Энергия ветра — InfoCity
Ветер, в отличие от сжигаемого топлива, является источником возобновляемой доступной и чистой энергии, использование которой не приводит к выбросу парниковых газов в атмосферу. Таким образом, ветровая энергия создает гораздо меньше проблем для экологии по сравнению с традиционными невозобновляемыми источниками энергии. Средняя годовая мощность, генерируемая ветрогенератором, оказывается примерно постоянной. Однако уровень мощности на более коротких временных отрезках может очень сильно колебаться. Чтобы обеспечить стабильное электроснабжение, ветрогенераторы должны использоваться в сочетании с другими источниками энергии. Увеличение доли энергии, вырабатываемой ветровыми электростанциями, требует модернизации сети линий электропередач и приводит к последовательному вытеснению традиционных генерирующих мощностей.
Ветровые электростанции состоят из множества отдельных ветровых турбин, объединенных в единую сеть. Береговые ветровые электростанции являются недорогим источником электроэнергии и зачастую представляют реальную альтернативу для ТЭЦ, работающих на угле или газе.
Морской ветер, как правило, бывает более стабильным и сильным, чем на суше, но затраты на строительство и техническое обслуживание морских ветровых электростанций оказываются значительно выше. Небольшие береговые ветряные электростанции могут обеспечивать энергией отдаленные и изолированные объекты и поселения.
Принцип работы ветрогенератора достаточно прост. Ветер заставляет вращаться двух или трехлопастные турбины, приводящие в движение основной вал, к которому подключен ротор генератора. Вращение ротора приводит к генерации электричества.
Типовая электрическая схема ветрогенератора содержит генератор, аккумуляторные батареи и контроллер заряда. Создаваемое переменное напряжение обычно поступает на локальную трансформаторную станцию, которая собирает энергию от всех турбин, где преобразуется в более высокое напряжение и передается по кабельной или воздушной линии на другую трансформаторную станцию. А там уже происходит подключение простых потребителей. Трансформаторные станции необходимы для согласования напряжения ветрогенераторов с сетью.
Если копнуть глубже, то окажется, что ветер на самом деле является формой солнечной энергии и становится результатом неравномерного нагрева атмосферы солнцем. Карта направления и силы ветров является сильно неоднородной и зависит от рельефа местности, наличия растительности и водоемов.
Турбины горизонтальных ветрогенераторов обычно имеют две или три лопасти. Эти лопасти приводятся во вращение фронтальными воздушными потоками. Промышленные ветрогенераторы имеют мощность от 100 kW до нескольких MW. Ветровые турбины большой мощности оказываются более экономически выгодными и объединяются в ветровые электростанции, которые поставляют электроэнергию в сеть. В последние годы произошло значительное увеличение числа крупных морских и прибрежных ветровых электростанций в США. Это было сделано для того, чтобы максимально использовать потенциал энергии ветра прибрежных регионов. Отдельные ветрогенераторы мощностью менее 100 kW применяются для энергоснабжения домов, телекоммуникационных вышек, насосных станций и т.
д. Небольшие ветровые турбины иногда используются в сочетании с дизель-генераторами, батареями и солнечными панелями. Такие решения называются гибридными и обычно размещаются в удаленных местах, в которых отсутствуют собственные линии электропередач.
В настоящее время большинство турбин использует генераторы с регулируемой скоростью в сочетании с промежуточным преобразователем мощности между генератором и системой сбора энергии, что является наиболее подходящим вариантом для межсетевого соединения, и обеспечивает возможность отключения при низком выходном напряжении. В современных системах используются либо машины с двойным питанием, либо генераторы с короткозамкнутым ротором, или синхронные генераторы.
Современные энергетические системы сталкиваются со множеством проблем, в том числе, с проблемой избыточной мощности, которую удается решать за счет реализации специальных мер: экспорта и импорта электроэнергии в соседние районы, изменения уровня воды в водохранилищах гидроэлектростанций, преобразования электрической мощности в механическую энергию, ограничения потребления и т.
д. При использовании локальных ветрогенераторов эту проблему можно сгладить.
