Ветрогенераторы могут быть ближе к людям и безопасны для птиц

текст: Константин Куцылло

Ветряные электростанции считаются едва ли не самым экологически безопасным способом производства энергии. Они не требуют органического топлива и не производят вредных выбросов. Однако вред от них все-таки есть. Ветряки убивают птиц и летучих мышей. Другая проблема — вибрация и инфразвук. Инфразвук вреден для человека. Кроме того, он разгоняет землеройных грызунов — полевых мышей, кротов, ежей, — а это приводит к размножению вредителей.

Если вибрация еще может быть минимизирована за счет балансировки, то инфразвук неизбежен при работе наиболее распространенного трехлопастного ветрогенератора — он возникает при срыве вихрей с лопастей, и пока нет способа от него избавиться.

При разрушении ветроустановки разлет обломков доходит до сотен метров. Поэтому в Европе, например, действует ограничение в 300 метров от мачты генератора до ближайшего жилья, а интервал между установками должен быть не менее 10 диаметров ветроколеса — чтобы избежать эффекта домино.

Однако все эти ограничения в полной мере относятся только к ветроустановкам мельничного типа, доля которых в мире сегодня около 95%. Основные проблемы ветроэнергетики могут быть разрешены, если применять турбину самолетного типа, разработанную в российской компании Optiflame Solutions, получившей благодаря своим исследованиям грант инновационного фонда «Сколково».

Действующий прототип защищенного жесткой оболочкой турбинного ветрогенератора прошел испытания в аэродинамической трубе

— Рынок классических трехлопастных ветрогенераторов — давно отработанная технология, как у двигателей внутреннего сгорания, — говорит Владимир Канин, директор по развитию компании. — Рынок поделен, и изобретать что-то новое как бы неудобно. Мировые производители давно устоялись, никто им на пятки не наступает, они так и продолжают производство уже 65-метровых монстров. Но производимые сейчас ветряки имеют серьезные ограничения — по минимальному расстоянию до жилых зон, по низкочастотным колебаниям, электромагнитным излучениям и по тем проблемам, которые они создают для птиц и летучих мышей.

Если поставить ветряк на пути миграции птиц, то это, конечно же, будет мясорубка. Птица не воспринимает лопастной ветряк как опасность. Она воспринимает лопасти как отдельные палки, между которыми можно пролететь.

— Но первый вопрос, который возникает — почему нет ветрогенератора там, где он нужен? На крышах домов, в частных поселках — там, где есть потребитель. И наш вопрос был ровно в этом — как приблизить ветряк к потребителю. При этом решить надо ровно три задачи: низкие частоты, защита от разрушения, защита от механической опасности для птиц и, само собой, для людей.

Для ветроэлектростанции требуется не только ветрогенератор, но и инфраструктура. Это аккумуляторы и электрооборудование для преобразования тока в промышленный стандарт 220 вольт — 50 герц. Это передающие провода, отчуждаемые под ветряки земли, нередко необходимость включить систему в существующую электросеть. Ветроустановки нуждаются в охране (чтобы, как заметил Канин, пионеры их на металлолом не утащили).

Все это удорожает ветрогенераторную станцию, и ее стоимость будет тем выше, чем дальше она от жилья.

— Бизнес-задача была поставлена так, — продолжает Канин, — две альтернативные научные команды должны были подтвердить или опровергнуть жизнеспособность идеи. То есть представить черновые расчеты ветродвигателя — пускай даже в ущерб КПД, с производительностью на 10% ниже, чем у аналогов, но который бы решил главные проблемы ветрогенераторов.

Помимо технических параметров, у установки должны быть определенные потребительские свойства. Одно из главных — размер. Понятно, что на крыше девятиэтажки нельзя ставить ветряк с лопастями в 40 метров. Другое важное свойство — установочная мощность. Потом идут такие параметры, как минимальная скорость ветра, при которой ветряк начинает работать, и максимальная, при которой он еще работает, а также показатель шумности, который должен соответствовать санитарным нормам.

— Конечно же, ветрогенератор, который крутится под ветром в 2 метра в секунду, будет вырабатывать предельно малую энергию, — говорит Канин.

— Но если речь идет о зарядке аккумулятора, то какая нам разница — несколько ватт лучше, чем ноль. А гигантские промышленные ветряки ветер даже в 4-5 метров не может столкнуть, их приходится раскручивать специальным мотором.

За два года с начала работы над бизнес-идеей в 2008 году командой разработчиков Optiflame Solutions под руководством научного руководителя проекта, кандидата физико-математических наук Сергея Дудникова и научного руководителя по аэродинамике, профессора Санкт-Петербургского политехнического университета Рудольфа Измайлова, был создан и испытан в аэродинамической трубе действующий прототип ветрогенератора в жесткой оболочке, диаметром полметра. Ветрогенератор представляет собой турбину самолетного типа. Успешные испытания прототипа позволили создать модель ветрогенератора диаметром 2 метра с установочной мощностью в 1 киловатт, при максимальной в 2 киловатта. Ведется проектирование ветротурбины диаметром в 6,4 метра, номинальной мощностью 5 киловатт и максимальной — 10.

В планах создание генератора диаметром 20 метров с мощностью от 50 до 100 киловатт.

Конструкция состоит из ротора с 32 лопатками, заключенными в обечайку — жесткий корпус, который и стал исполнителем главного требования по безопасности в случае разрушения лопастей. В передней части ротор закрыт направляющим аппаратом, который состоит из лобового обтекателя и таких же лопаток, как в роторе, но неподвижно закрепленных. Направляющий аппарат формирует воздушную струю в турбине и в то же время служит защитной решеткой — «радиатором» — для вращающихся лопастей.

— Благодаря особой конструкции направляющего аппарата, — говорит Канин, — нам удалось не только не потерять коэффициент полезного действия ветрогенератора по сравнению с классическим трехлопастным аналогом, но и существенно повысить его. А так как у нас 32 лопатки в роторе, то, соответственно, стоит 32 защитных лопатки в «радиаторе» — нельзя сказать, что туда совсем не просунешь руку, но от случайного попадания защищает, и кошка точно не пролезет.

И та защита, которая будет работать от птиц и кошек — она справедлива и от детей, электромонтеров или домохозяек, которые надумают побаловаться на крыше с вентилятором.

— Насколько отличается наш КПД от классического, точно можно будет сказать в конце лета, когда мы испытаем двухметровую модель. Пока, по результатам испытания полуметровой модели, мы считаем, что КПД будет выше на 20-30%, — подтвердил слова коллеги Сергей Дудников. — Но главным мы считаем все же не КПД, а безопасность нашего ветряка. Если он «пойдет вразнос», то колесо ротора просто заклинит в обечайке, и ничего никуда не вылетит. С фасада он также безопасен из-за неподвижного направляющего аппарата.

Благодаря повышению скорости вращения турбинного ветрогенератора удалось решить проблему низкочастотных колебаний. По словам Владимира Канина, особый упор делался на то, чтобы вывести весь производимый ротором шум в слышимую область звукового спектра. Показатель шумности удалось ограничить на уровне в 35 децибел при скорости ветра 10 метров в секунду, что укладывается в нормы.

Для жилых помещений ночью это 30 децибел, днем — 40. Предел уровня шума для офисных помещений, по европейским стандартам — 55 децибел.

— При повышении скорости вращения, при сильном ветре, растет тон звука, но не его мощность, — заверил Канин.

Вес установок будет небольшой, поскольку лопасти выполнены из пластика, а не металла. Для двухметровой турбины — 90-95 килограммов, пятикиловаттная турбина диаметром в 6,4 метра должна весить не более 200 килограммов.

За лето компания планирует построить опытную партию киловаттных генераторов, 5-10 штук, и отправить их на рабочие испытания. После испытаний и возможных доработок будет решаться вопрос о запуске в серийное производство.

— Если, скажем, производитель в Германии или любой другой стране скажет нам, что он готов делать и продавать 1000 штук в год, то мы поставим сборочную линию там, — сказал Канин.

Более мощная модель турбины, на 5 киловатт, планируется к производству опытной партией в следующем году. Это именно тот ветрогенератор, который может стать базовым для отдельного частного дома или фермерского хозяйства.

— Если говорить о России, то для частного дома мы бы рекомендовали нашу модель 5000 — это пять киловатт установочной мощности при 10 метрах в секунду, — говорит Канин. — У нас в России энергопотребление если не на порядок, то на полпорядка выше, чем энергопотребление в Азии, и на порядок больше, чем в Африке. По нашим расчетам, этих 5 киловатт будет достаточно для семьи среднего уровня энергопотребления — освещение, холодильник, компьютер, отопление. Если дом стоит в ветреном районе, на вершине холма, например, то мачта даже не нужна — турбину можно поставить на крышу. Если же ветер во дворе маленький, то мачта понадобится — 20 или 30 метров.

Стандартной оценкой стоимости ветрогенератора является цена за киловатт установочной мощности. Для малых ветряков в Европе считается хорошей цена в 2500-3000 евро, если 2300 — совсем замечательно. Поскольку конкуренция на рынке ветрогенераторов непрерывно растет, то и цена стремится вниз — хотя и не быстро, спрос достаточно большой. В прошлом году в США было установлено порядка 40 тысяч малых установок (до ста киловатт), в Китае — 40 тысяч, в Германии — 15-20 тысяч.

— Мы способны поставить цену ниже нижней планки, — считает Владимир Канин. — За пятикиловаттный ветряк мы прогнозируем цену в районе 10 тысяч долларов.

