Как работают современные ветрогенераторы. Когда появились первые ветряные мельницы. Каковы преимущества и недостатки ветроэнергетики. Какие перспективы у альтернативных источников энергии в России и мире.
История развития ветряных мельниц и ветрогенераторов
Использование энергии ветра имеет древнюю историю. Первые известные ветряные мельницы появились в Египте около II-I веков до н.э. Это были каменные сооружения барабанного типа, где ветер вращал колесо с лопастями, приводившее в движение жернов.
В VII веке н.э. более совершенные крыльчатые ветряные мельницы начали использовать персы. С VIII-IX веков такие конструкции распространились по Европе и Руси. Первоначально мельницы применялись для помола зерна, но постепенно их стали использовать и для других целей — откачки воды, приведения в действие различных механизмов.
Эволюция конструкции ветряных мельниц
До XVI века в Европе были распространены мельницы на козлах (немецкие мельницы). Их недостатками были ненадежность и ограниченная производительность. В середине XVI века в Голландии изобрели усовершенствованную шатровую мельницу, у которой поворачивалась только крыша с крыльями. Это позволило строить более высокие и мощные конструкции.
Голландия долгое время была лидером по количеству и разнообразию ветряных мельниц. Помимо помола зерна и откачки воды, их использовали для лесопилок, производства красок, масла и даже бумаги.
Зарождение современной ветроэнергетики
Новый этап в развитии ветроэнергетики начался в конце XIX века, когда ветряные мельницы стали использовать для производства электричества.
- В 1887 году шотландский академик Джеймс Блит создал первую ветровую установку для получения электричества.
- В 1888 году американский изобретатель Чарльз Браш построил более крупную ветротурбину для электроснабжения своего дома и лаборатории.
- В 1890 году датский ученый Поль ля Кур сконструировал ветряную электроустановку для производства водорода, считающуюся первым современным ветрогенератором.
В первой половине XX века ветрогенераторы стали устанавливать в труднодоступных местах. С 1920-х годов они получили распространение в США и Австралии.
Развитие ветроэнергетики в СССР и России
В Советском Союзе активное развитие ветроэнергетики началось в 1930-е годы:
- В 1930 году в Курске была установлена первая ветроэлектростанция мощностью 8 кВт.
- В 1931 году в Ялте заработала крупнейшая в мире на тот момент ВЭС мощностью 100 кВт.
- С 1950 по 1955 годы в СССР ежегодно выпускалось до 9 тысяч ветроустановок.
Однако к концу 1960-х годов ветроэнергетика уступила место крупным ТЭС, ГЭС и АЭС. Возрождение интереса к ветряным электростанциям в России произошло только в 1990-е годы.
Принцип работы современных ветрогенераторов
Современный ветрогенератор состоит из следующих основных компонентов:
- Ветроколесо (ротор) с лопастями
- Гондола с генератором и системами управления
- Башня
- Фундамент
Принцип работы ветрогенератора заключается в следующем:
- Ветер вращает лопасти ротора
- Вращение передается на вал генератора
- Генератор преобразует механическую энергию в электрическую
- Электроэнергия подается в сеть или аккумулируется
Типы современных ветрогенераторов
Существует два основных типа ветрогенераторов:
1. С горизонтальной осью вращения (крыльчатые)
Это наиболее распространенный тип, составляющий более 90% мирового рынка. Их преимущества:
- Высокий коэффициент использования энергии ветра
- Возможность создания мощных установок
- Регулировка мощности за счет изменения угла атаки лопастей
2. С вертикальной осью вращения (карусельные)
Менее распространены, но имеют ряд преимуществ:
- Работают при любом направлении ветра без переориентации
- Менее шумные
- Проще в обслуживании из-за расположения генератора внизу
Преимущества и недостатки ветроэнергетики
Преимущества:
- Экологичность — отсутствие вредных выбросов
- Возобновляемость ресурса
- Доступность — ветер есть практически везде
- Низкие эксплуатационные расходы
Недостатки:
- Непостоянство выработки энергии из-за изменчивости ветра
- Шумовое загрязнение
- Возможные помехи для радио- и телевизионных сигналов
- Необходимость больших площадей для ветропарков
Современное состояние и перспективы ветроэнергетики
Ветроэнергетика — одна из наиболее быстро развивающихся отраслей возобновляемой энергетики. По данным на 2020 год, суммарная установленная мощность ветроэлектростанций в мире превысила 740 ГВт.
Лидерами по использованию энергии ветра являются:
- Китай — 288 ГВт
- США — 122 ГВт
- Германия — 63 ГВт
- Индия — 38 ГВт
- Испания — 27 ГВт
В России развитие ветроэнергетики пока отстает от мировых темпов. На 2020 год суммарная мощность ветроэлектростанций в стране составляла около 1 ГВт. Однако потенциал для развития огромен — теоретически ветроэнергетика может обеспечить до 30% потребностей России в электроэнергии.
Перспективные направления развития ветроэнергетики
Основные тенденции в развитии современной ветроэнергетики:
- Увеличение единичной мощности ветроустановок (уже существуют модели мощностью до 15 МВт)
- Развитие офшорной (морской) ветроэнергетики
- Совершенствование систем накопления энергии для компенсации непостоянства выработки
- Создание гибридных систем (ветро-солнечных, ветро-дизельных)
- Разработка инновационных конструкций (например, безлопастных, летающих ветрогенераторов)
Ветроэнергетика имеет большой потенциал для дальнейшего развития. По прогнозам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), к 2050 году доля ветроэнергетики в мировом производстве электроэнергии может достичь 35%.
Ветровая электростанция Фортум в Ульяновской области
Ветряная электрическая станция в Ульяновской области
Почти половина инвестиций Fortum — это инвестиции в возобновляемую энергетику. Россия, традиционно сильная в гидрогенерации, имеет огромный потенциал для развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Министерство энергетики РФ сообщает, что за 2017 год в стране было построено больше мощностей возобновляемых источников энергии, чем за предыдущие два года: в 2015-2016 годах было введено 130 МВт ВИЭ, а в 2017 году — 140 МВт, из них более 100 МВт приходятся на солнечные электростанции, а 35 МВт — на первый крупный ветропарк, построенный Fortum в Ульяновской области.
С января 2018 г. ветряная электрическая станция (ВЭС) Fortum в Ульяновске включена в реестр мощности. ВЭС с установленной мощностью 35 мегаватт стала первым генерирующим объектом, который работает на основе использования энергии ветра на оптовом рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ). Ульяновская ВЭС будет получать гарантированные платежи за мощность по договору о предоставлении мощности (ДПМ) в течение 15 лет.
Монтаж каждой ветроустановки в среднем составляет пять суток. Для сборки одновременно используется два подъемные крана. Успех обеспечивают строжайшее соблюдение правил промышленной безопасности и охраны труда.
Новая ВЭС с установленной мощностью 35 мегаватт стала первым генерирующим объектом, функционирующим на основе использования энергии ветра, начавшим работу на оптовом рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ).
