Сколько электроэнергии вырабатывает ветрогенератор: Сколько нужно ветрогенераторов для целого города? — все самое интересное на ПостНауке

Содержание

Расчет экономической выгоды ветрогенератора, насколько может быть выгодным ветряная электростанция || AxiomPlus

  • Действительно ли ветряная электроэнергия является экологически чистой?
  • Что выгоднее — производить киловатты из ветра или традиционно покупать у государства?
    • Сколько можно заработать, продавая электроэнергию государству?
    • Расчет прибыльности ветрогенератора
    • Карта ветровых нагрузок в Украине

Вопрос сохранения экологии становится все более актуальным с каждым годом. Одним из самых важных его факторов является поиск альтернативных источников энергии, к которым относится и ветряная электроэнергия. Многие форумы, посвященные экологии, переполнены информацией о том, что ветроэлектростанции — это один из самых эффективных и экологичных источников энергии. Действительно ли ветрогенераторные установки помогают сохранить экологию и правда ли то, что они быстро окупаемые? Чтобы разобраться с этими вопросами я решил обратиться к авторитетным источникам.

Действительно ли ветряная электроэнергия является экологически чистой?

Безусловно, сами по себе ветровые электростанции не загрязняют окружающую среду, но только в тех местах, где они установлены. Срок службы промышленного ветрогенератора средней мощности — 2 МВт составляет 20 лет. Исследователи Орегонского университета, проведя оценку окупаемости ветровой установки, вычислили, что одних только смазочных материалов для обслуживания ветрогенератора за этот период необходимо от 273 до 546 тонн, в зависимости от модели. Эти данные были опубликованы в журнале «International Journal of Sustainable Manufacturing»

Согласно результатам, полученным американскими экспертами, около 78% электроэнергии, вырабатываемой средним ветрогенератором за 20-летний цикл тратится при его производстве: изготовление деталей из металла, пластмассы и других материалов, а также установке, для которой необходим цемент и металл. В цикле производственных процессов в атмосферу осуществляется большое количество выбросов CO2.

Стоит учитывать и дополнительные факторы такие, как транспортная доставка и установка с помощью кранов (ветряки устанавливаются на высоте от 7-10 метров для большего воздействия ветра), что тоже предполагает дополнительные выбросы углекислого газа в атмосферу.

Как правило, в течении всего срока службы ветрогенератор как минимум 2-3 раза будет нуждаться в капитальном ремонте, стоимость которого может достигать себестоимости всей установки. Для ее обслуживания также необходимы аккумуляторы емкостью 150-200 Ач.

Большинство из них являются литий-ионными, а добывание лития — процесс предполагающий большие выбросы CO2 в атмосферу. Через каждые 4-5 лет аккумуляторы нужно будет менять, а изношенные батареи — необходимо будет утилизировать, что несет определенный вред для экологии.

Что выгоднее — производить киловатты из ветра или традиционно покупать у государства?

Для обслуживания частного дома нужен источник электроэнергии мощностью 2-3 кВт.

Исходя из того, что ветроустановка в среднем будет работать на 35% рассчитанной мощности (слабый ветер или его временное отсутствие), то для бесперебойного энергообеспечения дома необходим будет ветряк мощностью 5-6 кВт. Средняя стоимость одной такой модели вместе со всей системой (аккумуляторы, инверторы и т.д.) на рынке достигает 15 тыс. долларов США, плюс за 20 лет 2-3 раза нужно будет сделать ремонт и замену батарей — это еще около 10 тыс. долларов — итого имеем 25 тыс. долларов (643 тысячи гривен).

Если покупать электроэнергию у государства при ее сегодняшней стоимости 1,68 грн за 1 кВт*час, при среднем показателе энергопотребления 1,5 кВт в час, то мы получаем:

1,5 кВт х 24 (часа) х 365 (дней) х 20 (лет) = 262 800 кВт — употребленных за 20 лет;

За 20 лет при сегодняшнем тарифе, мы потратим:

262 800 кВт х 1,68 грн = 441 504 грн = 17 182 доллара США

Выходит что, при условии сохранения сегодняшних тарифов, за 20 лет пользование ветрогенератором будет даже на 201 496 гривен более затратным, чем если просто платить за электричество государству.

Можно предположить, что со временем тариф будет увеличиваться в цене и параллельно будет расти выгода от использования ветрогенераторов, но, вряд ли, она выйдет за грань их самоокупаемости. Ветровая электроэнергия может быть выгодной только в том случае, если сильно вырастет тариф на ее потребление или ветрогенераторы резко подешевеют, сейчас же применять ветряк для обеспечения электросети частного дома — невыгодно!

Можно ли заработать, продавая электроэнергию государству по зеленому тарифу?

Давайте рассмотрим ситуацию, если вы приобретаете ветрогенератор не для себя, а для того, чтобы продавать электричество государству. Мы выяснили, что покупка и эксплуатация на протяжении 20 лет службы 5 кВт-ного ветрогенератора будет нам стоить 643 тысячи гривен.

Стоимость зеленого тарифа в Украине

Период Тариф без НДС
с 01 июля 2015 по 31 декабря 2019 года 327,02 коп/кВт×час
с 01 января 2020 по 31 декабря 2024 года 293,71 коп/кВт×час
с 01 января 2025 по 31 декабря 2029 года 261,92 коп/кВт×час

*ссылка на источник: Киевэнерго

Расчет прибыльности ветрогенератора

И так, давайте посчитаем, сколько прибыли может принести небольшой бытовой электрогенератор за 20 лет службы. Если учесть, что мы ввели в эксплуатацию ветрогенератор в период до 31 декабря 2019 года и он вырабатывает 2 кВт в час, то мы заработаем:

3,2702 грн х 2 (кВт) х 24 (часа) х 365 (суток) х 20 (лет) = 1 145 878 грн

Если от этой суммы отнять стоимость ветрогенератора, дополнительного оборудования и его обслуживания, то мы получим:

1 145 878 грн — 643 000 грн = 502 878 грн

А если еще отнять стоимость электроэнергии, которую мы при этом 20 лет покупали у государства, то получим:

502 878 грн — 441 504 грн =61 374 грн

(в таком плюсе мы будем через 20 лет)

Украина — безветренный регион, если сравнивать со странами Западной Европы и Средиземноморья. Взглянув на карту ветровых нагрузок, станет ясно, что более или менее стабильно ветры дуют только на Западе Украины (Прикарпатский регион) и берегу Азовского моря. Размещение ветроэлектростанции где-нибудь в Киеве вряд ли бы имело прибыль.

Карта ветровых нагрузок на территории Украины

Стоит еще учесть тот факт, что согласно действующему законодательству, для того, чтобы продавать электричество необходимо оформить ФОП и получить государственную лицензию. Таким образом, можно сделать вывод, что заработать на ветрогенераторах, продавая электроэнергию по зеленому тарифу государству, довольно сложно. А для того, чтобы «выйти в ноль» вообще может потребоваться до 20 лет — не самый прибыльный вид заработка.

К тому же, ветрогенераторы издают много шума – в пределах 34 – 45 дБ, что может сравняться с шумом проезжающего по шоссе автомобиля или звуком отбойного молотка, работающего на расстоянии 10 метров.

Зачем тогда нужны ветрогенераторы?

Ветрогенераторы могут быть хорошим решением в том случае, если они используются в качестве резервного источника электроэнергии или если это единственный возможный источник питания электросети. Они могут устанавливаться в некоторых небольших предприятиях или частных домах для того, чтобы на случай отключения электричества (обрыв линий ЛЭП, отключение электричества при аварии в ближайших зданиях, плановые отключения и т.д.) можно было задействовать энергию ветра для поддержания освещения в помещении и подзарядки гаджетов.

В ином случае ветровыми генераторами могут пользоваться метеорологические станции, обсерватории, небольшие санатории, которые находятся слишком далеко от населенных пунктов и не имеют возможности подключиться к централизованным ЛЭП.
В качестве альтернативного источника электроэнергии для домашних нужд лучше купить генератор.

Автор: Владислав Сиромаха

Ветрогенераторы

Энергия ветра — это экологически чистая, неисчерпаемая энергия. Для преобразования энергии ветра в электрическую энергию служат ветряные электростанции (мельницы, ветрогенераторы).

Ветряные мельницы используемые для выработки электрической энергии бывают разных размеров. Большие ветрогенераторы, которые обычно используются на ветряных фермах (электростанциях), могут вырабатывать большое количество электричества — сотни мегаватт, которым можно обеспечивать сотни домов. Небольшие ветряки, которые вырабатывают не больше 100 кВт электроэнергии, используются в частных домах, фермах, подсобных хозяйствах и т. п., служат источником дополнительной электроэнергии, способствуют уменьшению оплаты за основной источник электроэнергии.

Очень маленькие ветряки, мощность которых составляет 20-500 Вт, используются для подзарядки аккумуляторов и др. сферах, где не требуется большое количество электроэнергии.

Небольшие ветроэлектростанции будут экономически эффективны, если будут соблюдены следующие условия:

ветер в вашем месторасположении дует стабильно и много дней в году;

есть достаточно места для установки ветряка;

местными властями разрешена установка ветряков;

ваши затраты на электроэнергию высоки;

вы не подключены к питающей сети или она находится далеко от вас;

вы готовы инвестировать деньги в ветрогенератор;

во избежание проблем с соседями, ветряк должен находится не ближе чем 250-300м к ним.

Требования к ветру

Будет ли ваш ветряк для дома экономически целесообразным — больше всего зависит от качества ветра. В большинстве случаев, среднегодовая скорость ветра в 4. 0-4.5 м/с (14.4-16.2 км/ч) является тем минимумом, чтобы ветрогенератор был экономически выгоден. В анализе ветра вам помогут сайты, где представлены карты ветров России и других стран.

Также, вам может помочь местная метеорологическая станция, где вы можете посмотреть архив данных по силе ветра. Но следует обратить внимание на расположение станции, т.к. различные препятствия — деревья, строения, возвышенности могут стать причиной искаженных данных о ветре.

Для более точной оценки ветра в вашей местности вам необходимо приобрести устройства измеряющие скорость ветра. Особенно это актуально, если ваша местность холмистая или имеет необычный ландшафт.

Наиболее важной деталью в приборе для измерения скорости ветра является анемометр. Он состоит из чашечной (или лопастной) вертушки укреплённой на оси, которая соединена с измерительным механизмом. Лопасти анемометра вращаются и вырабатывают сигнал, пропорциональный скорости ветра. При покупке анемометра не будет лишним приобрести устройство, записывающее показания с него, а также трипод, кронштейн и т. п., где он будет монтироваться.

Существуют более дорогие цифровые устройства для измерения скорости ветра. Там также используется анемометр, но данные поступают в компьютер, где они обрабатываются и запоминаются. В последнее время данные устройства становятся все более популярными и дешевыми. Пример данных о скорости ветра, снимаемых и отображаемых в реальном времени вы можете посмотреть на сайте gdeduet.ru

Неважно какой измерительный инструмент вы используете для оценки скорости ветра, но хотя бы минимум один раз в год вы должны сравнивать ваши данные с другими. Также важно измерительно оборудование размещать достаточно высоко, чтобы избежать турбулентности, которая создается деревьями, строениями и другими препятствиями. Наиболее оптимальным размещением измерительного прибора является его размещение на уровне центра ротора ветрогенератора.

Место для размещения ветрогенератора

Большое значение имеет место, где вы собираетесь разместить ваш ветряк. Помните, что не следует его размещать вблизи деревьев, домов и т.п., т.к. вы не получите полной отдачи от ветряка.

Также учитывайте что:

сила ветра всегда больше на вершине холмов, у береговой линии, в степях, в местах где нет деревьев и строений.

деревья могут расти, а ветряк — нет.

необходимо заранее информировать соседей о ваших планах, во избежании проблем с ними в будущем.

желательно поставить ветряк на достаточном расстоянии от соседей. Обычно достаточно 250-300м.

Не ожидайте, что ваша ветроэлектростанция будет все время вырабатывать достаточное количество электроэнергии. Скорость ветра в одном и том же месте может сильно различаться и как следствие будет и различаться количество вырабатываемой электроэнергии. И если сила ветра будет меняться в пределах 10%, то вырабатываемая электроэнергия будет изменяться в пределах 25%!

Типы ветрогенераторов

Существует 2 основных типа ветрогенераторов: с горизонтальной осью вращения и вертикальной. Горизонтальные ветряки должны быть направлены по ветру. Для этого, в их конструкции предусмотрен так называемый «хвост».

Вертикальные ветрогенераторы работают в любом направлении ветра, но требует больше наземного пространства, т.к. необходимо предусмотреть растяжки для устойчивости ветряка.

Компоненты ветроэлектростанции

Ветроэлектростанция включает в себя:

— ротор с лопастями, которые имеют аэродинамическую форму.

— редуктор или коробка передач, которые согласует скорость вращения между ротором и генератором. Маленькие ветряки (до 10 кВт) обычно не имеют редуктора.

— защитный кожух, который защищает от внешних воздействий редуктор, генератор, электронику и другие компоненты ветрогенератора.

— хвост ветряка — необходим для его поворота по ветру.

Для ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения необходима мачта (вертикальные ветряки обычно устанавливаются прямо на земле).

Мачты бывают различных видов: на растяжках (которые жестко закреплены), поворотная мачта на растяжках (может подниматься и опускаться для обслуживания и ремонта), свободно-стоящая мачта без растяжек (они тяжелые, но зато занимают не так много места на земле).

Очень важным факторов является высота мачты. Энергия ветра пропорциональна скорости ветра в третей степени (в кубе). Т.о. если скорость ветра удвоилась, то энергия ветра возрастет в 8 раз (2х2х2=8). Скорость ветра увеличивается с высотой, т.е. увеличивая высоту мачты можно сильно увеличить энергоэффективность ветряка.

Чем выше мачта — тем больше скорость ветра

Обязательно заземлите мачту и предусмотрите молниеотвод.

Для электробезопасности необходимо использовать разъединители и автоматические выключатели. Они также обеспечат безопасный доступ к ветряку для его обслуживания и модернизации.

Также могут понадобиться другие компоненты ветроэлектростанции. Аккумуляторы — смогут накапливать излишки электроэнергии от ветряка. Но, поскольку аккумуляторы используют постоянный ток, то для преобразования его в переменный необходим инвертор.

Если дом, ферма или хозяйство подключены к общей системе энергообеспечения, то в ветренные дни излишек энергии можно продавать электросетям (неактуально для нашей страны). А когда ветер слабый и электроэнергии ветряка не хватает, то нужно будет покупать электроэнергию от общей электросети.

Большой плюс ветрогенератора в том, что однажды купив его, вам больше практически ни за что не прийдется платить, кроме планового техобслуживания.

Производительность ветрогенератора обычно описывается производителем как график зависимости выходной мощности к скорости ветра.

Одной из проблем при выборе и сравнении ветрогенераторов является отсутствие единного стандарта измерения выходной мощности.

Производители сами выбирают при какой скорости ветра указывать выходную мощность. Возьмем к примеру «Wind-o-matic» и «Mighty-wind» — у обоих заявленная мощность 1000 Ватт. Но у «Wind-o-matic» это мощность при скорости ветра 5 м/с, в то время как у «Mighty-wind» это мощность при 10 м/с. Вследствии того, что энергия ветра пропорциональна скорости ветра в кубе, то ветряк выдающий 1 кВт при при 10 м/с, даст только 1/8 от максимальной мощности при 5 м/с. Т.о. при скорости ветра 5 м/с «Wind-o-matic» будет выдавать честные 1000 кВт, в то время как «Mighty-wind» всего 125 Ватт!

Более правильным является сравнение ветрогенераторов по площади и размеру лопастей. Чем больше площадь, тем больше энергии может вырабатывать ветряк. При удвоении площади солнечных батарей — мощность увеличивается вдвое. Также и в ветрогенераторе — при увеличении площади лопастей возрастает выходная мощность.

Если вы не знаете площадь лопастей ветряка, то вы можете сравнивать по диаметру ротора. Незначительное увеличение диаметра ротора ведет к значительному увеличению отдаваемой электроэнергии от ветрогенератора (см. рисунок ). Значения указанные на рисунке являются ориентировочными и на них опираться не следует, т.к. генерируемая мощность ветряка зависит от множества других факторов.

Выбор размера ветрогенератора

Для определения подходящего размера ветряка для начала посмотрите сколько электроэнергии вы потребляете в месяц. Затем полученное значение умножьте на 12 месяцев.

