Принцип работы ветровые электростанции: Как работает ветряная электростанция? — Статьи об энергетике

Содержание

Ветряные электростанции | Устройство и принцип работы

17 Mar 2021


С каждым днем растет потребность в энергетических ресурсах, а запасы привычных нам носителей энергии сокращаются, то с каждым днем использование альтернативных источников энергии становится всё более актуальным.

Генерировать электричество из энергии ветра – возможно. Объем электрической мощности напрямую зависит от особенностей местности, в которой вы проживаете.
Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию.

Где же используются ветрогенераторы?

Обычно ветрогенераторы используются на открытых территориях, так как там потенциал ветра самый большой.

Но с каждым годом современные установки совершенствуются и могут производить выработку электричества даже при небольшой силе ветра. По функциональности электростанции ветряные можно разделить на 3 типа, стационарные и передвижные, или мобильные. Стационарные установки высокой мощности требуют проведения целого комплекса подготовительных работ. Даже в безветренную погоду, они способны накапливать достаточное для использования количество электроэнергии.

Передвижные электростанции относительно нетребовательные, то есть они проще по конструкции, соответственно их легче устанавливать и просто эксплуатировать. Чаще всего они используются для питания электроприборов или в путешествиях.

Ветроэлектростанции различают по конструкции на крыльчатые и  роторные. Ветрогенераторы традиционной схемы, или крыльчатые ветрогенераторы, представляют лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения. Ветроагрегат вращается с максимальной скоростью, когда лопасти расположены перпендикулярно потоку воздуха. Коэффициент использования энергии ветра у крыльчатых ветрогенераторов намного выше, чем у других ветряков, поэтому они занимают 90% рынка.

Роторные ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, могут работать при любом направлении ветра, в отличие от крыльчатых, не изменяя своего положения. Когда ветровой поток усиливается, карусельные ветряные электростанции быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения ветроколеса стабилизируется.

 По месту установки ветрогенераторы бывают:

 

  • Оффшорные. Строятся в море на расстоянии 10-15 км от берега, где постоянно дуют морские ветры;
  • Плавающие. Располагаются на расстоянии 10-15 км от берега, как и оффшорные, но на плавающей платформе;
  • Наземные. Данный вид наиболее распространенный, они устанавливаются на возвышенностях;
  • Прибрежные. Строятся в прибрежной зоне океанов и морей, где из-за неравномерного нагревания суши и воды постоянно дуют ветры.

    По сферам применения электростанции ветряные бывают промышленные и бытовые.

Из чего состоит ВЭС?

Сам по себе ветрогенератор, независимо от мощности и других различных технических характеристик, никогда не сможет обеспечить бесперебойное питание подключенных к нему электроприборов. Скорость ветра – неравномерна. Объем мощности, вырабатываемой ветрогенератором в течение суток, может значительно меняться.

Классическая схема ветрогенераторов, которая сможет обеспечивать питание потребителей даже в тихую и безветренную погоду, должна иметь компоненты, такие как:

  • ветрогенератор – установка, которая преобразовывает энергию ветра в электричество;
  • аккумуляторная батарея – позволяет накапливать электроэнергию во время работы ветряка и отдавать ее потребителям, когда ВГ перестает вырабатывать электричество;
  • инвертор – устройство, которое служит для преобразования постоянного тока напряжением 12В в бытовой ток – 220В, обладающий заданной частотой;
  • контроллер – устройство, которое преобразует переменный ток, в ток постоянный.

На сегодняшний день в Европе растет количество вложений в строительство больших ветроэлектростанций. Массовое строительство снижает себестоимость одного киловатта и приближает ее к цене электроэнергии, полученной из традиционных источников. Строение ветроэлектростанций  непрерывно развивается, аэродинамические и электрические показатели становятся намного лучше, чем были, снижаются потери. По оценкам многих экономистов, ветряные электростанции для дома, становятся самыми эффективными в плане окупаемости проектами в области энергетики. В дальнейшем они обещают независимость от негативных тенденций на этом рынке.

 

Энергия ветра — InfoCity

Ветер, в отличие от сжигаемого топлива, является источником возобновляемой доступной и чистой энергии, использование которой не приводит к выбросу парниковых газов в атмосферу. Таким образом, ветровая энергия создает гораздо меньше проблем для экологии по сравнению с традиционными невозобновляемыми источниками энергии.

Средняя годовая мощность, генерируемая ветрогенератором, оказывается примерно постоянной. Однако уровень мощности на более коротких временных отрезках может очень сильно колебаться. Чтобы обеспечить стабильное электроснабжение, ветрогенераторы должны использоваться в сочетании с другими источниками энергии. Увеличение доли энергии, вырабатываемой ветровыми электростанциями, требует модернизации сети линий электропередач и приводит к последовательному вытеснению традиционных генерирующих мощностей.

Ветровые электростанции состоят из множества отдельных ветровых турбин, объединенных в единую сеть. Береговые ветровые электростанции являются недорогим источником электроэнергии и зачастую представляют реальную альтернативу для ТЭЦ, работающих на угле или газе. Морской ветер, как правило, бывает более стабильным и сильным, чем на суше, но затраты на строительство и техническое обслуживание морских ветровых электростанций оказываются значительно выше. Небольшие береговые ветряные электростанции могут обеспечивать энергией отдаленные и изолированные объекты и поселения.

Принцип работы ветрогенератора достаточно прост. Ветер заставляет вращаться двух или трехлопастные турбины, приводящие в движение основной вал, к которому подключен ротор генератора. Вращение ротора приводит к генерации электричества.

Типовая электрическая схема ветрогенератора содержит генератор, аккумуляторные батареи и контроллер заряда. Создаваемое переменное напряжение обычно поступает на локальную трансформаторную станцию, которая собирает энергию от всех турбин, где преобразуется в более высокое напряжение и передается по кабельной или воздушной линии на другую трансформаторную станцию. А там уже происходит подключение простых потребителей. Трансформаторные станции необходимы для согласования напряжения ветрогенераторов с сетью.

Если копнуть глубже, то окажется, что ветер на самом деле является формой солнечной энергии и становится результатом неравномерного нагрева атмосферы солнцем. Карта направления и силы ветров является сильно неоднородной и зависит от рельефа местности, наличия растительности и водоемов.

Турбины горизонтальных ветрогенераторов обычно имеют две или три лопасти. Эти лопасти приводятся во вращение фронтальными воздушными потоками. Промышленные ветрогенераторы имеют мощность от 100 kW до нескольких MW. Ветровые турбины большой мощности оказываются более экономически выгодными и объединяются в ветровые электростанции, которые поставляют электроэнергию в сеть. В последние годы произошло значительное увеличение числа крупных морских и прибрежных ветровых электростанций в США. Это было сделано для того, чтобы максимально использовать потенциал энергии ветра прибрежных регионов. Отдельные ветрогенераторы мощностью менее 100 kW применяются для энергоснабжения домов, телекоммуникационных вышек, насосных станций и т.д. Небольшие ветровые турбины иногда используются в сочетании с дизель-генераторами, батареями и солнечными панелями. Такие решения называются гибридными и обычно размещаются в удаленных местах, в которых отсутствуют собственные линии электропередач.

В настоящее время большинство турбин использует генераторы с регулируемой скоростью в сочетании с промежуточным преобразователем мощности между генератором и системой сбора энергии, что является наиболее подходящим вариантом для межсетевого соединения, и обеспечивает возможность отключения при низком выходном напряжении. В современных системах используются либо машины с двойным питанием, либо генераторы с короткозамкнутым ротором, или синхронные генераторы.

Современные энергетические системы сталкиваются со множеством проблем, в том числе, с проблемой избыточной мощности, которую удается решать за счет реализации специальных мер: экспорта и импорта электроэнергии в соседние районы, изменения уровня воды в водохранилищах гидроэлектростанций, преобразования электрической мощности в механическую энергию, ограничения потребления и т.д. При использовании локальных ветрогенераторов эту проблему можно сгладить.

В ветряной электростанции отдельные турбины объединяются в единый комплекс с помощью системы сбора мощности и информационных каналов связи. Среднее выходное напряжение для ветрогенераторов обычно составляет 34,5 kW. На трансформаторной подстанции это напряжение дополнительно увеличивается для дальнейшей передачи по высоковольтным линиям электропередач.

Одной из самых больших проблем, связанных с интеграцией ветряных электростанций в энергетическую систему, является необходимость создания новых линий электропередач для транзита электроэнергии. Дело в том, что ветряные электростанции строятся в соответствии с картой ветров, поэтому в большинстве случаев они размещены в отдаленных и малонаселенных районах. Существующие линии электропередачи не были предназначены для транспортировки больших объемов энергии. Очевидно, что с увеличением длины линий передач потери, связанные с передачей мощности, возрастают, что затрудняет перенос большой мощности на большие расстояния.