В 2018 г. ветряная электрическая станция (ВЭС) Fortum в Ульяновске включена в реестр мощности
По итогам первого полугодия 2018 года Ульяновская ВЭС-1 выработала 48,6 млн кВт*ч чистой энергии. Коэффициент использования установленной мощности составил 32%. УВЭС-1 – в числе мировых лидеров по эффективности.
180 дней работы УВЭС
В 2017 году ПАО «Фортум» и РОСНАНО создали совместный инвестиционный фонд развития ветроэнергетики в России. Фонд получил право на строительство 1000 МВт на основе использования возобновляемых источников энергии в 2018-2022 годах
Мощность ветра
Что такое ветроэнергетика?Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра.
Это перспективное направление, базирующейся на неисчерпаемом природном ресурсе. В последние годы освоение энергии ветра происходит весьма стремительно по всему миру. Прослеживается тенденция к дальнейшему развитию распространения технологии.
Как работают ветряные электростанции?Ветряная электростанция — это несколько ВЭУ, собранных в одном или нескольких местах и объединенных в единую сеть.
Ветроэлектрическая установка представляет собой устройство для выработки электроэнергии путем преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию с использованием низкооборотного генератора с прямым приводом на постоянном магните. Это оптимизирует эксплуатационный режим, снижает шум и повышает надежность ВЭУ в целом.
Как используется энергия ветра?Электричество, создаваемое ВЭС, поступает на оптовый рынок электроэнергии и мощности. Затем наравне с энергией, полученной другими способами, обеспечивает ресурсом потребителей.
Но в отличие от других источников энергия ветра возобновляется, а ее производство не приносит вреда экологии.
Поэтому она играет важную роль в переходе к чистому энергетическому будущему.
Элементы башенной конструкции сделаны из низколегированной конструкционной стали марки S355J2. Аналогичный высокопрочный металл используют для производства опор ЛЭП, мостов, нефтяных и газовых морских платформ. Производство башен для ВЭУ осуществляется в Таганроге (Ростовская область).
Однако самой сложной в производстве частью ветроустановок является лопасть. Она изготавливается из композитных материалов и представляет собой цельную 62-метровую конструкцию. Технологии создания лопасти во многом идентичны производству крыла самолета.
Ветровые турбины устанавливаются в районах с регулярным ветром. Россия имеет огромный потенциал в этом направлении. В регионах, где стабилен данный энергоресурс, рационально строить ветряные электростанции. Но если ветер непостоянен, то, возможно, целесообразнее подумать о солнечной электростанции.
Не наносят ли ветряки вред окружающей среде?Большинство ученых и представителей экспертного сообщества сходятся во мнении, что объекты ветро- и солнечной энергетики вносят большой вклад в минимизацию антропогенного воздействия на климат и окружающую среду. Электроэнергия от объектов ВИЭ замещает выработку традиционных электростанций, работающих на угле или газе, благодаря чему снижаются выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.
При проектировании ветропарков всегда проводятся орнитологические наблюдения, изучаются маршруты миграции птиц в районе.
Операционный портфель «Фортум» в области возобновляемой энергетики превысил 1 ГВт
Компания является активным участником развития возобновляемых источников энергии в России.
ПодробнееСолнце
Солнечные электростанции Fortum в России
ПодробнееВетряные электростанции и отключение электричества в Техасе: есть ли связь?
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Автор фото, Getty Images
Аномальные холода и метель на юге США оставили миллионы людей без электричества. В Техасе энергосистема не выдержала резкого роста потребления, и в штате начались масштабные отключения электричества.
Перебои в энерго- и газоснабжении сохраняются до сих пор. Власти Техаса говорят о необходимости “сохранения баланса между снабжением и потреблением”, чтобы избежать дальнейших масштабных отключений электроэнергии.
Губернатор Техаса Грег Эбботт запретил экспорт природного газа до 21 февраля и назвал ситуацию с отключениями электроэнергии недопустимой. Он призвал расследовать действия техасской компании, отвечающей за местные энергосети, чтобы выяснить «причины всех ошибок, приведших к такому результату».
Республиканцы и некоторые СМИ связали отключение электричества с ростом доли ветряных электростанций в энергосистеме штата.
“Все работало прекрасно до того момента, пока не наступили холода, — утверждает политический обозреватель и ведущий телеканала Fox News Такер Карлсон. — Ветряные мельницы тут же вышли из строя как никчемные модные игрушки, и люди в Техасе начали умирать [от холода]”.
Что произошло на самом деле?
Сильный холод привел к перебоям в работе энергосистемы Техаса.
Действительно, ветряные турбины остановились из-за мороза. Но из-за холодов перестало также работать и оборудование на газовых скважинах и АЭС.
Поскольку газ и другие невозобновляемые источники энергии являются основными для энергосистемы Техаса (в особенности в зимние месяцы), именно перебои в работе газовых станций и АЭС, а не ветряных электростанций, привели к масштабным отключениям электричества.
Автор фото, Getty Images
Поэтому, когда кто-то говорит, что из-за остановки ветряных турбин производство электроэнергии на ветряных электростанциях упало в два раза, то, как правило, забывает о том, что производство электроэнергии также в два раза упало на АЭС, на газовых электростанциях, а также станциях, работающих на угле и других невозобновляемых источниках энергии.
Ветроэнергетика активно развивается в Техасе на протяжении последних 15 лет. На ветряные электростанции приходится до 20% производимой в штате электроэнергии.
Еще 10% производят АЭС, а остальные почти 70% приходится на ископаемые виды топлива.
- Снег и морозы не отпускают Техас и другие южные штаты США
- В обычно жарком Техасе сейчас рекордные морозы. С чем это связано?
- Снежная буря на юге США: больше 20 погибших, миллионы без электричества
Пропустить Подкаст и продолжить чтение.
Подкаст
Что это было?
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
эпизоды
Конец истории Подкаст
По данным техасского Совета по обеспечению надежности электроснабжения (Ercot), из-за холодов производство электроэнергии на газовых, угольных электростанциях, а также на АЭС упало на 30 гигаватт. Тогда как выход из строя электростанций, работающих на возобновляемых источниках энергии, привел к падению производства электроэнергии на 15 гигаватт.
По данным совета, такое сокращение производство энергии привело к тому, что не был удовлетворен пиковый спрос на электроэнергию в 69 гигаватт. Рост потребления электроэнергии в холодные дни оказался выше, чем ожидалось.
Ведомство не рассчитывало на большой вклад ветряных электростанций в условиях экстремально холодной зимы: по данным совета, в морозные дни ветряные электростанции должны были произвести только 7% от необходимой штату электроэнергии.
Также не следует забывать, что холода привели к перебоям с водоснабжением. Из-за недостатка воды пришлось отключить один из реакторов АЭС в Южном Техасе.
“Нельзя винить в создавшейся ситуации какой-то один источник энергии”, — считает эксперт по электроснабжению Университета Техаса в Остине Джошуа Родс.