Примерное количество электроэнергии вырабатываемое ветряком вы можете получить по формуле:

AEO = 1.64 * D*D * V*V*V

Где: AEO — электроэнергия за год (кВт*ч/год), D — диаметр ротора (в метрах), V — среднегодичная скорость ветра (м/сек)

Т.о. вы можете выбрать оптимальный размер ветрогенератора, вырабатывающий необходимую мощность для вашего дома или хозяйства. И возможно сэкономить на покупке.

Отношения с соседями

Многие люди требуют бережного отношения к окружающим их вещам: ландшафту, виду, исторически местам, тишине, соседям и т.п. Обязательно переговорите с соседями о ваших планах установить ветроэлектростанцию. Также вы должны понимать, что людям свойственен страх перед чем-то новым и неизвестным.

Многие люди думают, что ветряки наносят вред птицам. Но на самом деле раздвижные двери более опасные для птиц, чем небольшие ветряки. Также ветрогенераторы оказывают ничтожное влияние на радио и телевизионное вещание. Лопасти всех современных ветряков сделаны из стекловолокна или дерева. Эти материалы прозрачны для электромагнитных волн.

Шум

Соседи не приемлят шум от ветрогенератора. Прежде чем установить ветроэлектростанцию, ознакомьте ваших соседей с теми шумами, которые она может производить:

аэродинамические шумы — возникают из-за потоков воздуха производимыми лопастями. Шумы увеличиваются со скоростью вращения ротора. Иногда из-за воздушных турбулентностей, некоторые виды лопастей могут издавать свистящий звук.

механические шумы — могут возникать в других компонентах ветряка (генератор, редуктор и т.п.)

Сколько шума может производить ветроэлектростанция?

В 250-ти метрах, от типичной ветроэлектростанции уровень звукового давления составляет приблизительно 45 дБ. Небольшие ветряки производят не больше шума, чем кондиционеры.

Лопасти небольшого ветряка вращаются со средней скоростью 175-500 оборотов в минуту, максимум 1150 об/мин. Большие ветряки вращаются с постоянной скоростю 50-15 об/мин

Обслуживание

Ветроэлектростанции требуется постоянное техническое обслуживание — регулярные осмотры, смазка трущихся частей и т. п. Ежегодно проверяйте болтовые соединения и электрические контакты, подтягивайте их, если необходимо. Также проверяйте ваш ветряк на наличие коррозии и натяженность растяжек мачты.

Если лопасти сделаны из дерева, то наносите краску для защиты. На кромки лопастей наклейте прочную ленту для защиты от абразивной пыли и летающих насекомых. Если краска растрескается, а пленка отклеится, то незащищенное дерево быстрее прийдет в негодность. Влажность, проникшая в дерево лопастей, может вызвать дисбаланс ротора. Ежегодно проверяйте лопасти ветряка.

После 10 лет эксплуатации лопасти и подшипники должны быть заменены. При правильной установке и эксплуатации ветроэлектростанция может прослужить 30 и более лет. Правильное обслуживание также минимизирует уровень шума от вашего ветряка.

Безопасность

Все ветрогенераторы имеют максимальную скорость вращения ветра, выше которой они не могут работать. Когда скорость ветра превышает это значение, то в ветрогенераторе должен сработать тормозной механизм не допускающий превышения критического значения.

При использовании ветряка в холодных районах, необходимо позаботиться о проблеме обледенения, а также размещать аккумуляторный блок в изолированном месте.

Установка ветряка на крышу здания не рекомендуется. Но если он маленькой мощности (до 1 кВт), то можно сделать и исключение. Дело в том, что ветрогенератор может давать вибрацию, которая может передаваться на поверхность, на которой он установлен.

ТОП 7 самых мощных ВЭС Украины

В 2019 году состоялось два выдающихся события в национальном ветроэнергетическом секторе Украины. Во-первых, Украина стала членом международного «гигаваттного клуба» стран, установленная ​​ветроэнергетическая мощность которых превышает 1000 МВт. Во-вторых, 2019 был юбилейным в развитии возобновляемой энергетики. Объявленный в 2018 году постепенный переход от привычного «зеленого» тарифа к аукционам стал значительным толчком к ускорению темпов проектирования и ввода в эксплуатацию новых ветроэнергетических объектов. По данным Украинской ветроэнергетической ассоциации, ветроэнергетические объекты суммарной мощностью 5,55 ГВт получили разрешения на строительство и подписали договоры на купли-продажи электроэнергии по «зеленому» тарифу (PPA) с ГП «Гарантированный покупатель».

Благодаря такому росту, на сегодня Украина имеет три ВЭС, мощность которых выше 100 МВт. В этой статье представлен ТОП 7 самых мощных ВЭС Украины в настоящее время.

Ботиевская ВЭС

Ботиевская ВЭС, построенная в 2014 году энергетическим холдингом ДТЭК и до сих пор занимает почетное первое место среди крупнейших ВЭС в Украине. Каждый хоть раз слышал новость о Ботиевской ВЭС, которая на момент установки входила в пятерку мощнейших в Европе. 64 турбин Vestas V-112 3 МВт каждая, общей мощностью 200 МВт, с ежегодным выработкой энергии около 686 млн кВт·ч. В 2014 году на Ботиевской ВЭС была зафиксирована максимальная скорость ветра — 40 м/с, но, к счастью, все ветротурбины выдержали шторм, несмотря на то, что каждая ВЭУ имеет достаточно большие габариты, например, высоту башни 94 м, а диаметр ротора 112 м.

Приморская ВЭС

1 ноября 2019 введена в эксплуатацию вторая очередь Приморской ВЭС компаний ДТЭК ВИЭ и GE Renewable Energy. Еще один гигант ветровой энергетики Украины от компании ДТЭК имеет в общем 52 ветротурбины (модели GE-130 и GE-137), единичной мощностью 3,8 МВт каждая. Высота башни 110 м, а диаметр ротора 137 м. В целом, ВЭС мощностью 200 МВт вырабатывает 650-700 млн кВт·ч энергии в год, тем самым сокращая выбросы СО2 на 700 тыс. тонн в год. Интересный факт, что ВЭС оборудована двумя цифровыми подстанциями 150/35/10 кВ, которые автоматически реагируют на неисправности или сбои в системе.

Мирненская ВЭС

Летом 2019 стартовало строительство ВЭС «Мирненская» общей мощностью 163 МВт на Херсонщине. Проект ВЭС, состоящий из 35 ветротурбин V-150 (это самые ветротурбины Vestas) мощностью 4,2 каждая и 4 ВЭУ той же модели по 4 МВт, воплощает компания WindKraft. Отмечалось, что стоимость одного комплекта ветровой установки стоит около 3 млн евро. Генерировать станция может около 574 млн кВт·ч энергии в год и сокращает выбросы на 455 тыс тонн СО2 ежегодно. Подключение к ОЭС Украины осуществляется за счет высоковольтной линии 150 кВ протяженностью около 22 км и подстанции 220/150/35 кВ «Каирка». Новая ВЭС обеспечивает электроэнергией Каланчакский район Херсонской области, ранее получал электроэнергию с подстанции «Титан», на данный момент расположенной в оккупированном Крыму. Третья по мощности ВЭС Украины расположится на землях Мирненский объединенной территориальной общины на площади 55 га. Этот проект стал новым дыханием для Херсонской области и, в частности, для Скадовского порта, который впервые за 4 года получил крупный контракт.

Орловская ВЭС

15 ноября 2019 была введена в эксплуатацию третья ВЭС энергетического холдинга ДТЭК мощностью 98,8 МВт. Инвестиции в Орловскую ВЭС составляют 131 млн евро и около 40 млн евро из них — это оборудование и услуги украинских подрядчиков. Расположена она в Приморском районе Запорожской области. Всего Орловская ВЭС имеет 26 ветротурбин V126 компании Vestas мощностью 3,8 МВт. Высота башни составляет 112 м, а диаметр ротора — 126 м. Ветровые для Орловской ВЭС стали крупнейшим грузом в истории порта Мариуполя. Заметно, что со строительством каждой следующей ветроэлектростанции, ДТЭК развивает все большие мощности единичной ВЭУ. Это связано с тем, что на генерацию ветротурбины влияет диаметр ее ротора — при той же скорости ветра турбина с большим диаметром ротора производит электроэнергии больше, а своей номинальной мощности достигает при меньшей скорости ветра.

Новотроицкая ВЭС

В Новотроицком районе Херсонской области в 2019 году завершили строительство еще двух очередей ВЭС мощностью 72,6 МВт. ВЭС состоит из 12 ветротурбин V126 мощностью 3,65 МВт каждая и 8 ВЭУ модели V136 мощностью 3,6 МВт компании Vestas. Общая высота каждой башни 117 м, при этом размах лопастей 126 м и 136 м. Финансирование предоставил Укргазбанк, а построила ветровую электростанцию ​​компания «Виндкрафт Таврия», которая входит в группу компаний «Виндкрафт».

Оверяновская ВЭС

Эта ветроэлектростанция находится на Херсонщине в пределах Генического района. ВЭС мощностью 68,4 МВт сокращает 210 тыс тонн выбросов СО2 в год. Ежегодная выработка электроэнергии ожидается около 266 млн кВт·ч энергии, что позволит обеспечить чистой электроэнергией 44 тысячи домохозяйств. В проекте использованы ВЭУ модели V136 компании Vestas.

Ветряной парк Новоазовский

Построен Ветряной парк «Новоазовский» еще в далеком 2011 году в Донецкой области и был первым ветроэнергетическим проектом в СНГ, профинансированным Европейским банком реконструкции и развития. Кредит на 20 лет в размере 48,8 миллионов евро был распределен так, что 33,3 миллиона евро являются кредитом ЕБРР, а остальные 15,5 — предоставлены Фондом чистых технологий. Ветряной парк «Новоазовский» состоит 23 ветротурбин FL2500-100 установленной мощностью 2,5 МВт каждая, производителем которых является немецкая компания Fuhrlaender AG. Интересно заметить, что построена ВЭС у побережья Азовского моря, стала образцовым проектом, в ходе реализации которого были учтены все требования ботаников, орнитологов, зоологов для уменьшения вредного влияния ВЭС на окружающую среду. ООО «Ветряной парк Новоазовский» входит в один из крупнейших в Украине ветроэнергетических холдингов «Ветряные парки Украины».

 

Итак, по состоянию на 2019 суммарная установленная мощность ветроэнергетических станций Украины составляет 1170 МВт и это 18,3% от доли сплошной установленной «зеленой» мощности Украины. По прогнозу Украинской ветроэнергетической ассоциации, до конца 2020 года суммарная установленная мощность ветровых станций, расположенных на материковой части Украины, может достичь 1600 МВт. Это означает около 450 МВт новых ВЭС. Благодаря «зеленому буму» 2019 года Украина выполняет свои международные обязательства, и имеет большие шансы достичь 11% ВИЭ в части генерации электроэнергии Украины. Однако, не нужно забывать, что ОЭС Украины без увеличения высокоманевренных и балансирующих мощностей не сможет оперировать большой долей ВИЭ. По расчетам Укрэнерго, максимальная установленная мощность СЭС и ВЭС, которую может принять ОЭС Украины без серьезных отклонений в работе, — 3000 МВт. В то же время, по данным регулятора, общая установленная мощность объектов ВИЭ на конец 2019 уже составила 6779 МВт!

Мнимые и реальные проблемы ветровой энергетики / НГ-Энергия / Независимая газета

Выполнение целей по сокращению выбросов парниковых газов возможно только при сочетании альтернативной генерации с АЭС

Тэги: электроэнергия, производство, виэ, ветровая энергетика, проблемы, выбросы, климатическая политика

Фото Reuters

В 2018 году в район селения Эвегоно на Амазонке стали прибывать рубщики быстрорастущей бальсы. Вырубка скоро приобрела тотальный характер и затронула территорию заповедника – в бедном регионе за эту древесину платят отличные деньги. Но причина этого ажиотажа находилась далеко от этого места: ведущим мировым производителям требовалось дерево бальсы для изготовления лопастей ветряных турбин.

Новая климатическая политика начинает сокращать использование ископаемых видов топлива и стимулирует развитие технологий, снижающих цены на турбины. Общая мощность ветроэнергетики за последнее десятилетие увеличивалась почти на 10% в год. В 2020 году новая установленная мощность увеличилась на 24%, до рекордных 78 ГВт. Ветряные электростанции в Китае и США обеспечивают около 60% этого объема.

От противников альтернативной энергетики до сих пор можно услышать, что ветряная энергетика нерентабельна по финансовым показателям и энергетической окупаемости. То есть цена киловатта энергии, выработанного на ветряной энергоустановке, дороже других источников энергии, а за свой жизненный цикл ветряк производит меньше энергии, чем тратится на его производство. На самом деле оба утверждения давно неточны. За последние 10 лет существенно повысились надежность и эффективность производимых установок, а их цена упала почти в два раза.

Цена энергии, вырабатываемой ветряками, уже сейчас непринужденно конкурирует с ценой энергии АЭС. Интересно, что этого пока не могут добиться солнечные электростанции, в среднем цена киловатта энергии на них в полтора-два раза выше. Конечно, энергия ветряков – пока это не самый дешевый вид электростанций, традиционные электростанции, сжигающие газ, и ГЭС пока финансово выгоднее (а вот угольные уже нет). Но в ближайшие 10 лет стоимость солнечных и ветряных электростанций будет падать, а АЭС и газа – расти, поэтому баланс поменяется и на передний план – даже без учета плюсов экологичности – выйдут ветряные электростанции. По оценке Vygon Consulting, в 2020 году цена электроэнергии новых солнечных электростанций для России в среднем составляла 9,5 руб/кВт-ч, ветряных – 6,3 руб/кВт-ч, АЭС – 5,1 руб/кВт-ч, новых парогазовых установок – 3,6 руб/кВт-ч.

В мире ситуация движется еще быстрее. В соответствии с докладом Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), представленным в середине 2020 года, возобновляемые источники энергии становятся все дешевле по сравнению с любым новым энергопроизводством, работающим на ископаемых видах топлива. Более половины энергетических производств, работающих на возобновляемых источниках энергии и введенных в эксплуатацию в 2019 году, имеют себестоимость энергии ниже, чем самые новые и экономичные угольные электростанции. В целом издержки на эксплуатацию новых наземных ветровых установок меньше затрат на поддержание работы множества существующих угольных электростанций, и анализ рынка свидетельствует об ускорении этой тенденции вплоть до полного исключения угольного топлива с рынка. Замена самых затратных угольных электростанций суммарной мощностью 500 ГВт солнечными фотоэлектрическими установками и наземными ветровыми электростанциями обеспечивает энергетической системе ежегодную экономию до 23 млрд долл., а также сокращение годовых выбросов углекислого газа (CO2) примерно на 1,8 Гт, что эквивалентно 5% общемировых выбросов CO2 в 2019 году. Очень важно, что, по данным Международного энергетического агентства (IEA), из всех областей промышленности именно выработка электроэнергии производит наибольшее количество углекислого газа.

За последние 10 лет затраты на производство электроэнергии из возобновляемых источников резко упали благодаря совершенствованию технологий, удешевлению энергоустановок из-за увеличения масштаба их производства, постоянно растущей конкурентоспособности цепочек поставки и приобретению нового опыта разработчиками. С 2010 года промышленные наземные ветровые и морские ветровые электростанции продемонстрировали сильное сокращение эксплуатационных издержек – на 39 и 29% соответственно. Стоимость электроэнергии как в наземной, так и в морской мировой ветроэнергетике сократилась примерно на 9% по сравнению с предыдущим годом, достигнув уровня 0,053 долл. за 1 кВт-ч и 0,115 долл. за 1 кВт-ч соответственно.

По данным доклада Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC) за 2020 год, количество ветряных электростанций в мире будет значительно расти. Причем прогноз GWEC достаточно скромен в оценках. Вероятно, предполагаются возможный дефицит и рост цен на необходимые для ветряных генераторов материалы. В том случае, если темпы развития ветряной энергетики сохранятся на сегодняшнем уровне, а не будут замедляться, одних только ветряных вполне должно хватить для завершения энергетического перехода на зеленую энергию к запланированным 2035–2040 годам.

Прогноз роста мощностей

Прирост количества ветряных электростанций зависит от большого числа факторов, и описать его простой функцией практически невозможно: нужно учитывать динамику стоимости сырья, производства комплектующих, меняющиеся цены на логистику и уровень финансовых инвестиций. Сейчас все эти факторы нестабильны, в том числе из-за изменения мировой экономики вследствие пандемии коронавируса.

