Преимущества и недостатки ветрогенераторов

Для зарядки тяговых аккумуляторов от береговой электрической сети на яхте устанавливают комбинированный инвертор или  зарядное устройство. В межсезонье с этой задачей справляется небольшая солнечная панель. Ветряную турбину имеет смысл использовать, когда требуется дополнительный мощный источник зарядки, который будет работать на яхте совместно с солнечными батареями или гидрогенератором.

Яхтенные ветрогенераторы – это небольшие устройства относительно малой мощности. Однако вырабатываемой ими энергии достаточно, чтобы в течении суток зарядить 12-вольтовую аккумуляторную батарею емкостью 800 ампер-часов.  Плюс ветрогенератора в том, что он производит электрическую энергию практически постоянно — во время движения и на якорной стоянке, в солнечные и в пасмурные дни. Ветрогенератор не требует технического обслуживания, ремонта и дополнительного оборудования для запуска.

Но существуют и минусы. Яхтенные маршруты, проложенные по ветру отнимают у генератора часть его мощности. А поскольку энергия ветра зависит от третьей степени его скорости, то с уменьшением скорости, мощность ветрогенератора стремительно падает. Например, при реальной скорости ветра 20 узлов, для яхты идущей по ветру со скоростью 8 узлов наблюдаемая скорость ветра составит всего 12 узлов. При ветре 20 узлов большинство моделей малых ветрогенераторов вырабатывают около 200 Вт, а при 12 узлах мощность опускается до 40-50 Вт. Зависимость мощности турбины от скорости ветра необходимо учитывать и при планировании стоянок. Порты и якорные стоянки привлекают владельцев яхт именно потому, что обеспечивают защиту от стихии, значит скорость ветра там ниже, чем прогнозируется на расстоянии от берега.

Все небольшие ветрогенераторы имеют примерно одинаковую максимальная мощность — от 400 до 600 Вт. Однако более важная характеристика – это ток, отдаваемый турбиной при слабом ветре. Ведь именно с ним большинство владельцев яхт хотят иметь дело во время своих путешествий. Поэтому производительность ветрогенератора при относительной скорости ветра 12 или 20 узлов гораздо лучший показателем его зарядной способности

Кроме того, кривые мощности, которые приводят производители ветрогенераторов основаны на результатах испытания плавным, постоянным воздушным потоком в аэродинамической трубе. Реальные результаты могут оказаться гораздо ниже. Поэтому там где требуется гарантированно высокая мощность владельцы предпочитают устанавливать две турбины и подключать их параллельного через один регулятор.

Как установить ветрогенератор на яхте

Чтобы получить от ветрогенератора максимальную выходную мощность, необходимо выполнить два условия. Во-первых, конструкция на которой установлена турбина должна быть как можно более устойчивой, иначе любая качка или крен будут отворачивает ее от ветра. Во-вторых, ветрогенератору нужен свободный, ровный и гладкий воздушный поток

В какой-то степени эти два требования противоречат друг другу. Скорость ветра на мачте может быть на 50 процентов выше, чем на уровне моря, поэтому чем выше вы поднимите ветрогенератор, тем больше энергии вы получите. С другой стороны турбина, ее крепление и кабельная разводка весят 20-30 кг. Такой дополнительный вес на движущейся яхте увеличивает маятниковый эффект, а значит возрастают тангаж и крен и снижается общая устойчивость

Существует множество успешных установок ветрогенераторов на мачтах. Однако для большинства владельцев яхт устанавливать турбину рекомендуется поверх кокпита. Там ее проще монтировать и обслуживать, а если возникнет неисправность, и другие способы торможения выйдут из строя, устройство можно будет отключить вручную.

Падение напряжения в кабеле существенно влияет на общую производительность системы зарядки. При установке турбины внизу кабель от нее до аккумуляторов окажется гораздо короче, а значит его сечение можно выбрать меньше и это не увеличит потери энергии .

Контроллер заряда ветрогенератора

На первый взгляд сохранение полученной электрической энергии в аккумуляторе  — это самая простая часть ветряной энергоустановки. Однако единого способа решения этой задачи среди производителей не существует и каждый из них придерживается собственных подходов.

Английская компания Marlec, использует MPPT регулятор. MPPT контроллеры получили распространение благодаря солнечным источникам энергии, у которых они повысили выходную мощность на целых 30 процентов. Контроллер регулирует напряжение генератора так, чтобы в каждый момент времени мощность установки была максимальной. Для снижения скорости турбины Marlec применяет широтно-импульсную модуляцию. Когда заряд аккумуляторной батареи приближается к 100% и ей требуется меньше энергии ШИМ-регулятор замыкает обмотки все более длинными импульсами, создавая растущий тормозной момент.

Создатель ветрогенератора D400 Петер Андерсен из компании Eclectic Energy придерживается другого подхода. Он считает, что обеспечить структурированный выходной сигнал на основе такого входа как у ветряных турбин нельзя. Более того исследование показывают, что общая производительность системы с MPPT контроллером не возрастает, а иногда наоборот снижается.

Другие производители также считают, что MPPT регулятор не добавляет достоинств небольшой ветряной турбине с правильно спроектированным и оптимизированным для низких скоростей ветра генератором. Преимущества, достигаемые благодаря эффективности генератора, сводятся на нет потерями в электронике MPPT. Однако PWM регулятор  позволяет заряжать аккумулятор до 100 процентов, поскольку обеспечивает аккумулятор именно тем током, который батарея может принять на каждой стадии зарядки.

Некоторые производители вместо MPPT контроллера, устанавливают на выходе генератора DC-DC конвертер. Конвертер повышает выходное напряжение генератора и позволяет заряжать аккумуляторы при слабом ветре (скоростью менее 2 м /с ). Ветрогенераторы с DС-DС преобразователями начинают зарядку аккумуляторов при выходном напряжении от 2 вольт и обеспечивают зарядную мощность  3 — 5 Вт. Такие устройства подходят для заряда аккумуляторов на защищенных от ветра стоянках, однако дополнительное количество энергии, получаемое от них, не велико.

Многие намеренно не используют технологии MPPT или PWM, считая простоту и надежность ключевыми достоинствами своих изделий. Если турбины работают совместно с солнечными батареями, то ветрогенератор реализует этап быстрой зарядки, а до 100% аккумуляторы заряжают солнечные панели . Дополнительная электроника в этом случае лишь увеличивает сложность и повышает стоимость изделий

Дополнительно с внешним, часто используют разгрузочный регулятор. Его добавляют, чтобы контролировать мощность, поступающую от турбины. Когда заряженность аккумулятора возрастает, избыток энергии отводят через резистор, рассеивающий тепло. С таким регулятором турбина всегда работает при полной нагрузке, а ее лопасти вращаются с оптимальной частотой.

Системы имеющие только встроенный «регулятор» турбины, лучше не использовать. Такой регулятор представляет собой электронный тормоз, срабатывающий, когда напряжение аккумулятора поднялось слишком высоко, а турбина продолжает выдавать много энергии. После остановки генератора напряжение аккумулятора падает и регулятор перезапускает генератор вновь. Если аккумуляторов почти заряжен, то происходит многократная остановка и повторный запуск ветрогенератора. Этот метод регулирование далек от того, который нужен аккумуляторной батарее — по мере увеличения заряженности ток должен плавно понижаться.

Лопасти ветрогенератора

Конструкция лопастей турбины – это еще одна область в которой модели разных производителей отличаются друг от друга. Лопасть во время вращения подвергается тем же воздействиям, что и  крыло самолета. Однако в их работе существуют и небольшие отличия. Если у лопастей постоянный шаг, то их оптимальный режим работы достигается при одной заданной скорости вращения. Значит у слишком быстро или слишком медленно вращающейся турбины эффективность снижается

Немецкая компания Superwind выпускает ветрогенераторы с изменяемым шагом, величина которого зависит от скорости вращения. Чем быстрее вращается турбина, тем больше лопасти поворачиваются вокруг своей оси и сильнее замедляют вращение. Компания утверждает, что эта система реагирует очень быстро и может защитить систему в случае отказа электронного торможения.

Лопасти – основная причина шума и вибрации, исходящих от ветрогенератора. Если скорость вращения кончиков слишком высока, то обтекающий их поток воздуха становится нестабильным, возникает турбулентность и лопасти начинают вибрировать. Известен случай, когда лопасти установленного на яхте ветрогенератора издавали такой вой на высоких скоростях вращения, что соседние лодки были вынуждены покинуть якорную стоянку.