По его словам, обычно в случае нештатных ситуаций предполагается, что пиковое потребление будет продолжаться в течение нескольких часов. Сейчас же речь идет уже о нескольких днях.
Автор фото, Getty Images
Могут ли другие штаты помочь Техасу?
Техас — единственный штат в США с автономной системой электроснабжения. Обычно система энергоснабжения штата работает без перебоев. Кроме того, штат производит электроэнергии больше, чем необходимо для внутреннего потребления, и может экспортировать ее в другие штаты.
Однако в нештатных ситуациях (как, например, наступившие холода) Техас не может рассчитывать на помощь других штатов из-за автономной работы своей энергосистемы. Поэтому избежать отключения электричества при резком и значительном ухудшении погодных условий довольно сложно.
Введение в заблуждение
На фоне споров по поводу связи использования возобновляемых источников энергии и отключениями электричества в соцсетях появились вводящие в заблуждение публикации.
Например, на одном из фото, которым пользователи активно делятся в «Твиттере» и «Фейсбуке», изображен вертолет, с которого производится противообледенительная обработка ветряной турбины.
В подписи утверждается, что этот снимок сделан в Техасе. Фото в соцсетях сопровождается текстом, в котором экологичность ветряных электростанций ставится под сомнение: ведь для ее обслуживания задействован вертолет, работающий на ископаемом топливе, и он распыляет противообледенительную жидкость, которая производится с использованием ископаемого топлива.
Как выяснила Би-би-си, на самом деле эта фотография сделана в Швеции в 2016 году. Снимок был опубликован несколько лет назад шведской компанией Alpine Helicopter. По данным компании, на фотографии запечатлен вертолет, который очищает турбину от льда с помощью горячей воды.
Альтернативная энергия — обузданный ветер — Экология и промышленная безопасность
Ветряные мельницы до XIX века
Долгие столетия благодаря ветру человек передвигался по морям и океанам, используя для «ловли» воздушных потоков паруса. Примерно II-I веками до н.э. датируются первые известные ветряные мельницы, найденные в Египте возле города Александрия.
Более совершенные ветряные мельницы крыльчатой конструкции в VII веке н.э. стали использовать персы, проживавшие на территории современного Ирана. С VIII-IX веков ветряные мельницы распространились по Европе и Руси. Поначалу эти мельницы мололи зерно, но постепенно человек начал применять их также для откачки воды и приведения в действие различных механизмов. В частности, голландцы таким образом осушали польдеры — участки земли, обнесенные дамбами.
Персидская ветряная мельница
До середины XVI столетия в Европе были распространены так называемые мельницы на козлах (иначе — немецкие мельницы). Их недостатками являлись ненадежность (опрокидывались бурей) и ограниченная производительность ввиду того, что козловые мельницы поворачивались вручную в сторону ветра с помощью козел (отсюда и название), а значит — строились не слишком большими.
Но в середине XVI века в Голландии изобрели мельницу, в которой двигалась лишь крыша с крыльями. Усовершенствованные мельницы стали называть шатровыми (или голландскими). Такие мельницы строили очень высокими, что позволяло закреплять на них более длинные крылья, тем самым увеличивая мощность. Сегодня самыми высокими в мире ветряными мельницами считаются голландские ветряки под названием «Север» и «Свобода», чья высота превышает 33 метров.
Мельница в голландском местечке Киндердейк
В свое время Голландия являлась «лидером» по количеству ветряных мельниц, которые использовались не только для помола зерен и откачки воды. Получили распространение красильные, масляные, лесопильные мельницы. Именно для лесопилки была построена в Петербурге ветряная мельница, конструкцию которой Петр I лично изучил у голландских мастеров. Даже бумагу изготавливали с помощью ветряных мельниц, и ныне в голландском местечке Заансе Сханс можно увидеть последнюю мельницу (под названием «Учитель») для производства бумаги.
Не случайно очень долгое время бумага из Голландии считалась самой лучшей, и американская «Декларация Независимости» как раз и была напечатана на такой бумаге.
Новая жизнь ветряных мельниц
Появление более совершенных технологий, казалось, отправит ветряные мельницы в область туристических диковинок. Однако достаточно быстро люди разобрались, что таким «дедовским» способом, т.е. с помощью ветряков, можно получать энергию электричества.
В июле 1887 года шотландский академик и профессор Джеймс Блит (James Blyth) предпринял попытку создания ветровой установки для получения электричества. В 1891-м он получил патент на свое изобретение. 10-метровый ветряк с крыльями, обтянутыми тканью, был установлен в шотландском городе Marykirk и производил электроэнергию для освещения. Правда, коммерческого успеха Блит не добился.
Зимой 1887-1888-го, уже в Соединенных Штатах, Чарльз Ф. Браш (Charles F. Brush) создал ветряную турбину, которая питала электроэнергией его дом и лабораторию вплоть до 1900 года.
Ветряная турбина Чарльза Браша.
В 1890 году датский ученый и изобретатель Поль ля Кур (Poul la Cour) сконструировал ветряную электроустановку для производства водорода. Данная установка считается первым электроветряком современного типа. В первой половине прошлого века ветрогенераторы стали устанавливаться в тех местах, куда обычным путем электричество доставить было невозможно. С 20-х годов прошлого века ветрогенераторы начали появляться в США и Австралии.
В России в 1918 году получением электричества с помощью ветра заинтересовался профессор В. Залевский. Он создал теорию ветряной мельницы и сформулировал ряд принципов, которым должен отвечать ветрогнератор. В 1925-м профессор Н. Жуковский организовал отдел ветряных двигателей в Центральном аэрогидродинамическом институте.
В 30-х годах ХХ века руководство Советского Союза всерьез озаботилось использованием энергии ветра. Было налажено производство ветроустановок мощностью 3-4 кВт, причем выпускались они сериями.
Самую первую ветроэлектрическую станцию в СССР установили в 1930 году в городе Курске. Мощность станции равнялась 8 кВт.
В 1931 году в СССР заработала самая крупная в мире Ялтинская ВЭС мощностью 100 кВт. Строительство и установка ветрогенераторов шло высокими темпами вплоть до начала 60-х. Достаточно сказать, что с 1950 по 1955 годы Союз выпускал до 9 тысяч ветроустановок ежегодно. Когда осваивалась целина в Казахстане, советские люди соорудили первую многоагрегатную ВЭС, работавшую совместно с дизелем; общая мощность данной установки составляла 400 кВт. Эта ВЭС стала примером для современных систем «ветро-дизель».
Однако к концу 60-х ветроэнергетика Советского Союза уступила место крупным ТЭС, ГЭС и АЭС, и серийное производство «ветряков» было свернуто. К ВЭС вернулись в 90-е годы ХХ века, не в пример США и Европе. Начало же современной ветроэнергетики принято отсчитывать от 1979 года.
Современное состояние ветроэнергетики
Любопытно, что примерно до середины 90-х годов прошлого века по суммарной мощности ветроэнергетических установок первенство держали США.
Однако в 1996 году в Западной Европе оказалось 55% мировых мощностей ветроэлектростанций.