Сейчас появилась новая технология по производству безлопастных ветряных электростанций. В таких установках стандартные лопасти заменены на «стебли» длиной 3-6 м. Они раскачиваются за счет ветра вперед-назад и превращают потоки воздуха в цикличные вихри. В дальнейшем это создает электроэнергию в генераторе переменного тока. Одна раскачивающаяся мачта высотой 2,75 м способна производить 100 W энергии.

По заверениям производителей, безлопастные ветряные электростанции бесшумны, безопасны и экономичны в установке и эксплуатации. Изначально их разрабатывали специально для экономически изолированных и бедных районов Индии и стран Африки. Кроме того, новая технология компактна. Для ее размещения не нужна большая площадь. Более 1200 «стеблей» высотой 55 м было предложено установить в пустыне около строящегося города Масдар (ОАЭ) на площади около 26000 км2. К сожалению, авторы проекта представили лишь идею, не проведя необходимых измерений.

Морские ветряные электростанции

Современные технологии все еще остаются незрелыми, что является препятствием для распространения морских ветряных электростанций. Проблема высокой стоимости ветряной энергии может быть частично решена с помощью технологических инноваций. Новые технологии необходимы для снижения затрат, повышения надежности и эффективности производства энергии, решения вопросов регионального транзита, развития инфраструктуры и производственных мощностей, а также для уменьшения воздействия на экологию. К сожалению, разработка инновационных технологий требует значительных стартовых инвестиций, характеризуется длительным сроком окупаемости и высокой степенью риска. Все это приводит к тому, что многие компании не хотят инвестировать в исследования и разработки в области морских ветряных электростанций.

При использовании понятия «мелководье» речь идет о диапазоне глубин от 0 м до 30 м. Данный диапазон относится к большинству существующих морских ветряных электростанций. Переходные глубины колеблются в диапазоне от 30 м до 60 м. Для глубоководья, где глубина превышает 60 м, были разработаны плавающие концепции ветряных электростанций, которые позаимствованы из нефтяной и газовой отрасли. Стоит отметить, что приведенные диапазоны мелководья, переходных глубин и глубоководья являются специфическими для рассматриваемой отрасли морских ветровых электростанций и не совпадают с диапазонами, принятыми в нефтяной и газовой отрасли, где под глубоководьем понимают глубины от 2000 м и более. Кроме того, эти диапазоны на самом деле являются всего лишь ориентирами при разработке новых технологий. Они помогают оценить требуемые ресурсы при создании новых решений.

Вполне очевидно, что с ростом глубины стоимость конструкций возрастет из-за увеличения срока проектирования, усложнения процесса производства и монтажа, а также из-за увеличения количества расходуемых материалов, необходимых для постройки основания. Рост затрат, связанных с увеличением глубины, обнаруживается поэтапно по мере достижения технических ограничений. Однако накопление и применение новых технических решений способно смягчить эти скачки в каждом конкретном проекте.

Для транспортировки генерируемой электроэнергии необходимы линии передачи. В случае с морской электростанцией для транзита энергии по морскому участку пути потребуется подводный кабель. Как было сказано выше, строительство новой сухопутной высоковольтной линии специально для транзита электроэнергии морской электростанции может быть слишком дорогостоящим, но ситуацию спасают существующие линии электропередач, созданные ранее для обычных электростанций.

Поскольку скорость ветра не постоянна, то ежегодное производство энергии ветряной электростанции никогда не превышает величину номинальной мощности генератора, умноженную на общее количество часов в году. Отношение фактической производимой мощности к этому теоретическому максимуму называют коэффициентом использования установленной мощности. Диапазон типовых значений коэффициента мощности составляет от 15% до 50%. Высокие значения достигаются при благоприятных условиях и обусловлены использованием оптимальной конструкции ветряных турбин. На величину коэффициента использования установленной мощности ветряной электростанции влияет несколько параметров, в том числе степень изменчивости ветра, а также соотношение между мощностью генератора и областью охвата турбины. Небольшой генератор оказывается дешевле и имеет высокий коэффициент мощности, но при сильном ветре производит меньше электроэнергии и, следовательно, приносит меньше прибыли. И наоборот, большой генератор стоит дороже, но при умеренном ветре будет выдавать ту же мощность, что и небольшой генератор, а при слабом воздушном потоке и вовсе приведет к остановке турбины. Таким образом, оптимальный коэффициент мощности составляет от 40% до 50%.

По подобию безлопастных ветряных электростанций была разработана и технология для применения под водой. Цилиндрические «стебли» захватывают энергию медленных течений океанов и рек. Водные потоки заходят в основу стебля, где преобразуются в вихревые вибрации. Из них и получается электроэнергия. Прототипом этой технологии стала рыба. Исследователи проекта VIVACE (Vortex Induced Vibrations for Aquatic Clean Energy) объясняют, что рыбы во время движения изгибают свое тело так, чтобы скользить сквозь вихревые потоки, которые образуются от впереди плывущих особей. Только за счет сокращения мускулов рыбы не смогли бы продвигаться вперед с их небольшой скоростью, поэтому им приходится «кататься на волнах», которые образуются от движения их сородичей. По оценкам создателей этого проекта, подводная установка размером с беговую дорожку и высотой с двухэтажный дом может снабжать электроэнергией около 100 тысяч домохозяйств за счет медленных водных течений.

Норвежская государственная нефтегазовая компания Statoil является крупным и наиболее известным игроком на этом новом рынке. Компания строит очень интересный объект Hywind у берегов Шотландии мощностью 30 MW и занимается реализацией сразу двух других проектов плавучих электростанций. Один из них под названием Kincardine Offshore Windfarm располагается в 15 км от берега и состоит из восьми турбин производства Senvion общей мощностью 50 MW. Проект осуществляется разработчиками из Великобритании, в том числе известной инжиниринговой компанией Atkins. А в январе компания Gaelectric объявила о партнерстве с Atlantis Energy для разработки проектов плавучих электростанций в Великобритании общим объемом 1,5 GW. Таким образом, можно отметить наступление коммерческой зрелости инновационной технологии плавающих фундаментов для морских ветровых электростанций, что, безусловно, расширит возможности развития офшорной ветроэнергетики.

Доля ветровой энергетики

Доля ветровой энергетики в общем объеме генерации является важной характеристикой энергосистемы. Этот показатель не нормируется и не ограничивается. Он зависит от множества особенностей конкретной энергетической сети: от существующих генерирующих установок, от механизмов ценообразования, от емкости для хранения энергии, от управления спросом и от других факторов. Обычно электрические сети имеют собственные резервные генерирующие и передающие мощности, используемые для обеспечения безотказной работы в случае аварийных ситуаций. Эти резервные мощности могут также служить для компенсации колебаний энергии, генерируемой ветряными электростанциями. Исследования показали, что оптимальная доля ветровой энергетики составляет 20%. Эти исследования проводились для областей с территориально разнесенными ветровыми электростанциями, с наличием возможности управления мощностью, например, гидроэлектростанции, и развитой сетью электропередач, позволяющей при необходимости перераспределять электроэнергию. При превышении доли в 20% возникают технические сложности, но еще более значительными становятся экономические затраты на модернизацию. Стоит отметить, что в настоящее время продолжается изучение влияния крупномасштабного внедрения ветряных электростанций на стабильность и рентабельность энергетической системы.

Для достижения доли ветровой энергетики на уровне 100% необходимо наличие хранилищ энергии большого объема или соединение с другими энергосистемами, которые имеют собственные хранилища. На коротких временных промежутках (месяц, неделя, день, час и менее) ветер может обеспечить до 100% текущего потребления, а избыток энергии должен запасаться или экспортироваться. Промышленность может использовать преимущества сильного ветра, например, ночью, когда объем выходной мощности превышает спрос.

Колебания генерируемой мощности

Как было сказано выше, мгновенная мощность, генерируемая ветрогенератором, не является постоянной и может быстро и значительно изменяться. Колебания средних годовых показателей также существуют, но они оказываются не столь значительными. Колебания мощности способны вызывать дисбаланс между производством и потреблением электроэнергии, что ограничивает долю ветровой энергетики в рамках энергосистемы. Прерывистость и неконтролируемый характер производства ветровой энергии приводят к негативным последствиям, в том числе, к увеличению затрат на преобразование мощности, к необходимости содержания значительных резервных источников электроэнергии, к усложнению системы управления и т. д. Также надо учитывать и ситуации, схожие с той, которая сложилась зимой этого года в штате Техас (США), где в последнее время активно внедряются «зеленые» технологии производства электроэнергии. Они просто замерзли. В Европе «зеленая» энергетика тоже довольно жестоко обошлась с потребителями. Поля солнечных батарей оказались завалены снегом, а ветрогенераторы скованы льдом. Пришлось обрабатывать их противогололедными реагентами.

