турбина и длиннее лопасть, тем больше электроэнергии вырабатывается.

Турбины с вертикальной осью больше похожи на взбивалку, чем на пропеллер самолета. Лопасти этих турбин прикреплены как вверху, так и внизу вертикального ротора. Поскольку турбины с вертикальной осью работают не так хорошо, как их горизонтальные аналоги, сегодня они встречаются гораздо реже.

Сколько электроэнергии производит турбина?

Это зависит. Размер турбины и скорость ветра, проходящего через лопасти ротора, определяют количество производимой электроэнергии.

За последнее десятилетие ветряные турбины стали выше, что позволило использовать более длинные лопасти и получить возможность использовать лучшие ветровые ресурсы, доступные на больших высотах.

Для сравнения: ветряная турбина мощностью около 1 мегаватта может производить достаточно чистой энергии примерно для 300 домов в год. Ветряные турбины, используемые на наземных ветряных электростанциях, обычно генерируют от 1 до почти 5 мегаватт. Скорость ветра обычно должна составлять примерно 9 миль в час или более, чтобы большинство ветряных турбин коммунального назначения начали производить электроэнергию.

Каждый тип ветряной турбины способен генерировать максимальную электроэнергию в пределах диапазона скоростей ветра, часто между 30 и 55 милями в час. Однако, если ветер дует меньше, производство обычно уменьшается экспоненциально, а не останавливается полностью. Например, количество генерируемой энергии уменьшается в восемь раз, если скорость ветра падает вдвое.

Кто обслуживает ветряные турбины?

Высококвалифицированные специалисты по ветровой энергии из Duke Energy Renewables поднимаются на сотни футов, чтобы выполнить техническое обслуживание турбин

Что происходит, когда возникает неисправность в высокой ветровой турбине? Ветротехники, такие как Рене Лопес и его товарищи по команде Duke Energy Renewables, поднимаются на вершину, чтобы быстро и безопасно починить ее.

Рене говорит, что, неся около 45 фунтов снаряжения и инструментов, опытным техникам может потребоваться 20 или более минут, чтобы добраться до гондолы, которая находится на высоте 300 футов в верхней части ветряной турбины.

Рене Лопес, техник по ветру в Duke Energy Renewables

Техник по ветру отвечает за поиск и устранение неисправностей и ремонт электроники и механизмов, обеспечивающих вращение лопастей. Каждый технический специалист проходит как минимум двухлетнюю техническую программу для получения сертификата, а затем проходит более 50 часов обучения, прежде чем его назначают на должность в полевых условиях.Безопасность также является постоянным и ежедневным вниманием к работе, потому что подъем на гондолу турбины может быть опасным. В Duke Energy Renewables практикуется, документируется и анализируется строгий режим безопасности, чтобы гарантировать, что безопасность остается главным приоритетом.

При надлежащем обучении технические специалисты также могут использовать дроны, чтобы упростить и сделать более безопасным осмотр высотного оборудования. Дроны могут приближаться к оборудованию, что облегчает обнаружение небольших дефектов, таких как трещины на ветряной турбине, и снижает необходимость для техников взбираться на турбины и спускаться по лопастям.Это может быть особенно полезно, когда дороги мокрые или непроходимые.

Стоит ли рассматривать решения для ветроэнергетики?

Производство ветровой энергии остается одним из наименьших углеродных следов из всех источников энергии. Он играет важную роль в будущем энергоснабжения нашей страны, поддерживая энергетический переход нашего мира и растущий спрос на устойчивые энергетические ресурсы.

Ветер также является одним из лучших способов для корпораций, университетов, городов, коммунальных служб и других организаций быстро перейти на безэмиссионную энергию в масштабе.Одно соглашение о покупке виртуальной энергии (VPPA) может обеспечить от десятков до сотен мегаватт чистой нулевой электроэнергии на срок от 10 до 25 лет. В большинстве соглашений также ставится отметка о дополнительности, что означает чистые новые источники экологически чистой энергии, заменяющие потенциально старые источники энергии с более высоким уровнем выбросов.

Где лучше всего разместить проект ветроэнергетики?

Существует шесть основных соображений для проектов в области ветроэнергетики:

• Наличие ветра и желаемые местоположения
• Воздействие на окружающую среду
• Вклад сообщества и местные потребности в производстве возобновляемой энергии
• Благоприятная политика на уровне штатов и на федеральном уровне
• Наличие земли
• Возможность подключения к электросети

Как и в случае с коммерческими солнечными фотоэлектрическими проектами, перед запуском ветроэнергетической установки необходимо получить разрешения. Этот важный шаг поможет определить, является ли проект финансово жизнеспособным и имеет ли он благоприятный профиль рисков. В конце концов, цель состоит в том, чтобы коммерческие ветровые проекты доставляли электроны в сеть на десятилетия вперед. Обеспечение финансовой устойчивости строителя И проекта обеспечит успех для поколения или более.

Основы ветроэнергетики | НРЭЛ

Ветер возникает, когда земная поверхность неравномерно нагревается солнцем. Энергия ветра
можно использовать для выработки электроэнергии.