В ветряной электростанции отдельные турбины объединяются в единый комплекс с помощью системы сбора мощности и информационных каналов связи. Среднее выходное напряжение для ветрогенераторов обычно составляет 34,5 kW. На трансформаторной подстанции это напряжение дополнительно увеличивается для дальнейшей передачи по высоковольтным линиям электропередач.
Одной из самых больших проблем, связанных с интеграцией ветряных электростанций в энергетическую систему, является необходимость создания новых линий электропередач для транзита электроэнергии. Дело в том, что ветряные электростанции строятся в соответствии с картой ветров, поэтому в большинстве случаев они размещены в отдаленных и малонаселенных районах. Существующие линии электропередачи не были предназначены для транспортировки больших объемов энергии. Очевидно, что с увеличением длины линий передач потери, связанные с передачей мощности, возрастают, что затрудняет перенос большой мощности на большие расстояния.
Сейчас появилась новая технология по производству безлопастных ветряных электростанций. В таких установках стандартные лопасти заменены на «стебли» длиной 3-6 м. Они раскачиваются за счет ветра вперед-назад и превращают потоки воздуха в цикличные вихри. В дальнейшем это создает электроэнергию в генераторе переменного тока. Одна раскачивающаяся мачта высотой 2,75 м способна производить 100 W энергии.
По заверениям производителей, безлопастные ветряные электростанции бесшумны, безопасны и экономичны в установке и эксплуатации. Изначально их разрабатывали специально для экономически изолированных и бедных районов Индии и стран Африки. Кроме того, новая технология компактна. Для ее размещения не нужна большая площадь. Более 1200 «стеблей» высотой 55 м было предложено установить в пустыне около строящегося города Масдар (ОАЭ) на площади около 26000 км2. К сожалению, авторы проекта представили лишь идею, не проведя необходимых измерений.
Морские ветряные электростанции
Современные технологии все еще остаются незрелыми, что является препятствием для распространения морских ветряных электростанций.
Проблема высокой стоимости ветряной энергии может быть частично решена с помощью технологических инноваций. Новые технологии необходимы для снижения затрат, повышения надежности и эффективности производства энергии, решения вопросов регионального транзита, развития инфраструктуры и производственных мощностей, а также для уменьшения воздействия на экологию. К сожалению, разработка инновационных технологий требует значительных стартовых инвестиций, характеризуется длительным сроком окупаемости и высокой степенью риска. Все это приводит к тому, что многие компании не хотят инвестировать в исследования и разработки в области морских ветряных электростанций.
При использовании понятия «мелководье» речь идет о диапазоне глубин от 0 м до 30 м. Данный диапазон относится к большинству существующих морских ветряных электростанций. Переходные глубины колеблются в диапазоне от 30 м до 60 м. Для глубоководья, где глубина превышает 60 м, были разработаны плавающие концепции ветряных электростанций, которые позаимствованы из нефтяной и газовой отрасли.
Стоит отметить, что приведенные диапазоны мелководья, переходных глубин и глубоководья являются специфическими для рассматриваемой отрасли морских ветровых электростанций и не совпадают с диапазонами, принятыми в нефтяной и газовой отрасли, где под глубоководьем понимают глубины от 2000 м и более. Кроме того, эти диапазоны на самом деле являются всего лишь ориентирами при разработке новых технологий. Они помогают оценить требуемые ресурсы при создании новых решений.
Вполне очевидно, что с ростом глубины стоимость конструкций возрастет из-за увеличения срока проектирования, усложнения процесса производства и монтажа, а также из-за увеличения количества расходуемых материалов, необходимых для постройки основания. Рост затрат, связанных с увеличением глубины, обнаруживается поэтапно по мере достижения технических ограничений. Однако накопление и применение новых технических решений способно смягчить эти скачки в каждом конкретном проекте.
Для транспортировки генерируемой электроэнергии необходимы линии передачи.
В случае с морской электростанцией для транзита энергии по морскому участку пути потребуется подводный кабель. Как было сказано выше, строительство новой сухопутной высоковольтной линии специально для транзита электроэнергии морской электростанции может быть слишком дорогостоящим, но ситуацию спасают существующие линии электропередач, созданные ранее для обычных электростанций.