Производимая ветрогенератором мощность колеблется и при слабом воздушном потоке должна заменяться другими источниками энергии. Современные энергосистемы способны справляться с аварийными отключениями генерирующих мощностей, а также с суточными перепадами потребления. При этом традиционные электростанции способны выдавать максимальную мощность в течение 95% рабочего времени. Этого нельзя сказать о ветряных электростанциях.

В настоящее время энергосистемы с большим количеством ветряных электростанций требуют частой активизации резервных генерирующих мощностей, работающих на природном газе, для поддержания стабильного энергоснабжения в том случае, когда условия не благоприятны для производства электроэнергии из ветра. При более низкой доле ветряных электростанций перепады энергии не являются большой проблемой. Однако, даже при доле 16% в ветреные дни ветроэнергетика может превосходить по уровню генерации мощности все другие источники электроэнергии в стране.

Совместное использование непостоянных возобновляемых источников энергии со стабильными невозобновляемыми источниками помогает создавать устойчивую энергосистему, которая обеспечивает надежное электроснабжение потребителей. Увеличение доли возобновляемых источников энергии успешно происходит в реальном мире.

HAWP-установки

Если выполнить анализ всех затрат, то самым дешевым источником энергии могут оказаться ветровые HAWP-установки (High-Altitude Wind Power). Поспорить с ними смогут только гидроэлектростанции и обычные ветрогенераторы, используемые для питания локальных потребителей. HAWP-установки работают на больших высотах. Речь идет вовсе не о десятках метров, где отлично справляются обычные ветрогенераторы. Технологии HAWP подразумевают использование летающих установок на высоте, где энергия ветра оказывается гораздо больше, чем у поверхности земли.

Сразу несколько исследовательских групп разрабатывают AWE-технологии (Airborne Wind Energy (AWE), предназначенные для использования на высоте до 2000 футов. Кроме того, есть и разработчики, создающие решения, работающие на высотах более 2000 футов. Величина 2000 футов была выбрана в соответствии с требованиями Федерального управления гражданской авиации США. Эта организация считает объекты, находящиеся на данной высоте, небезопасными для полетов обычной авиации. HAWP-установки могут летать на больших высотах за пределами 12 морских миль от побережья в международном воздушном пространстве. Стоит отметить, что при реализации AWE-технологий еще предстоит решить проблему эффективной передачи энергии на землю. При использовании традиционных подходов напряжение на электрическом кабеле оказывается слишком высоким.

Все ли так оптимистично?

Опасения изменения климата привели к огромным инвестициям в программы новой «зеленой энергии», направленные на снижение выбросов парниковых газов и другого влияния на окружающую среду со стороны отрасли ископаемых видов топлива. В период с 2011 по 2018 годы мир потратил 3,66 триллиона долларов на проекты, связанные с изменением климата. 55% от этой суммы было потрачено на энергию солнца и ветра, и всего 5% — на адаптацию к воздействию экстремальных погодных явлений. Исследователи выяснили, что иногда возобновляемые источники энергии вносят коррективы в проблемы, которые они предназначены решать. Например, в серии международных исследований выяснилось, что и ветряные, и солнечные электростанции сами вызывают локальное изменение климата.

Ветропарки повышают температуру почвы под ними, и такое потепление заставляет почвенных микробов выделять больше углекислого газа. Технологии «зеленой» энергетики требуют десятикратного повышения добычи минеральных ресурсов по сравнению с электричеством, вырабатываемым при сжигании ископаемых видов топлива. Аналогично, для замены всего 50 млн. из приблизительно 1,3 млрд. легковых автомобилей мира электрическим транспортом потребуется более чем удвоить ежегодную мировую добычу кобальта, неодима и лития, а также задействовать более половины ежегодно получаемого объема меди. Кроме того, солнечные и ветряные парки требуют в 100 раз больше поверхности земли по сравнению с электричеством, получаемым из ископаемых видов топлива, а возникающие изменения в структуре использования площадей могут иметь разрушительное влияние на биоразнообразие.

Более половины (55%) общемировых затрат на климат в 2011-2018 годы было потрачено на солнечную и ветровую энергетику. В сумме эта цифра достигает двух триллионов долларов. Несмотря на это, в 2018 году ветровая и солнечная энергетика производила всего 3% от мирового энергопотребления, в то время как ископаемые энергоносители производили в общем 85%. Некоторые исследователи считают, что это ставит насущные вопросы о стоимости перехода на 100% возобновляемой энергетики.

Самые интересные проекты в вертоэнергетике

Ветрогенераторы могут иметь самые разные конструкции в зависимости от задач, которые они выполняют. Ветрогенераторы-гиганты, размером с высотное здание, и миниветрогенераторы, вертикальные и горизонтальные ветрогенераторы, ветрогенераторы совсем необычной формы, в которых вы вряд ли угадаете обычную конструкцию. Ветрогенераторы могут парить в воздухе, плавать или висеть на магнитных подвесках, располагаться между зданиями и на крышах домов. Именно о таких устройствах мы и расскажем дальше.

Maglev Turbine — это ветрогенератор, который придумал 60-летний изобретатель Эд Мазур, основатель компании Maglev Wind Turbine Technologies (MWTT) из Аризоны. Это гигантский ветрогенератор размером с высотное здание занимает площадь в 40 гектаров. По замыслу автора ветрогенератор Maglev сможет достигать мощности 1 GW. Автор считает, что его устройство обеспечивает полный захват ветра, а благодаря магнитной подвеске устраняется все трение. Эта технология схожа с технологией поездов на магнитной подушке. Также благодаря магнитной подушке, ветрогенератору не страшна никакая скорость ветра. Maglev Turbine может захватить даже мощь урагана. Установка такого ветрогенератора на 50-75% дешевле, чем возведение традиционной ветроэлектростанции такой же мощности, а также займет меньше времени и потребует меньше пространства. Несколько ветрогенераторов Maglev установлены в Китае.

Ветрогенератор M.A.R.S. может подниматься в воздух на высоту до 300 м благодаря тому, что он наполнен гелием. M.A.R.S. (Magenn Power Air Rotor System) разработан компанией Magenn. Его можно транспортировать в ветреные регионы и быстро разворачивать. Поток воздуха вращает баллон вокруг горизонтальной оси. К баллону крепятся генераторы и тросы, которые удерживают его на месте и передают электроэнергию на землю.

Британская компания XCO2 использовала эту идею для создания ветрогенераторов Quietrevolution, которые будут установлены возле Букингемского дворца. Местные жители возражали против традиционных трехлопастных ветряков, потому что они портят внешний вид города. Ветрогенераторы Quietrevolution хорошо вписываются в городской ландшафт. Встроенные светодиоды в S-образных лопастях используются для создания изображений, когда турбина вращается. Ветрогенератор имеет высоту 5 м, а его диаметр достигает 3 м. Кстати, если Quietrevolution работает при минимальной скорости ветра в 4,5 м/с, то его японский аналог от компании LoopWing способен вырабатывать энергию при скорости ветра в 1,6 м/с.

Еще один вариант лопастей для городских ветрогенераторов предложен компанией Asia Alliance Base. В отличие от предыдущего варианта, винтовые лопасти в этом случае имеют две точки опоры, что делает конструкцию более прочной и устойчивой. Такая конструкция может выдерживать большие скорости ветра. Спиральная структура лопастей, как утверждают создатели, лучше удерживает энергию ветра и увеличивает ее.

Мини ветрогенератор Jellyfish специально предназначен для мест, где есть трудности с доступом к электричеству. Его легко установить. При высоте всего в 36 см он может генерировать около 40 kW•ч в месяц. Главным преимуществом этого ветрогенератора является цена, которая составляет всего 400 долларов. Jellyfish был разработан изобретателем из Сиэтла по имени Чед Маглак.

На многих крупных магистралях существует постоянный поток воздуха, позволяющий производить электричество. Движение автомобилей на большой скорости, особенно грузовиков, будет приводить в движение данные турбины. При скорости транспортного средства в 110 км/ч каждая турбина сможет производить 9600 kW•ч в год. Эти ветрогенераторы бесшумны. Данная разработка предложена университетом штата Аризона.

Ветрогенератор Broadstar AeroCam разработан авиационным инженером Жоржем Жан Мари Дарье. Небольшие ветрогенераторы предлагается устанавливать на крышах зданий, так как такая конструкция при той же мощности, что и традиционный трехлопастный ветряк, занимает гораздо меньше места. Ветряк Дарье, как правило, располагается вертикально, но конструкция Broadstar AeroCam располагает ветряки горизонтально на вертикальной мачте, делая их похожими на колеса водяной мельницы. Главное нововведение заключается в способности автоматически настраивать высоту и угол атаки аэродинамических лопаток, подобно изменениям формы крыла птицы в полете. Broadstar AeroCam при небольших размерах имеет высокий КПД и может работать при любых погодных условиях.