— В мире впустую простаивают десятки миллионов высоких крыш. Обычные ветряки туда ставить нельзя. А наш — можно! И мы это скоро начнем доказывать на практике, — резюмировал Сергей Дудников.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Дерево-ветрогенератор

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

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

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

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

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

Биоразлагаемые лопасти

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

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

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

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

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

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

Крылья стрекозы

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

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

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

Воздушная ветроэнергетика

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

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

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

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

Ветрогенератор закрытого типа

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

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

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

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

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

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

Безредукторный ветроагрегат

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

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

«Водонапорная башня»

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

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

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

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

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

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

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

Полупромышленный ветрогенератор FD 10 -20 кВт

Полупромышленный ветрогенератор WFD 20 кВт

Полупромышленный ветрогенератор WFD 30 кВт
http://www.termocool.ru/products/polupromyshlennyj-vetrogenerator-wfd-30-kvt

 

Полупромышленные ветрогенераторы WFD имеют внушительные габариты: вес до 680 кг и площадь ветряного колеса ротора до 113 м. кв. Они также оснащены устройством для электромагнитного торможения лопастей. Подходят для любых зон с преобладанием ветров от начальной скорости 3м/с до максимальной 50 м/с.
 

По-сравнению с бытовыми, полупромышленные ветряки отличаются гораздо большей мощностью. Они в состоянии обеспечить основное энергопотребление любого домашнего хозяйства, в первую очередь – отопление. В отличие от крупных промышленных установок мощностью более 100 кВт, полупромышленные доступны как частным потребителям, так и предприятиям. В то время как промышленные ветрогенераторы устанавливаются исключительно государством и крупными энергетическими корпорациями.

Страна производитель	Китай
Заводское наименование	FD 10-20 кВт
Номинальная мощность	20 кВт при скорости ветра 11 м/с
Номинальное напряжение	генераторы 500 В
Площадь ротора ветроколеса	78,5 м2
Начальная рабочая скорость	3 м/с
Расчетная рабочая скорость	12 м/с
Максимальная безопасная скорость ветра	50 м/с
Метод вывода из-под ветра	Механическое складывание за счет поворотного флюгера, электромагнитное торможение
Материал лопастей	Армированный стеклопластик
Рекомендуемые аккумуляторы	12 В 300 Ач, 28 шт
Вес (генератора в сборе)	580 кг

 

 

Магистр ДонНТУ | Индивидуальный раздел

Индивидуальный раздел

Ветрогенератор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Работа ветрогенератора

Промышленные ветрогенераторы в Северном море

Ветер раскручивает ротор. Выработанное электричество подаётся через контроллер на аккумуляторы. Инвертор преобразует напряжение на контактахаккумулятора в пригодное для использования

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

Ветрогенераторы можно разделить на две категории: промышленные и домашние (для частного использования). Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветряная электростанция. Её основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 6 МВт.

Мощность ветрогенератора зависит от скорости ветра и ометаемой площади ,

где — скорость ветра, — плотность воздуха, — ометаемая площадь.

Содержание 1 Строение малой ветряной установки 2 Строение промышленной ветряной установки 3 Типы ветрогенераторов 4 Проблемы эксплуатации промышленных ветрогенераторов 5 Перспективные разработки 6 Цены 7 Малые ветрогенераторы 8 Примечания 9 См. также 10 Литература 11 Ссылки

Строение малой ветряной установки

1. Ротор, лопасти, ветротурбина
2. Генератор
3. Мачта с растяжками
4. Контроллер заряда аккумуляторов
5. Аккумуляторы (необслуживаемые на 24 В)
6. Инвертор (= 24 В -> ~ 220 В 50Гц)
7. Сеть

Строение промышленной ветряной установки

Строение ветрогенератора

1. Фундамент
2. Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления
3. Башня
4. Лестница
5. Поворотный механизм
6. Гондола
7. Электрический генератор
8. Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)
9. Тормозная система
10. Трансмиссия
11. Лопасти
12. Система изменения угла атаки лопасти
13. Колпак ротора

• Система пожаротушения
• Телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора
• Система молниезащиты

Типы ветрогенераторов

Существуют два основных типа ветротурбин: с вертикальной осью вращения и с горизонтальной.

Индустрия домашних ветрогенераторов активно развивается. Уже сейчас за вполне умеренные деньги можно приобрести ветряную установку и на долгие годы обеспечить энергонезависимость своему загородному дому. Обычно для обеспечения электроэнергией небольшого дома вполне достаточно установки номинальной мощностью 1 кВт при скорости ветра 8 м/с. Если местность не ветреная, ветрогенератор можно дополнить фотоэлектрическими элементами или дизель-генератором, а ветрогенераторы с вертикальными осями могут быть дополнены более меньшими ветрогенераторами (например, турбина Дарье может быть дополнена ротором Савониуса. И при этом одно другому не мешает — источники будут замечательно друг друга дополнять).

Проблемы эксплуатации промышленных ветрогенераторов

Внутри башни

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветряной фермы может занимать год и более. Кроме того, для обоснования строительства ветроустановки или ветропарка необходимо проведение длительных (не менее года) исследований ветра в районе строительства. Эти мероприятия значительно увеличивают срок реализации ветроэнергетических проектов.

Для строительства необходимы дорога до строительной площадки, место для размещения узлов при монтаже, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

В ходе эксплуатации промышленных ветрогенераторов возникают различные проблемы:

• Неправильное устройство фундамента. Если фундамент башни неправильно рассчитан, или неправильно устроен дренаж фундамента, башня от сильного порыва ветра может упасть.
• Обледенение лопастей и других частей генератора. Обледенение способно увеличить массу лопастей и снизить эффективность работы ветрогенератора. Для эксплуатации в арктических областях части ветрогенератора должны быть изготовлены из специальных морозостойких материалов. Жидкости, используемые в генераторе, не должны замерзать. Может замёрзнуть оборудование, замеряющее скорость ветра. В этом случае эффективность ветрогенератора может серьёзно снизиться. Из-за обледенения приборы могут показывать низкую скорость ветра, и ротор останется неподвижным.
• Удары молний. Удары молний могут привести к пожару. На современных ветрогенераторах устанавливаются молниеотводящие системы.
• Отключение. При резких колебаниях скорости ветра срабатывает электрическая защита аппаратов входящих в состав системы, что снижает эффективность системы в целом. Так же для больших ветростанций большая вероятность срабатывания защиты на отходящих ЛЭП.
• Нестабильность работы генератора. Из-за того что в большинстве промышленных ветрогенерирующих установках стоят асинхронные генераторы, стабильная работа их зависит от постоянства напряжения в ЛЭП.
• Пожары. Пожар может возникнуть из-за трения вращающихся частей внутри гондолы, утечки масла из гидравлических систем, обрыва кабелей и т. д. Пожары ветрогенераторов редки, но их трудно тушить из-за отдалённости ветряных электростанций и большой высоты, на которой происходит пожар. На современных ветрогенераторах устанавливаются системы пожаротушения.

Перспективные разработки

Департамент Энергетики США (DoE) финансирует разработки и испытания ветрогенераторов мощностью 5—8 МВт как для наземного использования, так и для установки в море.

Норвежская компания StatoilHydroи немецкий концерн Siemens AG разработали плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в июне 2009 года [1] [2]. Турбина под названием Hywind, разработанная [2] Siemens Renewable Energy, весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалеку от юго-западного берега Норвегии. Компания планирует в будущем довести мощность турбины до 5 МВт, а диаметр ротора — до 120 метров. Аналогичные разработки ведутся в США.

Компания Magenn разработала аппарат легче воздуха с установленным на нём ветрогенератором. Аппарат поднимается на высоту 120—300 метров. Нет необходимости строить башню и занимать землю. Аппарат работает в диапазоне скоростей ветра от 1 м/с до 28 м/с. Аппарат может перемещаться в ветряные регионы или быстро устанавливаться в местах катастроф.

Компания Windrotor предлагает новую очень эффективную конструкцию ротора мощной турбины, позволяющую значительно увеличить его размеры и коэффициент использования энергии ветра. Предполагается, что эта конструкция станет новым поколением роторов ветровых турбин.

Департамент Энергетики США (DoE)в конце 2007 года объявил о готовности финансирования особо малых (до 5 кВт) ветрогенераторов персонального использования.

В мае 2009 года в Германии был запущен в эксплуатацию первый ветрогенератор, установленный на гибридной башне компании Advanced Tower Systems (ATS). Нижняя часть башни высотой 76,5 метров построена из железобетона. Верхняя часть высотой 55 метров построена из стали. Общая высота ветрогенератора (вместе с лопастями) составляет 180 метров. Увеличение высоты башни позволит увеличить выработку электроэнерии до 20 %[3].

В конце 2010 года испанские компании Gamesa, Iberdrola, Acciona Alstom Wind, Técnicas Reunidas, Ingeteam, Ingeciber, Imatia, Tecnitest Ingenieros и DIgSILENT Ibérica создали группу для совместной разработки ветрогенератора мощностью 15,0 МВт[4].

Цены

Компания Bloomberg New Energy Finance производит расчёт ценового индекса ветрогенераторов (Wind Turbine Price Index). С 2008 года до 2010 года средние цены на ветрогенераторы снизились на 15 %. В 2008 году средняя цена ветрогенератора составляла €1,22 млн за 1 МВт мощности. В августе 2010 года средняя цена одного МВт ветрогенератора составляла €1,04 млн [5].

Малые ветрогенераторы

Малый ветрогенератор на крыше здания

Ветрогенератор с парусами

К малой ветроэнергетике относятся установки мощностью менее 100 кВт. Установки мощностью менее 1 кВт относятся к микро-ветряной энергетике. Они применяются на яхтах, с/х фермах для водоснабжения и т. д.

Малые ветрогенераторы могут работать автономно, то есть без подключения к общей электрической сети.