График выбросов двуокиси углерода.
Для моделирования мы решили использовать полиномиальную функцию. При этом фактически идет разбиение факторов по положительному и отрицательному влиянию, для каждой выделенной группы которых подбирается степенная функция. 2–13,909x+20,683) дополнительно учитывает увеличение вложений в ветряные электростанции (с повышением степени соответствующего члена полинома), связанное с ростом цен на ископаемые виды топлива (в первую очередь газ), вызванным дефицитом и ростом цен в Европе, что дает ощутимый рост функции, который не может нивелировать даже увеличение стоимости производства и эксплуатации связанное с экономическим кризисом из-за коронавируса.

Повышение эффективности

Россия в наращивании объемов ветряной энергетики и уменьшении стоимости энергии не отстает. Например, компания «Фортум» – лидер в области зеленой энергетики в России – только в прошлом году ввела в эксплуатацию ветряные электростанции суммарной мощностью 478 МВт, а суммарный портфель «Фортума» и его совместных предприятий составляет примерно 3,4 ГВт мощностей ветряной и солнечной энергетики; между тем на 2025–2027 годы уже запланировано строительство ветряных электростанций еще на 1,3 ГВт.

Казалось бы, это не так много, но цифра уже больше, чем вырабатывает современный блок АЭС, например ВВЭР-1200, используемые в достраивающейся Белорусской АЭС. При этом стоимость строительства АЭС и ветряных генераторов на общую мощность сейчас примерно одинакова, но эксплуатационные затраты для ветряков гораздо ниже. Конечно, именно белорусскую АЭС заменить ветряками не получилось бы – в районе строительства АЭС слишком слабые ветры, их хватит для работы ветряных генераторов только на нижнем пределе мощности. Здесь нужно отметить, что сейчас является серьезной задачей составление карт ветров на высоте около 100 м, для этого нужны новые спутники и метеостанции, а в идеальном варианте – отдельные подразделения энергетических компаний, которые смогут просчитывать наиболее выгодные места расположений ветряных генераторов. И речь здесь не только о скорости ветра. На эффективность ветряков оказывают влияние еще и холмистость местности, и расстояние до ближайших объектов (включая соседние ветрогенераторы), искажающих потоки ветра. При этом можно использовать ветряки разной мощности, чтобы на одной площади использовать разные воздушные горизонты. Таким образом получится увеличить снимаемую с единицы площади мощность.

Теоретически в России стал бы выгодным глобальный проект, предусматривающий установку ветрогенераторов вдоль всего северного побережья. Там сильные и довольно стабильные ветры, а также низкая плотность населения, что сильно упрощает размещение ветряков по сравнению с густонаселенной Европой, где актуальной является проблема ограничения минимального расстояния ветряных генераторов от жилых построек.Разумеется, для реализации такого проекта понадобится, как уже сказано выше, заняться картографией ветров и набрать статистику по этой теме хотя бы за несколько лет. Кроме того, низкая населенность северных прибрежных районов одновременно является и минусом – при реализации проекта неизбежно возникнут логистические сложности, которые, однако, могут быть нивелированы за счет морских путей. Сейчас довольно большая доля ветряных генераторов возводится не просто в приморской зоне, но в воде, на расстоянии одной-двух сотен метров от берега – в этой зоне ветер наиболее стабилен и не имеет наземных преград, хотя стоимость постройки и получается выше за счет сложности строительства. Выбор в пользу морского строительства обусловлен отсутствием ограничений, связанных с размещением вблизи жилых зон, ценных сельскохозяйственных земель и заповедников. Учитывая такой вариант и активное осваивание Северного морского пути, возведение подобного рода ветряков можно упростить, ведь строительство морских ветрогенераторов происходит непосредственно с кораблей. В таком случае главной проблемой останется только непосредственно доставка электроэнергии от места выработки к потребителям, поэтому наземные коммуникации все равно придется строить.

Варианты прироста мощностей ВЭС.
При должной поддержке на федеральном уровне такой проект может создать большое количество новых рабочих мест и фактически создать в России новую отрасль, которая способна привлечь иностранные инвестиции в российскую экономику. При реализации такого масштабного проекта неминуемо возникнет много новых технических задач, связанных с работой в условиях Севера, однако выработанные решения дают толчок общему развитию технологий ветроэнергетики и стимулируют научно-технические организации.

Что касается энергетической окупаемости, то еще в 2014 году школа технического и промышленного машиностроения Орегонского университета провела масштабное исследование энергетической окупаемости на примере одних из самых распространенных сейчас 2 МВт промышленных ветрогенераторов производства Siemens. Исследование показало, что полная энергетическая окупаемость наступает всего за 5–7 месяцев, притом что срок службы ветряных электростанций сейчас составляет не менее 20 лет.

За расчетную мощность в исследовании взяты показатели в условиях северо-западного побережья США (6,12 ГВт-ч в год при загруженности 35%), что примерно составляет среднее значение по США. Расчеты проводились в соответствии с международной методикой энергетической окупаемости за полный жизненный цикл ReCiPe 2008, учитывающей не только затраты на производство, но и эксплуатационные расходы за весь 20-летний срок службы.

В окупаемости были учтены расходы энергии на добычу полезных ископаемых, производство деталей, доставку частей ветрогенератора с разных заводов, установку на месте, обслуживание в течение всего срока (одних только смазочных материалов за 20 лет расходуется от 273 до 546 т в зависимости от модели) и в конце концов его утилизацию с частичной переработкой по окончании срока службы. Электростанции на ископаемом топливе имеют гораздо больший срок энергетической окупаемости и требуют гораздо больших расходов на текущее обслуживание, а срок службы оборудования зачастую меньше, чем у ветряных электростанций.

Оправданная гигантомания

Самые большие из серийно производимых сейчас ветряных генераторов, несмотря на цену примерно в 14 млн долл., окупаются еще быстрее. Их максимальная мощность при скорости ветра 13–15 м/с составляет 7–8МВт, и они идеально подходят для размещения в морских прибрежных зонах. Диаметр пропеллера этих гигантов составляет чуть более 150 м, и они способны работать уже при скорости ветра всего в 3–5 м/с. При достижении скорости ветра 25 м/с генерация прекращается в целях безопасности. Казалось бы, на таких скоростях ветра лопасти должны вращаться быстро, но это не так. На самом деле они вращаются неторопливо и степенно, делая всего 5–11 оборотов в минуту в зависимости от скорости ветра, поэтому ветряная электростанция даже не создает сильного шума. При этом надежность ветряка достигается простотой конструкции: у турбины нет редуктора (коробки передач), используется прямой привод.

Процесс использования ветрогенератора.
Самым мощным (но не самым крупным) из этих ветрогенераторов-гигантов является Enercon E126, а не продукт лидирующей на рынке ветрогенераторов немецкой компании Siemens. Больше всего генераторов этой модели построено в Швеции, там суммарная вырабатываемая ими мощность достигает 4 ГВт, это почти 10% всей вырабатываемой в Швеции электроэнергии. Общая же доля возобновляемых источников энергии в Швеции составляет 60%, и это при том, что Швеция занимает лишь десятое место по объемам вырабатываемой ветряками энергии. Первое место, как ни странно, занимает Китай, он же является лидером по темпам строительства новых ветряков и АЭС.

Однако, как уже сказано выше, такие установки, как и любой промышленный ветряк, лучше всего работают в прибрежных зонах, где ветер силен и достаточно стабилен. Поэтому перед проектированием новых масштабных ветряных электростанций следует сверяться с годовой картой ветров, учитывающей ветер на высоте ветряных генераторов, и принимать во внимание «мертвую зону» ветряного генератора: генераторы изменяют и замедляют воздушный поток, поэтому при слишком тесном расположении ветряков возможна потеря мощности. В обычных прогнозах погоды сообщают скорость ветра на высоте 10 м над землей, а для ветровой турбины следует измерять скорость на высоте ротора, где ветры гораздо сильнее. Поэтому для ветряной энергетики важен запуск метеоспутников.

Почему же даже такие гиганты оправданны в строительстве? Все дело в том, что зеленая энергетика является действительно дешевой не только в эксплуатации, но и в строительстве. По данным доклада Управления энергетической информации США за 2021 год, самыми недорогими (при правильном выборе региона размещения) станциями являются солнечные и ветряные энергоустановки.

Воздействие на окружающую среду

Периодически разгорается полемика о воздействии ветроэнергетики на окружающую среду – опасность для птиц, негативное влияние на природу и здоровье человека в связи с издаваемым слышимым шумом, инфразвуком и электромагнитным излучением.

Что касается птиц, если говорить об антропогенном факторе, то, как показывают доступные исследования, больше всего птиц – в порядке убывания – гибнет от домашних кошек (в Новой Зеландии вообще введен запрет на свободный выгул домашних кошек, так как они стали угрозой вымирания для целых видов), столкновений со стеклами зданий и контакта с линиями электропередачи. От ветряных станций, в пересчете на 1 ГВт вырабатываемой энергии, гибнет в пять раз меньше птиц, чем от традиционных электростанций на ископаемом топливе. То есть ветряная энергетика в любом случае безопаснее классических электростанций. Но даже на эту проблему давно обратили внимание, поэтому ветряки вращаются медленнее, а гондолы ветряных генераторов сделали неподходящими для гнездования.

Шум и электромагнитное излучение генераторов, разумеется, в некоторой степени присутствуют. В разных странах существует норма на расстояние в 500–1000 м от ветряных генераторов до жилья. Мощность электромагнитного излучения падает обратно квадрату расстояния, и поэтому находиться даже непосредственно под ветряком не представляет никакой опасности; в повседневной жизни мы сталкиваемся с гораздо более мощными источниками. Например, присутствующие повсюду точки доступа Wi-Fi и мобильные телефоны.

Шум же ветровой турбины непосредственно у генератора не выше, чем у работающей газонокосилки, и существенно меньше, чем у газогенераторных или паровых турбин. Разумеется, жить под большим ветряком неприятно и нежелательно, так же как рядом с железнодорожными путями или оживленными шоссе. Для того чтобы шум не мешал, необходимо строить ветровые электростанции на расстоянии от жилых домов. Во всем мире рекомендуемый максимальный уровень шума в ночное время примерно равен 35–45. Это приблизительно соответствует громкости работающего внешнего блока кондиционера. Исследование, проведенное компанией Resonate Acoustics по заказу Министерства защиты окружающей среды Южной Австралии, показало, что уровень инфразвука вблизи ветровых ферм и в других районах в домах вблизи оцениваемых ветряных турбин не выше, чем в других городских и сельских районах, и вклад ветровых турбин в измеренные уровни инфразвука является незначительным по сравнению с фоновым уровнем инфразвука в окружающей среде. Такие же данные по слышимому шуму и инфразвуку показали исследования в Германии – на расстоянии более 480 м от ветряков никаких воздействий, отличающихся от общего шума, не найдено. Государственный департамент здоровья Канады провел большое исследование о влиянии инфразвука на здоровье человека, в числе прочего показав, что шум ветряных генераторов и инфразвук не влияют на насекомых и животных. До сих пор слабоисследованной проблемой является глобальное влияние ветрогенераторов на карты ветров. Размещение ветряков на малых площадях не оказывает какого-либо заметного влияния на климат, однако при полномасштабном переходе на зеленую энергетику ситуация может измениться. Так же как размещение солнечных электростанций меняет локальный уровень инсоляции, большие кластеры ветряков теоретически могут ощутимо влиять на ветровую обстановку – генераторы при своей работе отбирают часть энергии ветра, замедляя его поток. Замедление воздушных потоков, в свою очередь, может вызывать изменение температуры. Конечно, влияние ветроэнергетики на экологию в любом случае будет меньше, чем от сжигания угля. Однако убедиться, действительно ли ветрогенераторы способны негативно влиять на климат, получится только на практике, причем для этого нужно длительное наблюдение: погода – явление нестабильное, даже если рассматривать 10-летний период. Но даже если ощутимое влияние будет выявлено, его можно использовать во благо – подобно тому, как деревья высаживают вдоль полей для избежания эрозии почв, ветряные генераторы можно ставить в районах, где эрозия почвы особенно сильна (а это как раз районы с сильными ветрами), одновременно вырабатывая энергию и решая экологическую проблему. Кроме того, даже теоретически, наименьшее влияние на ветровую обстановку оказывают активно возводимые сейчас морские ветряные генераторы, единственным ощутимым минусом которых является их более высокая стоимость из-за особенностей возведения и прокладки электрических кабелей по дну до суши.

График затрат на построенные электростанции.
Инфорграфика авторов
Новая инженерия

Разумеется, инженерам хочется избежать минусов, свойственных используемым сейчас ветряным генераторам. Самым интересным и выглядящим наиболее жизнеспособным из проектов, имеющих кардинально новый подход к энергии ветра, пожалуй, является создание безлопастных ветрогенераторов. Испанская компания Vortex Bladeless еще шесть лет назад сделала первый рабочий прототип такой установки. Со стороны устройство выглядит как слегка покачивающийся под ветром вертикальный цилиндр, установленный на неподвижном основании, чем напоминает автомобильную игрушку в виде собаки с качающейся головой.

Генерирование электроэнергии происходит за счет аэродинамического эффекта вихреобразования. То есть устройство не просто покачивается от ветра и вырабатывает энергию за счет сил упругости. Если углубляться в гидромеханику, то, когда ветер проходит через мачту столба, поток видоизменяется в круговые вихри. Как только частота кругового вихря совпадает с собственной резонансной частотой цилиндра ветрогенератора, и возникает аэроупругий флаттер (динамические крутильные колебания). Как правило, в инженерном и архитектурном проектировании специалисты всячески избегают этого феномена, так как он приводит к разрушению конструкций. Самый известный печальный пример, заставивший инженеров работать над этим эффектом, – разрушение Такомского моста в 1940 году при скорости ветра в 18 м/с, событие произошло всего через четыре месяца после открытия. Видео обрушения можно свободно найти в интернете. Именно этот обычно негативный эффект обеспечивает работу безлопастного генератора. Цилиндр и его крепление сделаны из полимеров, хорошо выдерживающих нагрузки от ветра и подлежащих вторичной переработке, а движение магнитов, прикрепленных к цилиндру относительно магнитов в основании, создает индукционный ток в катушках, что позволяет вырабатывать энергию. Такая конструкция намного проще и надежнее, чем обычные ветряные генераторы, а возможность изменения резонансной частоты цилиндра за счет изменения его длины (что предусмотрено конструкцией) позволяет работать в широком диапазоне скорости ветра. Причем если при ураганном ветре обычные генераторы вынуждены разворачивать весь ротор или хотя бы лопасти по ветру, чтобы их не разрушило, то безлопастные генераторы останутся целы, так как на высоких скоростях ветра явления резонанса не будет, а аэродинамически это просто столб, который ветер будет легко обтекать, не ломая.

Первый коммерческий вариант такого генератора имеет размер в высоту 12,5 м, весит около 100 кг и выдает мощность около 4 КВт энергии. В будущем компания планирует также создать промышленный вариант ветрогенераторов высотой до 140 м с энергетической мощностью до 1 МВт. В целом эффективность этих генераторов при той же скорости ветра на единицу площади сечения воздушного потока, с которой генератор забирает энергию, меньше примерно на 30%, чем у классических ветряков. Однако в итоге энергия должна быть дешевле на 30–40%, так как эти безлопастные ветряки дешевы в производстве и имеют гораздо меньшие эксплуатационные издержки за счет отсутствия движущихся частей, гораздо меньшую «мертвую зону», то есть их можно располагать гораздо ближе друг к другу. Кроме того, такие генераторы обладают еще несколькими плюсами, среди которых возможность эффективной работы при слабых ветрах скоростью 3–4 м/с (в то время как для большинства ветряков оптимальными являются 10 м/c) и почти полное отсутствие шума. Такой набор качеств делает оптимальным вариант использования уже существующих вариантов этих генераторов внутри городов, не мешая жителям, оставив свободные просторы для обычных ветряков. Таким образом, безлопастные генераторы скорее всего не вытеснят, а дополнят классические ветряные генераторы.

Полет энергии

Еще одним пока не получившим широкого применения вариантом является запуск турбин в воздух. Дело в том, что на высоте около полукилометра дуют стабильные воздушные потоки, что делает очень привлекательной идею вырабатывать ветряную энергию именно там: ведь тогда мы будем слабо зависеть от погоды и региона размещения. Как же инженеры предлагают решить данную задачу? Вариантов по большому счету два. Первый: жесткий планер с размещенными на нем турбинами. Второй: аэростат или дирижабль. Разумеется, в обоих случаях необходим трос-проводник для передачи энергии на землю, что сильно осложняет дело. Но рабочие образцы, правда, пока не нашедшие промышленного применения, уже есть.

Компания Altaeros предпочла вариант аэростата. Причем генераторная турбина расположена внутри него. По виду эта конструкция похожа на турбину самолета с надувным кожухом, наполненным гелием. За счет гелия этот аэростат поднимается на высоту около 600 м и закрепляется тросами-кабелями на земле.