Существует специальный коэффициент (TSR), характеризующий во сколько раз кончик лопатки турбины движется быстрее, чем реальная скорость ветра. Например, если турбина имеет TSR равный 16 — при ветре в 20 узлов концы лопасти будут двигаться со скоростью 320 узлов, а при небольшом шторме их скорость приблизится к скорости звука. Для ветрогенератора D400 производитель указывает TSR всего 3,9. Это говорит о том, что турбина спроектирована для гораздо более медленного вращения, чем модели других производителей. D400 не самый легкий ветрогенератор, вес только чистой меди в его обмотках почти 1 кг. Но его преимущество в устойчивости, надежности и относительно низких оборотах вращения

Некоторые производители указывают для своих машин максимальную скорость ветра. Однако к этой характеристике следует относится с недоверием. В ветровом потоке наиболее разрушительным является  уровень турбулентности, а его нельзя не предсказать, ни легко измерить.

Мощность ветрогенератора

Перед установкой любого электрогенерирующего оборудования на яхте, в первую очередь считают потребление энергии. Расход вычисляют как для якорной стоянки, так и для движения под парусом. В результате появляется подобие некоторого энергетического бюджета, в котором перечислены как очевидные крупные потребители, такие как холодильники, дисплеи, водонагреватели и освещение, так и менее мощные устройства — ночные навигационные огни, насосы, газовые сигнализации, мониторы двигателей, развлекательные системы.

Для подруливающего устройства или электрической лебедки предусматривают дополнительный запас мощности. Если на яхте установлен кондиционер, маловероятно, что возобновляемые источники энергии удовлетворят его потребности. В этом случае лучше подумать о дизельном генераторе или топливных элементах.

После того как расход энергии подсчитан, оценивают стиль управления яхтой. Необходимо принять во внимание регулярную среднюю скорость на маршруте и понять двигается ли яхта чаще всего против ветра, или ей всегда сопутствует попутный? Дополнительно учитывают другие генерирующие мощности, установленные на борту — солнечные панели, гидрогенератор и зарядное устройство, работающее от генератора дизельного двигателя.

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

Газета “Энергетика и промышленность России” | № 21 (353) ноябрь 2018 года

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

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

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

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

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

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

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»

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.

Что такое генератор энергии ветра?

Генератор энергии ветра – это любое устройство, которое преобразует энергию ветра в полезную форму энергии. Наиболее распространенный тип ветрогенератора – это трехлопастная ветряная турбина, которая преобразует энергию ветра в электричество. Генератор энергии ветра становится все более популярной формой производства электроэнергии, поскольку многие страны отказываются от традиционных источников энергии на основе нефти и используют возобновляемые источники.

В некотором смысле все, что используется для преобразования энергии ветра из одной формы в другую, можно рассматривать как генератор энергии ветра. С этой точки зрения даже что-то простое, например, парус на парусном корабле, можно рассматривать как генератор энергии ветра, превращающий ветер в импульс для корабля. Ветряная мельница, непосредственно присоединенная к водяному насосу или зерновому процессору, также может рассматриваться как генератор энергии ветра. Этот ранний вид ветрогенератора использовался еще во II веке до н.э. в Персии, и технология распространилась по всему миру в течение следующих нескольких тысячелетий.

Чаще, однако, генератор энергии ветра будет рассматриваться только как устройство, которое преобразует энергию ветра в электричество. В этом смысле самые ранние устройства появились в конце 19 века. К концу первого десятилетия 20-го века в Соединенных Штатах к ветряным мельницам было подключено около 100 электрических генераторов, причем некоторые из них производили до 25 кВт. В течение 1920-х и 1930-х годов популярность ветроэнергетического генератора в Соединенных Штатах продолжала расти, выступая в качестве источника небольших количеств электроэнергии в сельских районах, которые не были подключены к какой-либо централизованной сети.

С появлением более надежной национальной электрической сети, работающей на угле и атомных электростанциях, использование генератора энергии ветра в Соединенных Штатах сократилось. Хотя он использовался в 1960-х и 1970-х годах на фермах для таких целей, как перекачка воды, лишь немногие генераторы использовались для производства электроэнергии. Начиная с 1980-х годов это начало меняться, с появлением современного ветрогенератора и растущим интересом к альтернативным источникам энергии для нефти.

Современный ветрогенератор обычно расположен на горизонтальной оси с тремя лопастями. Генератор изменяет направление на ветер, что определяется простым компьютером. Они предназначены для наиболее эффективного улавливания силы ветра с минимальным колебанием, насколько это возможно. Современный ветрогенератор обычно устанавливается на вершине колонны высотой от 200 до 300 футов (от 60 до 90 м), а сами лопасти имеют длину от 60 до 130 футов (от 18 до 40 м). Большинство генераторов имеют переменные скорости, что позволяет им наилучшим образом использовать ветер, и их можно отключить вручную, если скорость ветра становится слишком высокой, чтобы не повредить оборудование.

В настоящее время ветроэнергетика составляет всего около 1% от общего объема производства энергии в мире, или примерно 95 ГВт. Однако некоторые страны инвестировали значительно больше в ветроэнергетику, причем такие страны, как Португалия и Испания, генерируют около 10% своих энергетических потребностей за счет ветра, Дания – около одной пятой своей энергии за счет ветра, а такие страны, как Ирландия и Германия – более 5 % их энергии через ветер.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВКИ | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

Бубенчиков А.А.¹, Дайчман Р.А.², Артамонова Е.Ю.², Бубенчикова Т.В.², Гафаров А.А.³, Гаибов И.А. ³

¹Кандидат технических наук, ²Ассистент кафедры ЭсПП, ³ Студент, Омский государственный технический университет

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВКИ

 Аннотация

В статье рассмотрены вопросы применения различных типов генераторов для ветроустановок, выделены положительные и отрицательные стороны применения синхронного генератора на постоянных магнитах и асинхронного генератора.

Ключевые слова: ветроэнергетическая установка, синхронный генератор на постоянных магнитах, асинхронный генератор, асинхронизированный синхронный генератор.

Bubenchikov A.A. ¹, Daychman R.A. ², Artamonova E.Y. ², Bubenchikova T.V. ², Gafarov A.A.³, Gaibov I.A.³

¹ PhD in Engineering, ²Assistant of ESPP Department of Omsk State Technical University, ³Student of Omsk State Technical University

CHOICE OF THE OPTIMUM GENERATOR FOR THE WIND TURBINE

Abstract

In article questions of application of various types of generators for wind turbines are considered, positive and negative sides of use of the synchronous generator on permanent magnets and the asynchronous generator are allocated.

Keywords: wind turbine, the synchronous generator on permanent magnets, asynchronous generator, asynchronized synchronous generator.

Применение нетрадиционных и альтернативных источников энергии в настоящее время одна из наиболее распространенных задач, как с точки зрения создания энергоресурсов, так и с точки зрения их потребления.

Особенный интерес к таким источникам энергии исходит от населения, находящегося в зонах, отдаленных от центрального электроснабжения, другими словами в зонах без электрификации. Энергию, получаемую при работе альтернативных источников энергии можно использовать как для постоянного энергоснабжения, так и для резервного энергоснабжения, что особенно удобно для коттеджных поселков, небольших населенных пунктов или стратегических объектов.

Россия является одной из стран, обладающих большим энергопотенциалом, в том числе и энергией ветра.  Применение энергии ветра в последнее время находит всё большее распространение, как в работах отечественных ученых, так и в разработках зарубежных изобретателей.

За рубежом наибольшее признание получили ветроэнергетические установки с горизонтальной осью ротора, рис.1.

Рис. 1 – Ветроустановка с горизонтальной осью ротора

Такой тип ветроэнергетических установок работают по принципу ветряной мельницы, и имеет максимальное значение коэффициента использования энергии ветра 0,45 [1]. Ветроустановки с горизонтальной осью ротора, нуждаются в настройке на направление ветра, т.е. в регулировании геометрии лопастей.

Ветроустановки с вертикальным расположением оси, рис.2, имеют меньшее значение коэффициента использования, но в регулировании не нуждаются. Наиболее распространенными конструкциями роторов для ветроустановок с вертикальной осью вращения являются ротор Дарье, рис.2а [2] и ротор типа Савониуса, рис.2б [3]. Данный тип ветроустановок наиболее применим в условиях городской среды в виду отсутствия шумов при работе. Так же данные установки работают при меньших скоростях ветрового потока. [4].

Рис .2 – Ветроустановки с вертикальной осью ротора

Основными компонентами ветроустановки являются ветроколесо, принимающее на себя ветровой поток и генератор, дополнительными компонентами, являются блок управления, мачта, система ориентации на ветер, система защиты от сильных ветров и.т.д.

Принцип действия ветроустановки заключается в преобразовании ротором кинетической энергии воздушных масс в механическую энергию вращающегося вала, затем генератор преобразует её в электрическую энергию.

Ветер воздействует на лопасти роторного механизма, создаёт крутящий момент. Под воздействием этого крутящего момента, роторное устройство начинает вращаться, передавая вращение через вал на редуктор и затем на генератор. При превышении скорости ветра значения в 30 м/с, на роторном механизме задействуется аэродинамическое тормозное устройство, препятствующее дальнейшему увеличению количества оборотов передающего вала.