Считается, что применение малых ветрогенераторов в быту малоцелесообразно из-за:

• Высокой стоимости инвертора ~ 50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в ~ 220В 50Гц (и синхронизации его по фазе с внешней сетью при работе генератора в параллель))
• Высокой стоимости аккумуляторных батарей ~ 25 % стоимости установки (используется в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети)
• Для обеспечения надёжного электроснабжения к такой установке иногда добавляют дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой.

В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительную величину у основной массы производств на фоне других затрат. Ключевым для потребителя остаётся надёжность и стабильность электроснабжения.

Основными факторами приводящими к удорожанию энергии получаемой от ветрогенераторов являются:

• Необходимость получения электроэнергии промышленного качества ~ 220В 50 Гц (применяется инвертор)
• Необходимость автономной работы в течение некоторого времени (применяются аккумуляторы)
• Необходимость длительной бесперебойной работы потребителей (применяется дизель-генератор)

В настоящее время наиболее экономически целесообразно получение с помощью ветрогенераторов не электрической энергии промышленного качества, а постоянного или переменного тока (переменной частоты) с последующим преобразованием его с помощью ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды. Эта схема имеет несколько преимуществ:

• Отопление является основным энергопотребителем любого дома в России.
• Схема ветрогенератора и управляющей автоматики кардинально упрощается.
• Схема автоматики может быть в самом простом случае построена на нескольких тепловых реле.
• В качестве аккумулятора энергии можно использовать обычный бойлер с водой для отопления и горячего водоснабжения.
• Потребление тепла не так требовательно к качеству и бесперебойности, температуру воздуха в помещении можно поддерживать в широком диапазоне: 19—25°С; в бойлерах горячего водоснабжения: 40—97°С, без ущерба для потребителей.

По данным Американской Ассоциации Ветряной Энергетики (AWEA) в США в 2006 г. было продано 6807 малых ветряных турбин. Их суммарная мощность 17 543 кВт. Их суммарная стоимость $56 082 850 (примерно $3200 за кВт мощности). В остальном мире в г. были проданы 9502 малых турбины (без учёта США), их суммарная мощность 19 483 кВт.

Наиболее перспективными регионами для развития малой ветроэнергетики считаются регионы со стоимостью электроэнергии более $0,1 закВт·ч. Себестоимость электроэнергии, производимой малыми ветрогенераторами в 2006 г. в США составляла $0,10—$0,11 за кВт·ч. AWEA ожидает, что в ближайшие 5 лет себестоимость снизится до $0,07 за кВт·ч.

AWEA прогнозирует, что к 2020 году суммарная мощность малой ветряной энергетики США вырастет до 50 тыс. МВт, что составит около 3 % от суммарных мощностей страны. Ветряные турбины будут установлены в 15 млн домах и на 1 млн малых предприятий. В отрасли малой ветроэнергетики будут заняты 10 тыс. человек. Они ежегодно будут производить продукции и услуг на сумму более чем $1 млрд.

Ссылки

 

Ветровая электростанция за 782 млн сдана в эксплуатацию в Актау

Электростанция построена за счёт казахстанских и иностранных инвесторов при поддержке фонда «Даму».

Буквально за 6 месяцев на территории посёлка Акшукур Мангистауской области было построено 3 ветрогенератора, способные полностью обеспечить потребность электроэнергией весь населённый пункт. Немаловажным аспектом является то, что стоимость коммунальной услуги снизится за счёт удешевления производства, передаёт корреспондент bnews.kz.

О том, что Мангистауская область идеально подходит для строительства заводов по производству альтернативных источников энергии говорилось давно: 360 солнечных дней в году, практически всегда ветрено. При этом регион испытывает явную нехватку электроэнергии, поскольку вырабатывает её один единственный завод ТОО «МАЭК Казатомпром».

Из-за слишком высокого потребления гражданами электроэнергии в летний период в городе Актау и регионах происходят частные аварии на сетях. Руководство Ветровой электростанции сообщает, что уже через месяц они готовы забрать на себя населённый пункт численностью свыше 7 тысяч человек. По предварительным подсчётам окупится проект через 5-7 лет.

«Ветропарк состоит из трёх ветрогенераторов. Мощность первого 2 мВт, двух других 1,5 мВт. Мы подходили к выбору территории для строительства очень тщательно. Необходима была площадка, которая собирает максимальное количество ветров. И у нас это получилось. Благодаря удачному расположению ветряная электростанция способна вырабатывать до 13 млн. кВт/часов в год. Это современные установки, ими можно управлять из любой точки планеты не только с диспетчерского пункта, но и с обычного смартфона. Конечно же, это не значит, что за техникой не будут следить регулярно», — говорит директор компании, производящей пусконаладочные работы Юрий Кравченко.

Будет открыт диспетчерский пункт и, в несколько смен, специалисты будут следить за оборудованием, ежедневно, круглый год.

«Мы обеспечиваем стопроцентную безопасность управления. Это европейская технология, которая применяется в мировой практике уже более 20 лет. Ветрогенератор оборудован максимальным количеством средств безопасности, способен «распознать» своё критическое состояние самостоятельно и остановиться без участия диспетчера. Один из ветрогенераторов оборудован системой, благодаря которой в ходе работы он может поворачивать лопасти. Скорость старта – 2,5 м/сек, выход на номинальную мощность – 12 м/сек.», — рассказал он.

Объект обошёлся в 782 млн тенге, его мощность составляет 5 мВт. Строительство началось в ноябре 2017 года, к работам были привлечены 11 специалистов. После сдачи в эксплуатацию 12 человек будут заниматься обслуживанием ветряной электростанции. В последствие штат планируют расширить.

«Этот участок в Тупкараганском районе нам выделил акимат Мангистауской области. Благодаря поддержке фонда «Даму», которые выступили нашими гарантами, мы получили кредит в банке с субсидированием кредитной ставки. Также в проект были вложены средства иностранных инвесторов и казахстанских бизнесменов. Сами ветрогенераторы произведены в Германии. Строительство не заняло много времени. Уже в апреле прошлого года мы полностью закончили и стали заниматься пуско-наладочными работами. Так как для нас это первый опыт, мы для настройки оборудования привлекали специалистов из Белоруссии и Литвы. Сегодня начинаются комплексные испытания. Мы выводим ветряную электростанцию в коммерческую эксплуатацию, то есть сегодня мы начинаем производить непосредственный «товар» для продажи населению Мангистауской области и юридическим организациям. Уже через месяц мы готовы продать электроэнергию.  Нашим главным клиентом на сегодняшний день является компания ТОО «Расчётно- финансовый центр». У нас в штате задействованы 12 человек, но в дальнейшем мы собираемся набирать ещё сотрудников, поскольку на станции необходимо дежурить круглосуточно», — рассказала представитель проекта и директор по развитию Гульнара Абитова.

Наиболее важным аспектом строительства ветряной электростанции и её преимуществом перед другими заводами является низкая себестоимость производства. Для выработки электроэнергии используются сила ветра и сервисные услуги. Благодаря этому тариф для конечного потребителя будет значительно ниже.

«За счёт того, что себестоимость альтернативной электроэнергии намного ниже традиционной, тариф очень порадует потребителя. Поскольку теперь электроэнергия будет обходиться им заметно дешевле. Три ветрогенератора полностью обеспечат потребность в электроэнергии населённого пункта Акшукур. В будущем есть планы по расширению. Мы хотим строить гибридные станции с использованием солнечной и ветровой энергии и ещё накопители. Под данные проекты  нам могут выделить  земли в Мунайлинском и Тупкараганском районах. Возможно, что в будущем жители других населённых пунктов также смогут потреблять электроэнергию из альтернативных источников по сниженным тарифам. Разрабатывая бизнес- план мы планировали окупить проект и выйти на прибыль в течение 5-7 лет. Многое зависит от силы ветра и других факторов. Всегда могут произойти форс-мажоры», — говорит директор по развитию.

Развитие «Зелёной экономики» в Казахстане на сегодняшний момент является одной из приоритетных задач. К 2020 году согласно Концепции Главы государства было поручено обеспечить возобновляемыми источниками энергии 3% доли от общего количества. В 2050 году это число должно вырасти до 50%. В Мангистауской области поставленную задачу решают. На сегодняшний момент, помимо ВЭС в Акшукуре работают и строятся ещё 4 завода по производству альтернативной энергии.

Так, в рамках реализации концепции развития «Зелёной экономики» в Казахстане для использования возобновляемых источников энергии в Мангистау с мая прошлого года в посёлке Батыр Мунайлинского района работает электростанция мощностью 2 мВт. Проект реализован компанией ТОО «Group Independent».

«Стоимость проекта 1,2 млрд тенге. Также в ближайшее время мы будем присутствовать на открытии ещё одной ВЭС мощностью 43,6 мВт в городе Форт-Шевченко Тупкараганского района. Данный проект реализован компанией ТОО «Совместное предприятие «КТ Редкометальная компания», его стоимость 8 млрд тенге. Также в Форту Шевченко продолжается строительство ещё одной ВЭС мощностью 42 мВт и стоимостью 19,6 млрд тенге. Введение их в эксплуатацию позволит полностью обеспечить население города и ближайших посёлков возобновляемой электроэнергией по новым тарифам», — говорит руководитель управления энергетики и ЖКХ Мангистауской области Жандос Салимов.

В 2018 году в Министерстве Энергетики Республики Казахстан были проведены международные аукционные торги для проектов возобновляемых источников энергии общей мощностью 15 мВт. По итогам аукциона по Западной зоне был подписан 15-летний контракт на покупку электроэнергии с Расчётно-финансовым центром.

Планируется также строительство ВЭС на территории Каракиянского района в посёлке Жетыбай мощностью 5 и 10 мВт. Исполнитель проекта ТОО «ВЭС Жангиз». По словам руководителя управления энергетики региона Жандоса Салимова не та давно по данному проекту они получили технические условия от АО «МРЭК» и приступили к разработке технико-экономического обоснования.

