Какова средняя и максимальная высота современных ветрогенераторов. Как высота влияет на эффективность выработки энергии. Каковы ограничения по высоте для наземных и морских турбин. Какие тенденции наблюдаются в росте размеров ветряков.
Средняя высота современных ветряных турбин
Высота ветрогенераторов значительно варьируется в зависимости от их типа и места установки. Современные промышленные ветряные турбины имеют следующие средние параметры высоты:
- Наземные турбины: 80-120 м до ступицы ротора
- Морские турбины: 100-150 м до ступицы
- Общая высота с лопастями: 150-250 м
При этом самые высокие экспериментальные модели достигают общей высоты 300 м и более. Тенденция к увеличению габаритов ветрогенераторов сохраняется, так как это позволяет повысить их эффективность.
Влияние высоты на эффективность ветряных турбин
Высота установки ветрогенератора напрямую влияет на его производительность по нескольким причинам:
- На большей высоте скорость ветра выше из-за меньшего влияния рельефа и препятствий
- Более высокие башни позволяют устанавливать роторы большего диаметра
- Увеличение высоты на 10 м повышает выработку энергии на 0,5-1%
Рост высоты с 80 до 120 м может повысить годовую выработку энергии на 20-30%. Поэтому производители стремятся делать ветряки как можно выше в рамках существующих технических ограничений.
Максимальная высота современных ветрогенераторов
Предельная высота ветряных турбин ограничена несколькими факторами:
- Прочность конструкции башни
- Сложности с транспортировкой и монтажом
- Ограничения воздушного пространства
- Визуальное воздействие на ландшафт
Для наземных турбин максимальная высота обычно составляет 160-180 м до ступицы. Морские ветрогенераторы могут быть выше — до 200-250 м. Самая высокая в мире наземная турбина Max Bögl имеет высоту 246,5 м до кончика лопасти.
Высота ветряных турбин в разных странах
Средняя высота ветрогенераторов различается в зависимости от страны и региона:
- Китай: 90-100 м
- США: 80-90 м
- Германия: 120-140 м
- Дания: 80-100 м
- Великобритания: 80-100 м (наземные), 100-120 м (морские)
Различия объясняются особенностями ветровых ресурсов, законодательными ограничениями и технологическим уровнем ветроэнергетики в разных странах. В Европе наблюдается тенденция к увеличению высоты турбин.
Перспективы увеличения высоты ветрогенераторов
Эксперты прогнозируют дальнейший рост размеров ветряных турбин в ближайшие десятилетия:
- Высота наземных турбин может достичь 200-250 м
- Морские ветрогенераторы могут вырасти до 300-350 м
- Диаметр ротора увеличится до 200-250 м
- Мощность отдельных турбин достигнет 15-20 МВт
Однако рост размеров будет ограничен экономической целесообразностью и техническими сложностями. Вероятно, будет найден оптимальный баланс между высотой и эффективностью ветрогенераторов.
Технологии для увеличения высоты ветряных турбин
Для создания более высоких и мощных ветрогенераторов разрабатываются следующие технологии:
- Модульные сборные башни из высокопрочных материалов
- Гибридные башни из стали и бетона
- Композитные лопасти большой длины
- Системы активного гашения колебаний
- Плавучие платформы для морских турбин
Это позволит преодолеть существующие ограничения по высоте и создать турбины нового поколения высотой 300 м и более. Однако внедрение таких технологий потребует значительных инвестиций.
Ограничения для сверхвысоких ветрогенераторов
Несмотря на стремление к увеличению размеров, существуют факторы, ограничивающие рост высоты ветряных турбин:
- Сложности с транспортировкой крупногабаритных элементов
- Высокая стоимость строительства и обслуживания
- Визуальное воздействие на ландшафт
- Радиолокационные помехи для авиации
- Шумовое загрязнение от больших лопастей
Поэтому оптимальная высота ветрогенераторов будет определяться балансом между повышением эффективности и ростом затрат. Для разных регионов этот баланс может различаться.