Поскольку скорость ветра не постоянна, то ежегодное производство энергии ветряной электростанции никогда не превышает величину номинальной мощности генератора, умноженную на общее количество часов в году. Отношение фактической производимой мощности к этому теоретическому максимуму называют коэффициентом использования установленной мощности. Диапазон типовых значений коэффициента мощности составляет от 15% до 50%. Высокие значения достигаются при благоприятных условиях и обусловлены использованием оптимальной конструкции ветряных турбин. На величину коэффициента использования установленной мощности ветряной электростанции влияет несколько параметров, в том числе степень изменчивости ветра, а также соотношение между мощностью генератора и областью охвата турбины.
Небольшой генератор оказывается дешевле и имеет высокий коэффициент мощности, но при сильном ветре производит меньше электроэнергии и, следовательно, приносит меньше прибыли. И наоборот, большой генератор стоит дороже, но при умеренном ветре будет выдавать ту же мощность, что и небольшой генератор, а при слабом воздушном потоке и вовсе приведет к остановке турбины. Таким образом, оптимальный коэффициент мощности составляет от 40% до 50%.
По подобию безлопастных ветряных электростанций была разработана и технология для применения под водой. Цилиндрические «стебли» захватывают энергию медленных течений океанов и рек. Водные потоки заходят в основу стебля, где преобразуются в вихревые вибрации. Из них и получается электроэнергия. Прототипом этой технологии стала рыба. Исследователи проекта VIVACE (Vortex Induced Vibrations for Aquatic Clean Energy) объясняют, что рыбы во время движения изгибают свое тело так, чтобы скользить сквозь вихревые потоки, которые образуются от впереди плывущих особей.
Только за счет сокращения мускулов рыбы не смогли бы продвигаться вперед с их небольшой скоростью, поэтому им приходится «кататься на волнах», которые образуются от движения их сородичей. По оценкам создателей этого проекта, подводная установка размером с беговую дорожку и высотой с двухэтажный дом может снабжать электроэнергией около 100 тысяч домохозяйств за счет медленных водных течений.
Норвежская государственная нефтегазовая компания Statoil является крупным и наиболее известным игроком на этом новом рынке. Компания строит очень интересный объект Hywind у берегов Шотландии мощностью 30 MW и занимается реализацией сразу двух других проектов плавучих электростанций. Один из них под названием Kincardine Offshore Windfarm располагается в 15 км от берега и состоит из восьми турбин производства Senvion общей мощностью 50 MW. Проект осуществляется разработчиками из Великобритании, в том числе известной инжиниринговой компанией Atkins. А в январе компания Gaelectric объявила о партнерстве с Atlantis Energy для разработки проектов плавучих электростанций в Великобритании общим объемом 1,5 GW.
Таким образом, можно отметить наступление коммерческой зрелости инновационной технологии плавающих фундаментов для морских ветровых электростанций, что, безусловно, расширит возможности развития офшорной ветроэнергетики.
Доля ветровой энергетики
Доля ветровой энергетики в общем объеме генерации является важной характеристикой энергосистемы. Этот показатель не нормируется и не ограничивается. Он зависит от множества особенностей конкретной энергетической сети: от существующих генерирующих установок, от механизмов ценообразования, от емкости для хранения энергии, от управления спросом и от других факторов. Обычно электрические сети имеют собственные резервные генерирующие и передающие мощности, используемые для обеспечения безотказной работы в случае аварийных ситуаций. Эти резервные мощности могут также служить для компенсации колебаний энергии, генерируемой ветряными электростанциями. Исследования показали, что оптимальная доля ветровой энергетики составляет 20%.
Эти исследования проводились для областей с территориально разнесенными ветровыми электростанциями, с наличием возможности управления мощностью, например, гидроэлектростанции, и развитой сетью электропередач, позволяющей при необходимости перераспределять электроэнергию. При превышении доли в 20% возникают технические сложности, но еще более значительными становятся экономические затраты на модернизацию. Стоит отметить, что в настоящее время продолжается изучение влияния крупномасштабного внедрения ветряных электростанций на стабильность и рентабельность энергетической системы.
Для достижения доли ветровой энергетики на уровне 100% необходимо наличие хранилищ энергии большого объема или соединение с другими энергосистемами, которые имеют собственные хранилища. На коротких временных промежутках (месяц, неделя, день, час и менее) ветер может обеспечить до 100% текущего потребления, а избыток энергии должен запасаться или экспортироваться. Промышленность может использовать преимущества сильного ветра, например, ночью, когда объем выходной мощности превышает спрос.