Генератор является важнейшим элементом электрооборудования ветроустановки. Кроме основного назначения генератор должен выполнять определенные функции по стабилизации и регулированию параметров, характеризующих качество вырабатываемой электроэнергии.

Для ветроустановок возможно применение следующих типов генераторов: асинхронные генераторы (с к.з. ротором и с фазным ротором), синхронные генераторы (с электромагнитным возбуждением, с магнитоэлектрическим возбуждением, индукторные, с когтеобразным ротором и.т.д), а также асинхронизированные синхронные генераторы [5].

Различные аспекты использования синхронного генератора на постоянных магнитах для ветроустановок нашли отражение в трудах Олейникова А.М. [6], Канова Л.Н. [7], Радина В.И. [8], Кулагина Р.Н. [9], Балагурова В.А. [10], Харитонова С.А. [11], Коробкова Д.В.[12], Гейста А.В.[13], Саттарова Р.Р.[14], Данилевича Я.Б [15], Литвинов Б.В. [16], Никитенко Г.В.[17] и многих других.

Синхронный генератор на постоянных магнитах имеет простую конструкцию, легок в обслуживании, надежен и имеет высокий КПД. Улучшение характеристик (синхронного генератора на постоянных магнитах) СГПМ достигается за счет применения высококоэрцитивных постоянных магнитов. В то же время имеется сложность регулирования и стабилизации напряжения. Стабилизация напряжения осуществляется за счет регулирования реактивной мощности, поступающей в генераторы от конденсаторов. В синхронных генераторах на постоянных магнитах необходим редуктор (т.к. по большей части они высокооборотные, и начинают генерировать ток при 1000 об./мин.), а это дополнительные потери.

Тем не менее, данный тип генераторов является одним из самых распространенных генераторов для ветроустановок. В настоящее время ведутся исследования по улучшению конструкции и характеристик СГПМ [18].

Множество высших учебных заведений занимаются разработкой синхронных генератором на постоянных магнитах: научно-исследовательский конструкторско-технологический институт местной промышленности (г.Н.Новгород), Политехнический институт Сибирского Федерального университета (г. Красноярск), Уфимский государственный авиационный технический университет, Новосибирский государственный технический университет, Кубанский государственный аграрный университет и др.

Приобрести СГПМ можно в следующих фирмах: XindaGreenEnergyCo. Китай [19], Нииместром [20], ДП «Верано» [21], ООО “Сальмабаш” [22] и др.

Что касается асинхронного генератора, то он так же имеет простую конструкцию, надежность в обслуживании, невысокую стоимость относительно СГПМ. Применение асинхронного генератора (АГ) в автономных ветроустановках ранее было менее распространено из-за отсутствия малогабаритных конденсаторов, обеспечивающих возбуждение генератора и компенсацию реактивной мощности нагрузки, а также из-за сложности стабилизации выходного напряжения. С появлением более компактных конденсаторов и новых систем стабилизации напряжения эти проблемы были решены.

Вопросами исследования АГ отражены в работах следующих авторов: Григораш О.В.[23], Мустафаевa Р. И.[24], Никишина А.Ю.[25], Канова Л.Н. [26], Мазалова А.А.[27], Мамедова Ф.А.[28], Вронского О.В.[29] и др.

Фирмы, занимающиеся разработкой асинхронных генераторов с короткозамкнутым ротором: «Росэнергомаш» [30], «SUZLON» Индия[31], «SiemenxWindPower» Германия[32], «Vestas» Дания[33] и др.

Институты, занимающиеся разработками АГ – Кубанский государственный аграрный университет, Севастопольский национальный технический университет, Азербайджанский НИ.

Обе машины имеют одинаковый КПД, но если рассматривать генератор не как отдельный механизм, а как часть ветроустановки, то наиболее эффективен СГПМ, потому что стабилизатор, требующийся для нормальной работы АГ, снижает КПД в большей степени, чем редуктор, необходимый для СГПМ. Если учитывать, что некоторые виды АГ требуют использования не только стабилизатора, но и редуктора [5], то подразумевается ещё большее снижение КПД.  Асинхронный генератор дешевле СДПМ поэтому часто используется в качестве ветрогенератора малой и средней мощности.

Асинхронизированные синхронные генераторы (АСГ) находятся скорее в стадии разработки и моделирования, чем в стадии промышленного применения [34].

В заключение отметим, что наиболее популярным как для проектирования, так и для использования в ветроэнергетической установке является синхронный генератор на постоянных магнитах, благодаря его высоким характеристикам.   Однако, асинхронный генератор также находит применение в ВЭУ за счет своей, относительно синхронного генератора на постоянных магнитах, низкой стоимости.

Литература

1. Горелов Д.Н., Кривоспицкий В.П. Перспективы развития ветроэнергетических установок с ортогональным ротором // Теплофизика и аэромеханика. – 2008. – №1 т.15. – С. 163-167.
2. Горелов Д.Н. Энергетические характеристики ротора Дарье // Теплофизика и аэромеханика. – 2010. – №3 т.17. – С. 325-333.
3. Горелов Д.Н. Аэродинамика ветроколес с вертикальной осью вращения. – Омск: Полиграфический центр КАН, 2012. – 68 с.
4. Вертикальный ветрогенератор, вертикальная ось вращения // ВЕТРОДВИГ.RU URL: http://vetrodvig.ru/?p=1479 (дата обращения: 19.10.2015).
5. Шевченко В.В., Кулиш Я.Р. Анализ возможности использования разных типов генераторов для ветроэнергетических установок с учетом диапазона мощности // Вестник НТУ “ХПИ”. – 2013. – №65. – С. 107-117.
6. Олейников А. М., Канов Л. Н. Исследование режимов маломощного генератора с постоянными магнитами методом схемного моделирования // Механика, энергетика, экология. – Севастополь: Вестник СевГТУ, 2007. – С. 29-34.
7. Олейников А. М., Канов Л. Н. Математическая модель автономной безредукторной ветроэлектрической установки на генераторе с постоянными магнитами // Электроэнергетика и электротехника. – 2010. – №1. – С. 82-87.
8. Радин В.И., Загорский А.Е., Манукян Л.А. Влияние повышения скорости вращения на мощность синхронного генератора // Известия вузов. Электромеханика. – 1973. – №1. – С. 82-87.
9. Кулагин Р.Н. Анализ конструкции тихоходных генераторов с постоянными магнитами // Известия ВолгГТУ. – 2011. – №7. – С. 87-80.
10. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 280 с.
11. Харитонов С.А., Симонов Б.Ф., Коробков Д.В., Макаров Д. В. К вопросу стабилизации напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами при переменной частоте вращения // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – Новосибирск: Издательство Сибирского Отделения РАН, июль-август 2012. – № 4. – С. 102-115.
12. Стабилизация напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами при переменной нагрузке / С. А. Харитонов, Д. В. Коробков, Д. В. Макаров, А. Г. Гарганеев // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники: июнь 2012. -Томск: ТУСУР, 2012. – № 1(25), часть 1. – С.139-146.
13. Стабилизация выходного напряжения синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов при переменной частоте вращения вала / А. В. Гейст, Д. В. Коробков, Д. В. Макаров, А. Н. Решетников, С. А. Харитонов // Технiчна електродинамiка. Тематичний випуск. Силова електронiка та енергоефективнiсть. Частина 2. – Киïв, 2012. – С.39-46.
14. Саттаров Р.Р., Бабикова Н.Л., Полихач Е.А. Исследование установившегося режима синхронного генератора возвратно-поступательного движения // Вестник УГАТУ. – 2007. – №6. – С. 194-199.
15. Саттаров Р.Р., Бабикова Н. Л., Полихач Е. А. Исследование установившегося режима синхронного генератора возвратно-поступательного движения // Вестник УГАТУ. – 2007. – №6. – С. 194–199.
16. Данилевич Я.Б., Коченев А.В. Синхронный генератор небольшой мощности с постоянными магнитами // Электричество. -1996. – № 4.- С. 27-29.
17. Литвинов Б.В. Однофазный синхронный генератор двойного вращения с возбуждением от постоянных магнитов высоких энергий // Электротехника. – 1998. – № 4. – С. 20-25.
18. Никитенко Г. В., Коноплев Е. В., Деведеркин И. В. Высокоэффективный синхронный генератор на постоянных магнитах для ветроэнергетической установки // Вестник АПК Ставрополья. – 2013. -№4.- С.80-84.
19. Кручинина И.Ю. Высокоиспользованные электрические машины для современной энергетики: проблемы создания и исследований: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.09.01. – СПб., 2012. – 34 с.
20. Xinda Green Energy Co URL: http://www.xindaenergy.com/index.html (дата обращения: 19.10.2015).
21. Генератор дисковый синхронный // ОАО «НИИМЕСТПРОМ» URL: http://www.niimestprom.ru/?id=897 (дата обращения: 19.10.2015).
22. НПП КБ верано-Ко URL: http://dpverano.com/ (дата обращения: 19.10.2015).
23. Тихоходный генератор на постоянных магнитах // ООО “САЛЬМАБАШ” URL: http://mahaon-energy.ru/generator-gvu-1000 (дата обращения: 19.10.2015).
24. Григораш О.В. Асинхронные генераторы в системах автономного электроснабжения // Электротехника. – 2002. – №1. – С. 30-34.
25. Мустафаев Р.И., Гасанова Л.Г. Моделирование и исследование квазистационарных режимов работы ветроэлектрических установок с асинхронными генераторами при частотном управлении // Электричество. – 2009. – №6. – С. 36-41.
26. Никишин А.Ю., Казаков В.П. Современные ветроэнергетические установки на базе асинхронных машин // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6.
27. Канов Л.Н. Математическое моделирование ветроэлектрической установки с асинхронным генератором // Электроэнергетика и электромеханика. – 2012. – №5. – С.71-74.
28. Мазалов А.А. Адаптивная ветроустановка переменного тока с асинхронным генератором // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск. – С.250-256.
29. Мамедов Ф.А., Закабунин А.В., Гуреев А.Е., Шевченко Г.В. Использование асинхронных многоскоростных полюсопереключаемых генераторов в автономных ветроэнергетических установках // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. – 2008. – Ч.4. – С.338-340.
30. Вронский О.В. Асинхронные генераторы повышенной частоты тока: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.20.02. – Краснодар, 2004. – 24 с.
31. Тихоходный генератор на постоянных магнитах // Росэнергомаш. URL: http://www.rosenergomash.com/ (дата обращения: 19.10.2015).
32. Suzlon Group URL: http://www.suzlon.com/ (дата обращения: 19.10.2015).
33. Wind power solutions for offshore, onshore, and service projects // Siemens Aktiengesellschaft URL: http://www.energy.siemens.com/hq/en/renewable-energy/wind-power/ (дата обращения: 19.10.2015).
34. Vestas URL: https://www.vestas.com/#! (дата обращения: 19.10.2015).
35. Тыхевич О.О. Анализ совместной работы ветротурбины и асинхронизированного синхронного генератора ветроэнергетической установки // Автономна енергетика аерокосмiчных лiтальних апаратiв. -2003. №2(37).-С.70-75.