V-LIM — ветрогенератор, который специально создан для того, чтобы его устанавливать на крышах домов. Данная конструкция является совместной разработкой исследователей из Портлендского государственного университета и компании Rogue River Wind. Благодаря почти полному отсутствию шума и вибрации, его можно устанавливать где угодно. Ветряк не подвержен воздействию турбулентности воздуха, почти не создает шума и вибрации. Ветряк можно экранировать от попадания птиц и животных. Для его установки не нужны высотные башни и мачты. Все это делает его подходящим для установки на крышах любых домов.

Ветрогенератор в форме воздушного змея Sky Serpent создал изобретатель Даг Селсам из Калифорнии. Даг усомнился в том, что одного винта достаточно для получения максимума энергии. После долгих экспериментов был создан данный ветрогенератор. Секрет эффективности в том, что каждый ротор ловит свой поток ветра и включает поток ветра от предыдущих нескольких турбин. Один конец вала прикреплен к генератору, а другой конец прикреплен к воздушным шарам с гелием. В 2003 году изобретатель получил грант в размере 75000 долларов от Калифорнийской энергетической комиссии на разработку ветрогенератора мощностью 3 kW из семи роторов. Задача была успешно решена, и Даг Селсам продал после этого еще более 20 ветрогенераторов мощностью 2 kW. Он построил эти устройства в своем загородном гараже.

Liam F1 — еще один пример ветрогенераторов для установки на крышах зданий. Данная конструкция разработана компанией Archimedes из Роттердама. Небольшой ветряк диаметром 1,5 м и весом около 100 кг без труда может быть установлен на крыше любого здания. Такой ветрогенератор может производить до 1800 kW•ч в год, удовлетворяя половину потребностей в электроэнергии средней семьи. Директор компании Маринус Миремета утверждает, что эффективность такой турбины достигает 80% от теоретически максимальной эффективности ветрогенераторов. Шум от такой турбины не превышает 45 дБ. Цена турбины вместе с установкой составляет 3999 евро.

Изобретатель Агустин Отегу из Лондона занят разработкой «зеленых» архитектурных проектов. Его ветрогенератор Nano Vent-Skin состоит из нанопроводов, которые играют роль осей для множества микро-ветровых турбин и одновременно передают электроэнергию. Внешняя поверхность турбин покрыта органической фотоэлектрической пленкой. Такая сеть и питает электроэнергией здание. Снаружи стена Nano Vent-Skin выглядит гладкой и однотонной, а изнутри видно все, что происходит снаружи.

Преимущество ветрогенератора Helix Wind заключается в том, что он может работать при любом ветре. Устройство лопастей позволяют избежать турбулентности, а сам генератор имеет низкий уровень шума. Также создатели отмечают, что он безопасен для птиц. Цена Helix Savonius 2.0 мощностью 2,5 kW составляет 6500 долларов, а более крупная модель мощностью 5 kW стоит 16500 долларов.

А это оригинальная ветряная электростанция в Нидерландах, выполненная в необычной форме дерева. На конструкции высотой 120 м размещено 8 турбин. Проект сделан по заказу Нидерландского правительства компаниями One Architecture, Ton Matton и NL Architects и преследовал цель создать менее навязчивую форму, вписывающуюся в окружающий пейзаж.

Ветряные электростанции в Екатеринбурге | Уральская Строительная ТеплоЭнергетическая Компания




Уральская Строительная ТеплоЭнергетическая Компания осуществляет весь спектр работ по осуществлению ветроэнергетических проектов. Мы проводим монтаж, установку и ремонт ветрогенераторов и ветряных электростанций.

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка, ВЭУ) — это устройство позволяющее преобразовать кинетическую энергию ветра в электрическую.
Ветрогенераторы малых, средних и больших мощностей способны обеспечить энергией широкий круг потребителей. Они подходят для энергоснабжения коттеджей, приусадебных хозяйств, дачных домов, коттеджных поселков, небольших населенных пунктов и пр. Ветрогенераторы объединенные в сеть образуют мощную ветряную электростанцию способную обеспечить электроэнергией крупные промышленные предприятия.

Ветрогенераторы устанавливаются в самых различных местах. Это могут быть открытые территории, поля, острова, горы, мелководье.

Наша компания поставляет ветряные электростанции мощностью от 500 Вт до 5 кВт в Екатеринбурге.

Ветро генератор номинальной мощностью 500 Вт идеально подходит для автономного электрообеспечения частных домов, в которых хозяева проживают не постоянно. Ветряк обеспечит работу сигнализации, освещения и подзарядку различных переносных устройств.
Дополнительная техническая информация о ветрогенераторах 500 Вт >>> Ветрогенератор 1 кВт лучший выбор для автономного обеспечения энергией небольших частных домов.
Дополнительная техническая информация о ветрогенераторах (ветряках) 1 кВт >>>
Ветряная электростанция номинальной мощностью 2 кВт способна обеспечить электроэнергией дом небольшого или среднего размеров.
Дополнительная техническая информация о ветрогенераторах мощностью 2 кВт >>>Ветрогенератор мощностью 3 кВт с легкостью обеспечит электроэнергией дома среднего размера, небольшого магазина, кафе.
Дополнительная техническая информация о ветрогенераторах мощностью 3 кВт >>>Ветряная электростанция мощностью 5 кВт используется для автономного функционирования дома большого размера, магазина, ресторана, фермы и небольшого производства.
Дополнительная техническая информация о ветрогенераторах 5 кВт >>>

 |   |   |   |   |  Ветряные электростанции  |   | 

620014, г. Екатеринбург
ул. Радищева, 10 оф. 205.
Тел./факс: (343) 382-07-32
382-07-33, 383-50-28,
218-82-18, 218-82-19,
345-02-03, 345-02-04.
+7-922-131-04-95
E-mail:
и


08.07.16 


01.07.16 


10.06.16 


25.05.16 


24.05.16 


Наша продукция

Как приобрести нашу продукцию?

Обратитесь к нам, мы будем рады предложить оптимальное решение.
  • по телефону:
  • +7 (343) 382-07-32, 382-07-33, 383-50-28, +79221310495
  • по электронной почте 

Ветровые электростанции — ВЭС Ветряные электростанции — принцип

Ветровые электростанции — ВЭС

Ветряные электростанции — принцип работы Ветряные электростанции производят электричество за счет энергии перемещающихся воздушных масс — ветра. Для ветряных электростанций с горизонтальной осью вращения минимальная скорость ветра составляет: 4-5 м/сек — при мощности >= 200 кВт 2-3 м/сек — если мощность

Ветряные электростанции — основные проблемы Основную проблему ветряных электростанций вызывает непостоянная природа ветра. При этом мощность ветряных электростанций в каждый момент времени переменна. Невозможно иметь от одной ветроэлектростанции стабильное поступление определенных объемов электроэнергии. Ветряные электростанции имеют аккумуляторы для накопления электроэнергии, для более равномерной и стабильной работы системы. По этой же причине возникает необходимость объединения ветряных электростанций в энергосистемы и комплексы с иными способами получения электроэнергии. Это, прежде всего газовые генераторы, микротурбины, солнечные электростанции — батареи на фотоэлементах.

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

Недостатки -Ветер от природы нестабилен, с усилениями и ослаблениями. Это затрудняет использование ветровой энергии. Поиск технических решений, которые позволили бы компенсировать этот недостаток — главная задача при создании ветряных электростанций. -Ветряные электростанции создают вредные шумы в различных звуковых спектрах. Обычно ветряные установки строятся на таком расстоянии от жилых зданий, чтобы шум не превышал 35-45 децибел. -Ветряные электростанции создают помехи телевидению и различным системам связи. Применение ветряных установок — в Европе их более 26 000, позволяет считать, что это явление не имеет определяющего значения в развитии электроэнергетики. -Ветряные электростанции причиняют вред птицам, если размещаются на путях миграции и гнездования.

Ветряные электростанции — производители — мировые лидеры VESTAS NORDEX PANASONIC VERGNET ECOTECNIA SUPERWIND

Как работает ветряная турбина

От крупных ветряных электростанций до небольших турбин, питающих один дом, ветряные турбины по всему миру вырабатывают чистую электроэнергию для различных нужд.

В Соединенных Штатах ветряные турбины становятся обычным явлением. С начала века общая мощность ветроэнергетики в США увеличилась более чем в 24 раза. В настоящее время в США достаточно мощностей ветровой энергетики, чтобы генерировать достаточно электроэнергии для питания более 15 миллионов домов, что помогает проложить путь к будущему экологически чистой энергии.