Идея, в общем, достаточно проста и не очень нова. Задумка в большинстве случаев заканчивается на расчете стоимости обслуживания. С одной стороны, такие генераторы легко перевозить с места на место и устанавливать, они помещаются в грузовик. С другой стороны, гелий дорог и достаточно текуч, поэтому генераторы придется периодически опускать на землю и дозаправлять новой порцией гелия. Кроме того, их, вероятно, придется опускать во время ураганов, иначе велика опасность обрыва тросов. Здесь мог бы помочь водород – он дешевле гелия, но из-за его взрывоопасности это слишком рискованно.

Разработчики из Altaeros выбрали интересный путь для снижения эксплуатационных расходов: дополнительно зарабатывать на аэростатах, помещая на борт не только ветровую турбину, но еще и метеорологическое и телекоммуникационное оборудование. При этом они утверждают, что использовать генераторы можно в разных климатических зонах, аэростаты достаточно надежны, чтобы выдержать перепады температур и влажности. Наверное, если этот проект и найдет применение, то это будет все-таки что-то вроде экстренного развертывания мобильных электростанций в условиях катастроф – здесь и телекоммуникационное оборудование может использоваться. Такие аэростаты могут очень пригодиться при ликвидации последствий наводнений и ураганов, которых становится все больше из-за глобального изменения климата.

Компания Makani, некогда входящая в холдинг Alphabet, а ныне закрытая, с 2007 по 2020 год занималась разработкой второго варианта летающих ветряных генераторов – планеров с генераторными турбинами на борту. Промышленных образцов компанией создано не было, но они сделали хорошую научную базу для новых компаний, и разработки в этой области продолжаются. С планером дела обстоят немного сложнее: его тяжелее поднимать и опускать в небо, ему сложнее работать при нестабильных ветрах. При этом планер рассчитан так, что после подъема начинает петлять в воздухе восьмерками, подобно воздушному змею во время сильного ветра, это позволяет вырабатывать больше энергии. С подъемом и посадкой задачу удалось решить достаточно изящно: во время фаз взлета и приземления генераторные турбины работают не на выработку, а на потребление энергии, превращаясь в моторы. Таким образом, во время взлета и посадки мы имеем уже не планер, а маленький самолет.

Со стабильностью же выработки энергии во время переменных ветров пришлось бороться при помощи программного обеспечения и расчетов конструкции планера. По информации компании, нагрузки на планер при полете составили от 7 до 15G. Кульминацией разработки стал прототип воздушного генератора, созданный в декабре 2016 года. В итоге получился планер из углеродного волокна, несущий на борту восемь генераторов/двигателей и имеющий размах крыльев небольшого реактивного самолета, способный генерировать до 600 кВт электроэнергии. Контроль стабильности полета планера обеспечивает бортовой компьютер, при необходимости регулирующий траекторию и высоту при помощи моторов. К сожалению, из-за сложности производства и эксплуатации такой вид генераторов вряд ли будет конкурентоспособен на рынке.

Выводы

Сейчас Европейский союз разработал планы по классификации некоторых атомных электростанций и заводов по производству природного газа в качестве зеленых инвестиций, которые могут помочь Европе сократить выбросы. Таким образом, появится набор определений того, что представляет собой «устойчивые инвестиции» в Европе. Включение атомной и газовой энергетики в европейский свод правил устойчивого инвестирования, известное как зеленая таксометрия, может иметь серьезные последствия как в ЕС, так и за его пределами. В Европе это разблокирует миллиарды евро государственной помощи для дорогостоящих проектов в области атомной энергетики. ESG-фондам станет проще включать компании атомной энергетики и природного газа в устойчивые инвестиционные фонды, которые они предлагают или инвестируют для клиентов.

Прежде атомная энергетика не считалась благоприятной для ESG, однако одобрение ЕС откроет потенциально большую волну капиталовложений. Масштабные инвестиции ESG-фондов могут быть направлены в этом направлении. Конечно, борьба в рамках ЕС за атомную зеленую энергетику еще продолжается. Это связано с позицией немецкой партии «Союз90/Зеленые», которая входит в правительственную коалицию в Берлине и намерена оспорить решения комиссии ЕС в Европейском суде.

Усилия ЕС по разработке общего стандарта зеленых облигаций для корпоративных и государственных эмитентов показали, что не все страны согласны с тем, что считается «зеленым». Некоторые страны с тех пор работали над собственными классификациями, но европейская, в которой отражено более 550 видов генерации, является наиболее полной. Отсутствие общего эталона означает, что оценочные листы остаются субъективными и непоследовательными в отрасли, что сбивает с толку инвесторов. Наличие словаря, в котором они могут посмотреть, могут ли инвестиции быть отмечены как зеленые, ставит всех на одну и ту же ступень.

Весомость европейского подхода сделает, вероятно, таксономию глобальным золотым стандартом. Другие страны разрабатывают собственные схемы. Каждая из них формируется политическими компромиссами и обязательствами по выбросам двуокиси углерода. Но иностранные компании, управляющие активами, примут таксометрию ЕС, потому что их европейским клиентам может понадобиться, чтобы они сообщали идентичные данные.

Зеленая энергетика будет вытеснять с рынка угольные и газовые электростанции. Ветряная энергетика занимает в этой области первое место, солнечная энергетика в большинстве стран менее рентабельна из-за малого числа солнечных дней в году. А вот с АЭС ветряной энергетике все равно придется уживаться и в долгосрочной перспективе, если человечество сохранит и приумножит взятый темп на сокращение парниковых газов в атмосферу: даже несмотря на скорость развития технологий зеленой энергетики, не использующей ископаемое топливо, заместить к планируемым 2035–2040 годам все ископаемые виды топлива одной только ветряной и солнечной энергетикой не получится.

Дефицит бальсы ускорил переход на сердечники лезвий лопастей турбин, частично или полностью сделанные из синтетической пены, которая значительно дешевле. Самое важное, что это не только заслуга экономических стимулов. Новые социальные и экологические стандарты ESG-стратегий смещают ракурс с исключительно рационального взгляда на бизнес. И это принципиальное отличие нового энергетического перехода от всех предыдущих. 

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.

Що потрібно знати при виборі вітрогенератора.

. Статті компанії «»ГІДРОТЕХНІКА»»

При виборі вітрогенератора потрібно орієнтуватися на кілька ключових параметрів, необхідних для розрахунку всієї системи:

 

1. Середня річна швидкість вітру в місці установки вітрогенератора.

 

2. Споживання на об’єкті на добу кВт*год.

 

3. Споживання на об’єкті на місяць у кВт*год.

 

4. Сумарна потужність навантаження кВт. (потужність всіх електроприладів одночасно включених, також потрібно враховувати пускові потужності, які перевищують номінальну потужність в 3-5 разів).

 

5. Необхідний запас енергії кВт*год. в системі дні відсутність вітру.

 

6. Наявність або відсутність електричної мережі.

7. Можливість підключення до «зеленого тарифу».

Виходячи з отриманих даних підбирається вітрогенератор, інвертор, ємність акумуляторних батарей.

Для більш точного розрахунку бажано проаналізувати вітропотенціал на об’єкті за допомогою спеціального обладнання. Ці дані дадуть повну інформацію про вироблення енергії вітроустановкою на об’єкті.

Вітроенергетика

Вироблення енергії — це основний параметр вітроустановки, який є ключовим. Чомусь продавці і виробники вважають цей параметр другорядним і не вказують в технічних характеристиках. Даний параметр залежить від середньої швидкості вітру в місці установки, розмірів ВЕУ (діаметра вітротурбіни, ометаєму площі) і конструкції ВЕУ.

 

Розмір ВЕУ — діаметр вітротурбіни. Ометаєму площа вітротурбіни пропорційна квадрату її діаметра, а номінальна потужність і вироблення енергії вітроустановкою пропорційна площі вітроприємного пристрою. Таким чином, якщо діаметри вітроустановок розрізняються, наприклад в 1.5 рази, їх енергетичні можливості розрізняються в 1.5 x 1.5 = 2.25 рази.

 

Номінальна потужність — потужність, що розвивається вітроустановкою при вибраної розрахункової швидкості. Цей параметр чомусь часто помилково приймається основним при виборі і порівнянні різних ВЕУ між собою. Насправді він не настільки важливий, оскільки, практично ніколи навантаження не підключається до ВЕУ безпосередньо. Важлива потужність інвертора (перетворювача), який бере енергію від ВЕУ і акумуляторної батареї. Реальна потужність ВЕУ не дорівнює номінальній, а змінюється залежно від поточної швидкості вітру, який зміняться щомиті. Номінальна потужність вітроустановки пропорційна квадрату діаметра вітротурбіни і кубу вибраної розрахункової швидкості. Таким чином, порівнювати ВЕУ за номінальної потужності коректно тільки при рівних розрахункових швидкостях вітру, а ще краще порівнювати їх по діаметру і вироблення енергії.

 

Розрахункова швидкість вітру — швидкість вітру, при якій вітроустановка досягає номінальної потужності. Зазвичай при перевищенні розрахункової швидкості вітру починає працювати система регулювання, що обмежує подальше зростання оборотів і потужності.

 

Стартова швидкість вітру — швидкість вітру, при якій ВЕУ починає обертатися і заряджати акумуляторні батареї, зазвичай знаходиться в діапазоні 2. 5-3.5 м/с. Це швидкість вище у вітроустановок з жорстко встановленими лопатями, завищена стартова швидкість призводить до зниження сумарного вироблення енергії з-за частих простоїв.

 

Максимальна експлуатаційна швидкість вітру — швидкість вітру, яка може призвести до руйнування вітроустановки. Для надійної стаціонарної вітроустановки повинна бути не менше 45-50 м/с. Інакше її експлуатація стає небезпечною. Однією з найбільш відповідальних задач при проектуванні вітрогенератора є забезпечення його безпечної роботи при високих швидкостях вітру. Найбільш ефективний спосіб — це стабілізація частоти обертання вітротурбіни шляхом повороту лопатей (зміна кроку вітротурбіни). На великих промислових ветргенераторах лопаті обертаються за допомогою електричних приводів, встановлених на кожній лопаті. Для вітрогенераторів потужністю менше 100 квт таке рішення є невиправдано дорогим, складно забезпечити достатню швидкодію і надійність системи.
  На більшості малих вітрогенераторів застосовуються спрощені способи захисту від високих швидкостей вітру:

  • відведення (відвернення) вітротурбіни з-під вітру з допомогою штормовий лопати, ексцентричності осі турбіни або за допомогою приводу
  • гальмування вітротурбіни шляхом закорочування генератора

  Ети способи працездатні у вузькому діапазоні умов роботи вітрогенератора і можуть самі призводити до несправностей або погіршення характеристик вітрогенератора. Крім того вітротурбіна з фіксованими лопатями стартує при більш високих швидкостях вітру, що призводить до помітного зменшення вироблення енергії.
  На вітрогенераторах Світ вітру застосовується адаптивна аеромеханіка система стабілізації частоти обертання з аеродинамічним посиленням. Розробили цю систему на базі схеми запропонованої професором Р. Х. Сабініним. Система добре себе показала на сотнях вітрогенераторів які працюють в самих різних умовах.
  Лопасти виконані поворотними навколо своїх осей. Їх положення синхронізується між собою за допомогою шестерень. Поворот лопатей виробляється під дією аеродинамічних рулів, розташованими на кронштейнах за задніми кромками лопатей. Рулі, в свою чергу, керуються відцентровими вантажами відносно невеликої маси.
  В результаті вітротурбіна одержує всі переваги керованої турбіни великих вітрогенераторів. При цьому немає необхідності в дорогих і потенційно ненадійних електроприводах. Управління за допомогою аеродинамічних рулів забезпечує високу быстродействи системи регулювання, що дозволяє не тільки стабілізувати частоту обертання, але і відпрацьовувати різкі пориви вітру.

Зафлюгированный вітрогенератор

  В процесі експлуатації вітрогенератора може виникнути необхідність його примусової зупинки. Причинами зупинки можуть бути:

  • проведення періодичного огляду або обслуговування установки
  • особливо несприятливі метеоумови (інтенсивне обледеніння + сильний вітер)
  • тривала відсутність потреби в електроенергії
  • неполадки в роботі вітрогенератора

  Так як лопаті вітрогенераторів можуть змінювати кут установки, зупинка вітротурбіни здійснюється шляхом повороту лопатей уздовж потоку. Такий спосіб зупинки називається флюгування і є більш кращим, чим зупинка турбіни закороткой генератора або механічним гальмом, так як дозволяє надійно зупинити вітротурбіну при будь-якій швидкості вітру без ризику пошкодження вітрогенератора.
  Переход у флюгерне положення може здійснюватися вручну за допомогою важеля на підставі щогли, дистанційно по команді з пульта управління або автоматично при виявленні бортовим контролером підвищеного рівня вібрацій або перевищення .


 

Загальні питання

 

Як дізнатися середньорічну швидкість вітру?

Є два варіанти виміру швидкості вітру, які мають свої переваги і недоліки.

1. Отримати середньорічні свідчення найближчій метеослужби

Переваги:

  • Швидко отримуєте середньорічні показники за тривалий період часу у вашому регіоні. Необхідно тільки звернутися в найближчу метеослужбу і ви отримаєте всі дані.
  • Недорого або безкоштовно. Вартість послуги порівняно недорога або взагалі обійдеться вам безкоштовно.

Недоліки:

  • Дуже усереднені показники за тривалий проміжок часу. Зазвичай метеостанції округляють дані за деякі проміжки часу, що не дає вам можливість побачити картину сезонності або зміни швидкості вітру в залежності від часу доби.
  • Не завжди відповідні свідчення. Із-за значної віддаленості метеостанцій від вашого об’єкту іноді ви отримуєте дуже необ’єктивні, а часто й досить суперечливі показники швидкості вітру. Значні розбіжності в швидкості вітру бувають при зсуві вимірювальних приладів на 30-50 метрів в бік, не кажучи вже про відстані в 2-5 кілометрів і більше. Також дуже впливає різниця ландшафту вашого об’єкта і ландшафту місця, де знаходиться метеослужба.
  • Неможливість зміни висоти виміру. Більшість метеослужб заміряють швидкість вітру на висоті 10 метрів над поверхнею землі. Навіть якщо вам необхідно знати швидкість вітру на висоті 18 метрів, то цих даних в метеослужбі ви не зможете отримати. А чим вище знаходиться ваш вітрогенератор, тим більше буде швидкість вітру і, відповідно, його продуктивність.

2. Замір швидкості вітру в майбутньому місці установки портативної метеостанцією

Переваги:

  • Точні свідчення безпосередньо в місці установки. При проведенні робіт по вимірюванню швидкості вітру на місці установки, ви можете встановити датчики портативної метеостанції на необхідну висоту, а також в безпосередньому місці, де буде монтуватися вітроустановка. Датчики портативної метеостанції підіймаються саме на таку висоту, якою буде висота щогли вітрогенератора. Також можна встановити дві і більше портативних метеостанції в різних місцях ділянки, щоб визначити найбільш вітряне місце для монтажу. Даний спосіб є найбільш об’єктивним і дає найбільш точні свідчення швидкості вітру в місці установки.

Недоліки:

  • Тривалість часу виміру. Для проведення об’єктивних вимірів, необхідно встановлювати портативну метеостанцію на тривалий термін, бажано не менше одного місяця. В ідеальному варіанті, портативна метеостанція повинна знімати показання протягом цілого календарного року, так як в усіх регіонах існує сезонність вітрів (взимку, восени і навесні вітру сильніше). Короткий проміжок часу виміру не може дати об’єктивної інформації.

 

У мене будинок площею 100 квадратних метрів. Який мені потрібний вітрогенератор для того, щоб забезпечити електроенергією?

Для того щоб зробити хоча б приблизний розрахунок необхідної потужності вітрогенератора нам необхідно знати ваше середнє щомісячне споживання електроенергії або плановане, якщо об’єкт знаходиться в стадії будівництва, а також середню швидкість вітру.

Дані про споживання ви можете довідатися з ваших рахунків за електроенергію. Якщо об’єкт будується, ви можете приблизно розрахувати витрату по планованих електроприладах.

Точніше можна сказати так: для того, щоб вирішити ваше завдання забезпечення електроенергією, нам треба мати початкові дані по електроенергії. Площа будинку не може допомогти нам у розрахунках, так як будинок площею 100 квадратних метрів може споживати як 150 кіловат на місяць, так і в 10 разів більше. А для цього потрібен один-два вітрогенератора, а в 10 разів більше.