References

1. Gorelov D.N., Krivospickij V.P. Perspektivy razvitija vetrojenergeticheskih ustanovok s ortogonal’nym rotorom // Teplofizika i ajeromehanika. – 2008. – №1 t.15. – S. 163-167.
2. Gorelov D.N. Jenergeticheskie harakteristiki rotora Dar’e // Teplofizika i ajeromehanika. – 2010. – №3 t.17. – S. 325-333.
3. Gorelov D.N. Ajerodinamika vetrokoles s vertikal’noj os’ju vrashhenija. – Omsk: Poligraficheskij centr KAN, 2012. – 68 s.
4. Vertikal’nyj vetrogenerator, vertikal’naja os’ vrashhenija // VETRODVIG.RU URL: http://vetrodvig.ru/?p=1479 (data obrashhenija: 19.10.2015).
5. Shevchenko V.V., Kulish Ja.R. Analiz vozmozhnosti ispol’zovanija raznyh tipov generatorov dlja vetrojenergeticheskih ustanovok s uchetom diapazona moshhnosti // Vestnik NTU “HPI”. – 2013. – №65. – S. 107-117.
6. Olejnikov A. M., Kanov L. N. Issledovanie rezhimov malomoshhnogo generatora s postojannymi magnitami metodom shemnogo modelirovanija // Mehanika, jenergetika, jekologija. – Sevastopol’: Vestnik SevGTU, 2007. – S. 29-34.
7. Olejnikov A. M., Kanov L. N. Matematicheskaja model’ avtonomnoj bezreduktornoj vetrojelektricheskoj ustanovki na generatore s postojannymi magnitami // Jelektrojenergetika i jelektrotehnika. – 2010. – №1. – S. 82-87.
8. Radin V.I., Zagorskij A.E., Manukjan L.A. Vlijanie povyshenija skorosti vrashhenija na moshhnost’ sinhronnogo generatora // Izvestija vuzov. Jelektromehanika. – 1973. – №1. – S. 82-87.
9. Kulagin R.N. Analiz konstrukcii tihohodnyh generatorov s postojannymi magnitami // Izvestija VolgGTU. – 2011. – №7. – S. 87-80.
10. Balagurov V.A., Galteev F.F. Jelektricheskie generatory s postojannymi magnitami. – M.: Jenergoatomizdat, 1988. – 280 s.
11. Haritonov S.A., Simonov B.F., Korobkov D.V., Makarov D. V. K voprosu stabilizacii naprjazhenija sinhronnogo generatora s postojannymi magnitami pri peremennoj chastote vrashhenija // Fiziko-tehnicheskie problemy razrabotki poleznyh iskopaemyh. – Novosibirsk: Izdatel’stvo Sibirskogo Otdelenija RAN, ijul’-avgust 2012. – № 4. – S. 102-115.
12. Stabilizacija naprjazhenija sinhronnogo generatora s postojannymi magnitami pri peremennoj nagruzke / S. A. Haritonov, D. V. Korobkov, D. V. Makarov, A. G. Garganeev // Doklady Tomskogo gosudarstvennogo universiteta sistem upravlenija i radiojelektroniki: ijun’ 2012. -Tomsk: TUSUR, 2012. – № 1(25), chast’ 1. – S.139-146.
13. Stabilizacija vyhodnogo naprjazhenija sinhronnogo generatora s vozbuzhdeniem ot postojannyh magnitov pri peremennoj chastote vrashhenija vala / A. V. Gejst, D. V. Korobkov, D. V. Makarov, A. N. Reshetnikov, S. A. Haritonov // Tehnichna elektrodinamika. Tematichnij vipusk. Silova elektronika ta energoefektivnist’. Chastina 2. – Kiïv, 2012. – S.39-46.
14. Sattarov R.R., Babikova N.L., Polihach E.A. Issledovanie ustanovivshegosja rezhima sinhronnogo generatora vozvratno-postupatel’nogo dvizhenija // Vestnik UGATU. – 2007. – №6. – S. 194-199.
15. Sattarov R.R., Babikova N. L., Polihach E. A. Issledovanie ustanovivshegosja rezhima sinhronnogo generatora vozvratno-postupatel’nogo dvizhenija // Vestnik UGATU. – 2007. – №6. – S. 194–199.
16. Danilevich Ja.B., Kochenev A.V. Sinhronnyj generator nebol’shoj moshhnosti s postojannymi magnitami // Jelektrichestvo. -1996. – № 4.- S. 27-29.
17. Litvinov B.V. Odnofaznyj sinhronnyj generator dvojnogo vrashhenija s vozbuzhdeniem ot postojannyh magnitov vysokih jenergij // Jelektrotehnika. – 1998. – № 4. – S. 20-25.
18. Nikitenko G. V., Konoplev E. V., Devederkin I. V. Vysokojeffektivnyj sinhronnyj generator na postojannyh magnitah dlja vetrojenergeticheskoj ustanovki // Vestnik APK Stavropol’ja. – 2013. -№4.- 80-84.
19. Kruchinina I.Ju. Vysokoispol’zovannye jelektricheskie mashiny dlja sovremennoj jenergetiki: problemy sozdanija i issledovanij: avtoref. dis. … kand. teh. nauk: 05.09.01. – SPb., 2012. – 34 s.
20. Xinda Green Energy Co URL: http://www.xindaenergy.com/index.html (data obrashhenija: 19.10.2015).
21. Generator diskovyj sinhronnyj // OAO «NIIMESTPROM» URL: http://www.niimestprom.ru/?id=897 (data obrashhenija: 19.10.2015).
22. NPP KB verano-Ko URL: http://dpverano.com/ (data obrashhenija: 19.10.2015).
23. Tihohodnyj generator na postojannyh magnitah // OOO “SAL”MABASh” URL: http://mahaon-energy.ru/generator-gvu-1000 (data obrashhenija: 19.10.2015).
24. Grigorash O.V. Asinhronnye generatory v sistemah avtonomnogo jelektrosnabzhenija // Jelektrotehnika. – 2002. – №1. – S. 30-34.
25. Mustafaev R.I., Gasanova L.G. Modelirovanie i issledovanie kvazistacionarnyh rezhimov raboty vetrojelektricheskih ustanovok s asinhronnymi generatorami pri chastotnom upravlenii // Jelektrichestvo. – 2009. – №6. – S. 36-41.
26. Nikishin A.Ju., Kazakov V.P. Sovremennye vetrojenergeticheskie ustanovki na baze asinhronnyh mashin // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. – 2012. – № 6.
27. Kanov L.N. Matematicheskoe modelirovanie vetrojelektricheskoj ustanovki s asinhronnym generatorom // Jelektrojenergetika i jelektromehanika. – 2012. – №5. – S.71-74.
28. Mazalov A.A. Adaptivnaja vetroustanovka peremennogo toka s asinhronnym generatorom // Izvestija JuFU. Tehnicheskie nauki. Tematicheskij vypusk. – S.250-256.
29. Mamedov F.A., Zakabunin A.V., Gureev A.E., Shevchenko G.V. Ispol’zovanie asinhronnyh mnogoskorostnyh poljusoperekljuchaemyh generatorov v avtonomnyh vetrojenergeticheskih ustanovkah // Jenergoobespechenie i jenergosberezhenie v sel’skom hozjajstve. – 2008. – Ch.4. – S.338-340.
30. Vronskij O.V. Asinhronnye generatory povyshennoj chastoty toka: avtoref. dis. … kand. teh. nauk: 05.20.02. – Krasnodar, 2004. – 24 s.
31. Tihohodnyj generator na postojannyh magnitah // Rosjenergomash. URL: http://www.rosenergomash.com/ (data obrashhenija: 19.10.2015).
32. Suzlon Group URL: http://www.suzlon.com/ (data obrashhenija: 19.10.2015).
33. Wind power solutions for offshore, onshore, and service projects // Siemens Aktiengesellschaft URL: http://www.energy.siemens.com/hq/en/renewable-energy/wind-power/ (data obrashhenija: 19.10.2015).
34. Vestas URL: https://www.vestas.com/#! (data obrashhenija: 19.10.2015).
35. Tyhevich O.O. Analiz sovmestnoj raboty vetroturbiny i asinhronizirovannogo sinhronnogo generatora vetrojenergeticheskoj ustanovki // Avtonomna energetika aerokosmichnyh lital’nih aparativ. -2003. №2(37).-S.70-75.