Что такое ветряная турбина?

Концепция использования энергии ветра для производства механической энергии насчитывает тысячелетия. Еще в 5000 году до нашей эры египтяне использовали энергию ветра для движения лодок по реке Нил. Американские колонисты полагались на ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачки воды и рубки древесины на лесопилках. Сегодняшние ветряные турбины — это современный эквивалент ветряной мельницы, преобразующий кинетическую энергию ветра в чистую возобновляемую электроэнергию.

Как работает ветряная турбина?

Большинство ветряных турбин состоят из трех лопастей, закрепленных на башне из трубчатой ​​стали.Реже встречаются разновидности с двумя лопастями, с бетонными или стальными решетчатыми башнями. На высоте 100 футов или более над землей башня позволяет турбине использовать более высокие скорости ветра, характерные для больших высот.

Турбины улавливают энергию ветра своими пропеллерными лопастями, которые действуют так же, как крыло самолета. Когда дует ветер, на одной стороне лопасти образуется карман воздуха низкого давления. Затем воздушный карман низкого давления притягивает лопасть к себе, заставляя ротор вращаться.Это называется лифт. Подъемная сила намного больше, чем сила ветра, действующая на переднюю сторону лопасти, что называется сопротивлением. Сочетание подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер.

Ряд шестерен увеличивает скорость вращения ротора примерно с 18 оборотов в минуту до примерно 1800 оборотов в минуту — скорость, которая позволяет генератору турбины производить электричество переменного тока.

Корпус обтекаемой формы, называемый гондолой, содержит ключевые компоненты турбины, обычно включая шестерни, ротор и генератор, которые находятся внутри корпуса, называемого гондолой.Некоторые гондолы, расположенные на вершине башни турбины, достаточно велики, чтобы на них мог приземлиться вертолет.

Другим ключевым компонентом является контроллер турбины, который удерживает скорость ротора от превышения 80 км/ч, чтобы избежать повреждений от сильного ветра. Анемометр непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру. Тормоз, также расположенный в гондоле, останавливает ротор механически, электрически или гидравлически в аварийных ситуациях. Изучите интерактивную графику выше, чтобы узнать больше о механике ветряных турбин.

Типы ветряных турбин

Существует два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью и с вертикальной осью.

Большинство ветряных турбин имеют горизонтальную ось: конструкция в виде пропеллера с лопастями, вращающимися вокруг горизонтальной оси. Турбины с горизонтальной осью расположены либо против ветра (ветер бьет по лопастям раньше, чем башню), либо по ветру (ветер бьет по башне раньше, чем лопасти). Ветряные турбины также включают в себя привод рыскания и двигатель — компоненты, которые поворачивают гондолу, чтобы удерживать ротор по направлению к ветру, когда его направление меняется.

Хотя существует несколько производителей ветряных турбин с вертикальной осью, они не проникли на рынок коммунальных услуг (мощностью 100 кВт и выше) в той же степени, что и турбины с горизонтальным доступом. Турбины с вертикальной осью подразделяются на две основные конструкции:

  • Турбины с тяговым усилием или турбины Савониуса обычно имеют роторы со сплошными лопастями, которые вращаются вокруг вертикальной оси.
  • Лифтовые турбины, или турбины Дарье, имеют высокий вертикальный аэродинамический профиль (некоторые из них имеют форму взбивалки).Windspire — это турбина на подъемной силе, которая проходит независимые испытания в Национальном центре ветровых технологий Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.
Применение ветряных турбин

Ветряные турбины используются в самых разных целях — от использования прибрежных ветровых ресурсов до выработки электроэнергии для одного дома: от 100 киловатт до нескольких мегаватт.Эти турбины коммунального масштаба часто группируются вместе в ветряных электростанциях для производства большого количества электроэнергии. Ветряные электростанции могут состоять из нескольких или сотен турбин, обеспечивая достаточно энергии для десятков тысяч домов.

  • Небольшие ветряные турбины мощностью до 100 киловатт, как правило, рядом с местами, где будет использоваться вырабатываемая электроэнергия, например, рядом с домами, телекоммуникационными антеннами или водонасосными станциями. Небольшие турбины иногда подключают к дизельным генераторам, батареям и фотогальваническим системам.Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах, где подключение к коммунальной сети недоступно.
  • Оффшорные ветряные турбины используются во многих странах для использования энергии сильных, устойчивых ветров, возникающих у береговых линий. Технический ресурсный потенциал ветров над прибрежными водами США достаточен для обеспечения более 4000 гигаватт электроэнергии, что примерно в четыре раза превышает генерирующую мощность нынешних США.система электроснабжения. Хотя не все эти ресурсы будут освоены, это открывает большие возможности для обеспечения электроэнергией густонаселенных прибрежных городов. Чтобы воспользоваться огромными оффшорными ветровыми ресурсами Америки, Департамент инвестирует в три демонстрационных проекта оффшорной ветроэнергетики, предназначенных для развертывания офшорных ветроустановок в федеральных водах и водах штата к 2017 году. ветроэнергетики программа Министерства энергетики по ветру работает с отраслевыми партнерами над повышением надежности и эффективности технологии ветряных турбин, а также снижением затрат.Исследовательские усилия программы помогли увеличить средний коэффициент мощности (показатель производительности электростанции) с 22 процентов для ветряных турбин, установленных до 1998 года, до более чем 32 процентов для турбин, установленных в период с 2006 по 2012 год. Затраты на энергию ветра были снижены с более от 55 центов за киловатт-час (кВтч) в 1980 году до менее 6 центов/кВтч сегодня в районах с хорошими ветровыми ресурсами.

    Ветряные турбины дают уникальную возможность использовать энергию в районах, где население нашей страны больше всего в ней нуждается. Это включает в себя потенциал морского ветра для обеспечения электроэнергией населенных пунктов вблизи береговой линии, а также способность наземного ветра поставлять электроэнергию в сельские общины с несколькими другими местными источниками энергии с низким уровнем выбросов углерода.

    Департамент энергетики продолжает работу по развертыванию ветровой энергии в новых районах на суше и на море и обеспечению стабильной и надежной интеграции этой энергии в электрическую сеть нашей страны.

     

     

    Как работает ветряная электростанция? Полное объяснение

    Введение

    Энергия ветра является возобновляемым источником энергии и доступна во всем мире в изобилии.Поэтому, чтобы наилучшим образом использовать этот природный ресурс, проектируются ветряные турбины. Ветряная турбина может работать со скоростью ветра от 15 км/ч до 90 км/ч и широко используется во всем мире. Ветряные электростанции используются для выработки электроэнергии в районах с сильным ветром с помощью ветряных турбин.

    Что создает ветер?

    Почти 2% поступающей на землю солнечной энергии преобразуется в энергию ветра. Это связано с неравномерным нагревом земной поверхности, что приводит к тому, что разные зоны низкого давления и молекулы воздуха перемещаются из зоны высокого давления в зону низкого давления, создавая ветер.Вращение земли и неровности поверхности заставляют ветер следовать случайным путем вокруг земли. Этот поток этого ветра извлекается на ветряной электростанции для вращения генераторов, производящих электричество.

    Что такое ветряная электростанция?

    Когда на земле установлено несколько ветряных турбин, говорят, что это ветряная электростанция. Вся электроэнергия, вырабатываемая каждой отдельной башней, подается на электрическую подстанцию ​​через передающую сеть.

    Прежде чем вкладывать деньги в этот бизнес, нужно убедиться, что месторасположение ветряной электростанции играет очень важную роль в его успехе.

    Морской завод имеет хороший поток воздуха в течение всего года. Единственным недостатком является высокая стоимость строительства, монтажа и сложности обслуживания завода. Также подводные кабели используются для передачи тока на землю, где можно легко использовать местные линии электропередачи. Кроме того, следует также иметь в виду, что скорость ветра на морской установке достигает нескольких миль в час, поэтому проектирование машины также является первостепенной задачей. фактор, о котором следует помнить.

    Расположение наземной ветряной электростанции требует гораздо больше исследований и затрат времени, чтобы найти правильное место, в первую очередь, датчики скорости, температуры и направления ветра устанавливаются по всей рассматриваемой площади.Данные этих датчиков анализируются в течение нескольких месяцев, чтобы решить, является ли это хорошим местом для установки или нет. Как только вы выберете правильное место, легко построить и установить завод.

    На пути ветра не должно быть препятствий, поэтому избегайте турбулентности воздушного потока, достигающего лопастей. Поэтому береговые установки не должны устанавливаться в долине. Лучшее место для установки на берегу – это вершина холма, где мы можем получить почти прямолинейный поток воздуха без какой-либо турбулентности или открытой земли.Если есть какое-либо препятствие в потоке воздуха даже перед открытой землей, то оно должно быть на расстоянии, равном двойной длине башни, тогда это не повлияет на мощность, вырабатываемую башней.