Колебания генерируемой мощности
Как было сказано выше, мгновенная мощность, генерируемая ветрогенератором, не является постоянной и может быстро и значительно изменяться. Колебания средних годовых показателей также существуют, но они оказываются не столь значительными. Колебания мощности способны вызывать дисбаланс между производством и потреблением электроэнергии, что ограничивает долю ветровой энергетики в рамках энергосистемы. Прерывистость и неконтролируемый характер производства ветровой энергии приводят к негативным последствиям, в том числе, к увеличению затрат на преобразование мощности, к необходимости содержания значительных резервных источников электроэнергии, к усложнению системы управления и т.д. Также надо учитывать и ситуации, схожие с той, которая сложилась зимой этого года в штате Техас (США), где в последнее время активно внедряются «зеленые» технологии производства электроэнергии. Они просто замерзли. В Европе «зеленая» энергетика тоже довольно жестоко обошлась с потребителями.
Поля солнечных батарей оказались завалены снегом, а ветрогенераторы скованы льдом. Пришлось обрабатывать их противогололедными реагентами.
Производимая ветрогенератором мощность колеблется и при слабом воздушном потоке должна заменяться другими источниками энергии. Современные энергосистемы способны справляться с аварийными отключениями генерирующих мощностей, а также с суточными перепадами потребления. При этом традиционные электростанции способны выдавать максимальную мощность в течение 95% рабочего времени. Этого нельзя сказать о ветряных электростанциях.
В настоящее время энергосистемы с большим количеством ветряных электростанций требуют частой активизации резервных генерирующих мощностей, работающих на природном газе, для поддержания стабильного энергоснабжения в том случае, когда условия не благоприятны для производства электроэнергии из ветра. При более низкой доле ветряных электростанций перепады энергии не являются большой проблемой. Однако, даже при доле 16% в ветреные дни ветроэнергетика может превосходить по уровню генерации мощности все другие источники электроэнергии в стране.
Совместное использование непостоянных возобновляемых источников энергии со стабильными невозобновляемыми источниками помогает создавать устойчивую энергосистему, которая обеспечивает надежное электроснабжение потребителей. Увеличение доли возобновляемых источников энергии успешно происходит в реальном мире.
HAWP-установки
Если выполнить анализ всех затрат, то самым дешевым источником энергии могут оказаться ветровые HAWP-установки (High-Altitude Wind Power). Поспорить с ними смогут только гидроэлектростанции и обычные ветрогенераторы, используемые для питания локальных потребителей. HAWP-установки работают на больших высотах. Речь идет вовсе не о десятках метров, где отлично справляются обычные ветрогенераторы. Технологии HAWP подразумевают использование летающих установок на высоте, где энергия ветра оказывается гораздо больше, чем у поверхности земли.
Сразу несколько исследовательских групп разрабатывают AWE-технологии (Airborne Wind Energy (AWE), предназначенные для использования на высоте до 2000 футов.
Кроме того, есть и разработчики, создающие решения, работающие на высотах более 2000 футов. Величина 2000 футов была выбрана в соответствии с требованиями Федерального управления гражданской авиации США. Эта организация считает объекты, находящиеся на данной высоте, небезопасными для полетов обычной авиации. HAWP-установки могут летать на больших высотах за пределами 12 морских миль от побережья в международном воздушном пространстве. Стоит отметить, что при реализации AWE-технологий еще предстоит решить проблему эффективной передачи энергии на землю. При использовании традиционных подходов напряжение на электрическом кабеле оказывается слишком высоким.
Все ли так оптимистично?
Опасения изменения климата привели к огромным инвестициям в программы новой «зеленой энергии», направленные на снижение выбросов парниковых газов и другого влияния на окружающую среду со стороны отрасли ископаемых видов топлива. В период с 2011 по 2018 годы мир потратил 3,66 триллиона долларов на проекты, связанные с изменением климата.
55% от этой суммы было потрачено на энергию солнца и ветра, и всего 5% — на адаптацию к воздействию экстремальных погодных явлений. Исследователи выяснили, что иногда возобновляемые источники энергии вносят коррективы в проблемы, которые они предназначены решать. Например, в серии международных исследований выяснилось, что и ветряные, и солнечные электростанции сами вызывают локальное изменение климата.