Ветряные турбины

Ветряные турбины, как и ветряные мельницы, монтируются на башне, чтобы собирать как можно больше энергии.
На высоте 100 футов (30 метров) или более над землей они могут воспользоваться более быстрым
и менее бурный ветер. Турбины улавливают энергию ветра своими пропеллерными
лезвия. Обычно две или три лопасти устанавливаются на вал, образуя ротор .

Лезвие действует подобно крылу самолета. Когда дует ветер, карман низкого давления
воздух образуется на подветренной стороне лопасти. Затем воздушный карман низкого давления тянет
лезвие к нему, заставляя ротор вращаться. Это называется лифт . Сила подъема на самом деле намного больше, чем сила ветра против
передняя сторона лезвия, которая называется , драг .Сочетание подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться, как пропеллер, и
вращающийся вал вращает генератор, вырабатывающий электричество.

Исследования NREL в области ветроэнергетики в основном проводятся в кампусе Флэтайронс, недалеко от Боулдера, штат Колорадо.

Ветряные турбины коммунального масштаба на ветряной электростанции Cedar Creek в Гровере, штат Колорадо. Фото Денниса Шредера / NREL

VolturnUS Плавающая морская ветряная турбина с полупогружным плавающим поплавком Windfloat
Платформа, Университет штата Мэн, часть консорциума DeepCWind. Фото из Университета штата Мэн

Наземная энергия ветра

Ветряные турбины могут использоваться как автономные приложения или их можно подключать к
сеть общего пользования или даже в сочетании с фотоэлектрической системой (солнечным элементом). За
коммунальные (мегаваттные) источники энергии ветра, большое количество ветряных турбин
обычно строятся близко друг к другу, образуя ветряную электростанцию ​​ , также называемую ветряной электростанцией .Сегодня несколько поставщиков электроэнергии используют ветряные электростанции для снабжения своих клиентов электроэнергией.

Автономные ветряные турбины обычно используются для перекачки воды или связи.
Однако домовладельцы, фермеры и владельцы ранчо в ветреных районах также могут использовать ветряные турбины.
как способ сократить свои счета за электричество.

Распределенная энергия ветра

Малые ветровые установки также могут использоваться в качестве распределенных источников энергии.Распределенный
Энергетические ресурсы относятся к множеству небольших модульных технологий производства энергии.
которые можно комбинировать для улучшения работы системы подачи электроэнергии.
Для получения дополнительной информации о распределенном ветре посетите офис технологий ветроэнергетики Министерства энергетики США.

Оффшорная ветроэнергетика

Оффшорная ветроэнергетика — относительно новая отрасль в США. Америки
первая морская ветряная электростанция, расположенная в Род-Айленде, недалеко от побережья острова Блок,
в декабре 2016 года. В отчете Wind Vision Report Министерства энергетики показано, что к 2050 году морские ветроэлектростанции могут быть доступны во всех прибрежных регионах страны.

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации об энергии ветра посетите следующие ресурсы:

Основы ветроэнергетики
У.S. Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики

Карты и данные по энергии ветра
WINDExchange Министерства энергетики США

Как работают ветряные турбины
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США.

Малые ветроэлектрические системы
Программа энергосбережения Министерства энергетики США

Американская ассоциация ветроэнергетики

Energy Kids Wind Basics
U.S. Управление энергетической информации Energy Kids

Как работают генераторы ветряных турбин?

Как работают генераторы ветряных турбин? Ветряные турбины обычно работают по простому принципу: вместо использования электричества для создания ветра (например, вентилятора) ветряные турбины используют ветер для производства электроэнергии. Ветер вращает пропеллерные лопасти турбины внутри ротора, который вращает генератор для выработки электроэнергии.

Как работают генераторы ветряных турбин?

Скорости и режимы ветра значительно различаются по всему миру и зависят от растительности, водоемов и различий в рельефе. Люди используют этот поток ветра или силу движения для многих целей: запуск воздушного змея, парусный спорт и даже производство электроэнергии. Термины «энергия ветра» и «энергия ветра» объясняют процесс использования ветра для производства механической энергии или электричества. Эта механическая энергия может использоваться для различных целей (таких как перекачка воды или измельчение зерна), или генератор может преобразовывать эту механическую энергию в электричество.

Как работают генераторы ветряных турбин? (Ссылка: возобновляемых источников энергии.co.uk )

Ветряная турбина преобразует энергию ветра в электричество, используя аэродинамическую силу лопастей ротора, которые работают как лопасти несущего винта вертолета или крыло самолета. Когда ветер движется по лопасти, давление воздуха на одну секцию лопасти уменьшается. Разница в давлении воздуха в двух частях лопасти создает силы сопротивления и подъемной силы.

Подъемная сила больше сопротивления, и это заставляет ротор вращаться. Ротор прикреплен к генератору либо прямо (если это турбина с прямым приводом), либо внутри вала и последовательного расположения шестерен (или редуктора), которые увеличивают скорость вращения и позволяют уменьшить физически генератор.Этот эффект аэродинамической силы вращает генератор для производства электроэнергии. Посетите здесь, чтобы увидеть этот эффект теоретически.

Как ветряная турбина вырабатывает электричество?

Основным компонентом ветряной турбины является генератор, преобразующий механическую энергию в электрическую. С начала 20-го века нам известно, что если вы вращаете проводник в магнитной среде, то он производит электричество в соответствии с законом Фарадея. Итак, ветер обеспечивает крутящий момент и движение, а генератор делает все остальное.