По данным исследователей Казахстан потребляет 14 000 мВт электроэнергии в час. Наибольший расход на севере страны. В основном из-за большого количества промышленных предприятий. Вместе с прогрессом и ростом населения растет потребность потребления электроэнергии. Строительство АЭС – процесс дорогостоящий и долгий. Себестоимость производства в разы дороже возобновляемых источников. В связи с чем, первый президент страны, Нурсултан Назарбаев, приказал вплотную заняться вопросом развития в Казахстане ВЭС.

Первой «ласточкой» стала ВЭС в Акмолинской области, расположенная в трёх километрах от города Ерейментау с населением около 10 тысяч человек. Мощность 10 ветротурбин порядка 45 мВт. Данного объема энергии достаточно для того, чтобы обеспечить электроэнергией пять таких городов. В мировой практике использование возобновляемых источников электроэнергии является обычным делом. ВЭС строят на равнинах, в горах и даже на воде. В местах, где концентрируется наибольший поток ветра, а значит выработка электроэнергии будет более мощной. Наибольшее количество ВЭС находится на территории Китая, Англии, Германии и США.

Совокупный потенциал Казахстана, по данным информационно-отраслевого ресурса energy-media, оценивается в 920 млрд кВт/ч в год. По итогам 2017 года общая установленная мощность ветровых станций составляла 112,4 МВт, несколько увеличившись в годовом сопоставлении (98,2 МВт в 2016-м). В прошлом году утверждены предельные аукционные цены на электрическую энергию, производимую объектами по использованию возобновляемых источников энергии. Так, для ветровых электростанций цена установлена в 22,68 тенге за 1 кВт/ч, без НДС.

Уверенными лидерами на рынке в этом вопросе остаются китайцы. Согласно отраслевой статистике, в 2018 году в Китайской Народной Республике установили 20,59 ГВт ВЭС. Общая мощность ветроэнергетики страны достигла 184 ГВт, это 9,7% от установленной мощности электрического сектора страны.

По результатам 2018 года установленная мощность фотоэлектрических солнечных электростанций достигла 174,63 ГВт, а ветровых — 184,2 ГВт. Их суммарная доля составила 19% от мощности энергосистемы.

При этом стоит отметить, что Китай активно занимается внедрением ВЭС на территории страны не более 10 лет.

По данным агентства Bloomberg New Energy Finance количество мировых инвестиций в зелёную экономику период с 2005 по 2017 увеличилось почти в 4 раза. Если в 2005 году сумма составляла 28 млрд. долларов США, то в 2017 году – 107 млрд. долларов США (статистика по миру, прим. автора). У Казахстана задачи амбициозные: «К 2050 году страна должна производить 50% электроэнергии с помощью ВЭС». На сегодняшний момент, казахстанский рынок не входит в число ведущих ветроэнергетических рынков мира. Одна из причин — промышленная генерация ветровой электроэнергии в стране зародилась относительно недавно.

Для нашей страны развитие ветровой энергетики – не только инструмент территориального развития и решения экологических задач, но и освоение передовых мировых технологий и компетенций. Это подразумевает важность локализации отраслевых производств в стране в кооперации с крупными международными промышленно-технологическими партнерами.

По ранее утвержденным правительственным прогнозам, к 2020 году в республике будут действовать 34 коммерческие ветровые электростанций. В августе прошлого года стало известно, что компания «UnitedEnergiesAktobe» подписало с руководством актюбинской области меморандум о строительстве завода по производству ветровых генераторов.

Общая стоимость проекта 84 млн евро. Благодаря его реализации выполнить Концепцию главы государства и развивать строительство ВЭС в Казахстане станет в разы выгоднее. Стоит отметить, что прежде чем реализовать проект по строительству ВЭС необходимо учитывать множество нюансов. От скопления ветра в местности до того, какие птицы и животные там обитают. К примеру, если желаемая территория является местом проживания краснокнижных или там проходят перелёты птиц, то проект запретят. Строительство ВЭС обязательно должно согласовываться с территориальными подразделениями региона, в котором реализуется проект.

Полностью заменить гидроэлектростанции альтернативными источниками энергии невозможно. Поскольку для развития промышленность необходимо бесперебойное электроснабжение. Между тем возобновляемые источники энергии надежное подспорье традиционным. Помимо сохранения природы главное их достоинство — безвредность. В атмосферу не выбрасываются никакие вредные массы, для функционирования не добываются ископаемые. В результате не только защита экологии, но и экономия сырья.

Презентация по физике на тему»ВЕТРЯНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ»

ВЕТРЯНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Ветряные электростанции. Несколько ветроэнергетических установок (ВЭУ) — собранных в одном или нескольких местах и объединённых в единую сеть.

Принцип работы ВЭС.Электричество производится за счет энергии перемещающихся воздушных масс. Крупные ветряные электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов.

Типы ветряных электростанций.

Наземная Самый распространённый в настоящее время тип ветряных электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях. Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней.

2. Прибрежная .Прибрежные ветряные электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма.

3. Шельфовая Шельфовые ветряные электростанции строят в море: 10—60 километров от берега, на участках моря с небольшой глубиной. Шельфовые ветряные электростанции обладают рядом преимуществ: их практически не видно с берега.

4. Плавающая. Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

Действующие ВЭС в России. В Башкортостане установлены четыре ветряных электростанции мощностью по 550 кВт. В Калининградской области, смонтировано 19 установок. Мощность парка ветряных электростанций составляет ~5 МВт. На Командорских островах возведены две ветротурбины по 250 кВт. В Мурманске вошла в строй ветроустановка мощностью 200 кВт.

Преимущества ВЭС.Ветряные электростанции не загрязняют окружающую среду вредными выбросами. Ветровая энергия, при определенных условиях может конкурировать с невозобновляемыми энергоисточниками. Источник энергии ветра — природа — неисчерпаема.

Недостатки ВЭС.Очень дороги и практически неокупаемы. Создают вредные для человека шумы в различных звуковых спектрах. создают помехи телевидению и различным системам связи. причиняют вред птицам, если размещаются на путях миграции и гнездования.

Сколько стоят ветряные турбины?

Ветряные турбины домашнего или сельскохозяйственного масштаба

Ветряные турбины мощностью менее 100 киловатт стоят примерно от 3000 до 8000 долларов за киловатт мощности. Установка мощностью 10 киловатт (размер, необходимый для питания большого дома) может иметь установленную стоимость от 50 000 до 80 000 долларов (или больше).

Ветряные турбины имеют значительную экономию на масштабе. Меньшие по размеру турбины для фермерских хозяйств или жилых домов в целом стоят меньше, но они дороже за киловатт мощности по выработке энергии.Часто существуют налоговые и другие стимулы, которые могут резко снизить стоимость ветроэнергетического проекта.

Коммерческие ветряные турбины

Затраты на ветряную турбину коммунального масштаба варьируются от 1,3 до 2,2 млн долларов на МВт установленной паспортной мощности. Большинство установленных сегодня турбин промышленного масштаба имеют мощность 2 МВт и стоят примерно 3-4 миллиона долларов.

Общие затраты на установку ветряной турбины промышленного масштаба будут существенно различаться в зависимости от количества заказанных турбин, стоимости финансирования, времени заключения договора о покупке турбины, контрактов на строительство, местоположения проекта и других факторов.Компоненты затрат для ветроэнергетических проектов включают в себя другие вещи, помимо турбин, такие как расходы на оценку ветровых ресурсов и анализ участка; строительные расходы; разрешительные и межсетевые исследования; модернизация инженерных сетей, трансформаторов, защитного и измерительного оборудования; страхование; эксплуатация, гарантия, обслуживание и ремонт; юридические и консультационные услуги. Другие факторы, которые повлияют на экономику вашего проекта, включают налоги и льготы.

Дополнительные ссылки

Страница ветроэнергетики по экономике малого ветра, включая ссылку на наш калькулятор малого ветра

Страница ветроэнергетики о затратах на ветровые проекты в сообществах

Список производителей турбин в нашей ветровой библиотеке

Страница Совета по сертификации малых ветроэнергетических установок, посвященная сертифицированным малым ветровым турбинам (для получения информации о ценах обращайтесь к компаниям, указанным в списке)

Межгосударственный консультативный совет по турбинам Единый список ветряных турбин

Стоимость энергии ветра

Энергия ветра преобразует кинетическую энергию в механическую, а затем, наконец, в электрическую.Ветер вращает лопасти турбины, заставляя турбины вырабатывать электричество. Энергия ветра используется людьми в течение многих лет. Это самый чистый способ получения энергии, поскольку он не загрязняет окружающую среду. Турбины могут быть произведены в любой промышленно развитой стране, очевидно, что ветер присутствует везде.

Стоимость ветряка

Стоимость ветряных турбин зависит от многих факторов, правильных переговоров, инженерных и других факторов.Рынок ветряных турбин пока относительно невелик; цены всегда снижаются, когда на рынке есть конкуренция. Поскольку в этой сфере нет конкуренции, поэтому и цены высокие.

Эти турбины бывают разных размеров и форм. Стоимость зависит от следующих факторов: размера турбины, контрактов на установку и типа турбины, местоположения, фрахта, модернизации инженерных систем, измерительного оборудования, технического обслуживания и гарантии.

Стоимость коммерческой ветряной турбины составляет около 1-2 миллионов долларов за установленную паспортную мощность МВт, а если вы купите ту же турбину мощностью 2 МВт, ее стоимость составит около 2 долларов.8 миллионов. Ветряные турбины для дома и фермы дешевле, если к расценкам применяется мощность производства энергии в кВт. Цена ветряной турбины мощностью 10 кВт составляет около 28000 долларов, а цена 100 кВт — около 48000 долларов.