 

У мене в будинку є «тепла підлога»/звичайні побутові прилади. Чи потягне ваш вітряк це все?

Нам необхідно знати середньомісячна енергоспоживання ваших електроприладів. Тільки виходячи з вашого споживання і вашої середньої швидкості вітру, ми можемо підібрати необхідний вітряк або їх кількість

 

Скільки коштує вітряк повністю в комплекті з усім обладнанням і установкою «під ключ»?

Це дуже складне питання, так як ціна на вітроустановку залежить від її потужності, потужності інвертора, ємності і кількості акумуляторів, додаткового устаткування, умов монтажу й ін Виходячи з ваших завдань і вихідних даних, ми розрахуємо конфігурацію обладнання і його вартість.

Враховуючи наш досвід установок, можна говорити, що орієнтовна вартість вітроустановки «під ключ» буде дорівнює приблизно 1000 у.е. за 1 кВт.ч. споживаної електроенергії в добу. Таким чином, якщо ваше середнє споживання на добу становить 7 кВт.год., орієнтовна вартість всієї установки буде близько 7000 у.е. Остаточний кошторис витрат складається тільки після виїзду на об’єкт, оцінки території та попередніх розрахунків виходячи з ваших завдань і вихідних даних.

 

У нас постійно є сильний вітер і немає жодного безвітряного дня. Можна мені ставити вітряк?

Як показує практика, людина самостійно важко визначити швидкість вітру і тривалість вітрових поривів, тому ми настійно рекомендуємо провести замір швидкості вітру на ділянці перед замовленням.

Якщо немає такої можливості, звертайтеся до нас або спробуйте взяти виписку середньої швидкості вітру в найближчій метеослужбі.

 

 

Чому термін поставки може зайняти до 45 днів?

У зв’язку з тим, що кожен проект установки вітрогенератора унікальний за своєю суттю, а завдання, які вирішує вітряк, також абсолютно різні, то і передбачити заздалегідь необхідну саме вам комплектацію заздалегідь неможливо. Більш того, контролер (автоматика), як правило, є унікальним з набору своїх функцій і параметрів для кожного замовника, відповідно необхідно час, щоб зробити Ваш контролер. Саме тому виробництво і поставка обладнання може зайняти до сорока п’яти днів.

 

Яка гарантія на вітрогенератори?

На вітрогенератори і автоматику (контролери) до них надається гарантія не менше 5 років. Надається і пост-гарантійне обслуговування у випадку необхідності.

 

Які документи або дозволи необхідні для встановлення вітрогенератора (згода сусідів, влади, служб тощо)?

В Україні ви можете без проблем встановити у себе вітроустановку потужністю до 75 кВт і висотою до 50 метрів для особистого некомерційного використання на власній території. Для цього вам не потрібні ніякі документи, дозволи або довідки.

Використання побутової вітроустановки розглядається на рівні з використанням побутових електроприладів.

 

 

Як вибрати вітряк?

Для більшого розуміння процесу генерування і використання енергії вітру можна вдатися до аналогії з використанням звичайної води з звичайного крана в будинку.
Цілодобово, 365 днів в році, при наявності вітру вітрогенератор виробляє енергію і передає її в акумулятори. Незалежно від вашої присутності або споживання енергії вітряк виробляє енергію в своєму режимі. Він залежить тільки від вітру. Чим сильніший вітер, тим більше потік енергії, і навпаки. Акумулятори накопичують енергію цілу добу, поки йде подача струму. Приплив і накопичення енергії відбувається без будь-якого розкладу, вірніше це розклад здійснює вітер, але більш-менш постійно. Нехай іноді зовсім слабо, але струмочок струму продовжує наповнювати ємність.
Коли ви включаєте мікрохвильовку, вона швидко використовує накопичену енергію акумуляторів. Вона бере відразу близько 1 кВт енергії, але протягом 1-ї хвилини. Іншими словами, ви відкриваєте кран на велику потужність, але на невеликий час. Створюється потужний зливний напір енергії, але він триває зовсім недовго. Тому за цей час витрачається зовсім небагато води-енергії. Те ж саме відбувається, коли на деякий час вмикається холодильник, працює насос і т. п. Енергія використовується в значних кількостях, але дуже короткі проміжки часу. Лампи освітлення, телевізор або комп’ютер споживають енергію значно довше, однак для своєї роботи використовують куди менший натиск.
Вночі, коли ви спите, і вдень, коли відсутні вдома, споживання енергії різко скорочується. Періодично включається тільки холодильник. Майже всі прилади знаходяться в сплячому режимі і беруть по крапельці енергії – для індикації наявності мережі.
Поки ви не використовуєте енергію, вона продовжує накопичуватися від вітряка незалежно від ваших потреб. Таким чином, ви, як правило, споживаєте енергію потужними ривками і дозами, а вона накопичується поступово, відносно рівномірно.


Звідси випливають такі висновки:
1. Джерело енергії не повинен бути такої ж потужності, як сукупна навантаження відразу всіх приладів будинку. Ви ж не включаєте одночасно всі побутові прилади будинку на цілу добу.
2. Потужність ВЕУ визначає його споживач – «зливний кран».
3. Від ємності акумуляторів залежить не тільки час, який ви зможете протриматися без вітру, але і ступінь нерівномірності споживання. Тобто чим більше ємність акумуляторів, тим більш нерівномірно можна споживати енергію і не хвилюватися про її запаси.
4. Нескінченно велика ємність акумуляторів – не вихід із ситуації. По-перше, це дорого, а по-друге, вітрогенератор не буде встигати заряджати їх величезний обсяг. Акумулятори не можна тримати вічно недозаряженными.
5. Найголовніший висновок: вітрогенератор треба підбирати не по потужності, а виходячи з обсягу енергії, яку ви споживаєте і яку вітряк зможе виробити в добу (тиждень/місяць).
Вітрогенератор повинен встигати виробляти ту кількість енергії, яку ви споживаєте.

Головна характеристика вітрогенератора – не потужність, а його здатність виробляти якомога більше енергії в конкретних умовах місцевості.
Тому для того, щоб правильно підібрати вітрогенератор, необхідно проаналізувати показання вашого електричного лічильника або самостійно підрахувати середньомісячну/ денну потребу в обсязі енергії.

Установка системи

 

Скільки по часу займає монтаж і запуск вітроустановки?

Монтаж установки «під ключ» на готовий фундамент (опору) зазвичай займає від 4 до 24 годин в залежності від потужності установки й умов монтажу. Якщо необхідна попередня закладка фундаменту, то вона виробляється як мінімум за 21 день до початку монтажу системи.

 

Чи Сильно шумить вітряк? Сусіди не будуть скаржитися?

Шум аеродинамічній частини вітряка нерозрізнений від фонових сторонніх шумів і становить не більше 30 дБ. Допустимий робочий шум установки по санітарним нормам України – до 80 дБ.

 

Мені говорили, що вітрогенератори дуже шкідливі. Це правда?

Це не так. Побутовий вітрогенератор не шкідливіше пилососа. Під час роботи вітрогенератори створюють електромагнітне поле, як і будь-який інший побутовий електроприлад. Тому випромінювання від середнього по потужності вітрогенератора не більше, ніж від електродриля або холодильника.

У промислових вітрогенераторів (потужністю понад 1 мВт) електромагнітне поле дійсно сильне, але такий тип вітряків ніколи не встановлюють в безпосередній близькості біля житлових будинків.

 

Як близько до будинку можна встановлювати вітрогенератор?

Якщо висота вітроколеса перевищує висоту вашого будинку хоча б на пару метрів, і ваш будинок не буде закривати установку від вітру, то ви можете спокійно встановлювати його навіть впритул до будівлі.

 

Як далеко від будинку можна встановлювати вітрогенератор?

Вітряк бажано встановлювати якнайближче до ваших акумуляторів, щоб уникнути втрат електроенергії. Якщо ви збільшуєте відстань від вітряка до акумуляторів (більш 50 метрів), вам необхідно збільшити перетин з’єднувального кабелю.

 

Можна встановити вітрогенератор на дах будівлі?

Можна, але тільки на плоску залізобетонну дах.

У всіх інших випадках ми вкрай не рекомендуємо вам монтувати установки на будівлі. Вітрогенератори, як і будь-який інший роторний пристрій, створюють мікроколивання і мікровібрації, що згодом можуть привести до утворення мікротріщин у даху будівлі.

 

Де розташовувати додаткове обладнання вітряка: контролер, інвертор, акумулятори?

Дополнительное оборудование ветроустановки должно располагаться в сухом проветриваемом помещении с рекомедуемой температурой от 5 до 30 градусов по Цельсию.Площадь, необходимая для дополнительного оборудования может занимать от 0,5 до 4 квадратных метров.

 

Какая разница между монтажом «под ключ» и «шеф-монтажом»?

Установка «под ключ» подразумевает подготовку фундамента, подготовительные работы для монтажа, монтажные и пуско-наладочные работы  специалистами.

В зависимости от условий, удаленности объекта и особенностей монтажа стоимость данной услуги может варьироваться. Обычно стоимость данной услуги находится в районе 20% от общей стоимости оборудования.

«Шеф-монтаж» означает проведение всех монтажных и пуско-наладочных работ стороной заказчика под руководством и управлением нашего специалиста.

Услуга «шеф-монтаж» включает в себя:

— виїзд спеціаліста на об’єкт;
— контроль прийняття комплекту ВЕУ згідно специфікації;
— організація технологічності процесу монтажу;
— контроль якості збирається конструкції;
— навчання робочих технології збирання та підключення;
— консультації та рекомендації з подальшого використання ВЕУ.

 

Який порядок дій установки ВЕУ?

Порядок дій установки ВЕУ:
1.     Заявка заказчика об установке ВЭУ с заявленным потреблением в сутки/неделю/месяц
2.    Выезд на объект для проведения рекогносцировки 
3.    Подготовка расчетов и утверждение проекта*
4.    Производство (1-1,5 мес)
5.    Установка
*после утверждения проекта принимается оплата в размере 70%. Остальные 30% оплачиваются после установки ВЭУ.

Технические вопросы

 

Какое техобслуживание необходимо установке и сколько это обслуживание стоит?

Обслуживание и уход
1. Необходимо проверить надёжность креплений и соединений установки через две недели после монтажа ветрогенератора либо (лучше) после его работы в течение суток при скорости ветра 6 м/с и более. Если соединения не плотно зажаты, подтяните их.
2. При штормовом предупреждении и скорости ветра до 25 м/с вы можете ничего не предпринимать.
3. В зависимости от выбраных аккумуляторных батарей обслуживайте их так, как указано в их инструкции.

 

Необходимо ли смазывать подшипники, менять электролит в аккумуляторах?

Все подшипники закрытого типа необслуживаемые. Аккумуляторы необходимо обслуживавть в зависимости от выбранного вами типа: либо герметизированные и необслуживаемые, либо железо-никелевые, которые требуют обслуживания не реже чем раз в год-полтора.

 

Можно использовать инвертор меньшей мощности, чем мощность ветрогенератора?

Мощность инвертора не имеет никакого отношения к мощности ветрогенератора, а должен быть не менее пиковой нагрузки вашего потребления и определяется путем суммирования мощностей всех ваших электроприборов.

тел.  (067) 466-26-03 (099) 452-41-03.

Сколько энергии производит ветряная турбина? Выходная мощность ветряной турбины

Главная — Блог — Чистая энергия 101 — Сколько энергии производит ветряная турбина?

Inspire Clean Energy

10 минут чтения

категория: Чистая энергия 101

Поделитесь этой статьей

Не беспокойтесь об изменении климата — сделайте что-нибудь с этим.

Наши планы экологически чистой энергии — это самый простой способ уменьшить углеродный след вашего дома.

Перейти на экологически чистую энергию

Как ветряные турбины производят энергию?

Мы все знаем, что миру нужно больше  компаний, работающих с возобновляемыми источниками энергии  – что бы вы ни говорили об изменении климата, вы должны признать тот факт, что ископаемое топливо является исчерпаемым ресурсом и рано или поздно закончится. Если мы хотим жить в удобном электрическом мире, в котором мы живем сейчас, нам нужно найти альтернативные источники.

Некоторые из возобновляемых источников энергии, которые мы можем использовать, включают солнечную энергию, ветер, биомассу и геотермальную энергию, и хотя ни одна технология не может быть ответом, объединение их всех вместе помогает проложить путь вперед.

Многие люди обнаружили, что переход от традиционных энергетических планов, работающих на ископаемом топливе, к безлимитным планам возобновляемой энергии  открывает мгновенный доступ к чистой энергии без значительных инвестиций в такие вещи, как солнечные батареи.

Еще одним источником экологически чистой энергии, который уже активно развивается во всем мире, являются ветряные турбины. Это огромные сооружения, стратегически расположенные в постоянно ветреных местах, чтобы дать им наилучшие возможности для выработки наибольшей энергии.

Но как на самом деле работают ветряные турбины?

Как производится энергия ветра?

Энергия ветра  вырабатывается, когда мы используем энергию воздушного потока нашей атмосферы для выработки электричества. Ветряные турбины делают это, улавливая кинетическую энергию ветра (например, энергию движения).

В настоящее время существует три различных типа ветровой энергии: ветровая энергия коммунального масштаба, распределенная (малая) ветровая энергия и оффшорная ветровая энергия.

  • Ветроэнергетика коммунального масштаба  включает в себя турбины всех размеров, которые передают свою энергию в сеть и используются коммунальными предприятиями.
  • Оффшорная ветроэнергетика  именно то, на что это похоже: это огромные ветряные турбины, построенные в море и генерирующие наибольшее количество энергии.

Конечно, не вся электроэнергия, проходящая через энергосистему, поступает из экологически чистых источников, таких как ветер и солнечная энергия, большая ее часть по-прежнему поступает от сжигания топлива. Даже возобновляемые виды топлива не содержат вредных газов, поэтому мы должны осознавать, откуда берется наша энергия.

Возможно, вы этого не знаете, но во многих штатах вы можете выбирать, откуда берется ваша энергия. Мы даем нашим клиентам возможность выбирать энергию из экологически чистых источников, а не из вредных. Наши клиенты выбирают чистую энергию и план подписки, который им подходит, чтобы получать стабильный ежемесячный счет и быть довольными тем, что они помогают миру стать зеленее. Если вы хотите узнать больше о , как мы можем вам помочь, нажмите здесь .

Как работают ветряные турбины?

Ветряные турбины относительно легко понять, и часто их легче понять, если представить их как историческую ветряную мельницу, которая использовала бы энергию ветра для измельчения зерна.

Когда ветер проходит мимо лопасти ветряной турбины, сила захватывается ею (это называется захватом ее кинетической энергии), и турбина начинает вращаться. Энергия теперь считается механической энергией. Как и в случае с ветряной мельницей, здесь вращается внутренний вал. В отличие от традиционной ветряной мельницы, валы ветряных турбин соединены с коробкой передач, которая помогает значительно увеличить скорость — обычно в 100 раз больше.

Этот спиннинг подключен к генератору, который производит электричество. Это все, что вам действительно нужно знать, но если вас интересуют технические термины, эти же элементы называются мачтой, гондолой и ротором. Мачта поддерживает ротор и гондолу, а гондола содержит механические части. Мачты или башни полые и сделаны преимущественно из стали. Лопасти изготовлены из стекловолокна, армированного полиэстером, эпоксидной смолы, армированной стекловолокном, или эпоксидной смолы, армированной углеродным волокном, что делает их невероятно прочными, но в то же время достаточно легкими, чтобы заставить их вращаться при относительно слабом ветре.

Лопасти ветряной турбины очень похожи на крылья самолета; ветер заставляет вращаться трехлопастную турбину, потому что подъемная сила больше силы сопротивления. Их три, потому что это дает наилучший компромисс между скоростью вращения и механической надежностью.

Ротор соединен с генератором через серию шестерен, так что скорость вращения увеличивается примерно в 100 раз. Это позволяет генератору производить электроэнергию и не быть слишком большим и дорогим. Компьютеры контролируют шаг лопастей и направление, в котором они указывают, для получения максимальной мощности.

Большинство береговых ветряных турбин сегодня рассчитаны на мощность 2,5-3 МВт (мегаватт) с лопастями длиной около 50 м, что составляет примерно половину длины футбольного поля. Всего 30 лет назад лезвия были всего 15 метров в длину!

Ветряные турбины производят переменный или постоянный ток?

Электрогенераторы производят электричество переменного тока. Некоторые турбины содержат преобразователь, который преобразует переменный ток в постоянный (постоянный ток) и обратно, чтобы вырабатываемая электроэнергия соответствовала частоте и фазе сети, к которой она подключена. Разница между этими токами заключается в том, что в токах переменного тока электроны продолжают менять направления, а в токах постоянного тока они всегда движутся только в одном направлении.