Оценка и характеристика ветровых ресурсов

На карте, показанной выше, обозначены области по всей стране, которые имеют средний коэффициент ветроэнергетики 35% или больше при высоте ступицы турбины 140 метров (459 футов), что соответствует запланированному усовершенствованию турбин. На дополнительной карте указаны области с такой же потенциальной мощностью при высоте ступицы турбины 110 метров (361 фут), что отражает последние достижения в технологии турбин. В отчете Министерства энергетики «Включение ветроэнергетики в национальном масштабе» подтверждается, что ключом к раскрытию потенциала ветровой энергии во всех 50 штатах является доступ к более сильным и устойчивым ветрам, которые встречаются на большей высоте над землей.Узнайте больше о НИОКР, чтобы получить доступ к этому ресурсу на нашей веб-странице по производству ветроэнергетики.

Избранные проекты

Проект улучшения прогнозов ветра

В партнерстве с NOAA, Управление ветроэнергетических технологий Министерства энергетики США возглавило Проект улучшения прогнозов ветра (WFIP) с использованием целевых наблюдений за ветром и передовых моделей прогнозов и алгоритмов для управления вкладом энергии ветра в электрические сети. На первом этапе проекта, WFIP 1, изучалось влияние улучшенных начальных условий на передовые модели прогнозирования, что привело к увеличению точности на 8%.Вторая фаза проекта, WFIP 2, была сосредоточена на атмосферных процессах, влияющих на прогнозы ветра в регионах со сложным рельефом, и полевые работы начались в 2015 году.

Оценка морских ресурсов и условия проектирования

Морская энергетическая отрасль требует точной метеорологической и океанографической информации для оценки энергетического потенциала, экономической целесообразности и инженерных требований объектов морской энергетики. Управление ветроэнергетических технологий работает над удовлетворением этих потребностей посредством распространения данных, совершенствования оборудования и наблюдений, а также разработки инструментов нового поколения.Открытое собрание Министерства энергетики по оценке ресурсов и условиям проектирования стало первым шагом в устранении этих информационных пробелов и помогло определить дальнейший путь для будущих приоритетов.

В качестве последующего шага в рамках программы AWS Truepower была профинансирована разработка национального метеорологического ресурса ветроэнергетики и условий проектирования на базе Интернета, доступного для поиска, Центра данных метеорологического океана для морских возобновляемых источников энергии (USMODCORE). Инвентаризация данных включает ресурсы федеральных агентств, правительств штатов, региональных альянсов, исследовательских институтов, коммерческих проектов и международных организаций.

Кроме того, буи для определения характеристик ветровых ресурсов WindSentinel Министерства энергетики будут предоставлять долгосрочные данные о профиле ветра в море, которые поддержат исследования, необходимые для ускорения использования морской энергии ветра в Соединенных Штатах. Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория Министерства энергетики США развернула плавучие лидарные буи у берегов Вирджиния-Бич, штат Вирджиния, и Атлантик-Сити, штат Нью-Джерси, для сбора данных о погоде и волнении, которые будут играть важную роль как в проектировании ветряных электростанций, так и в обеспечении финансирования проекта.Получите доступ к данным в архиве данных и портале “Атмосфера для электронов” (A2e).

Инициатива от атмосферы к электронам

Низкая производительность ветряных электростанций, которая в настоящее время в некоторых случаях достигает 20%, представляет большие возможности для Управления ветроэнергетических технологий по повышению производительности ветряных электростанций и снижению стоимости ветроэнергетики. Инициатива Министерства энергетики США по исследованию атмосферы в электроны (A2e) направлена ​​на повышение производительности и надежности ветряных электростанций за счет беспрецедентного понимания того, как атмосфера Земли взаимодействует с ветряными станциями, и разработки инновационных технологий для максимального извлечения энергии из ветра.

Инициатива A2e предусматривает комплексный портфель исследований для координации и оптимизации достижений в четырех основных областях исследований:

1. Производительность предприятия и оценка финансовых рисков
2. Наука об атмосфере
3. Аэродинамика ветровой установки
4. Технология ветряных электростанций нового поколения.

Цель A2e – обеспечить размещение, строительство и эксплуатацию будущих заводов таким образом, чтобы производить наиболее рентабельные электроны – в виде полезной электроэнергии – от ветра, проходящего через установку.Узнайте больше об инициативе A2e.

Федеральное партнерство

Управление ветроэнергетических технологий Министерства энергетики работает с другими правительственными учреждениями, университетами и представителями отрасли для оценки и характеристики ветровых ресурсов США. Затем результаты оценки становятся общедоступными, что позволяет ветроэнергетической отрасли определять области, наиболее подходящие для развития будущих наземных и морских ветряных электростанций.

Характеристика погодозависимых и океанических возобновляемых источников энергии

С 2011 года Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики действует в соответствии с Меморандумом о взаимопонимании (MOU) с Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA) Министерства торговли по вопросам погоды -Зависимая и океаническая характеристика возобновляемых источников энергии для повышения точности, точности и полноты информации о ресурсах для технологий энергии ветра и воды.Сочетая технический опыт Министерства энергетики с передовыми возможностями NOAA в области предсказания, картирования и прогнозирования океанических и атмосферных условий, два агентства работают над безопасным и эффективным использованием погодозависимых и океанических технологий возобновляемой энергии.

Скоординированное развертывание морской ветровой, морской и гидрокинетической энергии на внешнем континентальном шельфе США

В 2010 году Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики подписало меморандум о взаимопонимании с Бюро управления океанской энергией Министерства внутренних дел о скоординированном развертывании Морская ветровая и морская и гидрокинетическая энергия на Ю.С. Внешний континентальный шельф. Меморандум о взаимопонимании учредил рабочие группы из сотрудников агентства для совместной работы над конкретными тематическими областями, необходимыми для развертывания морских энергетических систем. Рабочая группа по оценке ресурсов и проектным условиям координирует исследовательскую деятельность, чтобы лучше понять основные атмосферные и океанические условия, относящиеся к прибрежным возобновляемым источникам энергии.

Участвующие федеральные партнеры: Министерство энергетики США, Министерство торговли США, Министерство внутренних дел США, U.S. Министерство обороны, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Национальный научный фонд и Администрация президента

Amazon.com: Ветряная мельница Automaxx 1500 Вт, 24 В, 60 А, ветрогенератор. Самостоятельная установка автоматической и ручной тормозной системы, контроллер MPPT с функцией Bluetooth. : Патио, лужайка и сад

Создание за пределами нашего собственного видения

Благодаря революционным технологическим достижениям, достигнутым нашей командой за годы исследований, мы с гордостью представляем вам универсальную ветряную турбину, которая является небольшой, легкой и достаточно компактной, чтобы ее можно было использовать как в жилых, так и в небольших коммерческих помещениях.Ветряная турбина выдерживает суровые погодные условия, такие как солнечные суровые ультрафиолетовые лучи, проливные дожди и ураганы категории до 3. 3 лезвия из стекловолокна и хвостовая часть обрезаны с точностью до миллиметра, чтобы сделать его легким и работать со 100% эффективностью. Его вращение на 360 градусов позволяет максимально преобразовать кинетическую энергию ветра в полезную электроэнергию с любого направления, в котором дует ветер.