Стоимость малой турбины

Некоторые небольшие ветряные турбины мощностью от 1 до 2 кВт доступны по цене от 800 долларов. Они обладают низкой пусковой скоростью и обеспечивают оптимальную мощность в обычных условиях. Они не для роскошной энергии, используемой только для среднего домохозяйства.Они могут удовлетворить ваши потребности в электроэнергии в течение всего года.

Цена турбины для областей с низким и высоким ветром

Ветровые турбины, которые производятся для районов с слабым ветром, имеют большой ротор, тогда как в местах с сильным ветром используется небольшая роторная турбина. Цена на низкие ветряные турбины выше, чем на высокие ветровые турбины, потому что при низком давлении ветра они должны более эффективно производить электроэнергию.

Стоимость установки ветряной турбины

Помимо покупки ветряных турбин, существуют и другие расходы, такие как «стоимость установки ветряных турбин.При покупке ветряных турбин не теряйте сметы, потому что они могут резко увеличить стоимость вашей турбины. Есть и другие расходы, такие как кабели, подключение к сети, фундамент турбины и транспортировка.

Стоимость эксплуатации и обслуживания

Когда ветряная турбина новая, ее эксплуатационные расходы невысоки, но когда она стареет, эксплуатация и техническое обслуживание становятся очень высокими. В Европе были проведены исследования около 5000 ветряных турбин. Эти ветряки были установлены в 1975 году.После исследований они пришли к выводу, что каждое новое поколение турбин требует меньших затрат на техническое обслуживание, чем предыдущие поколения.

Годовые затраты на техническое обслуживание старой ветряной турбины в среднем составляли 3% от стоимости первоначальной турбины. Причина в том, что, поскольку новые турбины, как правило, довольно большие, вам не нужно обслуживать большую турбину и сравнительно маленькую. Новые турбины производятся с использованием новых технологий и материалов, поэтому они экономят ваши расходы на техническое обслуживание. Стоимость новой ветряной турбины находится в пределах 1.От 5 до 2 процентов годовых.

Домашние ветряные турбины: обзор, продукты и стоимость

Время чтения: 6 минут

Не все дома подходят для установки солнечных батарей. Однако это не означает, что вы не сможете производить чистую энергию на своем участке. Одна из технологий использования возобновляемых источников энергии, которая становится все более популярной альтернативой для домовладельцев, стремящихся производить собственное экологически чистое электричество, — это небольшие ветряные турбины.

Обзор малых ветряных турбин

Небольшие ветряные турбины, иногда называемые домашними ветряными турбинами, намного меньше, чем турбины, которые вы видите на ветряных электростанциях.В то время как более крупные ветряные турбины могут иметь диаметр лопастей, равный длине футбольного поля, небольшие ветряные турбины обычно имеют диаметр до 10 метров в ширину. Из-за меньшего размера лопастей эти ветряные турбины имеют гораздо меньшую выходную мощность, чем большие турбины. Это делает небольшие ветряные турбины идеальными для проектов с небольшими потребностями в электроэнергии, таких как жилые, портативные или автономные.

Лучшие места для небольших ветряных турбин — это места с частыми и высокими скоростями ветра.Вообще говоря, чем выше турбина, тем ветренее окружающая среда и тем больше электроэнергии она способна производить. Большинство лучших мест для небольших ветряных турбин находятся в сельской местности, поскольку они, как правило, имеют много места и мало препятствий, которые могут повлиять на скорость ветра. В некоторых случаях небольшая ветряная турбина может компенсировать 100 процентов счета за электроэнергию в доме.

Покупка небольших ветряных турбин

Когда дело доходит до покупки небольшой ветряной турбины для вашего дома, важно сравнивать различные продукты и то, как они различаются по цене, дизайну, мощности и предлагаемому оборудованию.

В таблице ниже показано, как небольшие ветряные турбины различаются по цене в зависимости от мощности. Среди ветряных турбин аналогичного размера разница в цене в значительной степени связана с дополнительными компонентами, включенными в покупку, такими как контроллеры заряда, столбы / башни, батареи или кабели. Дополнительные компоненты, которые вам необходимо приобрести, зависят от настройки вашей ветряной турбины. Например, автономным системам требуется аккумулятор для хранения электроэнергии и контроллер заряда для защиты аккумулятора от перезарядки.

Изделия для малых ветряных турбин

Большинство перечисленных выше изделий не могут производить достаточно электроэнергии для питания среднего дома, но могут быть полезны для компенсации небольшой части счета за электроэнергию. Ветряные турбины мощностью менее 500 Вт называются ветряными микротурбинами . Они могут быть особенно полезны для небольших приложений, не связанных с сетью, таких как лодки, дома на колесах и т. Д.

Определение размера небольшой ветряной турбины для вашей собственности

Первый шаг к определению правильного размера для вашей ветряной турбины — это знать, сколько электроэнергии вы хотите производить.Если вы хотите удовлетворить большую часть или все свои потребности в электроэнергии с помощью небольшой ветряной турбины, вы можете определить потребление электроэнергии, просмотрев прошлые счета за электроэнергию. В качестве альтернативы, если вы хотите компенсировать только определенные приборы с помощью энергии ветра, калькулятор энергии бытовых приборов Министерства энергетики — хорошее место для начала расчета потребности в электроэнергии для конкретных приборов.

После того, как вы узнаете свои потребности в электроэнергии, найдите ветряную турбину и место для установки, которые будут соответствовать этой потребности.Многие производители ветряных турбин сообщают о предполагаемой годовой выработке электроэнергии для своей продукции, используя определенные предположения о высоте и средней скорости ветра. Без этого расчет для оценки реальной выходной мощности ветряной турбины может быть затруднен, поскольку он зависит от погодных условий, плотности воздуха, эффективности оборудования, длины лопастей и т. Д. Однако вы можете сделать приблизительную оценку выработки энергии ветряной турбиной без сложных вычислений, используя оценочный коэффициент мощности .

Коэффициент мощности — полезный показатель для оценки количества электроэнергии, которую генератор может производить в течение года. Для ветра коэффициент мощности рассчитывается путем деления общего количества электроэнергии, произведенной турбиной, на общее количество электроэнергии, которое она произвела бы в течение года, если бы вырабатывала свою максимальную мощность круглый год. Согласно отчету о распределенном ветровом рынке Министерства энергетики за 2018 год, малые ветровые турбины имеют средний коэффициент использования мощности 17 процентов, но их набор данных включает диапазон от 2 до 36 процентов.

Используя оценку коэффициента мощности, вы можете рассчитать приблизительную оценку годового производства электроэнергии по следующей формуле:

Киловатт-часов в год = 8760 часов в году x номинальная мощность (кВт) x коэффициент мощности (%)

Учитывая средний коэффициент мощности для малых ветряных турбин, турбина мощностью 10 кВт будет производить примерно 14 892 кВтч в год.

Как выбрать место для размещения вашей ветряной системы для жилого дома

При выборе места для жилой ветряной турбины необходимо учитывать несколько моментов: количество ветра, которое получает определенное место, , и расстояние до что вы пытаетесь привести в действие .

Ветер

Если ваша собственность не находится на земле, которая полностью изолирована и плоская, важно проанализировать, сколько ветра может получить каждое потенциальное место установки. Например, если вы разместите свою систему на вершине холма, вероятно, будет больше ветра, чем если бы вы разместили ее на не ветреной стороне барьера, такого как сарай или дерево. Хорошее практическое правило заключается в том, что ваша система должна быть расположена с наветренной стороны от любых препятствий и на 30 футов выше всего, что существует в пределах 300 футов от нее.

Расстояние

Не менее важно для доступа ветра расстояние между вашей системой и тем, что вы пытаетесь запитать. Это связано с тем, что значительное количество электроэнергии может быть потеряно, если провод, идущий от вашей системы, будет слишком длинным. Чем ближе ваша домашняя ветряная турбина находится к нагрузке, которую вы пытаетесь запитать, тем эффективнее будет ваша система.

Стоимость малых ветряных турбин

Стоимость установки небольшой ветряной турбины может варьироваться в зависимости от размера системы, высоты башни и оборудования, которое вы покупаете.В большинстве случаев, чем больше и выше ветряк, тем дороже он будет.

По данным Американской ассоциации ветроэнергетики (AWEA), небольшие ветряные турбины стоят от 3000 до 5000 долларов за каждый киловатт мощности. Большинство домовладельцев, использующих ветряные турбины в качестве основного источника электроэнергии, устанавливают от 5 до 15 кВт мощности ветра, что означает, что они могут рассчитывать заплатить от 15 000 до 75 000 долларов за свой проект небольшой ветряной турбины. Эти цифры не включают какие-либо федеральные льготы или льготы штата.

Стоит ли устанавливать у себя дома небольшую ветряную турбину?

Небольшие ветряные турбины могут быть экономичным способом выработки возобновляемой электроэнергии для вашего дома. Однако многие объекты жилой недвижимости не подходят для установки ветряных турбин по нескольким причинам.

Во-первых, для выработки достаточного количества электроэнергии, чтобы окупить первоначальные инвестиции, ветряные турбины должны располагаться в ветреном месте. Хотя это может показаться очевидным, недостаточно просто испытать высокие скорости ветра во время штормов или определенных сезонов: вам нужны постоянные модели ветра, способные вращать ветряную турбину в течение всего года, чтобы окупить первоначальные инвестиции.

Как правило, если среднегодовая скорость ветра на вашем участке менее 5 метров в секунду, это, скорее всего, неподходящее место для небольшой ветряной турбины. Если вы не уверены в скорости ветра в вашем доме, у Национального управления океанических и атмосферных исследований есть карты ветров, на которых указана средняя скорость ветра по стране по месяцам. В ближайшем аэропорту также может быть записана скорость ветра, если вы хотите получить базовую оценку для своего региона.