Изменились и сами электроветряки. До середины 90-х ХХ века в мире больше всего производили ветрогенераторов мощностью от 100 до 500 кВт. Затем наметилась тенденция к выпуску установок мощностью до 2000 кВт. Это поистине исполинские ветряки, высота которых превышает 100 метров.
Несмотря на постоянно увеличивающиеся темпы роста числа ветроэлектростанций, доля электроэнергии, получаемой силой ветра, составляет чуть более 1% от общей величины выработки электроэнергии в мире. Однако в отдельных странах эта доля существенно выше, например, в Дании она составляет более 20%, в Германии — 14,3% (по данным 2007 года), в Индии — около 3% (по данным 2005 года).
Потенциал ветровой энергии Российской Федерации составляет более 50 000 миллиардов кВт·ч/год. В переводе на язык экономики — это приблизительно 260 миллиардов кВт·ч/год, что равняется примерно 30% от электроэнергии, производимой всеми отечественными электростанциями.
На 2006 год установленная мощность ветровых электростанций в России равнялась примерно 15 МВт.
«Куликовская» ВЭС
Одна из самых мощных российских ветроэлектростанций размещается в районе поселка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Ее мощность — 5,1 МВт (ветропарк состоит из 21 ветроэнергетической установки, занимает примерно 20 гектар и способен обеспечить электричеством 145 квартир), а среднегодовая выработка — около 6 млн кВт·ч/год. Также стоит назвать Анадырскую ВЭС мощностью 2,5 МВт на Чукотке.
В ближайшие годы в самых разных странах мира планируется существенно увеличить количество получаемой электроэнергии от ветряков. Однако распространение ВЭС может быть затруднено по ряду причин, о которых речь пойдет ниже.
Минусы ветроэнергетики
Итак, какие же существуют главные минусы у ветроэнергетики? Во-первых, сила ветра непостоянна. Поэтому существует опасность нарушения работы общей энергосистемы (которая сама по себе «страдает» от пиков и спадов нагрузки) в том случае, если в ней будет присутствовать значительная доля электроэнергии, получаемой от ВЭС (согласно некоторым расчетам — эта доля в 20-25%).
Кроме того, «нестабильность» ветра вынуждает человека думать о резервных источниках электроэнергии, которые бы могли в нужный момент компенсировать недостающую часть электроэнергии. В качестве примера такого резерва можно привести газотурбинные электростанции либо аккумуляторы. Все это приводит к повышению стоимости ветровой электроэнергии.
Во-вторых, ветряные энергетические установки издают приличный шум, что вынудило в ряде европейских стран принять закон, ограничивающий уровень шума ветряков до 45 дБ днем и до 35 дБ в ночное время. К шуму добавляется низкочастотная вибрация, передающаяся через почву. Вот почему жилые дома размещаются обычно на расстоянии 300 метров и более от ветряных энергетических установок.
В-третьих, металлические составляющие ветряков производят радиопомехи, из-за чего в некоторых местах приходится даже строить рядом дополнительные ретрансляторы.
Безусловно, нестабильность ВЭС в плане подачи электроэнергии — самая главная их беда, а с остальными недостатками ветряков вполне можно мириться.
Тем более, что хоть значительные территории вокруг ветряных установок вынужденно безлюдны, однако они не пустуют, а практически полностью сдаются в аренду фермерским (либо иным) хозяйствам.
Типичный современный ветропарк
В связи с этим, логично выглядит идея перевода ВЭС на выдачу не электрической энергии промышленного качества (~ 220В, 50 Гц), а постоянного или переменного тока, который бы затем преобразовывался с помощью ТЭНов в тепло, например, для получения горячей воды, обогрева и прочих нужд. В этом случае проблема бесперебойности подачи тока уходит на второй план.
Кроме того, в мире функционируют ветродвигатели, с помощью которых не добывают электричество, а подымают воду из колодцев. Подобные установки находятся в Казахстане, Узбекистане и ряде других стран. Как видим, и в современном мире ветряки применяются достаточно широко.
Ветрогенераторы как они есть
Основными узлами ветрогенератора являются: винт, вращаемый силой ветра, корпус, генератор и аккумулятор.
Помимо стационарных существуют мобильные ветроэлектростанции, мощности которых хватает на питание электроприборов.
Мощность ветрогенератора напрямую связана с площадью, заметаемой лопастями генератора. Самые большие в мире ветрогенераторы выпускает немецкая компания «Repower»: диаметр ротора у таких турбин составляет 126 метров, вес гондолы — 200 тонн, высота башни — 120 метров, а мощность может доходить до 6 МВт.
Самая распространенная конструкция ветрогенератора — с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения, хотя можно и сегодня увидеть двухлопастные установки. На текущий момент в мире распространены ветродвигатели двух типов: карусельные и крыльчатые. Встречаются также барабанные и другие конструкции.
У карусельных (роторных) ветрогенераторов на вертикальную ось «насажено» колесо с лопастями. В отличие от крыльчатых, такие ветряки способны функционировать при любом направлении ветра, не меняя своего положения. Это тихоходные установки, не создающие большого шума.
В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах — это допускает применение простых электрических схем без опасности потерпеть аварию при порыве ветра.
Крыльчатые ветряки — это лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения. Крыло-стабилизатор позволяет устанавливать систему в самое выгодное положение относительно потока ветра. Небольшие крыльчатые ВЭС постоянного тока соединяют с электрогенератором напрямую (без мультипликатора), более мощные снабжаются редуктором. На мировом рынке доля крыльчатых ВЭС превышает 90%, чему причина — высокий коэффициент использования энергии ветра.
Среди альтернативных конструкций стоит упомянуть ветряные системы, в которых нет движущихся частей. Проносящийся ветер в них охлаждается и, благодаря термоэлектрическому эффекту Томсона, способствует вырабатыванию электрической энергии.
А есть ли перспективы?
Безусловно, перспективы имеются. Ветряные установки вот уже более ста лет помогают человеку получать электричество буквально из ничего, используя лишь кинетическую энергию воздушных масс атмосферы.
Тем самым, экономятся традиционные виды топлива (дрова, уголь, нефть, природный газ), уменьшается загрязнение окружающей среды.
Глобальный экономический кризис, за развитием и, надеемся, благополучным концом которого мы наблюдаем сегодня, дает много пищи для размышлений, и в частности, наводит на мысль о переходе на альтернативные источники энергии. Высокие цены на нефть, перебои с поставками природного газа (в Европу, в частности) дают ветроэнергетике отличный шанс для дальнейшего развития. Не случайно ведь за рубежом альтернативная энергетика начала серьезный рост после нефтяного кризиса середины 70-х годов прошлого века. Поначалу ветроэнергетику дотировало государство, но сегодня данный вид энергетики является прибыльным делом, хотя и регулируется госструктурами. В России, кстати, необходимой законодательной базы для развития ветроэнергетики нет, по этой причине (а также из-за отсутствия серьезных инвестиций; ветропарк Куликовской ВЭС — дар властей Дании!!!) в нашей стране действуют не более четырех десятков скромных ВЭС, дающих суммарно менее 0,1% вырабатываемой в РФ энергии.