Ветропарки повышают температуру почвы под ними, и такое потепление заставляет почвенных микробов выделять больше углекислого газа. Технологии «зеленой» энергетики требуют десятикратного повышения добычи минеральных ресурсов по сравнению с электричеством, вырабатываемым при сжигании ископаемых видов топлива. Аналогично, для замены всего 50 млн. из приблизительно 1,3 млрд. легковых автомобилей мира электрическим транспортом потребуется более чем удвоить ежегодную мировую добычу кобальта, неодима и лития, а также задействовать более половины ежегодно получаемого объема меди. Кроме того, солнечные и ветряные парки требуют в 100 раз больше поверхности земли по сравнению с электричеством, получаемым из ископаемых видов топлива, а возникающие изменения в структуре использования площадей могут иметь разрушительное влияние на биоразнообразие.
Более половины (55%) общемировых затрат на климат в 2011-2018 годы было потрачено на солнечную и ветровую энергетику. В сумме эта цифра достигает двух триллионов долларов. Несмотря на это, в 2018 году ветровая и солнечная энергетика производила всего 3% от мирового энергопотребления, в то время как ископаемые энергоносители производили в общем 85%. Некоторые исследователи считают, что это ставит насущные вопросы о стоимости перехода на 100% возобновляемой энергетики.
Самые интересные проекты в вертоэнергетике
Ветрогенераторы могут иметь самые разные конструкции в зависимости от задач, которые они выполняют. Ветрогенераторы-гиганты, размером с высотное здание, и миниветрогенераторы, вертикальные и горизонтальные ветрогенераторы, ветрогенераторы совсем необычной формы, в которых вы вряд ли угадаете обычную конструкцию. Ветрогенераторы могут парить в воздухе, плавать или висеть на магнитных подвесках, располагаться между зданиями и на крышах домов. Именно о таких устройствах мы и расскажем дальше.
Maglev Turbine — это ветрогенератор, который придумал 60-летний изобретатель Эд Мазур, основатель компании Maglev Wind Turbine Technologies (MWTT) из Аризоны. Это гигантский ветрогенератор размером с высотное здание занимает площадь в 40 гектаров. По замыслу автора ветрогенератор Maglev сможет достигать мощности 1 GW. Автор считает, что его устройство обеспечивает полный захват ветра, а благодаря магнитной подвеске устраняется все трение. Эта технология схожа с технологией поездов на магнитной подушке. Также благодаря магнитной подушке, ветрогенератору не страшна никакая скорость ветра. Maglev Turbine может захватить даже мощь урагана. Установка такого ветрогенератора на 50-75% дешевле, чем возведение традиционной ветроэлектростанции такой же мощности, а также займет меньше времени и потребует меньше пространства. Несколько ветрогенераторов Maglev установлены в Китае.
Ветрогенератор M.A.R.S. может подниматься в воздух на высоту до 300 м благодаря тому, что он наполнен гелием.
M.A.R.S. (Magenn Power Air Rotor System) разработан компанией Magenn. Его можно транспортировать в ветреные регионы и быстро разворачивать. Поток воздуха вращает баллон вокруг горизонтальной оси. К баллону крепятся генераторы и тросы, которые удерживают его на месте и передают электроэнергию на землю.
Британская компания XCO2 использовала эту идею для создания ветрогенераторов Quietrevolution, которые будут установлены возле Букингемского дворца. Местные жители возражали против традиционных трехлопастных ветряков, потому что они портят внешний вид города. Ветрогенераторы Quietrevolution хорошо вписываются в городской ландшафт. Встроенные светодиоды в S-образных лопастях используются для создания изображений, когда турбина вращается. Ветрогенератор имеет высоту 5 м, а его диаметр достигает 3 м. Кстати, если Quietrevolution работает при минимальной скорости ветра в 4,5 м/с, то его японский аналог от компании LoopWing способен вырабатывать энергию при скорости ветра в 1,6 м/с.