Заключение
Увеличение высоты ветряных турбин остается одним из ключевых трендов развития ветроэнергетики. Это позволяет повысить эффективность генерации и снизить себестоимость энергии. Однако рост размеров имеет технологические и экономические ограничения. В ближайшие десятилетия ожидается увеличение средней высоты турбин до 150-200 м при сохранении разнообразия конструкций для разных условий эксплуатации.
Ветроэнергетика: размеры и пределы роста
Современная ветроэнергетика – энергетика больших мощностей и гигантских машин. Ветряные турбины становятся все больше и больше. Примерно так:
Если посмотреть на изменение парка материковых ветровых турбин во времени, например, в Германии, очевидно увеличение их среднего размера.
Всё растет. Увеличиваются как башни, которые у крупнейших машин сегодня достигают 140 метров, так и лопасти, достигающие в длину почти 90 м, и диаметры ротора, доходящие до почти 190 м.
На нынешний день крупнейшими серийными ветряками являются 8-мегаваттные машины от Vestas (MHI Vestas V164), Adwen (AD-180) и Siemens (SWT-8.0-154 8MW), используемые в морской (офшорной) ветроэнергетике, а также 7,5 МВт модель Enercon E-126 – крупнейший материковый ветрогенератор (на фото в начале статьи).
Это серийные модели, находящиеся в эксплуатации. В виде прототипов существуют еще более крупные агрегаты.
Есть ли предел роста размеров ветряных турбин? Чем он обусловлен?
Понятно, размеры ветроустановок увеличивают не из прихоти, а исходя из экономических соображений – в попытке снизить стоимость электроэнергии. Высокие башни обеспечивают доступ к ветровым ресурсам более высокого качества (как говорят спецы: «на высоте 100 метров всегда есть коммерческий ветер»). Увеличение диаметра ротора позволяет «захватить» этих ресурсов побольше, а также задействовать менее качественный ветровой потенциал. Увеличение размеров может приводить к снижению удельных (на единицу мощности) капитальных и операционных затрат, что прямо отражается на стоимости электроэнергии.
В то же время рост размеров ветряных турбин наталкивается на ограничения, связанные как с характеристиками используемых материалов, так и с транспортировкой и технологиями монтажных работ. Кроме того, существуют физические лимиты увеличения размеров, описываемые законом квадрата-куба: объем (соответственно, масса и стоимость) используемых материалов может расти быстрее, чем отдача от этого увеличения.
Транспортно-логистические и монтажные ограничения касаются главным образом материковой ветроэнергетики. Перевозка секций башен большого диаметра и длинных лопастей наземным транспортном – серьезный технологический вызов. Диаметр перевозимых труб/конусов башен ветряков ограничен сегодня 4,3 метра в редких случаях возможны перевозки диаметров 4,6 метра. Разумеется, транспортировка таких агрегатов на дальние расстояния крайне затруднена. Одним из используемых компромиссных решений является комбинированная башня сталь/железобетон, в которой нижние железобетонные секции самого большого диаметра изготавливаются на месте. Кроме того, необходимо учитывать, что транспортная и монтажная техника (например, большие краны) имеет свои пределы.
Рассмотренные в предыдущем абзаце ограничения в меньшей степени касаются морской ветроэнергетики, где используются производственные технологии/мощности судостроения, строительства на шельфе и морских грузоперевозок.
Проведенное в текущем году в США исследование, включающее в себя опрос 163-х ведущих отраслевых экспертов, показало: размеры ветроустановок будут расти и дальше. При этом, очевидно, потенциал роста у офшорных ветрогенераторов существенно превышает потенциал наземной ветроэнергетики.
Результаты исследования представлены на следующих графиках.
К 2030 средняя высота башни ветрогенератора в материковой ветроэнергетике приблизится к 120 метрам и в Европе, и в США, средний диаметр ротора будет находится в интервале 130-140 метров, а средняя установленная мощность на один генератор в Европе превысит 3,5 МВт.
В офшорной ветроэнергетике намечаемые изменения куда существенней. Средняя мощность ветрогенераторов на европейском рынке достигнет 11 МВт, при высоте башен более 220 метров. Распространение получат плавающие ветроэлектростанции. Некоторые эксперты прогнозируют, что к 2030 году максимальная мощность морских ветряков на фиксированном фундаменте может достичь 18 МВт, то есть более чем в два раза превысить сегодняшние рекордные показатели.