Ветроэнергетика наличествует в более чем 50 странах мира. Страны-лидеры по суммарно установленным мощностям: Германия (18428 МВт), Испания (10027 МВт), США (9149 МВт), Индия (4430 МВт), Дания (3122 МВт), Нидерланды (1290 МВт), Китай (1260 МВт) и Португалия (1000 МВт).
Если до недавнего времени ветроэнергетика активно развивалась в странах ЕС и США, то сегодня ВЭС в больших количествах возводят в Канаде, Азии, Южной Америке, Австралии, Африке (на прародине А.С. Пушкина в этом деле преуспевает Египет).
Тенденция такова, что энергией ветра скоро начнут питать не отдельные дома, а целые поселки и города, поначалу, конечно, совсем небольшие. Одной из таких «ласточек» стал в 2008-м городок Rock Port (штат Миссури) — первый город в США, получающий 100% энергии от ветропарка (проект Wind Capital Group). Так называемая «малая ветроэнергетика» тоже может быть причислена к перспективным направлениям энергетики.
Ветроэнергетика сегодня — это стремительно развивающаяся отрасль.
Об этом говорят и цифры — в 2008 году общая мощность ветряной энергетики во всем мире составила 120 ГВт. Надеемся, что и Россия не останется в стороне от тенденций развития альтернативной энергетики, использующей для получения электричества или тепла силу ветра (а также приливы-отливы, геотермальные источники и т.д.), благо территории и ветрового потенциала в России предостаточно.
Ветряные мельницы на заднем дворе ?: Подробно | Журнал STANFORD
В: Почему мы не можем установить ветряные мельницы на заднем дворе и использовать энергию индивидуально для личного пользования? Это ограничение, как хранить его и подавать в мои электрические цепи, или что? Это стоимость или шумовое загрязнение для моих соседей, или просто еще не разработана бытовая система?
Вопрос от Марии Шмидт, 79 лет, Форт-Уэрт, Техас
Министерство энергетики США (DOE) предлагает контрольный список, чтобы убедиться, что малые ветроэнергетические проекты являются правильным выбором для отдельных домовладельцев: достаточно ли ветра? У вас достаточно места? Разрешены ли вышки в вашем районе? И, наконец, сколько энергии вы можете производить?
Изучив контрольный список, становится ясно, почему не у каждого из нас есть ветряные мельницы на заднем дворе, несмотря на то, что эта технология коммерчески доступна.
(Вы можете купить ветряные мельницы высотой от девяти футов с лопастями шириной шесть футов, хотя большинство из них имеют размеры больше в диапазоне 60 футов в высоту с диаметром лопастей 23 фута.) Одна новая турбина, вызывающая ажиотаж в ветровом сообществе, — это Skystream 3.7. , который хвалят за его размер (10-футовые лопасти), эффективность при низких скоростях ветра (они могут хорошо работать при среднегодовой скорости ветра выше 12 миль в час) и относительно низкую цену (15 000 долларов).
Ветровые ресурсы
Для успешной эксплуатации домашнего ветра средняя скорость ветра в вашем регионе должна быть не менее девяти миль в час. Министерство энергетики составляет карту ветровых ресурсов в Соединенных Штатах. Как показано на карте, места с наибольшими ветровыми ресурсами обычно находятся на Великих равнинах, вдоль горных вершин и на побережье. Инфографика: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США
высота 50 метров в воздухе — это более 160 футов или 16 этажей! И обобщения часто неверны — средняя скорость ветра будет сильно зависеть от конкретных условий на вашем участке.
Вы можете использовать устройство, называемое анемометром, для измерения скорости ветра на заднем дворе с течением времени — вы даже можете сделать его самостоятельно из старого пластикового пасхального яйца, как только вы съели вкусности внутри.
Место для роста
Что насчет пространства? По данным компании Southwest Windpower, занимающейся производством ветряных электростанций, идеальное место для ветряной турбины — 20 футов над любым окружающим объектом в радиусе 250 футов. Министерство энергетики также рекомендует, чтобы башня располагалась как минимум на одном акре земли, что исключает большинство горожан.
Кроме того, многие местные законы запрещают строительство башен и высотных сооружений. После нескольких лет обсуждения в городском совете жители города Айлип на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк, недавно получили рекомендации по установке личных ветряных мельниц: они не должны превышать 45 футов в высоту, располагаться близко к границе собственности или быть громче обычного автомобиля.
движение.
Покажите мне мощность
Решающим фактором, однако, должно быть то, сколько электроэнергии вы можете произвести. Небольшой ветрогенератор, который вы можете поставить на заднем дворе, может иметь мощность около одного киловатта. Среднегодовая скорость ветра девять миль в час будет производить более 200 киловатт-часов электроэнергии в год, а средняя скорость ветра 14 миль в час может производить более 600 киловатт-часов в год. Звучит неплохо, пока вы не поймете, что в среднем домохозяйство в Соединенных Штатах потребляет около 10 000 киловатт-часов в год. Даже в очень порывистом месте вам понадобится около 17 небольших ветряных турбин только для питания одного дома!
Размер имеет значение
Чем больше лопасти и чем больше скорость ветра, тем больше электроэнергии может генерировать ветряная турбина. Один большой ветряк мощностью 5 мегаватт может производить 15 000 000 киловатт-часов в год, что достаточно для питания 150 домов. Мы часто не понимаем, насколько велики эти ветряные электростанции, вероятно, потому, что мы часто видим их издалека — эта пятимегаваттная ветряная мельница будет иметь высоту почти 400 футов, или почти на 100 футов выше, чем Статуя Свободы, плюс ее пьедестал плюс его основание! Когда дело доходит до ветряных мельниц, безусловно, существует эффект масштаба, когда непропорционально больше энергии генерируется за счет увеличения размера и скорости ветра. Иными словами, удвоение скорости ветра приводит к восьмикратному увеличению мощности, доступной для ветрогенератора.
Эта экономия за счет масштаба также влияет на финансовые и энергетические затраты на производство небольших ветряных мельниц. Энергоотдача от небольших турбин невелика, что делает как стоимость энергии, так и стоимость производства турбины высокими. В 2008 году Carbon Trust в Соединенном Королевстве опубликовал исследование, показывающее, что из-за такой низкой выработки энергии небольшие турбины фактически являются чистыми выбросами углерода.