Для промышленных турбин, таких как те, которые вы можете увидеть на ветряных электростанциях, обычно имеется анемометр, соединенный с панелью управления. Турбина работает при скорости ветра более 8 миль в час, но система отключается при скорости более 50 миль в час, чтобы предотвратить повреждение.

Вид ветряной электростанции (Ссылка: energy.gov )

Коробка передач используется для изменения медленного движения, которое мы наблюдаем при вращении лопастей, на более быстрое движение оси, которая фактически управляет генератором.Это один из самых дорогих компонентов системы, превращающий скорость от 25 до 50 оборотов в минуту в тысячу об/мин. Это одно из полей, которое разработчики и исследователи стремятся создать более эффективно, чтобы более высокий ток электричества можно было генерировать на более медленных скоростях.

Привод рыскания обычно используется для поворота группы лопастей против встречного ветра, чтобы справиться с изменяющимся направлением ветра. Генератор производит переменный ток, который подается в систему и используется для питания близлежащих домов.Если вы хотите больше узнать о принципе работы генератора ветряных турбин, вам следует сначала взглянуть на их различные типы.

Типы ветряных генераторов

Когда мы хотим дать ответ на этот главный вопрос: «Как работают ветряные генераторы?», мы должны более подробно изучить структуру различных типов. Ветряная турбина состоит из двух основных частей: лопасти ротора и генератора ветряной турбины или ВЭГ. WTG — это электрическая система, используемая для производства электроэнергии.Электрический генератор с низкой скоростью вращения используется для преобразования механической энергии вращения, создаваемой силой ветра, в полезную электроэнергию для обеспечения электроэнергией наших домов и является сердцем любой ветровой энергетической системы.

Индукционный генератор (Ссылка: energy.gov )

Преобразование механической энергии вращения, создаваемой лопастями ротора (введенными в качестве первичного двигателя), в полезную электрическую энергию для использования в осветительных приборах и домашнем питании или для зарядки аккумуляторов.

• Индукционная система переменного тока (AC), также представленная как генератор переменного тока
• Система постоянного тока (DC), также представленная как генератор a Dynamo
• Синхронная система переменного тока, также представленная как генератор переменного тока

Все эти электрические системы являются электромеханическими приборами, которые работают на основе закона электромагнитной индукции Фарадея. То есть они работают при взаимодействии электрического тока и магнитного потока или потока заряда. Поскольку этот процесс является обратимым, та же самая система может быть использована в качестве обычного электродвигателя для преобразования электрической энергии в механическую или в качестве генератора, преобразующего механическую энергию обратно в электрическую.

Электрическая система, наиболее часто используемая для ветряных турбин, работает как генераторы, при этом асинхронные генераторы и синхронные генераторы обычно используются в более крупных установках ветряных турбин.Как правило, самодельные или меньшие ветряные турбины, как правило, используют низкоскоростную систему постоянного тока или динамо-машину, поскольку они компактны, дешевы и их намного проще подключить.

Так какая разница, какую электрическую систему мы можем использовать для создания энергии ветра? Лучший ответ — и «Нет», и «Да», так как все зависит от формы установки и приложения, которое вы хотите. Выход постоянного тока низкого напряжения от генератора или динамо-машины более старой формы можно использовать для зарядки батарей, тогда как синусоидальный тип переменного тока с более высоким напряжением от генератора переменного тока можно подключить непосредственно к местной сети.

Кроме того, выходное напряжение и потребление энергии полностью зависят от имеющихся у вас приборов и от того, как вы хотите их использовать. Кроме того, они связаны с расположением генератора ветровой турбины: будет ли источник ветра поддерживать его непрерывное вращение в течение длительных периодов времени, или скорость генератора и, следовательно, его выходная скорость будут уменьшаться и увеличиваться с изменениями текущего ветра.

Производство электроэнергии

Генератор ветряной турбины производит электричество путем преобразования механической энергии в электрическую.Давайте будем точны здесь; они не производят энергию и не генерируют больше электрической энергии, чем количество механической энергии, используемой для перемещения лопастей ротора. Чем больше «энергия» или электрическая потребность в системе, тем больше механической нагрузки требуется для вращения ротора. Вот почему генераторы бывают разных размеров и производят разное количество электроэнергии.

В случае «ветрогенератора» ветер давит прямо на лопасти турбины, что преобразует прямолинейное движение ветра во вращательное, что необходимо для вращения ротора генератора, и чем сильнее он давит, тем больше электроэнергии можно произвести.Тогда жизненно важно иметь подходящую модель лопасти ветряной турбины, чтобы извлекать как можно больше энергии из ветра.

Все электрические турбинные генераторы работают за счет вращения магнитного поля, проходящего через электрическую катушку. Когда электроны движутся внутри электрической катушки, вокруг нее создается магнитная среда. Точно так же, когда магнитное поле проходит мимо катушки с проводом, в катушке возникает напряжение, что объясняется законом магнитной индукции Фарадея, заставляющим электроны двигаться.