    Поскольку ветряная электростанция вырабатывает переменную мощность из-за колебаний скорости ветра в течение дня, им необходимо разработать план резервного электроснабжения, чтобы поддерживать стабильное электроснабжение. Прогноз погоды также играет важную роль в определении доли использования альтернативных источников в ближайшие дни.

    Индия производит 1500 МВт электроэнергии на береговой ветровой электростанции Муппандал, второй по величине в мире по производству электроэнергии после китайской ветряной электростанции Ганьсу, производящей 6000 МВт электроэнергии.

    Читайте также:

    Принцип работы ветряной турбины

    Все используемые сегодня ветряные турбины представляют собой машины с горизонтальной осью и трехлопастным ротором, вращающимся в вертикальной плоскости. Энергия ветра используется для вращения этих лопастей, установленных на высоте почти 40 метров.Таким образом, преобразуя кинетическую энергию ветра в механическую энергию. Эта механическая энергия затем преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора.

    Основные части ветряной турбины

    Это машина с горизонтальной осью с 2-3 лопастями ротора, которые вращаются в вертикальной плоскости, эти лопасти установлены на ступице, и эта ступица соединена с коробкой, называемой гондолой.

    1. Гондола –

    Названа в честь обшивки авиационного двигателя. Это гибкая стеклянная трубка, содержащая коробку передач, тормоза и генератор.Однако для турбин мощностью до 2 МВт/ед. трансформатор высокого напряжения также размещается в самой гондоле. Также у него есть датчики направления и скорости, установленные максимально сзади на гондоле, чтобы защитить их от грязи, исходящей от лопастей.

    2. Коробка передач —

    Вал, соединенный со ступицей, входит непосредственно в коробку передач и увеличивает ее число оборотов до необходимого уровня. Это самая тяжелая часть гондолы.

    3. Тормоза –

    Тормоза используются, когда ветер дует выше критического уровня на ту же турбину от повреждения.Тормоза установлены сразу за коробкой передач.

    4. Генератор-

    Он преобразует энергию быстро вращающегося вала в электрическую энергию, и, наконец, высоковольтный трансформатор преобразует ее в высокое напряжение, чтобы быть готовым к работе в линиях электропередач.

    5. Башня-

    Цилиндрическая конструкция, на которой установлена ​​гондола. Для субмегаваттной турбины мощностью до 400-600 Вт ее высота может варьироваться от 25 до 45 метров. Однако диаметр этого цилиндра уменьшается по мере подъема на башню.Кабель передачи от генератора спускается внутри этой башни к высоковольтному трансформатору. Внутри башни также есть лестница с деревянными платформами на разной высоте. Платформа, соединенная с гондолой, называется платформой рыскания.

    6. Платформа рыскания —

    Это стальная платформа в верхней части башни, помогающая гондоле поворачиваться в направлении ветра. У него также есть тормоза в некоторых высококлассных ветряных турбинах, чтобы поддерживать направление гондолы.

    Читайте также: 

    Работа ветряной электростанции

    Лопасти ветряной турбины работают как аэродинамический профиль различного сечения по всей длине.Когда жидкость (воздух) движется над этим аэродинамическим профилем, она создает подъемную силу, заставляя лопасть вращаться вокруг своей оси. Генератор также подключен к ротору, вал начинает вращаться и вырабатывает электроэнергию.

    Все мы знаем, что вращающиеся лезвия могут дать нам электричество. Но скорость ветра продолжает меняться со временем, поэтому мы получаем колебание мощности. Чтобы преодолеть это, определяется пороговая скорость, при которой турбина начнет вращаться, ниже которой используются тормоза, чтобы предотвратить вращение лопастей.А при большой скорости ветра применяются тормоза, чтобы предотвратить повреждение турбины.

    Двигатели и датчики используются для вращения лопастей вокруг своей оси, чтобы они могли регулироваться в соответствии с изменяющимся направлением ветра. И извлекать из ветра максимальную мощность. Лопасти также вращаются, чтобы остановить вращение турбины, то есть они ориентированы таким образом, что подъемная сила не создается даже при дующем ветре.

    На ветряной электростанции турбины должны быть соединены между собой, чтобы получить максимальную отдачу от них.Они связаны друг с другом системой сбора электроэнергии среднего напряжения, обычно около 35,5 кВ, а также сетью связи, которая помогает им общаться.

    Для лучшего понимания посмотрите видео ниже:

    Преимущества
    • Воздух как топливо бесплатен и неисчерпаем.
    • Является чистым источником энергии и не загрязняет окружающую среду.
    • Стоимость электроэнергии слишком низкая, а ветряная турбина может использоваться более 20 лет.
    • Это дешево, так как требуются только затраты на установку и техническое обслуживание.
    • Ветроэнергетика является одним из самых быстрорастущих секторов во всем мире, поэтому она создает много рабочих мест в сфере производства, установки и обслуживания.

    Недостатки
    • Требуется много исследований и усилий, чтобы выбрать место для установки ветряной электростанции из-за изменчивого направления ветра.
    • Первоначальная стоимость установки слишком высока, так как для установки турбины необходимо пройти обследование, чтобы определить скорость ветра в данной локации.Все это увеличивает стоимость.
    • Они являются самым большим недостатком для местной популяции птиц, так как погибают из-за столкновения с лезвиями.
    • Шумовое загрязнение является одним из основных недостатков.
    • Ветряная электростанция полезна только для стран с прибрежными или холмистыми районами.

    Применение
    • В основном используется для производства электроэнергии.
    • Также используется для прокачки воды через многолопастную турбину.

    Как работают ветряные турбины — вот что вам нужно знать

    Они похожи на пропеллеры самолетов, которые крутятся на месте кругами, крутятся весь день.Ветряные турбины берут кинетическую энергию ветра и используют свои гигантские роторы, чтобы уловить часть ее и превратить в электричество, и они могут сыграть ключевую роль в спасении нас от катастрофического изменения климата. Давайте подробнее рассмотрим, как на самом деле работают ветряные турбины.

    Изображение предоставлено: Flickr / Richard Edmond

    Ветряные турбины основаны на простом принципе, по сути: ветер вращает лопасти, что заставляет вращаться ось, которая подключена к генератору, вырабатывающему электричество. Чем сильнее ветер, тем больше электроэнергии вырабатывается.Вот почему мы обычно видим ветряные электростанции промышленного масштаба с высокими башнями и большими лопастями по всему миру: более крупные лопасти могут собирать больше энергии и более эффективны. Но в то время как основной принцип прост, технология сложна.

    Ветряные мельницы заставляют мир вращаться

    Турбина — это машина, которая вращается и улавливает часть проходящей мимо энергии. Все виды машин используют турбины, от реактивных двигателей до гидроэлектростанций. В ветродвигателе лопасти ротора являются «турбинной» частью, аналогично крыльям аэродинамического профиля самолета.Они имеют изогнутую форму и приобретают кинетическую энергию (энергию движения) при дуновении ветра.

    Хотя мы говорим о «ветряных турбинах», турбина на самом деле является лишь частью этих машин. Для большинства турбин еще одной ключевой частью является генератор, шестерни которого преобразуют относительно медленное вращение вращающихся лопастей в движение с более высокой скоростью. Таким образом, ветер обеспечивает движение и крутящий момент, а генератор делает все остальное, являясь неотъемлемой частью всех турбин.

    Чем длиннее лопасти ротора, тем больше энергии они могут получить от ветра.Лопасти умножают силу ветра, как колесо и ось, поэтому часто бывает достаточно ветерка, чтобы заставить лопасти вращаться. Тем не менее, ветряные турбины большую часть времени не генерируют максимальную мощность — преднамеренная особенность их конструкции для эффективной работы при постоянно меняющихся ветрах.

    Типичная гондола ветряной турбины находится на высоте 85 метров (280 футов) над землей, и для этого есть веская причина. Ветер распространяется намного быстрее, когда на уровне земли нет препятствий. Таким образом, если лопасти ротора турбины находятся высоко в воздухе, они могут улавливать гораздо больше энергии ветра, чем если бы опускались вниз — а улавливание энергии — это то, чем занимаются ветряные турбины.

    Большинство ветряных турбин имеют мощность 2-3 мегаватта (МВт), которые могут производить более 6 миллионов киловатт-часов (кВтч) электроэнергии каждый год. Этого достаточно, чтобы удовлетворить потребность в электроэнергии около 1500 домохозяйств. Чем быстрее дует ветер, тем больше электроэнергии вырабатывается — до определенного уровня. Если ветер слишком сильный, турбины отключаются, чтобы предотвратить повреждение.