Таким образом, для большинства людей установка небольшого ветряка на заднем дворе принесет столько же пользы для выработки энергии, сколько и установка солнечной панели в сарае. Тем не менее, для некоторых отдельных домовладельцев это все же может иметь смысл, особенно в сельской местности. К счастью, есть несколько компаний, специализирующихся на коммерческих ветряных мельницах. Вот несколько примеров компаний и спецификаций, которые различаются для небольших (10 киловатт или меньше) турбин.
| Компания | Киловатт Рейтинг | Ротор Диаметр (футы) | Пуск скорость (миль/ч) | Турбина Стоимость | Минимум Высота башни (футы) |
|---|---|---|---|---|---|
| Изобилие Возобновляемая энергия | 2,5 | 12 | 6 | 12 000 долларов США | 43 |
| АэроСтар | 10 | 22 | 8 | 40 | |
| Аэроэкология | 1 | 6 | 5 | 9 | |
| Бержи | 10 | 22 | 7 | 23 000 долларов США | 60 |
| Обновленный | 5 | 21 | 4 | 15 000 долларов США | 39 |
| Юго-Запад Ветроэнергетика | 2,4 | 10 | 8 | 15 000 долларов США | 33,5 |
| Вентера | 10 | 26 | 6 | 12 000 долларов США | 35 |
| Ветряная турбина Industries Corp.  | 10 | 23 | 8 | 32 000 долларов США | 80 |
Хотя малый ветер, возможно, никогда не станет основным, у ветра есть большой потенциал как у возобновляемого источника чистой энергии местного и общественного масштаба. Фактически, Министерство энергетики призвало к 2030 году увеличить долю энергии ветра в электроснабжении страны до 20 процентов. В то время как энергия ветра значительно увеличивается с каждым годом, в 2007 году ветер производил только 0,8 процента электроэнергии страны. Препятствия на пути к достижению цели Министерства энергетики прямо сейчас связаны не с технологиями, а с инфраструктурой: проблемой передачи чистой энергии от ветряных электростанций с постоянным потоком ветра в дома людей, которые могут быть за сотни миль. (В конце концов, люди не часто предпочитают жить в самых ветреных частях самых ветреных регионов страны.)
Для получения дополнительной информации существует множество ресурсов в Интернете.
«Слабый ветер» — это поисковый термин для использования. Во-первых, Американская ассоциация ветроэнергетики является самопровозглашенным центром ветроэнергетики.
Рэйчел Адамс кандидат биологических наук.
Ветроэнергетика Факты и статистика
Факты
Факты
Сегодня около 70 000 ветряных турбин по всей стране производят чистую и надежную электроэнергию. Ветроэнергетическая мощность составляет 139ГВт, что делает его четвертым по мощности источником электроэнергии в стране. Этой энергии ветра достаточно, чтобы обслуживать эквивалент 43 миллионов американских домов.
Отчеты
Это первое в своем роде исследование подробно описывает потенциал экологически чистой энергии для обеспечения экономического роста и достижения большей части производства электроэнергии из возобновляемых источников в течение следующего десятилетия.
Скачать
Экономический вклад
За последнее десятилетие в ветер было инвестировано 151 миллиард долларов.
Только в 2021 году отрасль инвестировала в новые проекты 20 миллиардов долларов.
Экологические преимущества
Ветер помогает избежать 329 миллионов метрических тонн выбросов CO2 в год, что эквивалентно выбросам 71 миллиона автомобилей.
Основной сектор занятости
В отрасли занято более 120 000 американцев во всех 50 штатах, в том числе около 24 000 рабочих мест в области ветроэнергетики на более чем 500 объектах.
Быстрорастущие рабочие места
Техник по ветряным турбинам — вторая по темпам роста профессия в стране, увеличившаяся на 68% за следующее десятилетие.
Работа для ветеранов США
В ветроэнергетике США нанимают американских ветеранов на 50% больше, чем в среднем по стране.
Стабильные налоговые поступления
Ветровые проекты приносят примерно 1,9 доллара США.миллиардов государственных и местных налоговых платежей и платежей за аренду земли каждый год.
Как работает энергия ветра
Ветер дует
Энергия ветра (или энергия ветра) относится к процессу создания электричества с использованием ветра или воздушных потоков, которые естественным образом возникают в земной атмосфере.
Современные ветряные турбины используют кинетическую энергию ветра для выработки электроэнергии. Первый шаг — ветер, дующий на лопасти турбины.
Как работает энергия ветра
Гигантские лопасти вращаются
Ротор лопастей вращает главный вал, соединенный с коробкой передач, которая преобразует низкоскоростную мощность с высоким крутящим моментом в высокую скорость с низким крутящим моментом, которая передается на генератор. Некоторые турбины с прямым приводом пропускают ступень редуктора и напрямую возбуждают компоненты генератора электроэнергии.
Как работает энергия ветра
Вращающиеся лопасти передают энергию
В ветряных турбинах используются различные конструкции трансмиссии для извлечения энергии. Некоторые из них имеют прямой привод, в котором отсутствует коробка передач, а некоторые имеют среднескоростной редуктор, который, по сути, представляет собой смесь редуктора и прямого привода. Во всех вариантах конструкции генераторы создают электроэнергию за счет мощности вращения лопастного ротора.
Как работает энергия ветра
Кондиционирование, сбор и экспорт
Ветряные турбины производят энергию постоянного тока, которая преобразуется в электроэнергию переменного тока с помощью преобразователей мощности и передается по кабелям, проложенным по всей территории ветряной электростанции. Затем электроэнергия высокого напряжения доставляется в энергосистему коммунального предприятия, которая передает ее в дома, на предприятия и другим конечным пользователям.
Сколько ветра нужно для работы ветряка? Типичная современная турбина начинает вырабатывать электричество, когда скорость ветра достигает шести-девяти миль в час (миль в час), что называется скоростью включения. Турбины отключаются, если ветер дует слишком сильно (примерно 55 миль в час), чтобы предотвратить повреждение оборудования. В течение года современные турбины могут вырабатывать полезное количество электроэнергии свыше 90% времени. Например, если ветер на турбине достигает скорости включения от шести до девяти миль в час, турбина начнет вырабатывать электроэнергию.
По мере увеличения скорости ветра увеличивается и производство электроэнергии.
Энергия ветра лишь незначительно увеличивает общую изменчивость энергосистемы, поскольку большинство изменений в выработке энергии ветра компенсируются противоположными изменениями спроса на электроэнергию или других источников снабжения. Крупная электростанция может внезапно отключиться в любое время, что вынуждает операторов держать наготове большое количество быстродействующих и дорогостоящих резервов 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Изменения ветра, как правило, постепенны и предсказуемы, что делает их гораздо менее затратными для использования менее дорогих, более медленно действующих резервов. Когда ветряные турбины рассредоточены по большой территории, их мощность становится гораздо более постоянной, и их становится еще легче разместить. Кроме того, современные ветряные электростанции могут обеспечивать такие же услуги по обеспечению надежности сети, как и обычные электростанции, а во многих случаях даже лучше, чем обычные электростанции, благодаря использованию своих сложных средств управления и силовой электроники.