Какие существуют типы ветряных турбин?

На сегодняшний день наиболее распространенным типом ветровой турбины является ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT). Это тот, который стал обычным явлением либо в виде отдельных лиц и небольших групп, либо в больших количествах на ветряных электростанциях . Они напоминают пропеллер самолета на башне.

Турбины с вертикальной осью, с другой стороны, были описаны как похожие на взбивалки. Турбины с вертикальной осью обычно имеют две лопасти, прикрепленные к верхней и нижней части вертикального ротора. Они могут быть довольно большими, но вышли из моды, поскольку они не так эффективны, как турбины с горизонтальной осью.

Есть несколько других, которые были отброшены как второстепенные или все еще находятся на стадии прототипа, включая бортовую ветряную турбину, разрабатываемую Altaeros Energies. Эта ветряная турбина чем-то похожа на нечто среднее между воздушным шаром и ветряной турбиной, и теоретически она была бы гораздо более визуально привлекательной, поскольку не нарушала бы ландшафт. Только время покажет, являются ли какие-либо из них жизнеспособными альтернативами HAWT, которые сейчас используются во всем мире. Как ветряные турбины производят энергию?

Ветряная турбина предназначена для преобразования кинетической энергии ветра в электричество. Лопастной ротор соединен с генератором через серию шестерен, так что скорость вращения увеличивается примерно в 100 раз. Это позволяет генератору производить электроэнергию, не будучи при этом слишком большим или дорогим. Электричество, производимое ветряной турбиной, обычно передается в энергосистему.

Какой тип ветряной турбины самый эффективный?

По состоянию на 2020 год лидером эффективности ветряных турбин является большая трехлопастная конструкция с горизонтальной осью, поэтому было развернуто более 300 000 ветряных турбин. Аэродинамические лопасти генерируют больше электроэнергии, чем любая другая конструкция, поскольку производимая подъемная сила перемещает лопасти быстрее, и каждая лопасть движется в «чистом» воздухе.

Кроме того, поскольку компьютеры контролируют ориентацию лезвий, они всегда работают с оптимальным потенциалом. Конструкции с вертикальной осью и другие конструкции с горизонтальной осью не могут конкурировать.

Другим преимуществом трехлопастных HAWT является то, что они очень хорошо масштабируются, фактически намного лучше, чем альтернативы. Большие турбины генерируют одинаково большое количество электроэнергии, что жизненно важно для производства электроэнергии в коммунальных масштабах. Ознакомьтесь с нашей статьей, посвященной преимуществам энергии ветра  для получения дополнительной информации.

Сколько энергии производит ветряная турбина?

Современная ветряная турбина начинает производить электричество, когда скорость ветра достигает 6-9 миль в час (миль в час) и должна выключаться, если она превышает 55 миль в час (88,5 километров в час), когда ее механизму угрожает опасность повреждения. Таким образом, хотя они могут генерировать электроэнергию большую часть времени, в других случаях их приходится отключать.

Существует также снижение, вызванное неизбежной неэффективностью механизма, большинство ветряных турбин работают с эффективностью около 30–40%, хотя в идеальных условиях ветра она может возрасти до 50%.

Подсчитано, что средний наземный ветряк мощностью 2,5–3 мегаватта может производить более 6 миллионов кВтч в год. Морская турбина мощностью 3,6 МВт может удвоить эту мощность.

Сколько энергии производит ветряная турбина за один оборот?

Ветряные турбины становятся все больше и производят все больше и больше электроэнергии. В 2018 году шведский энергетический гигант Vattenfall установил первую из 11 своих турбин мощностью 8,8 МВт производства Vestas у побережья Шотландии. Эти колоссальные турбины имеют общую высоту 191 м (627 футов), а каждая лопасть имеет длину 80 м (262 фута). По словам Адама Эззамеля, руководителя проекта Европейского оффшорного ветроэнергетического центра, «всего одно вращение лопастей может привести в действие средний британский дом в течение дня».

Может ли 1 ветряк снабжать энергией дом?

Существуют альтернативы гигантским ветряным турбинам, используемым для выработки электроэнергии в коммунальных масштабах. Небольшие ветряные турбины мощностью 100 киловатт или меньше могут использоваться для прямого питания дома или малого бизнеса. Они могут генерировать электроэнергию так же, как и солнечные батареи, в том смысле, что электроэнергия может храниться для использования в батареях и должна обеспечивать питание дома или офиса в ветреный день. Проблема возникает, когда ветер стихает в течение нескольких дней или поднимается слишком высоко, чтобы ветряная турбина могла работать без повреждений.

Другая, более серьезная проблема заключается в том, что установка ветряной турбины или солнечных батарей обходится очень дорого. Более простое решение — просто переключить свой тарифный план на ископаемое топливо дома или в офисе на подписку на экологически чистую энергию . Это позволит мгновенно сэкономить, и плата за установку не взимается.

Хотя установка солнечных батарей или ветряной турбины может окупиться в долгосрочной перспективе, это не финансовая инвестиция, которую могут сделать многие люди.

Если вы решите установить турбину, в зависимости от ситуации, ее можно установить на крыше или отдельно. В очень редких случаях избыточная вырабатываемая электроэнергия может подаваться в сеть и фактически приносить доход владельцу (точно так же, как солнечные панели).

Это растущий сектор рынка (вы даже можете купить их на Amazon), и со временем он может стать таким же важным, как ветряные электростанции, поскольку мы стремимся к более дешевым устойчивым источникам энергии.

Самое замечательное в ветре то, что он бесплатный, и его много! Есть надежда, что в конечном итоге до 50% потребностей в энергии можно будет обеспечить за счет энергии ветра. Уже почти половина электричества в Дании приходится на ветер. К концу 2018 года мировая мощность ветровой электроэнергии достигла почти 600 гигаватт, при этом доля США составила 9 гигаватт.6665 МВт. По оценкам Управления энергетической информации США, в 2020 году будет введено в эксплуатацию еще 14 300 МВт ветровой энергии. более чистое и устойчивое будущее.

В Inspire Clean Energy мы  компания, занимающаяся возобновляемыми источниками энергии,  , которая стремится дать нашим клиентам возможность делать правильные вещи для окружающей среды, себя и своих семей. Мы хотим сделать выбор экологически чистой энергии простым и доступным.

Не уверены, подходят ли вам возобновляемые источники энергии? Прочтите последние обзоры Inspire Clean Energy , чтобы узнать, как мы помогли клиентам перейти на новую технологию.

Не беспокойтесь об изменении климата — сделайте что-нибудь с этим.

Наши планы экологически чистой энергии — это самый простой способ уменьшить углеродный след вашего дома.

Перейдите на экологически чистую энергию

Поделитесь этой статьей

Вдохновите на чистую энергию

Наша миссия состоит в том, чтобы изменить способ доступа людей к чистой энергии и ускорить будущее с нулевым выбросом углерода.

Узнать больше о Inspire →

Узнать больше

Последние сообщения

Способы уменьшить загрязнение воды
Сколько стоит запуск обогревателя?
Ветряные турбины: плюсы и минусы
Как работают счета за электроэнергию?
Откройте для себя крупнейшие ветряные электростанции в США
Как сделать ваши окна более энергоэффективными
Чистая энергия: мифы и факты
Стоит ли покупать безлимитное электричество?
Тарифы на электроэнергию по штатам
Как рабочие места, связанные с возобновляемыми источниками энергии, повлияют на будущее

Лучшие статьи

Какой средний счет за газ в моем штате?
Что потребляет больше всего электроэнергии в доме?
Средний счет за электроэнергию по квартире
Как рассчитать кВтч (киловатт-часы)
Средняя стоимость коммунальных услуг для дома
Типы альтернативных источников энергии, которые вы можете использовать сегодня
Экологическая устойчивость Определение и примеры
Сколько энергии производит ветряная турбина?
Разница между возобновляемыми и невозобновляемыми источниками энергии
Преимущества и недостатки ископаемого топлива

Вместе мы можем обеспечить более экологичное будущее

Получить возобновляемые источники энергии сегодня

Как работают ветряные турбины? | Блог

Корпорация Ball 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 – самый дешевый крупномасштабный возобновляемый источник энергии, а также самый крупный источник возобновляемой энергии в США на сегодняшний день. 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 ветровой энергии:

  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 по ветровой энергии ежегодно приносят более 1 миллиарда долларов государственным и местным органам власти и частным землевладельцам.

 

Как выглядит проект ветроэнергетики?

Ветроэнергетический проект или ферма относится к большому количеству ветряных турбин, которые построены близко друг к другу и функционируют подобно электростанции, 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, показывающая компоненты стандартной ветровой турбины

Электроэнергия вырабатывается с помощью вращающихся ветряных турбин, использующих 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:

 

  • Лопасти прикреплены к ступице, которая вращается вместе с лопастями. Лопасти и ступица вместе образуют ротор.
  • В гондоле находятся редуктор, генератор и электрические компоненты.\
  • Башня удерживает лопасти ротора и генерирующее 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 при представлении 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 мощность в диапазоне 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 занимается обслуживанием ветряных турбин?

Высококвалифицированные специалисты по ветроэнергетике из Duke Energy Renewables поднимаются на сотни футов для обслуживания турбин

Что происходит, когда возникает неисправность в высокой ветряной 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 оборудования 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 приближать оборудование, 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?

Ветроэнергетика остается одним из самых малых углеродных следов среди 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, замещающие 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
  • Доступность 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.

Сколько энергии производит ветряная турбина?

Ветряные турбины, безусловно, являются одним из основных вариантов экологически чистой энергии. Количество энергии, которое может производить ветряная турбина, имеет решающее значение для экономики и может решить, является ли турбина целесообразной инвестицией. Существует довольно много факторов, определяющих эту энергию, и их необходимо тщательно учитывать при оценке потенциала ветряной турбины.

Существует множество типов ветряных турбин, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы и, следовательно, разные потенциальные пределы выработки энергии. Эта статья поможет вам разобраться в жаргоне, связанном с ветроэнергетикой.

Коммерческая ветряная электростанция

Навигация

Номинальная мощность

Самая основная характеристика ветровой турбины — это номинальная мощность.

Бытовая ветряная турбина может иметь номинальную мощность 5 кВт, а более крупные ветряные электростанции могут иметь мощность в несколько МВт каждая. Однако турбина не будет постоянно выдавать эту номинальную мощность. Выходная мощность довольно очевидно зависит от силы ветра. Таким образом, номинальная мощность ветряной турбины — это мощность, которую турбина будет производить при определенной скорости ветра.

На приведенной ниже кривой показан пример «кривой мощности» для ветровой турбины мощностью 1000 Вт. Вы заметите, что мощность не начинает увеличиваться при нулевой скорости ветра: у каждой турбины есть «включаемая» скорость ветра, при которой она начинает вырабатывать энергию. Мощность увеличивается со скоростью ветра до номинальной мощности, которая соответствует определенной скорости ветра (в технических характеристиках ветряной турбины указывается номинальная мощность и скорость ветра для номинальной мощности). Затем мощность остается довольно постоянной с увеличением скорости ветра, пока турбина не будет отключена из соображений безопасности. Обычно скорость отключения составляет около 25 м/с.

Чтобы представить эти скорости в перспективе, максимальная мощность составляет около 11 м/с, что составляет 24,6 мили в час или 21 узел. Довольно ветрено. Скорость ветра при отключении 25 м/с составляет 56 миль в час или 48,6 узлов. Это показывает, что ветряные турбины имеют широкий рабочий диапазон для более сильных ветров. На нижнем уровне минимальная скорость ветра около 5 м/с часто считается необходимой для жизнеспособности ветряной турбины. Это 11 миль в час или 9,7 узла.

Коммерческие ветряные турбины имеют разные кривые мощности в зависимости от того, предназначены ли они для работы при более низкой или более высокой скорости ветра.

Схематическая кривая мощности для ветровой турбины мощностью 1 кВт
Источник

Однако все это относится к мощности, а не энергии. Ваш счет за электроэнергию зависит от того, сколько энергии вы используете: если вы посмотрите на счет, вы будете платить за использованный кВтч (сокращение от киловатт-час). Энергия – это мощность, умноженная на время. Единицами мощности являются ватты, а единицами энергии – ватт-часы. Например, если турбина работает 1 час при мощности 1000 Вт, она выработает 1000 ватт-часов энергии. Более высокая номинальная мощность даст вам больше энергии, но вам также нужно, чтобы ветер дул с хорошей скоростью в течение длительного времени.

Так что же определяет номинальную мощность? Важнейшим фактором является размер турбины. Ветряные турбины работают путем преобразования ветра, проходящего через вращающиеся турбины, в энергию. Они эффективны примерно на 40-50%. Вращающиеся лопасти турбины образуют круг, при этом ветер, проходящий через площадь круга, преобразуется в энергию. Вспоминая некоторые основы математики средней школы, площадь круга равна pi x r 2 . В этом случае r — длина лопаток турбины.

Это уравнение важно, потому что оно показывает, насколько мощность и энергия, производимые турбиной, зависят от длины лопасти. Если вы удвоите длину лезвия, вы получите в четыре раза больше силы и энергии.

Дома и коммерческие объекты имеют пространство и нормативные требования, которые ограничивают длину лезвий. У крупных ветряных электростанций гораздо меньше ограничений, и существует постоянный толчок к созданию более крупных лопастей турбин и, следовательно, более мощных турбин. Мировой рекорд длины в настоящее время установлен на 107-метровой турбине General Electric Haliade-X мощностью 12 МВт. Эти штуки имеют всякие транспортные проблемы и уж точно недешевы!

Лопасть ветряной турбины длиной 88 м поворачивает на угол
Источник: LM Wind Power

Сколько ветра?

Скорость ветра, очевидно, имеет решающее значение: чем дольше ветер дует на более высоких скоростях, тем больше энергии производит ветряная турбина. Так как же нам выяснить, сколько ветра на конкретном участке?

Существует множество карт ветра, показывающих среднюю скорость ветра в разных местах, например, см. отличный сайт NREL по адресу https://www.nrel.gov/gis/wind.html. Есть несколько вещей, которые необходимо учитывать при использовании таких карт. Во-первых, это высота над землей. Это оказывает огромное влияние на среднюю скорость ветра, причем ветер существенно увеличивается с увеличением высоты. Ниже показаны три карты средней скорости ветра в США для высот 10, 40 и 80 м над землей. Эти карты показывают, насколько важна высота. Возьмем, к примеру, Небраску. На высоте 10 м над землей средняя скорость ветра составляет около 4-4,9РС. Это близко к краю жизнеспособности ветряной турбины. На высоте 40 м средняя скорость ветра увеличивается примерно до 6-6,9 м/с. А на 80 м до 7-7,9 м/с.

Карты ветров США на высоте 10 м над землей
Источник

На приведенном ниже рисунке показана кривая мощности коммерческого ветряного двигателя с номинальной мощностью 4000 Вт. При скорости ветра 4,5 м/с турбина выдает всего около 230 Вт. При скорости 6,5 м/с эта мощность увеличивается примерно до 900 Вт. При скорости 7,5 м/с выходная мощность составляет около 1500 Вт. Огромная разница в выходной мощности и, следовательно, в энергии по мере увеличения высоты над землей.

Кривая мощности коммерческого ветряка мощностью 4 кВт.
Источник

Коммерческие ветряные электростанции с очень большими лопастями (более 80 м) имеют ступицы высотой более 80 м и, таким образом, могут достигать регионов с более сильным ветром. Для небольших домашних и бизнес-систем высота может быть ограничена местным законодательством и, конечно же, экономическими соображениями. Однако для ветряных турбин, чтобы максимизировать мощность и, следовательно, энергию, важно подняться настолько высоко, насколько позволяют правила и / или экономика.

Еще один фактор, который может иметь значение при оценке средней скорости, — это постоянство ветра. Если ветер достаточно постоянный, то средняя скорость ветра является хорошим индикатором. Однако, если на участке в основном очень слабый ветер, но средняя скорость увеличивается из-за частых сильных штормов со скоростью ветра выше скорости отключения, то выходная мощность и энергия будут намного ниже.

Сколько энергии?

Мы видели, что выход энергии ветряной турбины зависит от номинальной мощности турбины, а также от того, насколько сильный ветер и как долго он дует. Итак, как мы можем выяснить, сколько энергии ожидать от турбины? Это нужно для оценки экономических показателей.

Инженеры используют термин «коэффициент мощности» для расчета количества энергии, вырабатываемой ветровой турбиной. Коэффициент мощности, выраженный в процентах, представляет собой фактическую выработку энергии турбиной в течение года, деленную на выработку энергии, которая будет получена турбиной, работающей на номинальной мощности в течение года.