В то же время очевидно, что ветроустановки не будут расти бесконечно. Вероятно, в скором времени мы узнаем оптимум, превышение которого будет затруднено с логистической, в первую очередь, точки зрения, и не будет оправдываться экономически.
Предыдущая статьяРыночные цены на солнечную электроэнергию в Германии ниже 7 евроцентовСледующая статьяНорвегия: 100 тысяч электромобилей на дорогах
Высота построенного немцами Max Bögl Wind ветрогенератора составляет рекордные 264,5 м
Немецкая компания Max Bögl Wind построила ветрогенератор, который, по ее словам, является самым высоким в мире. Он расположен в районе города Гайльдорф, неподалеку от Штутгарта. Как сообщается, высота башни составляет 178 метров, а общая высота ветрогенератора (вместе с лопастями) и вовсе достигает 264,5 метра.
Scrum Master.
Scrum-scrum-scrum-scrum!
Scrum
Как утверждается, каждый дополнительный метр высоты конструкции позволяет повысить энергоэффективность установки примерно на 0,5-1% за счет более сильных ветровых потоков и снижения турбулентных завихрений, создаваемых лопастями.
Это только первый из четырех ветряков, которые войдут в состав будущей ветряной электростанции. Правда, другие будут существенно ниже, высота их башни не будет превышать 155 метров. Несмотря на разную высоту башен, все турбины будут оснащены одинаковыми генераторами производства GE 3.4-137 мощностью 3,4 МВт каждый. То есть, суммарная мощность ветряной электростанции составит 13,6 МВт. По расчетам проектантов, станция сможет ежегодно вырабатывать до 10500 МВт⋅ч. Расчетный коэффициент использования энергии ветра составляет 34,4%.
Стоимость проекта в целом оценивается в €70 млн, доход прогнозируется на уровне €6,5 млн в год. То есть, инвесторам проект окупится примерно за 11 лет.
Курс
Java за зручним графіком
Опановуй нову професію у будь-який час
Цікаво
Строящаяся ветряная электростанция Max Bögl Wind будет дополнена экспериментальной «водяной системой накопления энергии», которая позволит сгладить неравномерность генерации. Это еще одна отличительная особенность проекта. Говоря конкретнее, хранилищем выступит водонапорная башня высотой 40 м – избытки энергии будут использоваться для закачивания воды в башню, а затем при необходимости энергия будет высвобождаться путем сброса воды с пропусканием через лопасти гидрогенераторов.
Ветроэлектростанция Гайльдорф должна заработать уже в следующем году.
Последние исследования указывают на то, что в будущем ветряки будут становиться все выше поскольку это позволяет повысить эффективность добычи электроэнергии. Судя по всему, скоро ветряки будут соревноваться по высоте с небоскребами.
Остается добавить, что конкурент Max Bögl Wind – датская компания Vestas – планирует установить прототип турбины фирменной конструкции LDST (стальная башня большого диаметра) с общей высотой 241 м.
Источник: ElectrekКакой высоты ветряные турбины по всему миру?
Ветряные турбины находятся на суше и в море. Они возвышаются над ландшафтом, чтобы использовать кинетическую энергию ветра. Но какова средняя высота ветряка и как она влияет на выработку энергии?
Вот некоторая справочная информация, прежде чем мы углубимся в этот вопрос.
По данным Глобального совета по ветру, в 2021 году в мире было произведено 743 гигаватт электроэнергии с помощью ветряных турбин. Для сравнения: такого количества энергии хватит на неделю для питания всего штата Техас.
Конечно, это может показаться немного, но каждый год возводятся новые ветряные турбины. По мере приближения Парижского соглашения все больше стран обращаются к энергии ветра, чтобы субсидировать использование ископаемого топлива.
Ветряные турбины размещаются на башнях, чтобы использовать более высокие скорости ветра на этой высоте. Однако золотая зона для высоких скоростей ветра в каждой стране разная. Это означает, что ветряные турбины будут иметь разную высоту в зависимости от их местоположения.
Предисловие
Специалисты по климатическому бизнесу тщательно разрабатывают, исследуют, проверяют факты и редактируют всю работу.