Он измеряет количество электроэнергии, производимой ветряной турбиной за определенный период времени (обычно год) по отношению к ее максимальному потенциалу. Например, предположим, что максимальная теоретическая мощность ветровой турбины мощностью 2 мегаватта в год составляет 17 520 мегаватт-часов (дважды 8760 часов, количество часов в году). Тем не менее, турбина может производить только 7 884 мегаватт-часа в течение года, потому что ветер не всегда дул достаточно сильно, чтобы вырабатывать максимальное количество электроэнергии, которое турбина могла производить. В этом случае коэффициент мощности турбины составляет 45% (7 884, деленное на 17 520). Это не означает, что турбина вырабатывала электричество только 45% времени. Современные ветряные электростанции часто имеют коэффициент мощности более 40%, что близко к некоторым типам угольных или газовых электростанций.
Как энергия ветра попадает к вам? Турбины на ветряной электростанции соединены таким образом, чтобы вырабатываемая ими электроэнергия могла передаваться от ветряной электростанции в энергосистему.
Как только энергия ветра будет включена в основную энергосистему, электроэнергетические компании или энергетические операторы будут направлять электроэнергию туда, где она нужна людям. Меньшие линии электропередач, называемые распределительными, собирают электроэнергию, вырабатываемую ветровой электростанцией, и транспортируют ее к более крупным «сетевым» линиям электропередач, по которым электроэнергия может передаваться на большие расстояния в места, где она необходима. Наконец, небольшие распределительные линии доставляют электроэнергию прямо в ваш город, дом или офис.
Ветряные турбины бывают разных размеров и конфигураций и производятся рядом как отечественных, так и международных компаний. Вообще говоря, существует три основных типа ветряных турбин: коммунальные, морские ветряные и распределенные или «малые» ветряные. Подавляющее большинство установленных турбин и энергии, вырабатываемой ветряными турбинами, поступает от ветряных турбин коммунального масштаба, а меньшая, но быстрорастущая доля — от морских ветряных турбин.
Мощность ветряных турбин коммунального масштаба варьируется от 100 киловатт до нескольких мегаватт. Электроэнергия доставляется в энергосистему и распределяется конечному потребителю электроэнергетическими компаниями или операторами энергосистемы. Оффшорные ветряные турбины также представляют собой ветряные турбины коммунального масштаба, которые устанавливаются в больших водоемах, обычно на континентальном шельфе. Морские ветряные турбины крупнее наземных и могут генерировать больше энергии. Распределенный или «малый» ветер — это одиночные небольшие ветряные турбины мощностью менее 100 киловатт, которые используются для прямого питания дома, фермы или малого бизнеса и не подключены к сети.
Wind снизилась на 47% за последнее десятилетие благодаря усовершенствованным технологиям и производству в США, что делает его конкурентоспособным с другими источниками энергии и самым дешевым новым источником электроэнергии во многих частях страны.
Влияет ли энергия ветра на птиц и других диких животных? Ветер — это серьезное решение проблемы изменения климата, представляющее наибольшую угрозу для многих видов и мест их обитания.
Энергия ветра гораздо менее вредна для дикой природы, чем традиционные источники энергии, которые она вытесняет, в том числе для птиц и их жизненно важных мест обитания. В целом ветер вызывает менее 0,01% всех смертей птиц, связанных с человеком. Другие причины включают здания (550 миллионов), линии электропередач (130 миллионов), автомобили (80 миллионов), отравление пестицидами (67 миллионов), а также радиовышки и вышки сотовой связи (6,8 миллиона).
Опасения по поводу энергии ветра иногда связаны с мерцанием теней или шумом. Однако наука ясно и однозначно говорит о том, что ветровые проекты не вызывают негативных последствий для здоровья. Десятки независимых рецензируемых исследований, проведенных по всему миру, в том числе в США, неизменно не находили доказательств того, что ветряные электростанции вызывают какие-либо негативные последствия для физического здоровья. Мерцание теней предсказуемо, безвредно и быстро проходит.
Он основан на угле наклона солнца, местоположении турбины и расстоянии до наблюдателя; этого можно избежать несколькими способами. Что касается шума, как правило, два человека могут вести разговор с нормальным уровнем голоса, даже стоя прямо под турбиной. Миллионы людей во всем мире без проблем живут и работают рядом с ветряными электростанциями, и Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли обнаружила 92% людей, живущих в пределах пяти миль от ветряной турбины, сообщают о положительном или нейтральном опыте.
Нет. Это распространенный миф, что для производства и постройки ветряной турбины требуется больше энергии, чем турбина производит. На самом деле типичная ветряная турбина окупает свой углеродный след менее чем за шесть месяцев и будет производить электроэнергию без выбросов в течение оставшейся части своего 20-30-летнего срока службы.
Станьте членом
Займите место за столом, пока мы обсуждаем наиболее важные политические решения, стоящие перед нашей отраслью, обмениваемся информацией и передовым опытом с другими лидерами, получаем эксклюзивные брифинги по вопросам политики и приглашения на отраслевые мероприятия, а также получаем доступ к закрытым отраслевым данные и инструменты, которые могут помочь развитию вашего бизнеса.
Ознакомьтесь с вариантами членства
Будьте в курсе
Примите меры
Подпишитесь на American Clean Power и получайте последние новости о возобновляемых источниках энергии, обновления политики и возможности принять участие.
Пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, чтобы заполнить эту форму.Электронная почта *
Электронная почта
ветряных турбин в Техасе | Часто задаваемые вопросы
Последнее обновление 22 мая 2022 г. Мэри Пресслер
Краткая история современных ветряных турбин
Проще говоря, ветряная турбина может быть описана как большой электрический вентилятор , работающий в обратном направлении . Точно так же, как вентилятор преобразует электричество в движение воздуха, ветряная турбина вырабатывает электроэнергию при воздействии движущегося воздуха с соответствующей скоростью. При использовании в коммунальных установках ветряные турбины и солнечные панели теперь могут обеспечить самые низкие затраты на выработку электроэнергии в мире , даже ниже, чем у угольных электростанций.
Человечество использовало механические ветряные мельницы на протяжении сотен лет, и есть свидетельства существования простых ветряных двигателей в Древней Греции. Исторически сложилось так, что основными сферами применения ветряных мельниц были перекачка воды и измельчение зерна.
- Традиционные ветряные мельницы были в значительной степени вытеснены паровыми двигателями во время промышленной революции, а затем электрическими двигателями, но теперь они возвращаются в виде ветряных турбин .
- Полностью механические ветряные насосы очень популярны во многих частях мира, особенно в отдаленных районах, поскольку они надежны и самодостаточны.
Первая современная ветряная турбина была построена в 1887 году шотландским инженером Джеймсом Блитом. Технология быстро стала популярной, и к 19 в. в Северной Америке, Европе и Австралии было много ветряных турбин, вырабатывающих электроэнергию.30 с. Они были намного меньше, чем нынешние турбины мегаваттного масштаба, и они использовались в основном на фермах и в других удаленных местах, где не было покрытия электросетью.
В настоящее время существуют гигантские ветряные турбины мощностью более 10 мегаватт каждая (10 000 кВт).
Почему современные ветряные турбины такие большие?