Простой генератор с использованием магнитной индукции

Тогда мы можем видеть, что при протекании магнита по единственной проволочной петле напряжение, представленное как ЭДС (электродвижущая сила), индуцируется через проволочную петлю на основе магнитного поля. системы. Когда на проводной петле создается напряжение, электрический ток в случае потока электронов начинает течь по петле, создавая электричество.

Простой генератор с использованием магнитной индукцииco.uk )

Но что, если вместо простой отдельной петли из проволоки, как показано, у нас будет несколько петель, соединенных вместе одного размера, чтобы создать катушку из проволоки? Конечно, в этом случае для той же величины магнитного поля может быть получено гораздо большее напряжение и, следовательно, ток.

Это связано с тем, что магнитный поток проникает в большее количество проводов, создавая более высокую ЭДС, и это является основным принципом закона электромагнитного воздействия Фарадея, и система переменного тока использует этот принцип для преобразования механической энергии, такой как движение от ветряной турбины или гидротурбина, в электроэнергию, генерирующую синусоидальную форму волны.

Итак, мы видим, что есть три основных требования к производству электроэнергии, а именно:

• Катушка или расположение проводников
• Установка магнитного поля
• Относительное движение между полем и проводниками

Тогда чем быстрее циркулирует катушка провода, тем выше скорость модификации, с которой магнитный поток отсекается катушкой, и тем выше создаваемая ЭДС на катушке. Точно так же, если магнитный поток создается сильнее, создаваемая ЭДС улучшится при той же скорости вращения.В результате ЭДС индукции пропорциональна Φ и N. Где «Φ» — поток магнитного поля, а «N» — скорость вращения. Также полярность вырабатываемого напряжения зависит от направления магнитопроводов потока и направления движения проводника.

Существуют две основные формы электрических генераторов и генераторов переменного тока: генератор раневого поля и генератор с постоянными магнитами обеих форм, включая две основные части: ротор и статор.

Ротор — это часть системы, которая «вращается». Опять же, ротор может иметь движущиеся выходные катушки или определенные типы постоянных магнитов. Статор является «стационарным» компонентом системы и может иметь в своей модели либо набор постоянных магнитов, либо набор электрических обмоток, образующих электромагнит. Обычно генераторы и генераторы переменного тока, используемые для генераторов ветряных турбин, объясняются тем, как они производят свой магнетизм, будь то постоянные магниты или электромагниты.

Практических преимуществ и недостатков обеих форм нет. В большинстве бытовых ветряных турбин на рынке используются постоянные магниты в конструкции турбогенератора, которые создают необходимое магнитное поле при движении системы, хотя в некоторых все же используются электромагнитные катушки.

Бытовая ветряная турбина (ссылка: Renewenergyhub.co.uk )

Эти высокопрочные магниты обычно изготавливаются из редкоземельных материалов, таких как самарий-кобальт (SmCo) или неодим-железо (NdFe), что устраняет необходимость в обмотках возбуждения. для обеспечения фиксированного магнитного поля, что приводит к более легкой и прочной конструкции.Обмотки возбуждения имеют то преимущество, что их магнетизм (и, следовательно, энергия) согласуется с различной скоростью ветра, но для создания необходимого магнитного поля требуется дополнительный источник энергии.

Теперь мы понимаем, что электрический генератор обеспечивает преобразование энергии между механической нагрузкой, создаваемой лопастями ротора, представленными в качестве первичного двигателя, и некоторыми другими электрическими нагрузками. Механическое соединение генератора ветряной турбины с лопастями ротора выполнено с помощью основного вала, который может быть либо простым прямым приводом, либо с использованием редуктора для уменьшения или увеличения скорости генератора по отношению к скорости движения лопастей.

Использование редуктора позволяет лучше согласовать скорость генератора со скоростью турбины, но недостатком использования редуктора является то, что как механическая часть он подвержен износу, что приводит к снижению эффективности устройства . Прямой привод, однако, может быть проще и эффективнее, но подшипники и вал ротора генератора подвержены общему весу и вращательной нагрузке лопастей ротора.

Выходная кривая ветряного генератора

Таким образом, форма ветряного генератора, необходимая для особого места, зависит от мощности, содержащейся в ветре, и характеристик самой электрической системы.Все ветряные турбины имеют особые характеристики, связанные со скоростью ветра.

Выходная кривая генератора ветровой турбины (Ссылка: альтернативная энергия-туториал.ком ) лопастей ротора достаточно для преодоления трения, а лопасти ротора достаточно точны, чтобы генератор начал производить полезную энергию.

При превышении этой скорости включения генератор должен создавать мощность, соответствующую кубу скорости ветра (К.V ³ ) до тех пор, пока не будет достигнута его потенциальная номинальная выходная мощность.

При превышении этой номинальной скорости мощность ветра на лопастях ротора приближается к оптимальной мощности электрической системы, и генератор вырабатывает максимальную или номинальную выходную мощность при достижении окна номинальной скорости ветра. Если скорость ветра имеет тенденцию к увеличению, генератор ветряной турбины остановится на своем значении отключения, чтобы предотвратить электрические и механические повреждения, что приведет к нулевому производству электроэнергии. Применение тормоза для предотвращения повреждения системы может быть либо электрическим датчиком скорости, либо механическим регулятором.