Кроме того, небольшие ветряные турбины должны иметь определенное пространство и достигать определенной высоты для достижения значительной экономии электроэнергии. В вашей юрисдикции могут быть постановления о зонировании, которые ограничивают высоту конструкции, которую вы можете установить на своем участке, тем самым ограничивая количество электроэнергии, которую может производить ваша ветряная турбина. Вам также понадобится достаточно открытого земельного участка на вашем участке, чтобы опустить небольшую ветряную турбину для технического обслуживания — многие установщики рекомендуют иметь хотя бы один акр чистой земли.

Однако, если вы живете в ветреном, удаленном месте вне сети, небольшая ветряная турбина может быть более доступной, чем подключение вашего дома к электросети. Кроме того, ветряные микротурбины могут быть полезны для других портативных приложений, не связанных с сетью, таких как зарядка аккумуляторов для жилых автофургонов и парусных лодок.

Установка и обслуживание

После того, как вы определите, подходит ли вам ветряная турбина для жилого дома и где ее можно разместить на вашем участке, следующим шагом будет установка.В большинстве случаев (если вы не можете залить цемент, правильно подключить свою систему и разместить ее там, где она должна быть), бытовую ветряную турбину необходимо установить профессионально. Свяжитесь с производителем вашей системы, чтобы узнать больше о вариантах установки и стоимости.

После того, как ваша ветряная турбина в жилом помещении будет установлена, требования к техническому обслуживанию могут включать ремонт электрических соединений и проводки, а также замену любых корродированных деталей. Например, лопасти малых ветряных турбин служат около 10 лет.Если вся система правильно обслуживается и устанавливается, вы должны рассчитывать, что ее срок службы составит около 20 лет.

Сравните все варианты, прежде чем принимать решение.

Поскольку вы ищете способы вырабатывать собственное электричество, всегда полезно сравнить несколько вариантов, прежде чем принимать окончательное решение. Зарегистрировавшись на EnergySage Solar Marketplace, вы можете получить до семи индивидуальных предложений по установке солнечной энергии на вашем участке. Эти расценки включают информацию о затратах и ​​оценках экономии, которые позволяют сравнить экономические выгоды от солнечной энергии с предложениями малых ветряных турбин.Если вы хотите начать с приблизительных цифр, прежде чем получать расценки, воспользуйтесь нашим солнечным калькулятором.

экологическое содержание

Ветровая энергия — один из самых дешевых источников электроэнергии, и она становится все дешевле

Ранее в этом месяце Министерство энергетики США (DOE) выпустило последнюю версию своего ежегодного отчета о рынке ветроэнергетических технологий. вместе с огромным количеством данных для отслеживания тенденций в стоимости, производительности и росте ветроэнергетики.

В отчете установлено, что ветровая энергия в США будет по-прежнему одной из доступных технологий производства электроэнергии с наименьшими затратами, при этом долгосрочная цена на ветровую электроэнергию, доступную по соглашению о покупке электроэнергии, составляет примерно половину ожидаемых затрат на простое управление электричеством. электростанция, работающая на природном газе.

Кроме того, жесткая конкуренция со стороны как природного газа, так и солнечной энергии может подтолкнуть ветроэнергетику к достижению еще более низких цен и более высокой производительности за счет разработки более крупных турбин, предназначенных для максимальной производительности даже в регионах с менее чем оптимальной скоростью ветра.

В этом посте будут рассмотрены некоторые из основных тенденций в области ветроэнергетики в США, отслеживаемых в отчете Министерства энергетики США. Чтобы получить полное изложение, я предлагаю вам проверить полный отчет и связанную с ним колоду слайдов.

Энергия ветра — один из самых дешевых источников электроэнергии в США

В то время как общая цена энергии ветра напрямую зависит от скорости ветра в конкретном месте, изучение национальных тенденций в установленной стоимости энергии ветра однозначно показывает, что энергия ветра стала чрезвычайно недорогим источником электроэнергии.

Средний потребитель в США платит за электроэнергию около 12 центов за киловатт-час. Эта цена включает в себя стоимость производства электроэнергии, проводов, по которым она доставляется от генераторов к нашим домам, и стоимость ведения коммунального хозяйства. Фактические затраты только на производство электроэнергии составляют от 2 до 4 центов за киловатт-час — это цена, с которой энергия ветра должна конкурировать, чтобы быть успешной.

На основании данных, собранных в Отчете о рынке ветряных технологий, ветровая энергия стабильно стоит на уровне или ниже текущих рыночных ставок на электроэнергию.Энергия ветра часто приобретается крупными блоками по долгосрочному контракту, который называется договором купли-продажи электроэнергии (PPA). На приведенном ниже рисунке показана историческая цена контрактов PPA на ветроэнергетику с 1996 года. Диаметр каждого круга — это размер построенной ветряной электростанции в мегаваттах, а высота круга на оси Y — цена контракта в долларах за мегаватт. -час (или долларов за 1000 киловатт-часов).

На этом рисунке сравнивается цена контракта по соглашению о закупке электроэнергии (PPA) для энергии ветра (кружки) с приведенной стоимостью природного газа (черные полосы), основанной на прогнозах Управления энергетической информации (EIA).Диаметр каждого круга представляет мощность ветряной электростанции в мегаваттах. Энергия ветра, производимая внутри США, с 2011 года соответствует или ниже долгосрочных прогнозов цен на газ. В последние годы цена на внутренний ветер упала ниже 20 долларов за мегаватт-час, или 2 цента за киловатт-час. Кредит: Отчет о рынке ветряных технологий Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

В последние годы было закуплено огромное количество энергии ветра по цене 20 долларов за мегаватт-час или ниже, или всего 2 цента за киловатт-час.Это по любым параметрам конкурентоспособно с ценами на обычном оптовом рынке электроэнергии.

Но важно отметить, что цена на ветровую энергию, предлагаемую через PPA, представляет собой полную цену, которая включает эффект субсидий, таких как федеральный налоговый кредит на производство ветровой энергии, который предусматривает налоговую субсидию в размере от 18 до 23 долларов за мегаватт-час. произведенной энергии. Если исключить налоговую льготу на производство и посмотреть на приведенную стоимость энергии (LCOE) от внутреннего ветра, она по-прежнему будет стоить менее 50 долларов за мегаватт-час (5 центов за киловатт-час).Для сравнения, по оценке Управления энергетической информации, лучшая в своем классе электростанция на природном газе с комбинированным циклом имеет LCOE около 54 долларов за мегаватт-час (5,4 цента за киловатт-час). Таким образом, даже если учесть влияние федерального налогового кредита на производство ветровой энергии, энергия ветра остается чрезвычайно конкурентоспособным генерирующим ресурсом.

Приведенная стоимость энергии (LCOE) отражает среднюю стоимость энергии ветра без учета каких-либо федеральных налоговых льгот или других субсидий. Внутренний ветер, построенный в 2014 и 2015 годах, имеет LCOE менее 50 долларов за мегаватт-час или 5 центов за киловатт-час.Для сравнения, по оценке Управления энергетической информации, лучшая в своем классе электростанция на природном газе с комбинированным циклом имеет LCOE около 54 долларов за мегаватт-час, или 5,4 цента за киловатт-час. Кредит: Отчет о рынке ветряных технологий Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Конкуренция поднимает ветер, чтобы быть дешевле, больше и лучше

Одним из преимуществ того, что энергия ветра становится полностью конкурентоспособной по сравнению с традиционным производством электроэнергии на ископаемом топливе, является то, что она оказывает значительное давление на ветроэнергетику, требующую постоянного повышения стоимости и производительности своих ветряных турбин, чтобы оставаться на шаг впереди конкурентов.

Отраслевые данные показывают, что ветряные турбины, развернутые в 2016 году, имеют роторы большего диаметра, что позволяет им улавливать больше ветра в целом, и более высокую высоту ступицы, что позволяет им улавливать более устойчивые ветры, доступные на больших высотах. Средний диаметр ротора в 2016 году составил 108 метров, что на 13 процентов больше, чем в среднем за предыдущие 5 лет, в то время как средняя высота ступицы в 2016 году составила 83 метра, что на 1 процент выше среднего за предыдущие 5 лет. В результате средняя генерирующая мощность вновь установленных ветряных турбин в США в 2016 году составила 2.15 мегаватт, что на 11 процентов выше среднего показателя за предыдущие 5 лет.

Усовершенствования конструкции ветряных турбин не только помогли увеличить максимальную мощность, которую они могут производить (или их генерирующую мощность), но и их коэффициент мощности, то есть показатель того, как часто они фактически производят энергию. Средний коэффициент мощности проектов, установленных в 2014 и 2015 годах, составлял более 40 процентов — это означает, что они производили 40 процентов максимально возможной энергии, которую они могли бы произвести, если бы было очень ветрено 24 часа в сутки, 365 дней в году.

Усовершенствование конструкции ветряных турбин привело к значительному увеличению коэффициента использования ветряных электростанций — показателя того, как часто они фактически производят энергию. Средний коэффициент мощности среди проектов, построенных в 2014 и 2015 годах, составлял 42,6 процента по сравнению со средним показателем 32,1 процента среди проектов, построенных с 2004 по 2011 год, и 25,4 процента среди проектов, построенных с 1998 по 2001 годы. Фото: Отчет о рынке ветряных технологий Lawrence Berkeley National Лаборатория

Как насчет затрат на интеграцию, связанных с изменчивостью ветра?

Здесь вы можете спросить, а как насчет всех затрат, связанных с изменчивостью ветра? Разве нам не нужны хранилища, чтобы управлять колебаниями выработки энергии ветра? К сожалению, нет кратких ответов на вопрос, каковы затраты на интеграцию переменного источника электричества, такого как ветер.Ответ — однозначный: «это зависит от обстоятельств».