    Ветряные электростанции планируются таким образом, чтобы они находились в местах с надежной силой ветра круглый год.Это, как правило, на вершине холма с большим количеством открытого пространства вокруг и в прибрежных районах. Ветряная турбина обычно имеет КПД 30-45%, а в периоды пикового ветра КПД увеличивается до 50%. Если бы они были на 100% эффективнее, то после прохождения через турбину ветер прекратился бы.

    Типы ветряных турбин

    Существует два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью и с вертикальной осью, и размер турбины сильно различается. Длина лопастей является самым большим фактором, определяющим количество электроэнергии, которую может генерировать ветряная турбина.В то время как небольшие турбины могут генерировать около 10 кВт, самая большая из работающих может генерировать до 10 МВт. В настоящее время разрабатываются еще более крупные, особенно для офшоров.

    Турбины с горизонтальной осью на сегодняшний день являются наиболее распространенными — это ветряные турбины, с которыми знакомо большинство из нас. Большинство этих турбин имеют три лопасти и работают против ветра, при этом турбина поворачивается наверху башни, поэтому лопасти обращены к ветру.

    Между тем, турбины с вертикальной осью больше похожи на взбивалку, чем на пропеллер самолета.Они всенаправленные, а это значит, что их не нужно направлять по ветру для работы. Лопасти крепятся вверху и внизу вертикального ротора. Поскольку они не так эффективны, как горизонтальные, они встречаются гораздо реже, но в некоторых ситуациях открывают большие перспективы.

    Использование ветряных турбин

    Наземные ветряные турбины могут быть подключены к коммунальной электросети, объединены с фотоэлектрической системой или даже использоваться домовладельцами и фермерами в качестве автономных приложений.Для источников ветровой энергии коммунального масштаба (размером в мегаватт) большое количество ветряных турбин обычно строится близко друг к другу, образуя ветряную электростанцию, также называемую ветряной электростанцией.

    Когда турбины любого размера устанавливаются на «потребительской» стороне электросчетчика, они называются «распределенными» ветряными турбинами. Большинство турбин, которые в настоящее время используются в распределенных приложениях, имеют небольшие размеры и используются в жилых, сельскохозяйственных и небольших промышленных приложениях.

    Наличие турбины может даже принести вам прибыль, так как вы можете продавать лишнюю энергию, которую не используете (если это позволяет национальная сеть).Однако установка ветряной турбины, как правило, сложнее, чем что-то вроде солнечной панели.

    Изображение предоставлено: Flickr / Paul

    Оффшорная ветроэнергетика — относительно новая отрасль во всем мире. Турбины имеют тенденцию быть массивными, в некоторых случаях даже выше Статуи Свободы. Их компоненты транспортируются кораблями и баржами, что снижает логистические проблемы, связанные с наземными турбинами. Они могут захватывать мощные океанские ветры и генерировать огромное количество энергии.

    Электричество, производимое морскими ветряными турбинами, возвращается на сушу по ряду кабельных систем, проложенных под морским дном.Эта электроэнергия направляется через прибрежные центры нагрузки, которые расставляют приоритеты в том, куда должна идти электроэнергия, и распределяют ее в электрическую сеть для питания домов, школ и предприятий. Это делает морские ветряные турбины более дорогими в установке и управлении, но они также производят больше энергии — распространенный компромисс.

    Преимущества и недостатки ветряных турбин

    Трудно представить, почему кто-то будет возражать против чистых и экологичных ветряков, особенно по сравнению с грязными угольными электростанциями.Но у них есть некоторые недостатки, которые необходимо тщательно рассмотреть.

    Во-первых, они не производят столько энергии, сколько обычные газовые, атомные или угольные электростанции. Типичная турбина имеет максимальную мощность 2 МВт, что достаточно для снабжения 1000 домов, если она производит энергию 30% времени. Самые большие морские ветряные турбины могут производить около 13 МВт, так как ветры в море более сильные и устойчивые, обеспечивая энергией около 6500 домов. Это означает, что нам потребуется 1000 турбин мощностью 2 МВт, чтобы вырабатывать столько же энергии, сколько значительная (2000 МВт) атомная электростанция или станция, работающая на ископаемом топливе. .На практике, поскольку электростанции, работающие на ископаемом топливе, и атомные электростанции постоянно производят энергию, а ветер изменчив, вам потребуется гораздо больше. Энергия ветра непостоянна, и для эффективной энергосистемы требуется предсказуемый источник энергии для удовлетворения меняющегося спроса.

    Вот почему смесь разных видов энергии была бы идеальной. Некоторые из них будут производить энергию всякий раз, когда они могут, как ветер, некоторые будут работать постоянно, как атомная станция, некоторые будут производить энергию в часы пик, как гидроэлектростанции, а некоторые будут увеличивать или уменьшать мощность в короткие сроки, как природный газ.Большие, эффективные батареи могут решить эту проблему, но ветер не может быть единственной формой энергии в смеси.

    Ветряные турбины также не могут быть зажаты вместе. Они должны располагаться на некотором расстоянии друг от друга и занимать много места. Для питания целой страны одним только ветром потребовалось бы покрыть обширную территорию турбинами. Подключение большого количества ветряных турбин к электросети также может быть намного сложнее, чем просто подключение одной электростанции.

    Турбины также могут беспокоить диких животных, поскольку они довольно шумные, они приносят людей в этот район и представляют значительный риск столкновения с птицами.Конструкция большинства турбин делает их невидимыми для птиц, что способствует ударам. Вот почему исследования предложили покрасить одну из лопастей ротора в черный цвет, чтобы птицы могли видеть турбины и избегать столкновений.

    Положительным моментом является то, что ветряные турбины являются ведущим экологически чистым источником энергии. После того, как они построены, они не производят выбросов двуокиси углерода, вызывающих глобальное потепление, или выбросов двуокиси серы, вызывающих кислотные дожди. Энергия, которую они производят, безгранична и бесплатна в течение типичного срока службы в 25 лет, за исключением запасных частей и технического обслуживания.

    Их строительство оказывает определенное воздействие на окружающую среду, поскольку башни и гондолы имеют металлический и бетонный фундамент, чтобы предотвратить их падение. Переработка ветряных турбин, как известно, сложна и действует как своего рода «ахиллесова пята» энергии ветра.

    Несмотря на это, они имеют один из самых низких выбросов углекислого газа среди всех форм производства электроэнергии, если смотреть на весь срок их эксплуатации. Они также намного дешевле с точки зрения киловатт-часа электроэнергии, которую они производят.

    Насколько велика сейчас энергия ветра?

    Прошлый год стал лучшим годом в истории мировой ветроэнергетики: по данным Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC), было установлено 93 ГВт новых мощностей, что на 53% больше по сравнению с прошлым годом.Сегодня во всем мире насчитывается 743 ГВт ветряных электростанций, что помогает избежать выбросов CO2 на 1,1 миллиарда тонн в глобальном масштабе, что эквивалентно ежегодным выбросам в Южной Америке.

    Тем не менее, этого роста недостаточно для того, чтобы к 2050 году мир стал углеродно-нейтральным, как это было согласовано в Парижском соглашении 2015 года об изменении климата. Согласно оценкам GWEC, в течение следующего десятилетия мир должен устанавливать ветряные электростанции в три раза быстрее, чтобы оставаться на пути к нулевому уровню выбросов и избежать наихудших последствий изменения климата.

    Энергия ветра, безусловно, будет играть большую роль в ближайшие годы, поскольку мир прощается с источниками энергии из ископаемого топлива, чтобы сократить выбросы парниковых газов. Но насколько большая часть будет зависеть от того, где вы находитесь в мире и есть ли лучшие альтернативы. В странах с ветреной погодой (а значит, в подавляющем большинстве стран мира) он точно будет сильным соперником.

    Принцип работы ветряной турбины

    Ветряная турбина — это устройство, использующее энергию ветра для приведения во вращение лопастей и выработки электроэнергии.Ветрогенератор, как правило, состоит из ветряных турбин, генераторов, хвостовиков, башен, предохранительных механизмов ограничения скорости и накопителей энергии. Принцип работы ветряка относительно прост: ветроколесо вращается под действием ветра и преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию вала ветряка. Генератор приводится в движение валом ветряной турбины для выработки электроэнергии.

    Базовая комплектация ветрогенератора

    Ветроколесо — это устройство для сбора ветра.Его функция заключается в преобразовании кинетической энергии потока воздуха в механическую энергию вращения ветрового колеса.