Возьмем, к примеру, турбину мощностью 5 кВт. Если бы турбина работала на мощности 5 кВт в течение всего года, выработка энергии составила бы 5 кВт x 24 часа в день x 365 дней в году, что равно 43 800 кВтч. Как мы видели, турбина на самом деле этого не делает. Предположим, что турбина фактически произвела 20 000 кВтч за год. Коэффициент мощности может быть 20 000/43 800 = 45,7%.

На суше коэффициент мощности колеблется в пределах 25-50%. В США средний коэффициент мощности ветряных турбин составляет около 33%.

Чтобы оценить экономику ветряной турбины, необходимо иметь оценку коэффициента мощности, чтобы мы могли оценить количество выходной энергии. Средняя скорость ветра в сочетании с кривой мощности является одним из способов сделать это. Например, используя приведенную выше кривую мощности, средняя скорость ветра 6 м/с дает выходную мощность 200 Вт, что составляет 20% от номинальной мощности в 1000 Вт. Таким образом, коэффициент мощности составляет 20%. В этой ситуации турбина будет производить около 20% x 1000 Вт x 24 часа в день x 365 дней в году = 1752 кВтч. Эта оценка улучшается при более постоянном ветре.

Факторы местной площадки

Все карты средних ветров хороши, но местные факторы могут играть важную роль и указывать, где лучше всего разместить турбину. Такие конструкции, как деревья и здания, нарушают воздушный поток, делая его более турбулентным. Ветряные турбины менее эффективны в турбулентном воздушном потоке и, следовательно, будут давать меньше энергии.

Как правило, структура создает турбулентный воздушный поток примерно в два раза выше своей высоты. Таким образом, ветряная турбина должна быть как минимум такой высоты в самой нижней части лопастей. Турбулентность также будет продолжаться по ветру на расстоянии, примерно в двадцать раз превышающем длину сооружения.

Диаграмма, показывающая примерный турбулентный воздушный поток вокруг сооружений
Источник: https://www.yourhome.gov.au/energy/wind-systems

Местные строения также могут быть использованы с пользой. Например, достаточно ровный холм не будет создавать турбулентный воздушный поток, но может сжимать воздушный поток на вершине холма, увеличивая среднюю скорость ветра.

Ветровая и солнечная

Давайте сравним ветряную и солнечную системы, обе с номинальной мощностью 4 кВт, расположенные в Уичито, штат Канзас. Используя программное обеспечение для моделирования солнечной энергии, система солнечных панелей мощностью 4 кВт выдает около 5 679кВтч в год или в среднем 15,6 кВтч в сутки. Для ветряной турбины мощностью 4 кВт мы предположим, что турбина имеет высоту 40 м. Средняя скорость ветра составляет около 6,5 м/с, что дает среднюю выходную мощность 900 Вт (из кривой мощности). Средняя энергия в день составляет 900 Вт x 24 часа = 21 600 Втч или 21,6 кВтч.

Очевидно, что относительная выходная мощность сильно зависит от местоположения. Если взять в качестве другого примера Атланту, штат Джорджия, средняя скорость ветра составляет всего 5,5 м/с, что дает выходную мощность около 500 Вт. Это дает всего около 12 кВтч в сутки. Солнечная система дает около 13,7 кВтч.

Когда стоит ветер?

Небольшая ветряная турбина может стоить от 3000 до 5000 долларов США за полностью установленную номинальную мощность (Американская ассоциация ветроэнергетики). Домовладельцы Nost, использующие ветер в качестве основного источника электроэнергии, установят от 5 до 15 кВт на общую сумму от 15 000 до 75 000 долларов. С такими капитальными затратами важно управлять экономикой.

Мы можем использовать калькулятор приведенной стоимости энергии (https://www.nrel.gov/analysis/tech-lcoe.html), чтобы получить оценку стоимости энергии от ветряной турбины в течение срока ее службы. Ожидается, что ветряные турбины прослужат не менее 20 лет, поэтому мы использовали 20 лет в качестве срока службы. Используется средняя стоимость 4000 долларов за кВт. В таблице ниже указана приблизительная стоимость энергии в зависимости от средней скорости ветра.

Средняя скорость ветра, м/с Средняя скорость ветра, миль/ч Прибл. Коэффициент мощности % Стоимость энергии c/кВтч

Средняя скорость ветра м/с Средняя скорость ветра миль/ч Прибл. Capacity Factor % Cost of Energy c/kWh
5 11.2 11 30.6
6 13.4 22 15. 4
7 15.7 35 9.8
8 17.9 50 6.9

Obviously buyers need to run these numbers with specific power curves and prices for products they are looking at , однако этот пример дает хорошее представление об экономике.

Средняя скорость ветра явно критическая. Для этой турбины при средней скорости ветра 6 м/с энергия становится примерно такой же, как электричество в сети. Переход от 6 к 7 м/с резко снижает стоимость энергии до такой степени, что вложение средств становится почти несложным делом.

Возвращаясь к нашей карте ветров (высота 40 м) и используя диапазон 6-7 м/с, где турбина становится жизнеспособной, мы видим, что большие части США не очень хорошо подходят для жилых и коммерческих ветров. турбины, которые не могут взлететь на 80 метров в небо. К счастью, многие из этих областей имеют хорошие солнечные ресурсы.

Однако есть много мест, где ветер может иметь смысл. Во многих из этих областей солнечная энергия также хороша, поэтому стоит рассмотреть гибридные системы, использующие как ветер, так и солнечную энергию.

Заключение

Существует немало факторов, определяющих, сколько энергии будет генерировать ветряная турбина. Большие из них номинальная мощность и средняя скорость ветра.

Необходимо провести тщательный экономический анализ конкретных ветряных турбин в определенных местах. То, сколько энергии вырабатывает турбина, имеет решающее значение для этой экономики.

В то время как большая часть территории США не совсем подходит для ветряных турбин, есть много мест, где ветряные турбины имеют смысл.

Часто задаваемые вопросы

Сколько ветра мне нужно для ветряной турбины?

Обычно самая низкая средняя скорость ветра составляет 5 м/с или около 11 миль в час. Однако экономический анализ следует проводить для конкретных продуктов и цен. Очевидно, что эти экономические показатели улучшаются по мере увеличения среднего ветра и становятся очень хорошими при скорости около 7 м/с или 15,7 миль в час.

Может ли ветер быть слишком сильным?

Да. Турбины отключаются при определенной скорости ветра, обычно около 25 м/с или 56 миль в час. Вы также должны проверить максимальную скорость ветра, указанную для вашей турбины, чтобы убедиться, что ее не разнесет на части!

Что лучше, ветер или солнце?

Это действительно зависит от вашего местоположения и требует надлежащего анализа. Одним из потенциальных преимуществ ветра перед солнцем является то, что он может обеспечивать электроэнергию, когда солнце не светит. Возможно, стоит рассмотреть сочетание ветра и солнца.

Какой высоты должен быть ветряк?

Как можно выше! Ветер с высотой усиливается. Однако в жилых и коммерческих помещениях допустимая высота будет регулироваться. Экономика и доступная площадь также влияют на высоту, которую можно достичь практически.

Зарегистрируйтесь сейчас, чтобы получать уведомления о наших последних розыгрышах, скидках и руководствах

Поделитесь этой статьей в авангарде технологии литий-ионных аккумуляторов, а в последнее время — в солнечной энергетике в сочетании с накоплением энергии. Имеет более 15 патентных заявок в различных областях. Джефф имеет степень и доктора технических наук Университета Квинсленда в Брисбене, Австралия.

Читайте также:

будет стоить миллион долларов в 2022 году?

Написал Дэн Блюэтт

Сколько будет стоить ветряная турбина в 2022 году? Какими бы большими они ни были, ни для кого не секрет, что эти ветряные монстры стоят дорого.

В сегодняшней статье мы углубимся в цифры: сколько стоит ветряная турбина, окупаются ли они со временем и стоят ли большие первоначальные инвестиции? Оффшорные ветряные электростанции набирают обороты благодаря администрации Байдена в Соединенных Штатах и ​​во всем мире, однако оценить затраты на оффшорные ветряные электростанции труднее, чем на наземные ветряные электростанции.

Энергия ветра становится слишком дешевой?

Некоторые производители ветряных турбин, такие как Siemens Gamesa, выразили обеспокоенность тем, что стоимость энергии ветра становится слишком низкой для поддержания развития и роста рынка. Мы обсуждали это в недавнем выпуске подкаста Uptime.

Чтобы увидеть больше выпусков, перейдите на нашу страницу подкастов.

Сколько стоит ветряная турбина в 2022 году?

Для коммерческих ветряных турбин ответ составляет миллионов долларов за турбину.

Ветряные турбины стоят лотов , поэтому инвестиции должны окупиться в течение длительного периода времени.

Турбины производят значительное количество электроэнергии и продают ее обратно местным энергетическим компаниям, где она поступает в энергосистему, используемую домами и предприятиями.

Разбивка первоначальных затрат на ветряные турбины

  • 2,6–4 миллиона долларов за среднюю коммерческую ветровую турбину
    • Типичная стоимость составляет 1,3 миллиона долларов за мегаватт (МВт) мощности по производству электроэнергии
    • Большинство коммерческих ветряных турбин имеют мощность 2-3 МВт, но морские турбины могут достигать 12 МВт
    • Стоимость увеличивается по мере увеличения размера турбины, хотя использование меньшего количества , более крупные турбины — сложность и конструкция фермы в целом значительно снижается за счет меньшего количества турбин большего размера.

Заинтересованы в энергии ветра? Ознакомьтесь с нашим подкастом об энергии ветра: Uptime

Слушайте Uptime на любой платформе подкастов

  • Слушайте сейчас в iTunes
  • или Spotify
  • или смотрите на YouTube

Расходы на техническое обслуживание ветряной турбины

После постройки обслуживание является постоянным расходом.

  • 1-2 цента за произведенный киловатт-час, или
  • 42 000 – 48 000 долларов в год

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание могут быть значительными, но все эти машины представляют собой долгосрочные инвестиции, продолжающие (надеюсь) окупать себя со временем.

Исследование ветряных турбин с использованием немецких данных показало, что эти затраты могут быть 1-2 евроцента за киловатт-час (кВтч) в среднем произведено .

В этой статье утверждается, что типичные затраты на эксплуатацию и обслуживание составляют 42 000–48 000 долларов в год в США, но эта цифра также снижается по мере совершенствования технологий.

Это число увеличивается по мере старения турбины, что неудивительно, учитывая износ и суровые условия, в которых работают эти машины.

Из чего состоит эксплуатация и техническое обслуживание?

Эксплуатация и техническое обслуживание (ЭиТО) состоит из следующего:

  • Страхование
  • Аренда земли
  • Обслуживание, ремонт и запасные части
  • Административные задачи
  • Электроэнергия (требуется электричество для работы)
  • Разное

значительно превышают затраты на техническое обслуживание.

Ремонт может значительно снизить мощность (подробнее об этом позже), а удары молнии в ветряные турбины могут стать настоящей проблемой.

Хотя лопасти турбины покидают фактор с системой молниезащиты, часто они неадекватны.

Особенно важны дополнительные уровни молниезащиты для морских ветряных турбин, где транспортировка рабочих для ремонта является дорогостоящей и трудоемкой.

Такие изделия, как сегментированные молниеотводы, могут обеспечить дополнительную защиту ветряных турбин от повреждения ударом молнии.

Сколько электроэнергии производит ветряная турбина?

Мы покрыли расходы, а теперь давайте обратимся к большому вопросу: сколько электроэнергии вырабатывает ветряк?

Мощность ветряных турбин измеряется в мегаваттах (МВт), что указывает на их способность вырабатывать электричество.

Один мегаватт = 1 000 000 ватт мощности.

Один мегаватт может питать около 1000 домов в месяц, но в действительности ветряные турбины не достигают своей номинальной мощности из-за меняющихся скоростей ветра.

Размер ветряной турбины влияет на мощность производства электроэнергии

Ветряные турбины стоят тем больше, чем больше они становятся, но они производят больше электроэнергии с большими гондолами и лопастями турбины.

В 2019 году сообщалось, что средний диаметр ротора увеличился до 129 метров (423 фута).

Стандартные размеры коммерческих ветряных турбин в мегаваттах:

  • 1,5 МВт (береговые или наземные)
  • 2,5 МВт (береговые)
  • 4 МВт (береговые)

    0

    0

  • До 15 МВт (GE Haliade-X производит 12 МВт, а Siemens Gamesa SG 14-222DD — турбина мощностью 15 МВт)

Морские ветряные электростанции выбирают более крупные ветряные турбины отчасти из-за высокой стоимости их установки и транспортировки электричества, а также повышенную эффективность, которую они получают при постоянной, более высокой скорости ветра.

Предпочтительнее построить одну турбину, чем множество более мелких, потому что нужно построить меньше башен и систем крепления к земле, что упрощает все.

Скорость и направление ветра влияют на «коэффициент мощности» при производстве электроэнергии

При полной скорости ветра турбина может производить на полную мощность. Если турбина рассчитана на 2,5 МВт, то при максимальной скорости ветра она будет выдавать 2,5 МВт мощности.

Тем не менее, все мы знаем, что ветер никогда не бывает постоянным.

Поскольку ветер стихает, меняет направление и т. д., общие средние значения будут намного ниже, обычно в диапазоне 30-40% для береговых ветряных турбин и до 65% (иногда выше в редких случаях) для морских турбин.

Самая большая ветряная турбина: турбина GE Haliade-X мощностью 12 МВт

GE Haliade-X… безумна.

Эта огромная ветряная турбина является первой мощностью 12 МВт, с лопастями длиной 107 м (351 фут) и общей площадью основания, достигающей 260 м (853 фута) в небе.

Турбины такого размера обычно используются на шельфе, где скорость ветра постоянно намного выше, а подача энергии затруднена. Меньше турбин большего размера = более легкая передача энергии, меньше кабелей на большие расстояния и более простая система в целом.

Если вам интересно, как эти турбины остаются в вертикальном положении на сумасшедших волнах и уносятся в море, ознакомьтесь с этой статьей с великолепными иллюстрациями.

Сколько денег приносит ветряная турбина за счет вырабатываемой ею электроэнергии?

Помните, что ветряная турбина имеет максимальную номинальную мощность (например, 4 мегаватта), но она будет производить электроэнергию только при «коэффициенте мощности» или «коэффициенте нагрузки», который составляет процент от этого максимума.

В приведенной ниже таблице вы найдете некоторые цифры, основанные на типичной продажной цене (данные за 2019 г.) электроэнергии, вырабатываемой ветряными турбинами. Эта энергия продается обратно в электрические сети коммунальных предприятий, и цена падает по мере совершенствования технологии турбин.

Благодаря продаже электроэнергии ветряные турбины окупают себя и создают возобновляемую энергию.

Мы хотим, чтобы эта энергия была дешевой, и она движется в правильном направлении.

Цель состоит в том, чтобы турбины работали с более высоким коэффициентом мощности, что означает, что они производят больше электроэнергии за время работы.

Нужна молниезащита для ветряной турбины?

Наши сегментные молниеотводы StrikeTape для ветряных турбин являются самым прочным и высокопроизводительным продуктом в мире. Затраты на техническое обслуживание ветряных турбин резко возрастают, когда они постоянно повреждаются ударами молнии, поэтому защитите свои турбины с помощью самого лучшего.

Узнайте больше о молниезащите StrikeTape

Используйте молниезащиту StrikeTape на своей ветровой электростанции.

Другие вопросы и ответы о ветряных турбинах

Ознакомьтесь с нашими общими вопросами о ветряных турбинах ниже, в том числе о стоимости ветряных турбин, технических характеристиках и многом другом.

Если у вас есть вопрос, оставьте его ниже, и мы обновим эту статью с нашим ответом!

Какой высоты ветряк?

Башни большинства коммерческих ветряных турбин имеют высоту от 200 до 260 футов. Лопасти, часто более 100 футов в длину, при подсчете общей высоты увеличивают число до 300. Лопасти ветряной турбины модели Gamesa G87 достигают высоты 399 футов.

С какой скоростью вращается ветряк?

Скорость кончиков лопастей ветряных турбин обычно колеблется в пределах 120-180 миль в час, хотя она может варьироваться в зависимости от ветровых условий. Из-за их огромных размеров (с лопастями более 100 футов) кажется, что они вращаются медленно, хотя на самом деле скорость кончиков лопастей очень и очень высока.

Сколько будет стоить ветряк в 2021 году?