Одна вещь, которую мы можем сделать, — это посмотреть, как количество ветра, принудительно уменьшенное или ограниченное операторами сети, изменилось по мере того, как количество энергии ветра в сети увеличилось. На приведенном ниже рисунке показаны как скорость проникновения ветра, так и скорость ослабления ветра в период с 2008 по 2016 год для семи независимых системных операторов США (ISO) (карта ISO США здесь).

Эта цифра отслеживает изменения в проникновении ветра и ограничении ветра или количестве ветровой генерации, которая принудительно отключается оператором сети, на семи единицах.S. независимый системный оператор (ISO) регионов. В то время как проникновение ветра значительно увеличилось, сокращение ветровой нагрузки на уменьшилось на из-за инвестиций в передачу и других эксплуатационных изменений, направленных на использование энергии ветра. Кредит: Отчет о рынке ветряных технологий Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Когда вы посмотрите на общее изменение проникновения ветра и ограничения ветра по всем семи ISO, сокращение фактически уменьшилось на , даже несмотря на то, что проникновение ветра значительно увеличилось.Это не означает, что затраты на интеграцию ветроэнергетики незначительны. Фактически, главная причина, по которой сокращение выбросов сократилось с момента его пика в 2009 году, заключается в том, что регионы вкладывают средства в крупномасштабные линии электропередачи, чтобы направлять энергию ветра с равнин в города и лучше сбалансировать выработку энергии ветра со спросом. В регионе Совета по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT), например, коммунальные предприятия инвестировали 7 миллиардов долларов в линии электропередачи, связывающие ветреный Западный Техас с восточными и центральными городами, что значительно сократило сокращение выбросов.Как и все инвестиции в линии электропередачи, эти затраты были распределены по всей клиентской базе, поэтому они не отражены в стоимости энергии ветра, показанной на диаграммах выше. Но когда вы распределяете миллиардные инвестиции между миллионами клиентов, затраты, понесенные в расчете на одного клиента, относительно невелики.

Поскольку исключительно низкая цена на ветровую энергию в США стимулирует дальнейшее строительство ветряных электростанций, будет интересно посмотреть, как операторы сетей в США справятся с задачей интеграции энергии ветра с остальной сетью.По крайней мере, до сих пор они добивались успеха. Но директивные органы и регулирующие органы должны осознавать необходимость в новых мощностях передачи и других модернизациях сети для интеграции ветряных электростанций, поскольку все больше турбин устанавливается в большем количестве мест. Определение инвестиций с наименьшими затратами для интеграции наиболее возобновляемой энергии — непростая задача, но она будет становиться все более жизненно важной, поскольку возобновляемые источники энергии теряют ярлык «альтернативной энергии» и становятся основным источником поставок электроэнергии в США.

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание ветроэнергетики в США оцениваются в 48000 долларов США / МВт; Падение затрат создает новые промышленные применения: МЭА | Reuters Events

Наша подборка последних новостей о ветроэнергетике, которые вам нужно знать.

Статьи по теме

Средние затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание ветроэнергетики в США оцениваются в 48000 долларов США / МВт

Средняя стоимость эксплуатации и техобслуживания (O&M) ветряной электростанции в США с полной гарантией составила чуть более 48000 долларов за МВт в 2016 году, а средний возраст установленных турбин сейчас составляет около шести лет, сообщает IHS Markit в новом отчете. отчет.

По данным IHS Markit, затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание в среднем составляют от 42 000 до 48 000 долларов США на МВт в течение первых 10 лет эксплуатации ветряной турбины.Однако затраты сильно различаются в зависимости от возраста, местоположения и стратегии эксплуатации и технического обслуживания.

Ожидается, что владельцы ветряных электростанций в США потратят более 40 миллиардов долларов на эксплуатацию и техническое обслуживание в течение следующих 10 лет, говорится в отчете.

«Средний возраст ветроэнергетического парка Северной Америки вырастет с 5,5 лет в 2015 году до 7 лет в 2020 году и до 14 лет в 2030 году», — сказал Максвелл Коэн, старший аналитик IHS Markit и соавтор отчета. заявление.

«Наряду с этим значительно возрастают расходы на техническое обслуживание и эксплуатацию оборудования, что заставляет операторов сосредоточить внимание на оптимизации производительности и управлении затратами», — сказал Коэн.

Количество ветряных турбин, установленных в США, по прогнозам, вырастет с 50 000 в настоящее время до примерно 70 000 к 2030 году.

«Возраст этих мощностей в 2030 году сделает бизнес O&M очень прибыльным, поэтому так много игроков расширяются в этот сектор бизнеса», — сказал Райан Сиавелис, старший аналитик IHS Markit и соавтор отчета. .

«Мы видим, как новые участники производственно-сбытовой цепочки конкурируют за соглашения об услугах по эксплуатации и техническому обслуживанию ветроэнергетики.«Производители оригинального оборудования (OEM), включая Suzlon, Siemens Gamesa, MHI и Vestas, становятся все более активными в обслуживании турбин, произведенных, например, другими OEM-производителями», — сказал он.

Падение затрат на ветер и солнечную энергию приводит к появлению новых промышленных применений: IEA

Недавнее быстрое падение стоимости ветровой и солнечной энергии может открыть новые возможности для сокращения выбросов углерода в промышленности, либо за счет прямого электроснабжения, либо за счет производства химикатов и топлива, богатых водородом (H), говорится в новом отчете МЭА «Возобновляемые источники энергии». для промышленности.’

Химические вещества и топливо, богатые водородом, могут производиться в регионах с обильными и дешевыми возобновляемыми источниками энергии и отправляться в крупные центры потребления, «создавая новые виды международной торговли», — говорится в заявлении Седрика Филиберта, старшего энергетического аналитика МЭА.

По его словам, производственные регионы могут включать Австралию, Африканский Рог, Северную Африку, север Чили, юг Перу, Патагонию и Южную Африку, а также несколько регионов Китая и Среднего Запада США.

По словам Филиберта, помимо производства электроэнергии для промышленного использования «зеленый» водород и аммиак могут также снизить выбросы углекислого газа при производстве чугуна и стали.

«Водород и аммиак могут служить в качестве энергоносителей для других целей, особенно в промышленных печах и уравновешивающих электростанциях. Также можно производить попутное углеводородное топливо и многие химические вещества, связывая зеленый водород и переработанный углерод из дыма или воздуха», — сказал он.

По оценкам МЭА, для использования энергии ветра и солнца потребуется «несколько тераватт» дополнительных ветровых и солнечных мощностей.

«В целом, сочетание прямой электрификации процесса и использования хранимых химикатов, богатых водородом, и топлива, производимого из электроэнергии, может предложить наибольший потенциал для использования возобновляемых источников энергии в различных отраслях промышленности», — сказал Филибер.

К 2030 году мировой рынок накопителей энергии вырастет до 125 ГВт: BNEF

В новом отчете Bloomberg New Energy Finance (BNEF) говорится, что мировой рынок накопителей энергии «удвоится в шесть раз» в период с 2016 по 2030 год, достигнув в общей сложности 125 ГВт, или 305 ГВт-ч.

«Это аналогичная траектории замечательного расширения, которое произошло в солнечной отрасли с 2000 по 2015 год, когда доля фотоэлектрической энергии в процентах от общей генерации удвоилась в семь раз», — говорится в заявлении BNEF.

По оценкам BNEF, к 2030 году в накопление энергии будет инвестировано 103 миллиарда долларов, а четверть проектов по хранению энергии будет развернута в США. Другими значительными рынками хранения энергии будут Китай, Япония, Индия, Германия, Великобритания, Австралия и Южная Корея, на которые приходится 70% установок, говорится в сообщении.

Глобальное развертывание накопительного хранилища

Источник: Bloomberg New Energy Finance (BNEF)

«Накопление энергии, как в масштабе коммунального предприятия, так и за счетчиком, будет важным источником гибкости на протяжении всего этого периода и будет иметь важное значение для интеграции возрастающих уровней возобновляемой энергии», — заявили в BNEF.

Обновление новой энергии

Энергия ветра

Стоимость ветроэнергетики продолжает падать из-за снижения цен на ветряные турбины — цены упали на 44-78% от пикового значения в период с 2007 по 2010 год — баланс снижения затрат на электростанции и усовершенствования технологий ветряных турбин, особенно более крупных диаметры ротора и более высокая высота ступицы, что означает, что больше энергии может быть получено с участков с той же скоростью ветра.

Мировая средневзвешенная стоимость электроэнергии новых береговых ветряных электростанций в 2019 году составила 0,053 доллара США / кВтч при стоимости страны / региона от 0,051 доллара США до 0,099 доллара США / кВтч в зависимости от региона. Стоимость наиболее конкурентоспособных проектов сейчас составляет всего 0,030 долл. США / кВтч без финансовой поддержки. Ожидается, что расходы будут продолжать снижаться, при этом пока не наблюдается замедления снижения цен на ветряные турбины; постоянный прогресс в технологии ветряных турбин (приводящий к более высокой выработке энергии и, следовательно, коэффициент мощности), экономия за счет масштаба и снижение затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание.

Морская ветроэнергетика, с развертыванием около 28 ГВт в 2019 году по сравнению с наземной ветровой мощностью 594 ГВт, была относительно дороже, чем береговая ветроэнергетика, но затраты снизились с пикового уровня в 2014 году до 0,115 доллара США / кВтч в 2019 году, хотя средневзвешенная стоимость в 2019 году в Дании было 0,087 доллара США / кВтч. Снижение затрат было вызвано растущей зрелостью отрасли; растущая конкурентоспособность рынка, обусловленная конкурентными аукционами как на уже существующих, так и на новых рынках; создание зрелых цепочек поставок в региональных хабах, эффект масштаба; и достижения в технологии ветряных турбин, обеспечивающие более высокие коэффициенты мощности и снижающие затраты на установку.Это сокращение затрат было достигнуто, несмотря на возрастающую сложность проектов, реализуемых дальше от берега, в более глубоких водах с более суровыми метеорологическими и океанографическими условиями.