    Эта специализированная лопасть пропеллера до сих пор используется в ветроэнергетике. Среди типов ветряных турбин приняты три типа, а именно генераторы постоянного тока, синхронные генераторы переменного тока и асинхронные генераторы переменного тока. В производстве маломощной ветровой энергии в основном используются синхронные или асинхронные генераторы переменного тока, а вырабатываемая мощность переменного тока преобразуется в мощность постоянного тока с помощью выпрямительных устройств.

    Преимуществом синхронного генератора переменного тока является его низкий КПД и способность генерировать большую мощность, чем генератор постоянного тока при низких скоростях ветра, поэтому он может адаптироваться к широкому диапазону скоростей ветра. Синхронный генератор переменного тока может сам по себе обеспечивать ток магнитного поля, но его стоимость выше.

    В ветряной турбине функция регулятора направления заключается в том, чтобы в любой момент ветряная турбина была направлена ​​в сторону ветра, чтобы получить максимальную энергию ветра. За исключением ветрогенераторов с подветренной стороны, почти все ветрогенераторы обычно используют хвост для управления наветренным направлением.Оперение обычно расположено на заднем конце ветроколеса, которое расположено в кильватерной зоне ветроколеса. Только когда оперение индивидуального ветродвигателя установлено на относительно высоком месте, можно избежать воздействия на него кильватерного потока ветродвигателя. В качестве материала хвостового оперения обычно используется оцинкованная листовая сталь.

    Механизм безопасности ограничения скорости используется для обеспечения безопасной работы ветряной турбины. Скорость и мощность ветрового колеса ветряной турбины тесно связаны с энергией ветра.Скорость и мощность ветроколеса увеличиваются с увеличением скорости ветра. Если скорость ветра слишком высока, скорость ветроколеса будет слишком высока, и генератор будет перегружен. Чрезмерная скорость ветрогенератора и перегрузка генератора поставят под угрозу безопасность эксплуатации ветрогенератора. Настройка предохранительного механизма, ограничивающего скорость, может поддерживать скорость вращения ротора ветрогенератора практически постоянной в пределах определенного диапазона скоростей ветра. В дополнение к устройствам ограничения скорости ветряные турбины, как правило, оснащены специальными тормозными устройствами.Когда скорость ветра слишком высока, ветроколесо можно остановить, чтобы обеспечить безопасность ветроколеса при чрезвычайно высоких скоростях ветра.

    Башня является опорным механизмом ветрогенератора, а также важным компонентом ветряной турбины. Принимая во внимание такие факторы, как простота перемещения, снижение затрат и т. д., в ветряных турбинах мощностью 100 Вт обычно используются трубчатые башни. Трубчатая башня в основном состоит из стальных труб, а натяжные тросы расположены в четырех направлениях.В больших башнях ветряных турбин обычно используются ферменные конструкции, состоящие из угловой или круглой стали.

    Основной принцип производства энергии ветра

    Контекст 1

    … принцип работы ветряной турбины включает в себя два процесса преобразования, которые осуществляются ее основными компонентами: ротором, который извлекает кинетическую энергию из ветра и преобразует его в механический крутящий момент, и генерирующая система, которая преобразует этот крутящий момент в электричество.Этот общий принцип работы показан на рис. …

    Контекст 2

    … неисправность система динамически устойчива и система способна восстанавливать напряжение. В целях исследования моделирование выполняется с тем же местом неисправности и продолжительностью неисправности, но с SVC, подключенным к шине 8 (уровень проникновения 0,0 %, и с SVC). Углы мощности и изменения величины напряжения на шине показаны на рис. 9–рис. 10. Кроме того, на рис.11. Судя по этим цифрам, после приложенной неисправности система устойчива к переходным процессам и система способна восстановить напряжение. Однако угловая реакция системы совершенно другая…

    Контекст 3

    … с тем же местом неисправности и продолжительностью неисправности, но с SVC, подключенным к шине 8 (уровень проникновения 0,0 %, и с SVC ). Углы мощности и изменения величины напряжения на шине показаны на рис. 9–рис. 10. Кроме того, на рис.11. Судя по этим цифрам, после приложенной неисправности система устойчива к переходным процессам и система способна восстановить напряжение. Однако угловая реакция системы сильно отличается (на основе рис. 7 и рис. 9). Наличие SVC увеличивает время установления углов мощности, другими словами, уменьшает систему …

    Контекст 4

    … Исходя из этих цифр, после приложенной неисправности система является переходной стабильной и система способна восстановить напряжение.Однако угловая реакция системы сильно отличается (на основе рис. 7 и рис. 9). Наличие ВРК увеличивает время установления углов мощности, другими словами, уменьшает демпфирование системы. На основании рис. 8 и рис. 11 динамическая стабильность напряжения системы повышается благодаря наличию SVC. Теперь рассматривается влияние ветроэнергетики на переходные процессы в системе и стабильность напряжения. Различные уровни проникновения ветрогенерации считаются такими, что часть мощности, вырабатываемой синхронным генератором на шине 2 …

    Контекст 5

    … SVC установлен в системе. В обоих случаях система устойчива. При уровне проникновения 77,94% (случай 3) система становится неустойчивой как по переходной устойчивости, так и по устойчивости по напряжению. Явления нестабильности можно рассматривать как недостаточную компенсацию реактивной мощности, это можно обнаружить по изменениям проводимости СТК (показаны на рис. 18 и рис. 19 для случаев 2 и 3 соответственно). На основании рис. 19 видно, что реактивная проводимость SVC достигает своего верхнего предела и фиксируется на этом значении, что означает достижение пределов реактивной мощности SVC.Таким образом, нестабильность системы в этой ситуации носит характер явления нестабильности напряжения, что видно из рис. …

    Контекст 6

    … При уровне проникновения 77,94% (случай 3) система становится неустойчивой. как в переходной стабильности, так и в стабильности напряжения. Явления нестабильности можно рассматривать как недостаточную компенсацию реактивной мощности, это можно обнаружить по изменениям проводимости СТК (показаны на рис. 18 и рис. 19 для случаев 2 и 3 соответственно).На основании рис. 19 видно, что реактивная проводимость SVC достигает своего верхнего предела и фиксируется на этом значении, что означает достижение пределов реактивной мощности SVC. Таким образом, нестабильность системы в этой ситуации носит характер явления нестабильности напряжения, что ясно из рис. …

    Контекст 7

    … на рис. 18 и рис. 19 для случаев 2 и 3 соответственно. ). На основании рис. 19 видно, что реактивная проводимость SVC достигает своего верхнего предела и фиксируется на этом значении, что означает достижение пределов реактивной мощности SVC.Таким образом, нестабильность системы в этой ситуации представляет собой природное явление нестабильности напряжения, что видно из рис. …

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

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

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

    В мире растет внедрение ветроэнергетики, которая имеет следующие характеристики:

    • • Нет CO 2 Выбросы

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

    • • Простое оборудование и простота в эксплуатации

    • • Мало привязанность к окружающей среде

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

    Высоконадежная технология ветряных турбин

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

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

    Генератор для ВЭУ 2 МВ

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

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

    Компоновка гондолы

    Применены ГРМ

    с коробкой передач и полноразмерным преобразователем.

    Внутренняя конструкция гондолы 2 МВ ВТГ

    ВТГ 2 МВт

    Ветрогенератор Toshiba мощностью 2 МВт характеризуется следующими характеристиками:

    • • Модель: U88E

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

    • • Малый синхронный генератор с постоянными магнитами (PMSG)

    • • Герметичный генератор с системой водяного охлаждения

    • • Affinity для высоковольтной системы в системе с полным преобразователем

    Эту таблицу можно прокручивать по горизонтали.

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

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

    Ветроэнергетический бизнес Toshiba

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

    Всесторонняя поддержка от назначения участков-кандидатов – Планирование –

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

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

    ※1

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

    Надлежащая установка и безопасное обслуживание

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

    Установка ВТГ

    Как работают генераторы ветряных турбин?

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

    Как работают генераторы ветряных турбин?

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

    Как работают генераторы ветряных турбин? (Ссылка: Renewenergyhub.co.uk )

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

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

    Как ветряная турбина вырабатывает электричество?

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

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

    Вид ветряной электростанции (Ссылка: energy.gov )

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

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

    Типы ветряных генераторов

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

    Индукционный генератор (Ссылка: energy.gov )

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

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

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

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

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

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

    Производство электроэнергии

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

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

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

    Простой генератор с использованием магнитной индукции

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

    Простой генератор с использованием магнитной индукцииco.uk )

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

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

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

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

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

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

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

    Практических преимуществ и недостатков обеих форм нет. В большинстве бытовых ветряных турбин, представленных на рынке, используются постоянные магниты в конструкции турбогенератора, что создает необходимое магнитное поле при движении системы, хотя в некоторых из них используются электромагнитные катушки.

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

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

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

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

    Кривая выходной мощности генератора ветровой турбины

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

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

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

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

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.