Получайте электричество из воздуха

Ветряные турбины легкие и долговечные, что позволяет собирать и вырабатывать электричество буквально «ветерком».Выработка собственного электричества из ветра с помощью небольших ветряных турбин является полностью экологически чистой, без выбросов и возобновляемой электроэнергией для индивидуальных домов, ферм и малых предприятий. Все наши клиенты вырабатывают экологически чистую электроэнергию, сокращают свои счета за электроэнергию и помогают защищать окружающую среду более стильным способом.

Экологичность – это весь «пакет», а не только продукт.

Уменьшите выбросы глобального потепления.Ветряк производит 100% бесплатную воду и загрязнение воздуха. Мы стремимся использовать самые чистые материалы не только для ветряной турбины, но и для ее упаковки, мы обязуемся соблюдать строгие правила компактного дизайна, мы удаляем все ненужные компоненты, чтобы сохранить окружающую среду.

Эта заново изобретенная ветряная турбина вырабатывает в пять раз больше энергии t

Возобновляемая энергия может стать источником энергии для мира в течение следующих 30 лет, а энергия ветра – один из самых дешевых и эффективных способов добиться этого.За исключением того, что 80% морских ветров в мире дует в глубоких водах, где сложно построить ветряные электростанции. Новый дизайн принципиально иного типа ветряной турбины может это изменить.

Норвежская компания Wind Catching Systems разрабатывает плавающую многотурбинную технологию для ветряных электростанций, которая может генерировать в пять раз больше энергии, чем крупнейшая в мире одиночная ветряная турбина в год. Эта повышенная эффективность обусловлена ​​инновационным дизайном, который меняет внешний вид и работу ветряных электростанций.

В отличие от традиционных ветряных турбин, которые состоят из одного полюса и трех гигантских лопастей, так называемый Wind Catcher состоит из квадратной сетки с более чем 100 небольшими лопастями. При высоте 1000 футов, система более чем в три раза выше средней ветряной турбины и стоит на плавучей платформе, закрепленной на дне океана. В следующем году компания планирует построить прототип. Если это удастся, Wind Catcher может произвести революцию в способах использования энергии ветра.

«Традиционные ветряные электростанции основаны на старых голландских ветряных мельницах», – говорит Оле Хеггхейм, генеральный директор Wind Catching Systems.Эти ветряные электростанции хорошо работают на суше, но «почему, когда у вас есть что-то, что работает на суше, вы должны делать то же самое на воде?»

Оффшорные ветряные электростанции были в моде; 162 из них уже запущены и работают еще 26, в основном в Китае и Великобритании. Проблема в том, что каждая турбина должна быть загнана на морское дно, поэтому ее нельзя устанавливать в водах глубже 200 футов. В результате ветряные электростанции нельзя строить дальше, чем примерно в 20 милях от берега, что ограничивает их потенциал производительности, так как дальше в океан ветры сильнее.

Вот здесь и вступают в игру плавучие ветряные электростанции. Первая в мире плавучая ветряная электростанция Hywind открылась в 2017 году почти в 40 км от побережья Абердина в Шотландии. Ветряная электростанция насчитывает шесть плавающих ветряных турбин, которые вставлены в плавучий цилиндр, наполненный тяжелым балластом, чтобы он плавал вертикально. Поскольку они привязаны к морскому дну только толстыми швартовными тросами, они могут работать в водах глубиной более 3000 футов.

Hywind питает около 36 000 британских домов, и он уже сломал U.К. записи по выработке энергии. Компания Wind Catching Systems была запущена в том же году, когда открылась компания Hywind. Он утверждает, что один блок может обеспечить электроэнергией от 80 000 до 100 000 европейских домохозяйств. В идеальных условиях, когда ветер наиболее сильный, один ветроуловитель может производить до 400 гигаватт-часов энергии. Для сравнения: самая большая и самая мощная ветряная турбина на рынке сейчас вырабатывает до 80 гигаватт-часов.

[Изображение: Wind Catching Systems] Это существенное различие объясняется несколькими причинами.Во-первых, Wind Catcher выше и приближается к высоте Эйфелевой башни, что позволяет лопастям ротора подвергаться воздействию более высоких скоростей ветра. Во-вторых, меньшие лезвия работают лучше. Хеггхейм объясняет, что традиционные турбины имеют длину 120 футов и обычно максимальны при определенной скорости ветра. Для сравнения, лопасти Wind Catcher имеют длину 50 футов и могут совершать большее количество оборотов в минуту, поэтому генерируют больше энергии.

А поскольку лезвия меньше, всю систему легче производить, строить и обслуживать.Хеггхейм заявляет, что его проектный срок службы составляет 50 лет, что в два раза больше, чем у традиционных ветряных турбин, и когда некоторые детали необходимо заменить (или во время ежегодных проверок), интегрированная лифтовая система обеспечит простое обслуживание. «Если у вас одна турбина и вам нужно заменить лопасти, вам придется остановить всю операцию», – говорит Ронни Карлсен, финансовый директор компании. «У нас есть 126 отдельных турбин, поэтому, если нам нужно заменить лопасти, мы можем остановить одну турбину».

По истечении срока службы системы большая часть ее может быть переработана.После первой значительной волны ветроэнергетики в 1990-х годах многие традиционные ветряные турбины достигли своего проектного срока службы; лопасти размером с крыло Боинга 747 скапливаются на свалках. Лопасти Wind Catcher не только меньше по размеру, но и сделаны из алюминия, который, в отличие от стекловолокна, используемого для больших турбин, полностью подлежит переработке. «Вы переплавляете его и производите новые», – говорит Хеггхейм.

Опытный образец, скорее всего, будет построен в Северном море (в Норвегии или Великобритании). После этого компания смотрит на Калифорнию и Японию.«У них хорошие ветровые ресурсы у берега, – говорит Карлсен, – и правительства поддерживают и уже начинают выделять земли для строительства». А для тех, кто задается вопросом об опасностях, которые это может представлять для птиц, Хеггхейм говорит, что структура будет оснащена птичьими радарами, которые отправляют короткие импульсы сигнала, чтобы предотвратить столкновения с перелетными птицами. «Эти установки будут находиться так далеко от берега, – говорит он, – чтобы птицы вдоль побережья не подвергались опасности».

Лопасти ветряных турбин не должны попадать на свалки

Это один из четырех блогов в серии, посвященной текущим проблемам и возможностям утилизации экологически чистых технологий.См. Вводный пост , а также другие записи о солнечных панелях и аккумуляторных батареях . Особая благодарность Джессике Гарсия, научному сотруднику UCS по политике чистой энергии Среднего Запада на лето 2020 года, за поддержку в исследованиях и соавторство этих публикаций.

Современная ветроэнергетика преобразует кинетическую энергию (движение) ветра в механическую.Это происходит за счет вращения больших лезвий из стекловолокна, которые затем вращают генератор для производства электроэнергии. Известные ветряные турбины могут располагаться на суше или на море.

Прогнозируется, что к 2050 году ветроэнергетика продолжит расти в США. Последний отчет о рынке ветряных технологий, подготовленный Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли, показал, что цены на ветровую энергию находятся на рекордно низком уровне, а в 2019 году – 7,3 процента выработки электроэнергии коммунальными предприятиями. в США пришел ветер.В этом сообщении в блоге мы рассмотрим наземные ветряные турбины и возможности переработки, которые существуют, но еще не получили широкого распространения для лопастей турбин.

Источник: Berkeley Lab Electric Markets & Policy (https://emp.lbl.gov/wind-energy-growth)

Конструкции ветряных турбин со временем развивались, увеличиваясь в размерах и увеличивая эффективность, что в конечном итоге привело к увеличению генерирующих мощностей. Основная конструкция промышленных турбин сегодня – это ветряные турбины с горизонтальной осью, состоящие из ротора с тремя лопастями из стекловолокна, прикрепленными к ступице, которая сама прикреплена к центральной детали (гондоле), установленной на стальной башне.Различное другое оборудование и бетонные основания также включены в современные конструкции ветряных турбин, которые включают более 8000 деталей на турбину.

Лопасти ветряных турбин в существующем парке США в среднем составляют около 50 метров в длину или около 164 футов (примерно ширина американского футбольного поля). А с учетом недавних тенденций к использованию более длинных лопастей на более крупных турбинах и более высоких башнях для увеличения выработки электроэнергии, некоторые из самых крупных лопастей, производимых сегодня, достигают 60-80 метров в длину.