1 300 000 долларов США за мегаватт. Типичная ветряная турбина имеет мощность 2-3 МВт, поэтому стоимость большинства турбин составляет 2-4 миллиона долларов. Согласно исследованию эксплуатационных расходов ветряных турбин, эксплуатация и техническое обслуживание обходятся дополнительно в 42 000–48 000 долларов в год.

Делают ли они небольшие ветряные турбины для индивидуальных домов?

Да, и эти турбины меньшего размера теперь могут стоить менее 1000 долларов. Производство энергии будет сильно различаться в зависимости от размера, характеристик и ветровых условий дома человека, а некоторые дома могут вообще не подходить для турбины. Есть причина, по которой ветряные электростанции тщательно размещаются в очень ветреных, часто суровых условиях — сильные ветры возникают в местах, где люди часто не хотят жить. Если в вашем доме не бывает постоянного сильного ветра, установка ветряной турбины любого типа может быть нецелесообразна с финансовой точки зрения.

Попадают ли лопасти ветряных турбин в птиц?

К сожалению, бывают, но это не самая большая угроза для птичьего населения. Эта статья проливает свет на этот вопрос: https://www.usatoday.com/story/money/business/2014/09/15/wind-turbines-kill-fewer-birds-than-cell-towers-cats/15683843/ и важно отметить, что кошки и вышки сотовой связи представляют гораздо более высокую смертность для птиц.

Сколько домов может питать один ветряк?

Хотя это число может сильно варьироваться в зависимости от таких факторов, как размер, ветровые условия, ремонт и длина лопастей, типичная ветряная турбина может снабжать энергией 1000-2000 домов в год. Один мегаватт мощности по производству энергии обеспечит электроэнергией около 1000 домов, а многие наземные ветряные турбины имеют мощность 2-3 МВт.

Что такое коэффициент мощности для ветряных турбин?

Коэффициент мощности — или коэффициент нагрузки — представляет собой фактическую выработку электроэнергии с течением времени, а не теоретический максимум, который может произвести турбина. Поскольку ветряные турбины не могут поддерживать пиковую производительность в любое время (даже близко) из-за меняющихся ветровых условий, простоев для обслуживания и т. д., важно учитывать коэффициент мощности в отношении ожидаемой мощности, которую турбина будет производить в течение года или более.

Установка и техническое обслуживание небольшой ветроэлектрической системы

Энергосбережение

Изображение

Если вы прошли этапы планирования, чтобы оценить, будет ли работать небольшая ветроэлектрическая система в вашем регионе, у вас уже будет общее представление о:

  • Силе ветра на вашем участке
  • Требования и условия зонирования в вашем регионе
  • Экономика, окупаемость и стимулы установки ветровой системы на вашем участке.

Теперь пришло время рассмотреть вопросы, связанные с установкой ветровой системы:

  • Размещение или поиск лучшего места для вашей системы
  • Оценка годовой выработки энергии системой и выбор правильного размера турбины и башни
  • Принятие решения о подключении системы к электрической сети.

Установка и обслуживание

Ваша система должна быть установлена ​​профессиональным установщиком. Надежный установщик может предоставить дополнительные услуги, такие как разрешение. Узнайте, является ли установщик лицензированным электриком, попросите рекомендации и проверьте их. Вы также можете обратиться в Better Business Bureau.

При правильной установке и обслуживании небольшая ветроэлектрическая система должна прослужить до 20 лет и более. Ежегодное техническое обслуживание может включать:

  • Проверка и подтяжка болтов и электрических соединений по мере необходимости
  • Машины для проверки на коррозию и правильное натяжение растяжек
  • Проверка и замена любой изношенной ленты передней кромки на лопатках турбины, при необходимости
  • Замена компонентов, таких как лопатки турбины и/или подшипники, по мере необходимости.

Ваш установщик может предоставить программу обслуживания и обслуживания или порекомендовать того, кто может это сделать.

Размещение небольшой электрической ветровой системы

Ваш профессиональный установщик должен помочь вам найти наилучшее место для вашей ветряной системы. Некоторые общие соображения, которые они обсудят с вами, включают:

  • Вопросы ветровых ресурсов  — Если вы живете в сложном ландшафте, будьте внимательны при выборе места установки. Например, если вы разместите ветряную турбину на вершине или на ветреной стороне холма, у вас будет больше доступа к преобладающим ветрам, чем в овраге или на подветренной (защищенной) стороне холма на том же участке. Вы можете иметь различные ветровые ресурсы в пределах одной и той же собственности. Помимо измерения или выяснения годовой скорости ветра, вам необходимо знать о преобладающих направлениях ветра на вашем участке. Помимо геологических образований, вам нужно учитывать существующие препятствия, такие как деревья, дома и сараи. Вам также необходимо спланировать будущие препятствия, такие как новые здания или деревья, которые не достигли своей полной высоты. Ваша турбина должна быть расположена с наветренной стороны от любых зданий и деревьев, и она должна быть на 30 футов выше всего в пределах 300 футов.
  • Вопросы системы  — Рекомендуется рассматривать только небольшие ветряные турбины, которые были протестированы и сертифицированы в соответствии с национальными стандартами производительности и безопасности. При размещении обязательно оставьте достаточно места для подъема и опускания мачты для обслуживания. Если ваша башня имеет растяжки, вы должны оставить место для растяжек. Независимо от того, является ли система автономной или подключенной к сети, вам также необходимо принять во внимание длину провода между турбиной и нагрузкой (домом, батареями, водяными насосами и т. д.). Значительное количество электричества может быть потеряно из-за сопротивления проводов — чем длиннее провод, тем больше электричества теряется. Использование большего или большего размера провода также увеличит стоимость установки. Ваши потери на проводе больше, когда у вас есть постоянный ток (DC) вместо переменного тока (AC). Если у вас длинный провод, рекомендуется инвертировать постоянный ток в переменный.

Размеры малых ветряных турбин

Небольшие ветряные турбины, используемые в жилых помещениях, обычно имеют мощность от 400 Вт до 20 киловатт, в зависимости от количества электроэнергии, которую вы хотите произвести.

Типичный дом потребляет около 10 649 киловатт-часов электроэнергии в год (около 877 киловатт-часов в месяц). В зависимости от средней скорости ветра в данном районе потребуется ветряная турбина мощностью от 5 до 15 киловатт, чтобы внести значительный вклад в эту потребность. Ветряная турбина мощностью 1,5 киловатта удовлетворит потребности дома, требующего 300 киловатт-часов в месяц, в месте со средней годовой скоростью ветра 14 миль в час (6,26 метра в секунду).

Профессиональный установщик поможет вам определить, какой размер турбины вам нужен. Сначала установите энергетический бюджет. Поскольку энергоэффективность обычно обходится дешевле, чем производство энергии, сокращение потребления электроэнергии в вашем доме, вероятно, будет более эффективным с точки зрения затрат и уменьшит размер ветряной турбины, которая вам нужна.

Высота башни ветряной турбины также влияет на то, сколько электроэнергии будет генерировать турбина. Профессиональный установщик должен помочь вам определить необходимую высоту мачты.

Оценка годовой выработки энергии

Оценка годовой выработки энергии ветряной турбиной (в киловатт-часах в год) — лучший способ определить, будет ли она и башня производить достаточно электроэнергии для удовлетворения ваших потребностей.

Профессиональный установщик поможет вам оценить ожидаемую выработку энергии. Производитель будет использовать расчет, основанный на следующих факторах:

  • Кривая мощности конкретной ветряной турбины
  • Среднегодовая скорость ветра на вашем участке
  • Высота башни, которую вы планируете использовать
  • Распределение частоты ветра — то есть оценка количества часов, в течение которых ветер будет дуть с каждой скоростью в среднем за год.

Установщик также должен скорректировать этот расчет с учетом высоты вашего участка.

Малые ветроэлектрические системы, подключенные к сети

Малые ветроэнергетические установки могут быть подключены к системе распределения электроэнергии. Такие системы называются сетевыми. Ветряная турбина, подключенная к сети, может снизить потребление электроэнергии, поставляемой коммунальными службами, для освещения, бытовых приборов, электрического отопления и охлаждения, а также для зарядки транспортных средств. Если турбина не может обеспечить необходимое вам количество энергии, коммунальное предприятие компенсирует разницу. Когда ветровая система производит больше электроэнергии, чем требуется вашему домашнему хозяйству, излишек кредитуется и используется для компенсации будущего использования электроэнергии, поставляемой коммунальными службами.

Современные ветряные турбины, подключенные к сети, будут работать только при наличии коммунальной сети. Они также могут работать во время перебоев в подаче электроэнергии, если настроены на работу в тандеме с хранилищем, чтобы сформировать домашнюю микросеть для обеспечения резервного питания.

Системы, подключенные к сети, могут быть практичными при соблюдении следующих условий:

  • Вы живете в районе со среднегодовой скоростью ветра не менее 9 миль в час (4 метра в секунду).
  • Электроэнергия, поставляемая коммунальными службами, в вашем районе стоит дорого (около 10 центов за киловатт-час).
  • Требования коммунальной службы для подключения вашей системы к сети не являются чрезмерно высокими, и имеется достаточная мощность для интеграции вашей системы.

Ваша коммунальная служба может предоставить вам список требований для подключения вашей системы к сети. Дополнительную информацию см. в разделе домашние энергетические системы, подключенные к сети.

Энергия ветра в изолированных сетевых системах

Энергия ветра может использоваться в изолированных автономных системах или системах микросетей, не подключенных к распределительной сети. В этих приложениях небольшие ветроэлектрические системы могут использоваться в сочетании с другими компонентами, включая небольшую солнечную электрическую систему, для создания гибридных энергетических систем. Гибридные энергосистемы могут обеспечить надежное автономное питание для домов, ферм или даже целых населенных пунктов (например, проект совместного проживания), которые находятся далеко от ближайших инженерных сетей.

Автономная гибридная электрическая система может оказаться полезной для вас, если приведенные ниже пункты описывают вашу ситуацию:

  • Вы живете в районе со среднегодовой скоростью ветра не менее 9 миль в час (4,0 метра в секунду).
  • Подключение к сети недоступно или может быть выполнено только через дорогостоящее расширение. Стоимость прокладки линии электропередач на удаленном участке для подключения к коммунальной сети может быть непомерно высокой.
  • Вы хотите получить энергетическую независимость от коммунальных предприятий.
  • Вы хотите производить чистую энергию.

Дополнительную информацию см. в разделе автономная эксплуатация системы.

  • Учить больше
  • Ссылки

Установка и техническое обслуживание небольшой ветряной электростанции

Малые ветроэлектрические системы Узнать больше

Планирование небольшой ветроэлектрической системы Узнать больше

Снижение потребления электроэнергии и затрат Узнать больше

Планирование домашних систем возобновляемой энергии Узнать больше

Оборудование баланса системы, необходимое для систем возобновляемой энергии Узнать больше

Системы возобновляемой энергии, подключенные к сети Узнать больше

Автономные или автономные системы возобновляемой энергии Узнать больше

Гибридные ветряные и солнечные электрические системы Узнать больше

Как работают ветряные турбины?

Офис технологий ветроэнергетики

Ветряные турбины работают по простому принципу: вместо того, чтобы использовать электричество для производства ветра, как вентилятор, ветряные турбины используют ветер для производства электроэнергии. Ветер вращает пропеллерные лопасти турбины вокруг ротора, который вращает генератор, вырабатывающий электричество.

Исследуйте ветряную турбину

Чтобы увидеть, как работает ветряная турбина, нажмите на изображение для демонстрации.

Типы ветряных турбин >

Размеры ветряных турбин >

Узнать больше >

Ветер — это форма солнечной энергии, вызванная сочетанием трех одновременных явлений:

  1. Солнце, неравномерно нагревающее атмосферу
  2. Неравномерность земная поверхность
  3. Вращение Земли.

Характер и скорость ветрового потока сильно различаются по всей территории Соединенных Штатов и зависят от водоемов, растительности и различий в рельефе. Люди используют этот поток ветра или энергию движения для многих целей: парусный спорт, запуск воздушного змея и даже производство электроэнергии.

Термины «энергия ветра» и «энергия ветра» описывают процесс, посредством которого ветер используется для выработки механической энергии или электричества. Эта механическая энергия может использоваться для определенных задач (таких как измельчение зерна или откачка воды), или генератор может преобразовывать эту механическую энергию в электричество.

Ветряная турбина преобразует энергию ветра в электричество, используя аэродинамическую силу лопастей ротора, которые работают как крыло самолета или лопасти винта вертолета. Когда ветер обдувает лопасть, давление воздуха на одной стороне лопасти уменьшается. Разница в давлении воздуха по обеим сторонам лопасти создает как подъемную силу, так и сопротивление. Подъемная сила больше, чем сопротивление, и это заставляет ротор вращаться. Ротор соединяется с генератором либо напрямую (если это турбина с прямым приводом), либо через вал и ряд шестерен (редуктор), которые ускоряют вращение и позволяют уменьшить физически размер генератора. Этот перевод аэродинамической силы во вращение генератора создает электричество.

Типы ветряных турбин

Большинство ветряных турбин подразделяются на два основных типа:

Турбины с горизонтальной осью

Деннис Шредер | NREL 25897

 

Ветряные турбины с горизонтальной осью — это то, что многие люди представляют себе, когда думают о ветряных турбинах.

Чаще всего они имеют три лопасти и работают «против ветра», при этом турбина вращается в верхней части башни, поэтому лопасти обращены к ветру.

Турбины с вертикальной осью

Майк ван Бавел | 42795

 

Ветряные турбины с вертикальной осью бывают нескольких разновидностей, в том числе модель Дарье в стиле взбивалки, названная в честь французского изобретателя.

Эти турбины всенаправленные, то есть их не нужно направлять на ветер для работы.

Ветряные турбины могут быть построены на суше или на море в больших водоемах, таких как океаны и озера. Министерство энергетики США в настоящее время финансирует проекты , чтобы облегчить развертывание морской ветроэнергетики в водах США.

Применение ветряных турбин

Современные ветряные турбины можно разделить на категории по месту их установки и способу подключения к сети:

Наземный ветер

WINDExchange

 

Мощность наземных ветряных турбин варьируется от 100 киловатт до нескольких мегаватт.

Более крупные ветряные турбины более эффективны с точки зрения затрат и сгруппированы в ветряные электростанции, которые обеспечивают большую мощность в электросети.

Морской ветер

Деннис Шредер | NREL 40484

 

Морские ветряные турбины, как правило, массивны и выше Статуи Свободы.

У них нет таких проблем с транспортировкой, как у наземных ветряных установок, поскольку крупные компоненты можно перевозить на кораблях, а не по дорогам.

Эти турбины способны улавливать мощные океанские ветры и генерировать огромное количество энергии.

Распределенный ветер

Когда ветряные турбины любого размера устанавливаются на «потребительской» стороне электросчетчика или устанавливаются в месте или рядом с местом, где будет использоваться производимая ими энергия, они называются «распределенным ветром».

Примус Ветроэнергетика | 44231

Многие турбины, используемые в распределенных приложениях, представляют собой небольшие ветряные турбины. Одиночные небольшие ветряные турбины мощностью менее 100 киловатт обычно используются в жилых, сельскохозяйственных, а также небольших коммерческих и промышленных целях.

Небольшие турбины могут использоваться в гибридных энергетических системах с другими распределенными энергоресурсами, например, в микросетях, питаемых от дизельных генераторов, аккумуляторов и фотогальваники.

Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах (где подключение к коммунальной сети недоступно) и становятся все более распространенными в приложениях, подключенных к сети, для обеспечения отказоустойчивости.

Узнайте больше о распределенном ветре из Distributed Wind Animation или прочитайте о том, что делает Управление технологий ветроэнергетики для поддержки развертывания распределенных ветровых систем для домов, предприятий, ферм и общественных ветровых проектов.

Узнать больше

Заинтересованы в энергии ветра? Справочник по малому ветру помогает домовладельцам, владельцам ранчо и малому бизнесу решить, подходит ли им энергия ветра.

Дополнительные ресурсы по энергии ветра можно найти на WINDExchange, где есть планы уроков, веб-сайты и видео для учащихся K-12, а также информация о проекте «Ветер для школ» и университетском конкурсе ветра.

Энергия 101: Производство чистой электроэнергии из ветра

Видео URL

В этом видеоролике рассказывается об основных принципах работы ветряных турбин и показано, как работают различные компоненты для улавливания и преобразования энергии ветра в электричество. См. текстовую версию.

Министерство энергетики США

History of U.S. Wind Energy

На протяжении истории использование энергии ветра то возрастало, то уменьшалось, от использования ветряных мельниц в прошлые века до высокотехнологичных ветряных турбин на ветряных электростанциях в наши дни.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.