Отказ от ответственности для партнеров
Climatebiz поддерживается читателями. Мы можем получать партнерскую комиссию, когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте.
Содержание
Какова средняя высота ветряной турбины?Ветряные турбины могут достигать высоты от 32 футов до 500 футов . В настоящее время самая высокая ветряная турбина в мире имеет общую высоту (включая длину лопастей) 800 футов. Турбина была построена компанией Max Bögl Wind AG и находится в Германии.
Но почему ветряки такие высокие? Кинетическая энергия ветра влияет на высоту ветряной турбины. Например, скорость ветра увеличивалась на 20% на каждые 32 фута вверх. Эта разница может повысить эффективность ветряной турбины на 34%.
Высоты ветряных турбин со всего мира
Интересная концепция заключается в том, что в разных странах разная средняя высота ветряных турбин. Например, средняя высота ветряных турбин в Америке в два раза выше, чем в Испании.
Высота ветряной турбины определяется скоростью и эффективностью ветра. Следовательно, турбины должны быть выше в географических точках с горами. С другой стороны, более плоские области могут иметь более короткие турбины, потому что ветер не прерывается.
То же самое можно сказать и о турбинах вблизи городов. Ветер обтекает здания, вызывая непредсказуемые порывы ветра. Городская среда также делает ветер нестабильным, создавая больший сдвиг ветра.
Сдвиг ветра – это потоки ветра, которые текут 90 градусов к направлению ветра — это может либо помочь, либо снизить эффективность ветряной турбины. Но так как это непредсказуемо, лучше избегать этого.
Вот почему ветряные турбины обычно можно найти на открытых равнинах или в открытом море.
Примеры высоты ветряных турбин
Страна | Средняя высота (фут) | GW сгенерировал |
---|---|---|
1 -й — Китай | 33 | 288 |
288 | ||
33 | 288 | 0064 2nd – U.S.A | 262 | 122 |
3rd – Germany | 492 | 63 |
4th – India | 279 | 39 |
5th – Spain | 130 | 27 |
Из этой таблицы видно, что средняя высота ветряных турбин составляет 243 фута. Что также примечательно, так это то, что высота ветряка зависит от его географического положения.
Например, средняя ветряная турбина Китая имеет высоту 33 фута, но при этом она производит больше всего энергии ветра в мире.
Какова максимальная высота ветряной турбины? Ветряные турбины производятся на разной высоте, чтобы использовать преимущества быстрого ветра.
Источник: energy.gov
Согласно Vox, средняя максимальная высота в США составляет 500 футов. Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии подтверждает эту высоту. Тем не менее, 500 футов — это максимум для морских турбин, в то время как наземные имеют максимум 29 футов.5 футов.
Существуют две разные цифры технической высоты турбин. Наиболее распространенная цифра включает в себя диаметр лопастей – общую общую высоту. С другой стороны, вы можете измерить высоту ступицы турбины.
В ступице ветряной турбины размещены все механические детали, генератор и электропроводка. В этой статье мы будем ссылаться на высоту ступицы, если не указано иное.
Почему турбины ограничены максимальной высотой?
Существуют две основные причины, почему ветряная турбина имеет максимальную высоту. Первый более очевиден – чем выше турбина, тем сложнее она становится конструктивно. Вторая причина — ограничения воздушного пространства.
Знаете ли вы, что максимальная высота ветряка равна высоте статуи свободы? И это не считая его массивных лезвий. Когда вы пройдете этот уровень, вам придется пройти через множество обручей.
У Федерального авиационного управления есть дополнительные требования и шаги, которым должны следовать разработчики. Это делает процесс кропотливым, чего большинство разработчиков избегает.
Однако правила игры меняются, когда ветряные турбины устанавливаются в открытом море.
Оффшорные ветряные турбины могут достигать 500 футов в высоту. Эти массивные машины имеют лопасти ротора длиной 41 фут и генерируют 17 МВт энергии.