Купить ветряной генератор типа 400-ваттного генератора ветряной турбины для зарядки аккумулятора непросто, и есть несколько особенностей, которые следует учитывать. Цена — лишь один из них. Обязательно выберите электрическую систему, соответствующую вашим требованиям. Если вы устанавливаете конфигурацию с подключением к сети, выберите генератор сетевого напряжения переменного тока. Если вы настраиваете устройство на основе батареи, ищите систему постоянного тока для зарядки батареи. Также примите во внимание механическую конструкцию генератора, включая размер и вес, рабочую скорость и защиту от окружающих.

Чтобы узнать больше о том, «Как работают генераторы ветряных турбин», или получить больше информации о ветроэнергетике о различных доступных системах генерации ветряных турбин, или изучить недостатки и преимущества энергии ветра, нажмите здесь.

Ветряная турбина — Музей науки и промышленности

Постройте ветряную турбину для выработки электроэнергии и исследуйте преобразование энергии.

Материалы

• Три трубы из ПВХ, одна длиной около 30 см, а другие длиной не менее 15 см
• Три тройника из ПВХ
• Одно угловое соединение из ПВХ
• Двигатель
• Провод (длиной около двух футов)
• Провод ножи
• Втулка (доступна в Kid Wind Project)
• Деревянные дюбеля
• Мультиметр
• Зажимы типа «крокодил»
• Ножницы
• Лента
• Фен или вентилятор
• , палочки для эскимо и т. д.

Указания

1. Вставьте 15-сантиметровую трубу из ПВХ в среднее отверстие тройника из ПВХ. Повторите то же самое с другой 15-сантиметровой трубой из ПВХ и тройником.
2. Соедините две детали вместе, вставив свободные концы труб в стороны третьего Т-образного соединения так, чтобы среднее отверстие было обращено вверх.
3. Вставьте оставшуюся трубу из ПВХ в отверстие Т-образного соединения, направленное вверх, чтобы труба стояла вертикально.
4. Поместите последний тройник на свободный конец башни.
5. Подсоедините два провода к двигателю.Надежно поместите двигатель в соединение в верхней части башни. Протяните провода вниз по трубе башни и выведите их из одного из Т-образных соединений на основании. При необходимости используйте клейкую ленту, чтобы надежно закрепить двигатель.
6. Прикрепите пластиковую круглую деталь, называемую ступицей, к прямой металлической детали снаружи двигателя.
7. Подсоедините провода к мультиметру с помощью зажимов типа «крокодил». Установите мультиметр на 20 вольт.
8. Вставьте несколько маленьких деревянных дюбелей в отверстия ступицы.Создайте ветер с помощью фена или вентилятора. Проверьте мультиметр, чтобы увидеть, сколько энергии генерируется.
9. Используя различные материалы, спроектируйте разные лопасти для ветряной турбины. Учитывайте вес, гладкость поверхности и необходимое количество лезвий. Прикрепите лопасти к дюбелям с помощью скотча.
10. Снова включите фен или вентилятор и протестируйте турбину с каждым типом лопастей, которые вы проектируете. Чем отличается электрическая мощность? Проверьте турбину с различными скоростями ветра, такими как низкие, средние и высокие настройки вентилятора.Влияет ли скорость ветра на выработку электроэнергии?

Что происходит?

Поскольку кинетическая механическая энергия движущегося ветра вращает лопасти ветряной турбины, генератор внутри турбины также вращается. Это заставляет спиральную проволоку вращаться вокруг магнита и создает электрический ток, который мы измеряем с помощью мультиметра.

Поскольку энергия не создается и не уничтожается, чем больше потребляемая энергия, тем больше будет выход энергии.Таким образом, чем больше механической энергии вы начинаете — чем быстрее вращаются лопасти — тем больше электроэнергии будет создавать турбина.

Справочная информация

Ветер возникает из-за разности давлений, создаваемой неравномерным нагревом поверхности Земли солнцем. Солнечное излучение заставляет землю получать тепловую энергию. Воздух над землей также получает тепловую энергию и расширяется, становясь менее плотным и поднимаясь вверх.

Это движение создает область низкого давления на поверхности, создавая вакуум, который втягивает воздух.Более холодный и плотный воздух течет к области низкого давления на поверхности, чтобы заполнить пространство, оставленное поднявшимся нагретым воздухом. Это создает конвекционный поток, и тепловая энергия преобразуется в кинетическую механическую энергию в виде движущегося воздуха или ветра.

Ветряная турбина преобразует механическую энергию ветра в электрическую энергию. Турбина берет кинетическую энергию движущейся жидкости, в данном случае воздуха, и преобразует ее во вращательное движение. Когда ветер проходит мимо лопастей ветряной турбины, он перемещает или вращает лопасти. Эти лопасти вращают генератор. Генератор работает как инвертор электродвигателя; вместо того, чтобы применять электрическую энергию, чтобы вращать его и создавать механическую энергию, он использует механическую энергию, чтобы вращать и создавать электрическую энергию. Генераторы вращают спиральную проволоку вокруг магнитов для создания электрического тока.