Источник: Лаборатория Беркли, Обновление данных по ветроэнергетическим технологиям: издание 2020 г., стр. 37.Обратите внимание, что диаметр ротора (показанный здесь в метрах) чуть более чем в два раза превышает длину лопастей

Фото: Джеймс Жиньяк

Что касается долговечности, ветряные турбины служат в среднем около 25 лет. Около 85 процентов материалов компонентов турбины, таких как сталь, медная проволока, электроника и зубчатые передачи, можно переработать или использовать повторно. Но лезвия отличаются, поскольку они сделаны из стекловолокна (композитного материала), чтобы быть легкими для эффективности, но при этом достаточно прочными, чтобы выдерживать штормы.Смешанная природа материала лезвия затрудняет отделение пластмассы от стекловолокна для переработки в пригодный для обработки стекловолоконный материал, а прочность, необходимая для лезвий, означает, что их также физически сложно сломать.

Лопасти ветряных турбин требуют утилизации или вторичной переработки, когда турбины выводятся из эксплуатации на стадии завершения использования или когда ветряные электростанции модернизируются в процессе, известном как восстановление мощности.Восстановление мощности подразумевает сохранение того же места и часто обслуживание или повторное использование первичной инфраструктуры ветряных турбин, но модернизацию турбинами большей мощности. Лезвия могут быть заменены на более современные и, как правило, большие лезвия. В любом случае лопасти из стекловолокна, когда они больше не нужны, представляют собой серьезнейшую проблему с точки зрения конечного использования ветроэнергетики.

Хотя лезвия можно разрезать на несколько частей на месте во время вывода из эксплуатации или восстановления, эти части по-прежнему сложно и дорого транспортировать для переработки или утилизации.А процесс резки чрезвычайно прочных лезвий требует огромного оборудования, такого как канатные пилы на транспортных средствах или пилы с алмазным канатом, подобные тем, что используются в карьерах. Поскольку в настоящее время существует очень мало вариантов утилизации лезвий, подавляющее большинство из тех, которые достигают конца использования, либо хранятся в разных местах, либо вывозятся на свалки.

Действительно, Bloomberg Green ранее в этом году сообщал о вывозе лопастей ветряных турбин на свалки. Несмотря на то, что поток отходов представляет собой лишь крошечную долю твердых бытовых отходов США, это явно не идеальная ситуация.По мере вывода из эксплуатации или замены ветряных турбин возникает необходимость в более творческих решениях по переработке использованных лопастей.

Хорошая новость заключается в том, что в настоящее время ведутся работы по разработке альтернатив. Две крупные компании в США, PacificCorp и MidAmerican Energy, например, недавно объявили о планах наладить партнерские отношения с компанией Carbon Rivers из Теннесси по переработке некоторых израсходованных лопаток турбин вместо их захоронения. Технология, используемая Carbon Rivers, поддерживается за счет грантов Министерства энергетики США и будет использоваться для разрушения и повторного использования стекловолокна из использованных лопаток турбин.

Фото: Flickr / Chuck Coker

Несмотря на то, что композитная природа лопаток турбины из стекловолокна делает их крайне сложными для работы на этапе завершения использования, интерес к поиску альтернатив также может стимулировать творчество и инновации. Например, партнерство с участием университетов США, Ирландии и Северной Ирландии под названием Re-wind разработало несколько интересных проектных идей в области гражданского строительства для повторного использования и перепрофилирования лезвий из стекловолокна.Сюда входит использование выведенных из эксплуатации лопастей в проектах гражданского строительства в составе конструкций линий электропередач или башен, а также крыш для аварийного или доступного жилья. В Северной Ирландии Re-wind также рассматривает возможность их использования на пешеходных мостах вдоль зеленых насаждений.

Далее по иерархии отходов начинают появляться дополнительные варианты переработки. WindEurope, представляющая ветроэнергетику Европейского Союза, сотрудничает с Европейским советом химической промышленности (Cefic) и Европейской ассоциацией производителей композитов (EuCIA) для разработки новых методов повторного использования материалов для лопастей.По оценкам организаций, только в Европе в течение следующих нескольких лет будет выведено из эксплуатации 14 000 лопастей ветряных турбин. В мае 2020 года консорциум выпустил Accelerating Wind Turbine Blade Circularity, всеобъемлющий отчет, в котором подробно описаны дизайн, исследования и технические решения, ориентированные на жизненный цикл ветряных турбин.

Ключевым моментом при переработке композитных материалов является обеспечение того, чтобы процесс переработки имел чистый положительный результат по сравнению с альтернативой утилизации на свалках.Одним из примеров является Германия, где концепция переработки турбинных лопаток в цемент была впервые разработана около десяти лет назад на заводе, построенном в рамках партнерства между Geocycle, бизнес-подразделением корпорации строительных материалов HolcimAG, и компанией Zajons.

Эта форма рециркуляции включает в себя контроль цепочки поставок утилизации, в том числе распиливание лопаток турбины на более мелкие части на месте вывода из эксплуатации для снижения логистики и затрат на транспортировку. Этот процесс обещает 100-процентную переработку и сокращение выбросов углекислого газа при совместной переработке цемента за счет замены производства цементного сырья на переработанные лопасти, а также использование биогаза из органических остатков вместо угля в качестве топлива.

Также разрабатываются другие технологии, такие как механическая переработка, сольволиз и пиролиз, которые в идеале предоставят отрасли дополнительные возможности для работы с лезвиями из стекловолокна, когда они достигают конца использования.

Фото: Джеймс Жиньяк

Другой творческий вариант переработки позволяет получать гранулы или доски, которые можно использовать в столярных работах. В 2019 году Global Fiberglass Solutions приступила к производству продукта под названием EcoPoly Pellets в США и вскоре будет дополнительно производить панельную версию.Эти продукты сертифицированы как переработанные из списанных лопастей ветряных турбин посредством отслеживания радиочастотной идентификации (RFID) от лопасти до конечного продукта. EcoPoly Pellets можно превратить в различные продукты, такие как складские поддоны, напольные покрытия или парковочные болларды. Основываясь на своих прогнозах спроса, Global Fiberglass Solutions ожидает, что сможет обрабатывать от 6000 до 7000 лезвий в год на каждом из двух своих заводов в Техасе и Айове.

Дополнительный подход к переработке лезвий состоит в том, чтобы сосредоточить внимание на исходной детали – из чего сделаны лезвия.Дополнительные исследования и разработки направлены на использование термопластической смолы вместо стекловолокна или углеродного волокна для лопастей ветряных турбин. Материал может быть проще и дешевле утилизировать.

В конце концов, цель увеличения количества инноваций для дополнительных приложений использования для списанных лопаток турбин требует наличия достаточного рыночного спроса, чтобы стимулировать создание предприятий, которые могут перерабатывать лопатки. Наряду с этой проблемой в США отсутствует политика в отношении конечного использования лопаток турбин, что еще больше способствует сохранению статус-кво хранения или утилизации в качестве твердых отходов на полигонах.

Как обсуждалось выше, в настоящее время дешевле утилизировать лопасти ветряных турбин на ближайшем полигоне, чем часто требуется транспортировка на большие расстояния для переработки на ограниченном количестве предприятий, которые могут их эффективно переработать. Кроме того, отрасль в настоящее время страдает от недостаточного давления со стороны регулирующих органов или рыночных стимулов для полной разработки других вариантов конечного использования.

Два подхода к более замкнутой экономике – это более тесная связь в цепочке поставок ветряных турбин и амбициозные цели.Например, Vestas Wind Systems A / S, компания, занимающаяся проектированием, производством и установкой ветряных турбин, объявила о твердом намерении произвести к 2040 году ветровые турбины без отходов. тесно сотрудничать со своими партнерами по всей цепочке поставок, чтобы в конечном итоге избежать сжигания или захоронения своей продукции. Необходимо больше партнерских отношений между компаниями ветроэнергетики, чтобы восполнить пробел и сделать системы ветроэнергетики на 100% пригодными для вторичной переработки.

Кроме того, штаты США должны рассмотреть механизмы политики для стимулирования развития рынка альтернативных решений, таких как усиление ответственности производителей, помимо утилизации лопастей ветряных турбин на свалках. Штаты могли бы дополнительно рассмотреть способы поддержки строительства региональной инфраструктуры утилизации – особенно в штатах с более крупными ветряными электростанциями, такими как Техас или Айова, – для решения проблемы прекращения использования лопастей ветряных турбин.

В других блогах этой серии вы найдете введение в технологии переработки экологически чистой энергии, а также дополнительную информацию о переработке солнечных панелей и аккумуляторов энергии.