---

Сила перемен: потенциал снижения затрат на солнечную и ветровую энергию до 2025 года

Повышение эффекта масштаба, более конкурентоспособные цепочки поставок и дальнейшие технологические усовершенствования будут продолжать снижать затраты на солнечную и ветровую энергию.Те же факторы также повысят доступность этих ключевых возобновляемых источников энергии в ночное время и в различных погодных условиях.

• июнь 2016
• |
• Затраты, мощность
• |
• английский

---

---

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

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

Ветряные турбины вряд ли прослужат намного дольше из-за экстремальных нагрузок, которым они подвергаются на протяжении всей своей жизни. Частично это связано с конструкцией самих турбин, поскольку лопасти турбины и мачта закреплены только на одном конце конструкции и, следовательно, сталкиваются с полной силой ветра. Конечно, с увеличением скорости ветра возрастают и нагрузки, которым подвергаются турбины. Это может достигать уровней, почти в 100 раз превышающих расчетные нагрузки при номинальной скорости ветра, поэтому многие турбины предназначены для отключения, чтобы защитить себя при более высоких скоростях ветра.

Одним из основных факторов, определяющих срок службы ветряной турбины, являются экологические условия эксплуатации, с которыми сталкивается ветряная промышленность. Эти условия зависят от площадки и включают среднюю скорость ветра, интенсивность турбулентности и (для операторов морских ветряных электростанций) циклическую нагрузку на фундаменты, конструкции оболочки и моноблоки, вызываемые волнами.

В дополнение к этим факторам окружающей среды, существуют обычные проблемы для любой конструкции, основанные на усталостном отказе от использования в течение срока службы актива.Они включают в себя множество различных деталей и компонентов, от лопастей ветряных турбин до проводки и гидравлических систем.

Лопасти ветряных турбин требуют особого упоминания, так как они особенно подвержены повреждениям. В качестве движущегося компонента лопасти ротора подвержены более высоким уровням нагрузки и утомляемости, а также могут пострадать от ударов птиц или других объектов, а также от воздействия сильного ветра или ударов молний.

Срок службы турбины можно продлить за счет тщательного контроля и технического обслуживания.Для этого необходимо оценить состояние объекта и сравнить его с затраченным сроком службы турбины на основе ожидаемых нагрузок и усталости, а также факторов окружающей среды для объекта ветроэнергетики.

Эти оценки позволят определить, возможна ли дальнейшая работа и когда может потребоваться замена каких-либо компонентов для продления срока службы всей конструкции. Это известно как оценка продления срока службы и включает в себя как теоретический, так и практический анализ, такой как проверки на месте и оценку данных расчетной нагрузки.

Отчет о состоянии детализирует требования к техническому обслуживанию, из которых может быть произведена точная оценка стоимости продления срока службы ветряной турбины. Это позволяет операторам определять текущие эксплуатационные расходы и риск отказа в сравнении с затратами на замену или даже вывод из эксплуатации. Отчет также может использоваться для подачи заявления на продление страхового полиса, а также часто требуется поставщиками услуг в конце расчетного срока службы турбины.

Как упоминалось выше, фактический объем технического обслуживания, необходимого для поддержания работоспособности ветроэнергетического объекта, будет варьироваться в зависимости от факторов, включая конкретные условия эксплуатации и используемые материалы.Однако ветряные турбины обычно требуют профилактических осмотров два или три раза в год. Потребность в этих проверках может возрасти по мере старения турбины, а также потребуется больше обслуживания для поддержания ее в рабочем состоянии.

Оффшорные генерирующие активы сталкиваются с определенными проблемами, требующими обслуживания. Проблемы, с которыми сталкиваются береговые активы, часто усугубляются условиями эксплуатации на море, а также добавляют свои собственные специфические проблемы. Эти проблемы включают коррозию, эрозию и биообрастание наряду с обычными материалами, усталостью и ветровыми факторами.

По мере того, как растет зависимость от морских возобновляемых источников энергии, становится все более важным решать эти проблемы для поддержания эксплуатационной готовности.

Аналитическая оценка

Для обеспечения безопасной эксплуатации важно обеспечить устойчивость конструкции ветряных турбин. Устройства безопасности, тормозные системы и системы управления турбиной — все требуют испытаний для проверки структурной устойчивости, но также необходимо сравнить нагрузки проектных условий с фактическими нагрузками, которым подвергалась турбина.Эту информацию о нагрузке можно получить из компьютерного моделирования, представляющего расчетные условия после типовых испытаний наряду с условиями эксплуатации в окружающей среде.

Рабочие условия окружающей среды включают в себя ветровые условия для конкретной площадки, такие как средняя скорость ветра, турбулентность и любые экстремальные погодные явления. За ними ведется мониторинг за предыдущие 20 лет для расчета расчетных нагрузок во время эксплуатации. Ветряным электростанциям может потребоваться, чтобы каждая турбина имела свой собственный набор данных. Затем эти данные оцениваются вместе с технической документацией на турбину.Эта техническая документация включает документацию, относящуюся к конструкции турбины, вводу в эксплуатацию, разрешениям на эксплуатацию, данным по эксплуатации и доходности, а также электрические схемы и гидравлические схемы. Кроме того, оцениваются отчеты о ремонте, осмотре и техническом обслуживании. Технический отчет также необходим для ежегодного документирования состояния лопастей ротора.

Операторы ветряных электростанций несут ответственность за своевременное предоставление соответствующих документов и организацию оценок. В некоторых случаях можно получить документацию по замене у производителя, однако, если производитель больше не доступен, можно использовать опыт, чтобы сравнить турбину с другими.

Эти аналитические расчеты используются для создания заявления о любых немедленных действиях, которые требуются для продолжения работы, а также о тех, которые необходимо запланировать на более поздний срок, например, замене деталей или полной проверке.

Все эти симуляции необходимо подкрепить инспекциями на месте. Традиционно это выполнялось лично инспектором, но все чаще это делается удаленно с использованием роботов и таких технологий, как система BladeSave.

Узнайте больше о проекте BladeSave

Физический мониторинг

Состояние ветряной турбины оценивается с помощью инспекции на месте, основанной на аналитической оценке. Это позволяет проверить конкретные слабые места, дефекты или потенциальные проблемы. Физический мониторинг также выявляет необычный износ или повреждение компонентов и оборудования. Особого внимания требуют несущие и критически важные для безопасности компоненты, при этом некоторые типы ветряных турбин имеют собственные конструктивные недостатки или производственные проблемы, которые могут привести к преждевременным дефектам.

Физические осмотры выполняются на лопатках турбины, несущей конструкции и фундаменте на предмет признаков коррозии и трещин или для прослушивания подозрительных или необычных шумов, исходящих от редуктора и подшипниковых узлов.

Значительный ущерб может привести к немедленному останову актива, что часто приводит к дорогостоящим простоям перед техническим обслуживанием или ремонтом. Однако эти проверки, как правило, позволяют обнаружить незначительные повреждения, вызванные коррозией, усталостью или атмосферными воздействиями, что позволяет устранить дефект до того, как он станет еще хуже.

Различные детали требуют разного уровня контроля и обслуживания, при этом лопатки и кабели турбины требуют более тщательного осмотра и ухода.

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

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (также известные как затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание) составляют значительную часть общих годовых затрат на ветряную турбину.Эти затраты варьируются в зависимости от возраста актива, но в среднем составляют около 20-25% от общих приведенных затрат на кВтч, произведенного в течение срока службы турбины. Для новой турбины эти затраты могут составлять всего 10-15%, но могут возрасти до 20-35% к концу жизненного цикла турбины. Производители работают над новыми конструкциями, чтобы помочь снизить эти затраты за счет создания турбин, которые требуют меньшего количества посещений для обслуживания и, как следствие, меньшего времени простоя.

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание включают следующие расходы:

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

Некоторые из фактических затрат, связанных с этими расходами, можно оценить, например, страхование и техническое обслуживание, поскольку можно получить стандартные контракты, покрывающие большую часть жизненного цикла турбины.Однако затраты на ремонт и замену деталей определить труднее, поскольку на них могут влиять возраст и состояние турбины, которые часто увеличиваются по мере старения актива. Кроме того, поскольку очень немногие турбины достигли конца ожидаемого срока службы, имеется мало данных об этих расходах на более позднем этапе жизненного цикла, в то время как многие старые турбины меньше, чем те, которые в настоящее время представлены на рынке.

Заключение

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

Некоторые компоненты, такие как лопасти, требуют дополнительного мониторинга и обслуживания, а такие технологии, как BladeSave, могут упростить этот процесс для оператора, позволяя осуществлять непрерывный удаленный мониторинг срока службы лопастей ветряных турбин.

Если ветряная электростанция эксплуатируется в рамках параметров проектного срока службы и условий, а техническое обслуживание проводится регулярно, они могут работать сверх проектного срока службы. Во многих случаях ветровые условия на площадке создают более низкие нагрузки, чем ожидалось, а это означает, что конструкции турбин не имеют значительных повреждений. В этих случаях ремонт незначительный и относительно недорогой, в то время как оценка продления срока службы может определить, что турбина может продолжать работать сверх первоначального расчетного срока службы.

Мониторинг и управление ветряными турбинами в TWI

TWI имеет богатый опыт работы с ветряными турбинами, в том числе в решении особых проблем, связанных с морскими активами, таких как неразрушающий контроль фундаментов морских кожухов.