Ветроэнергетика с использованием энергии ветра：Системы и решения：Возобновляемая энергия

Производство энергии ветра означает получение электроэнергии путем преобразования энергии ветра в энергию вращения лопастей и преобразования этой энергии вращения в электрическую энергию с помощью генератора.Энергия ветра увеличивается пропорционально кубу скорости ветра, поэтому ВЭУ следует устанавливать в зоне с более высокой скоростью ветра.
Мы работаем в партнерстве с производителями ветряных турбин, чтобы продавать ветряные турбины и строить электростанции, используя нашу сеть продаж. Мы также продолжаем разрабатывать электронные устройства, включая системы управления, используя наши знания и технологии, основанные на технологиях проектирования и производства тепловых и гидравлических электростанций. занимаемся производством ветровой энергии самостоятельно.Обладая сильной репутацией с обеих сторон, производителя и пользователя, мы предлагаем решения для удовлетворения потребностей клиентов в самых разных ситуациях.

Простая в установке и эксплуатации ветровая электростанция, не беспокоящаяся об истощении запасов

В мире растет внедрение ветровой энергетики, которая имеет следующие характеристики:

• • Нет выбросов CO ₂

• • Ветер — безопасный источник энергии, существующий повсюду, и не нужно беспокоиться об истощении, как ископаемое топливо

• • Простое оборудование и простота в эксплуатации

• • Мало привязанность к окружающей среде

В современном мире прогресс технологий для создания более крупных ВЭУ заметен, и это приводит к увеличению выработки электроэнергии на одну единицу ВЭУ и развитию большого поля ВЭУ, называемого «ветряной электростанцией». Развиваются и технологии строительства морских ВТГ.

Высоконадежная технология ветряных турбин

Герметичный синхронный генератор с постоянными магнитами (PMSG), обеспечивающий повышенную эффективность выработки электроэнергии без необходимости использования внешней системы возбуждения

При возбуждении от постоянных магнитов генератор не требует технического обслуживания и снижает частоту отказов за счет удаления токосъемных колец для внешнего возбуждения.Отсутствие необходимости во внешней системе возбуждения повышает эффективность выработки электроэнергии. Благодаря использованию систем водяного охлаждения и внутреннего вентиляторного охлаждения генератор не забирает воздух снаружи, что подходит для использования в среде с большим количеством мелких частиц в космосе или в прибрежных/морских районах.

Генератор для ВЭУ 2 МВ

Более длинная лопасть обеспечивает более высокое годовое производство энергии даже при низкой скорости ветра

Использование более длинного лезвия позволяет преобразовывать больше энергии ветра в электричество. Для ВЭУ мощностью 2 МВт типа У93 применяются лопасти длиной 45 м и диаметром 93 м, что на 16% больше, чем у других производителей, что увеличивает площадь приема ветра и обеспечивает более высокую годовую выработку энергии даже при низкой скорости ветра.

Компоновка гондолы

Применены ГРМ

с коробкой передач и полноразмерным преобразователем.

Внутренняя конструкция гондолы 2 МВ ВТГ

ВТГ 2 МВт

ВТГ Toshiba мощностью 2 МВт можно охарактеризовать следующими особенностями:

• • Модель: U88E

• • Высокая надежность благодаря среднескоростной передаче (1:72)

• • Малый синхронный генератор с постоянными магнитами (PMSG)

• • Герметичный генератор с системой водяного охлаждения

• • Affinity для высоковольтной системы в системе с полным преобразователем

* Стандарт IEC: эталонная скорость ветра 50 м/с, средняя скорость ветра 8. 5 м/с, предельная скорость ветра (Ve50) 70 м/с.

* Если скорость ветра превышает 70 м/с, проконсультируйтесь с нами.

Ветроэнергетический бизнес Toshiba

Чтобы удовлетворить потребности клиентов, Toshiba предоставляет всестороннюю поддержку во многих различных бизнес-ситуациях, от геологических/экологических исследований и бизнес-планирования до проектирования, производства, строительства, ввода в эксплуатацию и эксплуатации и обслуживания после запуска генератора.

Всесторонняя поддержка от назначения участков-кандидатов – Планирование –

Мы оказываем поддержку нашим клиентам от назначения участков-кандидатов, включая геологические или экологические исследования, решение вопросов, связанных с законами/нормативными актами, до планирования строительства.Также мы предоставляем упаковочные решения с аккумуляторной/вторичной батареей для стабильной мощности генератора и оптимизируем точку установки путем микроразметки с помощью CFD для сложной структуры земли.

Достижение высокой ветроустойчивости с помощью длинных лопастей – Проектирование/Производство–

^※1

У нас есть различные ветрогенераторы с длинными лопастями, которые охватывают широкий диапазон скоростей ветра, поэтому мы можем предоставить ветрогенераторы, подходящие для каждого объекта.Мы также продолжаем разрабатывать большие ВТГ для наземных и морских установок, чтобы снизить себестоимость единицы продукции.

Надлежащая установка и безопасное обслуживание

Мы предлагаем подходящие способы установки для каждого объекта.
Toshiba сотрудничает с производителями ветряных турбин и другими местными субподрядчиками, чтобы обеспечить безопасную и стабильную работу в различных меню периодического обслуживания, ремонта, капитального ремонта и гарантии.Что касается поставок запчастей, у нас есть запасы запчастей у отечественных субподрядчиков для бесперебойной поставки.

Установка ВТГ

Как долго служат ветряные турбины? Можно ли продлить их срок службы?