Средняя высота ветряных турбин
Высота турбины (фут) | Длина лезвия (фут) | Расположение | Киловаттс | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
82 | 24 | 24 | 900424 | ||||||
240065 | |||||||||
240065 | |||||||||
0065 | 50 | ||||||||
131 | 55 | Onshore | 300 | ||||||
197 | 79 | Onshore | 750 | ||||||
230 | 98 | Onshore | 1000 | ||||||
262 | 118 | Оффшор | 2000 | ||||||
328 | 184 | Оффшня | 5000 |
Как высота ветряной турбины влияет на эффективность? Разная скорость ветра в Соединенных Штатах Америки.
Источник: Energy.gov
Высота турбины увеличивает количество вырабатываемой энергии двумя способами. Это:
- Увеличенная скорость ветра
- Большие лопасти ротора
Мы уже говорили о том, как более высокие турбины улавливают более быстрый ветер, но почему это так? Кроме того, какое отношение высота турбины имеет к размеру лопастей?
Давайте узнаем.
Понимание ветра
Ветер – это поток воздуха из зон высокого давления в зоны низкого давления. Движение вызвано неравномерным нагревом и вращением Земли.
Обычно воздух движется вверх и от экватора к полюсам. Там он остывает, создавая зону высокого давления. Затем более холодный и нижний воздух течет обратно к экватору, где процесс повторяется.
Трение создается, когда воздух течет по поверхности земли. Это создает сопротивление – замедляя ветер. Сопротивление ветру — это когда движущийся воздух взаимодействует с землей и растительностью, теряя свою кинетическую энергию. При этом ветер стихает. Вот почему на открытых равнинах ветры сильнее, чем в лесах.
Однако ветер над этой зоной дует свободно, как конькобежец. Поскольку его не сдерживает трение, эти ветры могут достигать более высоких скоростей.
Более высокие скорости или более высокие движения увеличивают доступность кинетической энергии.
Лопасти ротора турбины
Чем больше лопасти ротора турбины, тем больше ветра они могут поймать. Например, 20-футовая лопасть может генерировать мощность 17 кВт. Таким образом, один квадратный фут лопасти ротора генерирует 600 Вт энергии при скорости ветра 20 миль в час.
Чем больше площадь размаха лопаток турбины, тем больше электроэнергии вырабатывается. Следовательно, ступицу турбины необходимо разместить выше, чтобы можно было использовать более крупные лопасти.
Лопасть ветряной турбины составляет примерно 42% высоты башни турбины. Чем длиннее лопасть турбины, тем выше вам понадобится башня.
Давайте посмотрим на ветряк с 55-футовой лопастью. Ступица турбины должна быть размещена на высоте 131 фут от земли. Мы также можем подсчитать, что эта турбина должна производить 5,7 мегаватт энергии при скорости ветра 20 миль в час.
Таблица высоты и выходной мощности ветряной турбины
Теперь, когда мы рассмотрели все теории высоты турбины, давайте посмотрим на некоторые реальные цифры.
Приведенные ниже цифры основаны на этом исследовании.
Turbine Height (Ft) | Kilowatts |
---|---|
82 | 50 |
131 | 300 |
197 | 750 |
230 | 1000 |
262 | 2000 |
328 | 5000 |
Мы также построили линейную диаграмму для графического представления кривой выходной мощности:
Диаграмма ясно показывает значительное увеличение мощности между самой низкой и самой высокой турбиной. Эти цифры были взяты с ветряной электростанции на побережье Дании.
Заключительные мысли
Соотношение между высотой башни и выходной мощностью турбины определяет ее КПД. Хотя есть и другие факторы, такие как скорость ветра и диаметр лопастей турбины, ясно, что высота всегда будет влиять на выходную мощность.
Исследования показывают, что при увеличении высоты на каждые 32 фута КПД турбины увеличивается на 34%.
По мере развития экологически чистых технологий увеличивается как выходная мощность, так и высота турбин. Это делает энергию ветра более эффективной и отличной инвестицией в будущее.
Размер ветряных турбин увеличился на 59% с 1990 года, а их мощность на 85%.
Также интересно отметить разную высоту ветряных турбин по всему миру. В то время как Китай производит больше всего энергии ветра — 288 ГВт — его башни имеют высоту всего 33 фута. США производят 122 ГВт, но их турбины имеют высоту 262 фута. Это подтверждает, что географическое положение влияет на эффективность ветряной турбины и ее высоту.