По состоянию на декабрь 2021 года самой крупной моделью ветряной турбины является Siemens Gamesa SG 14-222 DD, предназначенная для эксплуатации в открытом море. Ротор имеет диаметр 222 метра (728 футов) и охватывает площадь 39 кв.000 квадратных метров (419 792 квадратных футов). Одна из этих ветряных турбин может генерировать достаточно электроэнергии для 18 000 домов, и есть планы использовать 30 из них для полной электроснабжения города Бильбао, Испания.
В настоящее время разрабатывается версия SG 14-236 DD мощностью 15 МВт с диаметром 236 м (774 фута) и рабочей площадью 43 500 м2 (468 230 кв. футов). Первые такие агрегаты будут установлены в 2022 году, а в продажу они поступят в 2024 году.
Не зря производители стараются сделать ветряные турбины максимально большими. В то время как вы можете достичь мощности 3 МВт, используя 30 турбин мощностью 100 кВт каждая, с экономической точки зрения лучшим вариантом является один агрегат мощностью 3 МВт.
- Ветер более турбулентный вблизи земли из-за наличия естественных и искусственных препятствий и более стабилен на больших высотах. Более высокие турбины могут достигать лучших ветровых условий, что делает их более производительными.
- На ветряные турбины также влияет экономия за счет масштаба: меньшие единицы могут стоить вам более 5000 долларов за кВт, в то время как стоимость установки больших турбин может быть ниже 1500 долларов за кВт. Общая стоимость ветряной турбины мегаваттного масштаба намного выше, но ее стоимость за киловатт значительно ниже.
Другими словами, большое количество турбин меньшего размера имеет более высокую стоимость и более низкую производительность. Используя меньшее количество больших турбин, вы можете значительно снизить стоимость проекта, достигнув при этом более высокой производительности. С финансовой точки зрения это означает две вещи: срок окупаемости проекта сокращается, а рентабельность инвестиций становится намного выше.
Техас в настоящее время является ведущим штатом США в области ветроэнергетики. Согласно последнему ежеквартальному отчету Американской ассоциации чистой энергии, общенациональная установленная мощность превысила 129 000 МВт, а в штате «Одинокая звезда» — 38 000 МВт. Ветряная электростанция Роско является крупнейшей в Техасе, имеет мощность 781,5 МВт и 627 отдельных ветряных турбин. Проект был построен в четыре этапа с использованием турбин разных производителей:
- Этап 1 (Roscoe): 209 турбин Mitsubishi мощностью 1 МВт
- Этап 2 (Чемпион): 55 турбин Siemens мощностью 2,3 МВт
- Фаза 3 (Pyron): 166 турбин GE мощностью 1,5 МВт
- Фаза 4 (Инадейл): 197 турбин Mitsubishi мощностью 1 МВт
Эта ветряная электростанция площадью 100 000 акров с инвестициями более 1 миллиарда долларов способна обеспечить питает более 250 000 техасских домохозяйств .
Сколько ветряков в Техасе?
Поскольку ветроэнергетика в Техасе растет очень быстро, точное количество работающих турбин постоянно увеличивается. Однако в начале 2021 года Техас превысил 15 000 ветряных турбин, , согласно статье Caller Times.
Сколько стоит установка ветряка?
Стоимость ветряной энергии зависит от масштаба проекта: турбины коммунального масштаба в целом дороже из-за их огромных размеров, но их стоимость за киловатт ниже благодаря эффекту масштаба.
- По данным Министерства энергетики США, стоимость установки крупных ветряных турбин в настоящее время колеблется от 770 до 850 долларов за киловатт. Это означает, что можно ожидать, что стоимость установки турбины мощностью 3 МВт составит от 2,31 до 2,55 миллионов долларов.
- Для сравнения, типичная стоимость энергии ветра в 2008 году составляла 1800 долларов за кВт.
Малые ветряки гораздо доступнее, но и стоимость их киловатта выше.
Например, вы можете рассчитывать заплатить от 40 000 до 80 000 долларов за ветряную турбину мощностью 10 кВт, что эквивалентно 4 000–8 000 долларов за киловатт.
Окупаются ли ветряные турбины?
Как и в случае любого инвестиционного решения, проект ветроэнергетики требует технического и финансового анализа, прежде чем вкладывать какие-либо средства. Однако при соответствующих условиях на площадке и профессиональном проектировании и установке ветряные турбины могут окупить себя. Следующий пример очень упрощен, , но он демонстрирует концепцию:
- Согласно EIA США, средняя оптовая цена энергии ветра в Техасе составляет 26 долларов за мегаватт-час (эквивалентно 2,6 цента/кВтч).
- Предполагая, что ветряная турбина мощностью 3 МВт, установленная стоимость колеблется от 2,31 до 2,55 миллионов долларов США.
- При коэффициенте мощности 45% турбина вырабатывает 11 826 МВтч в год.
- Мощность можно оценить, умножив мощность турбины в МВт, количество часов в году (8760 ч) и коэффициент мощности 45%.
При цене 26 долларов США за МВтч эта турбина приносит доход в размере 307 476 долларов США в год. Однако существует также налоговый кредит на производство в размере 15 долларов за МВтч, или 177 390 долларов в год. В этом упрощенном примере общий денежный поток составляет 484 866 долларов в год.
Однако мы также должны учитывать расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание, а для крупных ветряных турбин типична сумма в размере 50 000 долларов США за МВт в год. В этом случае мы рассматриваем расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание в размере 150 000 долларов США в год, что приводит к чистому денежному потоку в размере 334 866 долларов США в год.
Исходя из диапазона затрат от 2,31 до 2,55 млн долларов США, простой период окупаемости в этом примере составляет 6,9–7,6 лет. Опять же, это очень упрощенный пример, и крупные инвестиционные решения никогда не следует принимать с помощью быстрых расчетов. Необходим подробный технический и финансовый анализ, который включает в себя тщательное измерение ветровых условий на проектной площадке.
Техасские ветряные электростанции
Где находятся самые большие ветряные электростанции в Техасе?
В настоящее время в Техасе насчитывается более 15 000 ветряных турбин, но ниже перечислены некоторые из крупнейших проектов в штате:
| Название проекта | Мощность (МВт) | Местонахождение |
| Ветряная электростанция Лос-Виентос | 912 МВт (426 турбин) | округа Старр и Уилласи |
| Ветряная электростанция Роско | 781,5 МВт (627 турбин) | Роско |
| Центр ветроэнергетики Лошадь Холлоу | 735,5 МВт (421 турбина) | Округа Тейлор и Нолан |
| Ветряная электростанция Каприкорн-Ридж | 662,5 МВт (407 турбин) | округа Стерлинг и Кокс |
| Ветряная электростанция Суитуотер | 585,3 МВт (392 турбины) | Округ Нолан |
| Ветряная электростанция Баффало Гэп | 523,3 МВт (296 турбин) | Округа Тейлор и Нолан |
Есть ли карта ветряных электростанций в Техасе?
Да, В OpenEI есть карта ветряных электростанций в США, и вы можете увеличить масштаб Техаса, чтобы увидеть расположение конкретных проектов.