Современная ветряная турбина хорошего качества обычно служит 20 лет , хотя этот может быть продлен до 25 лет или дольше в зависимости от факторов окружающей среды и соблюдения правильных процедур обслуживания .Однако затраты на техническое обслуживание будут увеличиваться по мере старения конструкции.

Ветряные турбины вряд ли прослужат намного дольше из-за экстремальных нагрузок, которым они подвергаются в течение всего срока службы. Отчасти это связано с конструкцией самих турбин, поскольку лопасти турбины и башня закреплены только на одном конце конструкции и, следовательно, сталкиваются с полной силой ветра. Конечно, по мере увеличения скорости ветра увеличиваются и нагрузки, которым подвергаются турбины. Это может достигать уровней, почти в 100 раз превышающих расчетные нагрузки при номинальной скорости ветра, поэтому многие турбины спроектированы так, чтобы отключаться для самозащиты при более высоких скоростях ветра.

Одним из основных факторов, определяющих срок службы ветряной турбины, являются условия окружающей среды, с которыми сталкивается ветроэнергетика. Эти условия зависят от конкретной площадки и включают в себя среднюю скорость ветра, интенсивность турбулентности и (для операторов морских ветряных электростанций) циклическую нагрузку на фундаменты, каркасные конструкции и монолиты, вызванные волнами.

В дополнение к этим факторам окружающей среды существуют обычные проблемы для любой конструкции, связанные с усталостным разрушением в результате использования в течение срока службы актива.К ним относятся различные детали и компоненты, от лопастей ветряных турбин до электропроводки и гидравлических систем.

Особого внимания заслуживают лопасти ветряных турбин

, так как они особенно подвержены повреждениям. В качестве движущегося компонента лопасти ротора подвержены более высоким уровням нагрузки и усталости, а также могут быть повреждены от ударов птиц или других объектов, а также от воздействия сильного ветра или ударов молнии.

Жизненный цикл турбины можно продлить за счет тщательного контроля и технического обслуживания.Для этого необходимо оценить состояние актива и сравнить его с ожидаемым сроком службы турбины, исходя из ожидаемых нагрузок и усталости, а также факторов окружающей среды для объекта ветроэнергетики.

Эти оценки определят, возможна ли дальнейшая работа и когда может потребоваться замена каких-либо компонентов для продления срока службы всей конструкции. Это называется оценкой продления срока службы и включает в себя как теоретический, так и практический анализ, например инспекции на месте и оценку данных расчетной нагрузки.

В отчете о состоянии будут подробно описаны требования к техническому обслуживанию, на основе которых может быть получена точная оценка стоимости продления срока службы ветряной турбины. Это позволяет операторам определить постоянные эксплуатационные расходы и риск отказа по сравнению со стоимостью замены или даже вывода из эксплуатации. Отчет также может использоваться для подачи заявки на продление страхового полиса, а также часто требуется поставщиками услуг в конце расчетного срока службы турбины.

Как упоминалось выше, фактический объем технического обслуживания, необходимого для поддержания в рабочем состоянии ветроэнергетического актива, будет варьироваться в зависимости от факторов, включая конкретные условия эксплуатации и используемые материалы.Тем не менее, ветряные турбины обычно требуют профилактических осмотров два или три раза в год. Потребность в этих проверках может увеличиваться по мере старения турбины, а также требует большего обслуживания для поддержания ее в рабочем состоянии.

Оффшорные электростанции сталкиваются с собственным набором особых проблем, связанных с обслуживанием. Проблемы, с которыми сталкиваются береговые активы, часто усугубляются оффшорными условиями эксплуатации, а также добавляют свои собственные специфические проблемы. Эти проблемы включают коррозию, эрозию и биообрастание наряду с обычными материалами, усталостью и ветровыми факторами.

По мере роста зависимости от морских возобновляемых источников энергии становится все более важным решать эти проблемы для поддержания эксплуатационной готовности.

Аналитическая оценка

Для обеспечения безопасной эксплуатации важно обеспечить структурную устойчивость ветряных турбин. Устройства безопасности, тормозные системы и системы управления турбиной требуют испытаний для проверки устойчивости конструкции, но также необходимо сравнить расчетные нагрузки с фактическими нагрузками, которым подвергалась турбина.Эта информация о нагрузке может быть получена с помощью компьютерного моделирования, представляющего проектные условия после типовых испытаний наряду с условиями окружающей среды.

Рабочие условия окружающей среды включают специфические ветровые условия, такие как средняя скорость ветра, турбулентность и любые экстремальные погодные явления. Они контролируются в течение предыдущих 20 лет, чтобы рассчитать предполагаемые нагрузки во время эксплуатации. Ветряным электростанциям может потребоваться, чтобы каждая турбина имела свой собственный набор данных. Затем эти данные оцениваются вместе с технической документацией на турбину. Эта техническая документация включает в себя информацию, относящуюся к конструкции турбины, вводу в эксплуатацию, разрешениям на эксплуатацию, данным по эксплуатации и производительности, а также монтажным и гидравлическим схемам. Кроме того, также оцениваются отчеты о ремонте, осмотре и техническом обслуживании. Технический отчет также требуется для ежегодного документирования состояния лопастей несущего винта.