Мы надеемся, что эта статья ответила на все ваши вопросы о высоте ветряных турбин. Если у вас есть еще вопросы, присоединяйтесь к нашему онлайн-сообществу.
Ветряные турбины: чем больше, тем лучше
Офис Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии
16 августа 2022 г.
С начала 2000-х ветряные турбины выросли в размерах — как по высоте, так и по длине лопастей — и вырабатывают больше энергии. Что движет этим ростом? Давайте посмотрим поближе.
Средняя высота ступицы турбины, диаметр ротора и паспортная мощность для наземных ветровых проектов с Отчет о рынке наземной ветроэнергетики: выпуск 2022 г. .
Высота ступицы ветряной турбины — это расстояние от земли до середины ротора турбины. Высота ступицы для наземных ветряных турбин коммунального масштаба увеличилась на 66% с 1998–1999 годов до примерно 94 метров (308 футов) в 2021 году. Это примерно такая же высота, как Статуя Свободы! Прогнозируется, что средняя высота ступицы морских турбин в Соединенных Штатах вырастет еще выше — со 100 метров (330 футов) в 2016 году до примерно 150 метров (500 футов), что примерно равно высоте монумента Вашингтона в 2035 году9.0003
Иллюстрация увеличения высоты турбины и длины лопастей с течением времени.
Башни турбины становятся выше, чтобы улавливать больше энергии, поскольку ветер обычно усиливается с увеличением высоты. Изменение скорости ветра с высотой называется сдвигом ветра. На больших высотах над землей ветер может течь более свободно, с меньшим трением о препятствия на поверхности земли, такие как деревья и другая растительность, здания и горы. Большинство башен ветряных турбин высотой более 100 метров, как правило, сосредоточены на Среднем Западе и Северо-Востоке, в двух регионах со сдвигом ветра выше среднего.
Расположение турбинных установок на высотных башнях из Отчета о рынке наземных ветровых установок : издание 2022 г.
Диаметр ротора
Диаметр ротора турбины, или ширина круга, охватываемого вращающимися лопастями (пунктирные кружки на втором рисунке), также увеличился с годами. Еще в 2010 году ни одна турбина в Соединенных Штатах не использовала роторы диаметром 115 метров (380 футов) или больше. Средний диаметр ротора в 2021 году составлял 127,5 метра (418 футов) — больше, чем футбольное поле.
Увеличенный диаметр ротора позволяет ветряным турбинам охватывать большую площадь, улавливать больше ветра и производить больше электроэнергии. Турбина с более длинными лопастями сможет захватывать больше доступного ветра, чем более короткие лопасти, даже в районах с относительно слабым ветром. Возможность собирать больше ветра при более низких скоростях ветра может увеличить количество областей, доступных для развития ветра по всей стране. Из-за этой тенденции площадь, охватываемая ротором, выросла примерно на 600% с 1998–1999 гг.
Емкость паспортной таблички
Помимо того, что ветряные турбины стали выше и крупнее, с начала 2000-х годов ветряные турбины также увеличили максимальную номинальную мощность или мощность. Средняя мощность вновь установленных ветряных турбин в США в 2021 году составила 3,0 мегаватт (МВт), что на 9% больше, чем в 2020 году, и на 319%, чем в 1998–1999 годах. В 2021 году увеличилось количество установленных турбин мощностью 2,75–3,5 МВт, при этом доля турбин мощностью 3,5 МВт и выше также увеличилась. Турбины большей мощности означают, что для выработки такого же количества энергии на ветровой электростанции требуется меньше турбин, что в конечном итоге приводит к снижению затрат.
Проблемы с транспортировкой и установкой
Если чем больше, тем лучше, почему в настоящее время не используются еще более крупные турбины? Хотя высота турбины и диаметр ротора увеличиваются, есть несколько ограничений. Транспортировка и установка больших лопастей турбины для наземного ветра непроста, поскольку их нельзя сложить или согнуть после изготовления. Это ограничивает маршруты, по которым могут двигаться грузовики, и радиус их поворотов. Башни турбины диаметром также трудно транспортировать, так как они могут не поместиться под мостами или эстакадами.