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 правильных процедур 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 конкретной площадки и включают среднюю скорость ветра, интенсивность турбулентности и (для операторов морских ветроэлектростанций) 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 усталостных отказах 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, на основании чего 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 сравнивать 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, опорной 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 отключению 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 атмосферным воздействием, 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 техобслуживание
• 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. Мы также были частью консорциума BladeSave по разработке системы мониторинга состояния лопастей ветряных турбин и работали над ультразвуковым контролем фазированных решеток оснований лопастей.

Мы предоставляем независимую экспертизу и консультации, связанные с материалами, производством и инспекцией, чтобы предложить решения для ветроэнергетики, и вы можете узнать больше о наших услугах в этой области здесь.

Хорошая вибрация: безлопастные турбины могут принести энергию ветра в ваш дом | Возобновляемая энергия

Гигантские ветряные электростанции, расположенные вдоль холмов и берегов, – не единственный способ использовать силу ветра, говорят пионеры зеленой энергетики, которые планируют заново изобрести энергию ветра, отказавшись от необходимости в турбинных башнях, лопастях и даже ветре.

«Мы не против традиционных ветряных электростанций», – говорит Давид Яньес, изобретатель Vortex Bladeless. Его стартап из шести человек, расположенный недалеко от Мадрида, впервые разработал конструкцию турбины, которая может использовать энергию ветра без широких белых лопастей, которые считаются синонимом энергии ветра.

Дизайн недавно получил одобрение государственной энергетической компании Норвегии Equinor, которая включила Vortex в список 10 самых интересных стартапов в энергетическом секторе. Equinor также предложит поддержку в развитии стартапов в рамках своей программы технического акселератора.

Безлопастные турбины стоят на высоте 3 метра и представляют собой цилиндр с закругленной вершиной, закрепленный вертикально с помощью упругого стержня. Неподготовленному глазу кажется, что он качается взад и вперед, как игрушку на приборной панели автомобиля. На самом деле он разработан, чтобы колебаться в пределах диапазона ветра и генерировать электричество от вибрации.

Это уже вызвало недоумение на форуме Reddit, где турбину сравнивали с гигантской вибрирующей секс-игрушкой, или «скайбратором». Безошибочно фаллический дизайн собрал на сайте более 94 000 оценок и 3500 комментариев. Самый популярный комментарий предполагает, что подобное устройство может быть найдено в ящике комода вашей матери. Он получил 20 000 положительных оценок от пользователей Reddit.

«Наша технология обладает различными характеристиками, которые могут помочь заполнить пробелы, в которых традиционные ветряные электростанции могут не подходить», – говорит Яньес.

Эти пробелы могут включать городские и жилые районы, где влияние ветряной электростанции было бы слишком большим, а пространство для ее строительства было бы слишком маленьким. Он отражает ту же тенденцию к установке небольших локальных генераторов энергии, что помогло домам и компаниям по всей стране сэкономить на счетах за электроэнергию.

«Это могло быть ответом энергии ветра на домашние солнечные батареи», – говорит Яньес.

«Они хорошо дополняют друг друга, потому что солнечные панели производят электричество в течение дня, а скорость ветра, как правило, выше ночью», – говорит он.«Но главное преимущество технологии заключается в снижении ее воздействия на окружающую среду, визуального воздействия, а также затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание турбины».

Турбина не представляет опасности для миграций птиц или дикой природы, особенно при использовании в городских условиях. Для людей, живущих или работающих поблизости, турбина будет создавать шум с частотой, практически не обнаруживаемой людьми.

«Сегодня турбина небольшая и вырабатывает небольшое количество электроэнергии. Но мы ищем промышленного партнера, который расширил бы наши планы до 140-метровой турбины с мощностью 1 мегаватт », – говорит Яньес.

Vortex – не единственный стартап, который надеется заново изобрести энергию ветра. Alpha 311, начавшаяся в садовом сарае в Уитстабле, Кент, начала производство небольшой вертикальной ветряной турбины, которая, по ее утверждению, может вырабатывать электричество без ветра.

2-метровая турбина, сделанная из переработанного пластика, предназначена для установки на существующие уличные фонари и вырабатывает электричество, поскольку проезжающие машины вытесняют воздух. Независимое исследование, проведенное по заказу компании, показало, что каждая турбина, установленная вдоль автомагистрали, может вырабатывать столько же электроэнергии, сколько 20 квадратных метров солнечных панелей, что более чем достаточно, чтобы держать уличный фонарь включенным, а также обеспечивать питание местной энергосистемы.

Уменьшенная версия турбины высотой менее 1 метра будет установлена ​​на O2 Arena в Лондоне, где она поможет вырабатывать чистую электроэнергию для 9 миллионов человек, которые посещают развлекательные заведения в течение обычного года.

«Хотя наши турбины можно разместить где угодно, оптимальное расположение – рядом с шоссе, где они могут быть встроены в существующую инфраструктуру. Нет необходимости что-либо копать, так как они могут быть прикреплены к уже имеющимся осветительным колоннам и использовать существующие кабели для непосредственного ввода в сеть », – говорит Майк Шоу, представитель компании.«Площадь небольшая, а автомагистрали – не самое красивое место».

Пожалуй, наиболее амбициозным отклонением от стандартной ветряной турбины стал немецкий стартап SkySails, который надеется использовать бортовую конструкцию для использования энергии ветра прямо с неба.

SkySails производит большие полностью автоматизированные воздушные змеи, предназначенные для полета на высоте 400 метров, чтобы уловить силу высокогорного ветра. Во время подъема кайт тянет за трос, привязанный к лебедке и генератору на земле.Воздушный змей вырабатывает электричество, когда он поднимается в небо, и, будучи полностью разобранным, использует только часть генерируемого электричества, чтобы вернуться к земле.

Стефан Рэйдж, исполнительный директор SkySails, говорит, что воздушные ветроэнергетические системы означают «минимальное воздействие на людей и окружающую среду … Системы работают очень тихо, практически не оказывают видимого воздействия на ландшафт и почти не отбрасывают тень», он добавляет.

Сегодня проект может генерировать максимальную мощность от 100 до 200 киловатт, но новое партнерство с немецкой энергетической фирмой RWE может увеличить потенциальную мощность с киловатт до мегаватт.Представитель RWE сказал, что пара в настоящее время ищет идеальное место для запуска воздушных змеев в сельской местности Германии.

приведите свой дом в действие с помощью стены ветряной турбины Джо Дусе

ЗАЛ ВЕТРОВОЙ ТУРБИНЫ – ЭТО КИНЕТИЧЕСКАЯ СТЕНА, СОСТАВЛЯЮЩАЯ СОСТАВ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЛЕЗВИЙ, ВРАЩАЮЩИХСЯ ИНДИВИДУАЛЬНО

как Изменение климата продолжает сеять хаос на планете ищут более эффективные источники возобновляемой энергии. хотя каждый год для решения этой проблемы разрабатываются новые технологии, один древний источник энергии продолжает превосходить их все.Да, ветряная энергия продолжает оставаться одним из наиболее экономичных и эффективных источников устойчивой энергии. однако эта простая технология не была внедрена в дома частично из-за ее навязчивой физической формы.

Помня об этом, дизайнер из Нью-Йорка joe doucet создал зал для ветряных турбин , проект, в котором искусство и технологии сочетаются с новаторским решением, направленным на обеспечение энергией наших домов.

images by joe doucet

ДЖО ДОУС РАЗРАБОТАЛ ЭСТЕТИЧЕСКИ ПРИЯТНЫМ, КАК ФУНКЦИОНАЛЬНО

Ветровая энергия – это использование воздушного потока, проходящего через ветряные турбины, для механических генераторов электроэнергии.ветровые турбины обеспечивают механическую энергию для вращения электрогенераторов и – в качестве альтернативы сжиганию ископаемого топлива – являются многочисленными, возобновляемыми, широко распространенными, чистыми, не производят выбросов парниковых газов во время работы, не потребляют воду и используют мало земли.

, спроектированный таким образом, чтобы быть эстетичным и функциональным, зал для ветряных турбин от Joe Doucet представляет собой кинетическую стену, состоящую из множества вращающихся по отдельности вращающихся лопастей, приводящих в действие мини-генератор, вырабатывающий электричество.электричество используется в доме или на работе, может храниться в настенной батарее или даже может подаваться обратно в национальную сеть, чтобы обеспечить доход владельцу.

Стенка ветряной турбины состоит из сетки квадратных панелей, которые вращаются одновременно по 25 осям. В настоящее время он состоит из 25 ветрогенераторов, прикрепленных к вертикальным стержням с прикрепленными к ним квадратными панелями. doucet , который уже построил прототип, говорит, что одна из этих стен может обеспечить электроэнергией американский дом, который обычно потребляет чуть более 10 000 кВт-часов в год.

информация о проекте:

имя: стена ветряной турбины

дизайн: joe doucet

тип: ветровая энергия кинетическая стена

статус: прототип

статус: Джулиана Нейра I designboom

20 октября 2021 г.