Операторы ветряных электростанций обязаны своевременно предоставлять соответствующие документы и проводить оценку. В некоторых случаях можно получить документацию по замене от производителя, однако, если производитель больше не доступен, можно использовать опыт для сравнения турбины с другими.

Эти аналитические расчеты используются для создания заявления, в котором указываются любые немедленные действия, необходимые для продолжения работы, а также те, которые необходимо будет запланировать на более позднюю дату, например, замена деталей или полная проверка.

Все эти симуляции должны быть подкреплены проверками на местах. Традиционно это выполнялось инспектором лично, но все чаще это делается удаленно с использованием роботов и технологий, таких как система BladeSave.

Узнайте больше о проекте BladeSave

Физический мониторинг

Состояние ветряной турбины оценивается посредством инспекции на месте, основанной на аналитической оценке. Это позволяет проверить конкретные слабые места, дефекты или потенциальные проблемы. Физический мониторинг также ищет необычный износ или повреждение компонентов и оборудования. Несущие и важные для безопасности компоненты требуют особого внимания, поскольку некоторые типы ветряных турбин имеют собственные конструктивные недостатки или производственные проблемы, которые могут привести к преждевременному выходу из строя.

Физические проверки проводятся на лопатках турбины, несущей конструкции и фундаменте для поиска признаков коррозии и растрескивания или прослушивания подозрительных или необычных шумов от зубчатых колес и подшипниковых узлов.

Значительное повреждение может привести к немедленной остановке актива, что часто приводит к дорогостоящим простоям перед техническим обслуживанием или ремонтом. Тем не менее, эти проверки, как правило, обнаруживают незначительные повреждения, вызванные коррозией, усталостью или атмосферными воздействиями, что позволяет устранить дефект до того, как он станет еще хуже.

Различные детали требуют разного уровня контроля и обслуживания, а лопасти турбины и тросы требуют более тщательного осмотра и ухода.

Физический мониторинг также относится к мониторингу окружающей среды и тому, как это может повлиять на турбулентность и скорость ветра, используемые в аналитической оценке.

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (также известные как затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание) составляют значительную часть общих годовых затрат на ветряную турбину.Эти затраты варьируются в зависимости от возраста актива, но в среднем составляют около 20-25% от общей приведенной стоимости за кВтч, произведенный в течение срока службы турбины. Для новой турбины эти затраты могут составлять всего 10-15%, но могут увеличиться до 20-35% к концу жизненного цикла турбины. Производители работают над новыми конструкциями, чтобы помочь сократить эти затраты, создавая турбины, которые требуют меньшего количества визитов в сервис и, следовательно, меньшего времени простоя.

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание покрывают следующие расходы:

• Страхование
• Регулярное техническое обслуживание
• Ремонт
• Запасные части
• Администрация

Некоторые из фактических затрат, связанных с этими расходами, например, страхование и техническое обслуживание, можно оценить, поскольку можно получить стандартные контракты, охватывающие большую часть жизненного цикла турбины.Однако затраты на ремонт и замену деталей определить труднее, так как на них может влиять возраст и состояние турбины, которые часто увеличиваются по мере старения актива. Кроме того, поскольку ожидаемый срок службы очень небольшого числа турбин подошёл к концу, данных об этих затратах на более позднем этапе жизненного цикла мало, в то время как многие старые турбины имеют меньшие размеры, чем те, что представлены на рынке в настоящее время.

Заключение

Операторы ветряных электростанций сталкиваются с необходимостью принимать бизнес-решения по мере старения своих активов — продолжать работу, перенастраивать или выводить из эксплуатации.На эти решения влияет физическое состояние по сравнению с теоретическим сроком службы турбин. Инспекции на месте и инструменты мониторинга помогают оценить эти факторы, чтобы обеспечить безопасную работу ветряных электростанций в течение расчетного срока службы. Этот срок службы может быть увеличен или сокращен в зависимости от повреждений, вызванных факторами окружающей среды и усталостью.

Некоторые компоненты, такие как лопасти, требуют дополнительного контроля и обслуживания, а такие технологии, как BladeSave, могут упростить этот процесс для оператора, обеспечивая постоянный удаленный мониторинг срока службы лопастей ветряной турбины.

Если ветряная электростанция эксплуатируется в пределах параметров проектного срока службы и условий и регулярно проводится техническое обслуживание, она может работать сверх расчетного срока службы. Во многих случаях ветровые условия на площадке создают меньшие нагрузки, чем предполагалось, а это означает, что конструкции турбин не имеют значительных повреждений. В этих случаях ремонт является незначительным и относительно недорогим, в то время как оценка продления срока службы может определить, что турбина может продолжать работать по истечении первоначального расчетного срока службы.

Мониторинг и управление ветряными турбинами в TWI

TWI имеет богатый опыт работы с ветряными турбинами, в том числе в решении конкретных задач, связанных с морскими активами, таких как неразрушающий контроль фундаментов морских оболочек. Мы также были частью консорциума BladeSave по разработке системы мониторинга состояния лопастей ветряных турбин и работали над ультразвуковым контролем хвостовиков лопастей с помощью фазированной решетки.

Мы предоставляем независимую экспертизу и консультации, связанные с материалами, производством и контролем, чтобы предложить решения для ветроэнергетики, и вы можете узнать больше о наших услугах в этой области здесь.