Еще один вариант лопастей для городских ветрогенераторов предложен компанией Asia Alliance Base. В отличие от предыдущего варианта, винтовые лопасти в этом случае имеют две точки опоры, что делает конструкцию более прочной и устойчивой. Такая конструкция может выдерживать большие скорости ветра. Спиральная структура лопастей, как утверждают создатели, лучше удерживает энергию ветра и увеличивает ее.
Мини ветрогенератор Jellyfish специально предназначен для мест, где есть трудности с доступом к электричеству. Его легко установить. При высоте всего в 36 см он может генерировать около 40 kW•ч в месяц. Главным преимуществом этого ветрогенератора является цена, которая составляет всего 400 долларов. Jellyfish был разработан изобретателем из Сиэтла по имени Чед Маглак.
На многих крупных магистралях существует постоянный поток воздуха, позволяющий производить электричество. Движение автомобилей на большой скорости, особенно грузовиков, будет приводить в движение данные турбины.
При скорости транспортного средства в 110 км/ч каждая турбина сможет производить 9600 kW•ч в год. Эти ветрогенераторы бесшумны. Данная разработка предложена университетом штата Аризона.
Ветрогенератор Broadstar AeroCam разработан авиационным инженером Жоржем Жан Мари Дарье. Небольшие ветрогенераторы предлагается устанавливать на крышах зданий, так как такая конструкция при той же мощности, что и традиционный трехлопастный ветряк, занимает гораздо меньше места. Ветряк Дарье, как правило, располагается вертикально, но конструкция Broadstar AeroCam располагает ветряки горизонтально на вертикальной мачте, делая их похожими на колеса водяной мельницы. Главное нововведение заключается в способности автоматически настраивать высоту и угол атаки аэродинамических лопаток, подобно изменениям формы крыла птицы в полете. Broadstar AeroCam при небольших размерах имеет высокий КПД и может работать при любых погодных условиях.
V-LIM — ветрогенератор, который специально создан для того, чтобы его устанавливать на крышах домов.
Данная конструкция является совместной разработкой исследователей из Портлендского государственного университета и компании Rogue River Wind. Благодаря почти полному отсутствию шума и вибрации, его можно устанавливать где угодно. Ветряк не подвержен воздействию турбулентности воздуха, почти не создает шума и вибрации. Ветряк можно экранировать от попадания птиц и животных. Для его установки не нужны высотные башни и мачты. Все это делает его подходящим для установки на крышах любых домов.
Ветрогенератор в форме воздушного змея Sky Serpent создал изобретатель Даг Селсам из Калифорнии. Даг усомнился в том, что одного винта достаточно для получения максимума энергии. После долгих экспериментов был создан данный ветрогенератор. Секрет эффективности в том, что каждый ротор ловит свой поток ветра и включает поток ветра от предыдущих нескольких турбин. Один конец вала прикреплен к генератору, а другой конец прикреплен к воздушным шарам с гелием. В 2003 году изобретатель получил грант в размере 75000 долларов от Калифорнийской энергетической комиссии на разработку ветрогенератора мощностью 3 kW из семи роторов.
Задача была успешно решена, и Даг Селсам продал после этого еще более 20 ветрогенераторов мощностью 2 kW. Он построил эти устройства в своем загородном гараже.
Liam F1 — еще один пример ветрогенераторов для установки на крышах зданий. Данная конструкция разработана компанией Archimedes из Роттердама. Небольшой ветряк диаметром 1,5 м и весом около 100 кг без труда может быть установлен на крыше любого здания. Такой ветрогенератор может производить до 1800 kW•ч в год, удовлетворяя половину потребностей в электроэнергии средней семьи. Директор компании Маринус Миремета утверждает, что эффективность такой турбины достигает 80% от теоретически максимальной эффективности ветрогенераторов. Шум от такой турбины не превышает 45 дБ. Цена турбины вместе с установкой составляет 3999 евро.
Изобретатель Агустин Отегу из Лондона занят разработкой «зеленых» архитектурных проектов. Его ветрогенератор Nano Vent-Skin состоит из нанопроводов, которые играют роль осей для множества микро-ветровых турбин и одновременно передают электроэнергию.
Внешняя поверхность турбин покрыта органической фотоэлектрической пленкой. Такая сеть и питает электроэнергией здание. Снаружи стена Nano Vent-Skin выглядит гладкой и однотонной, а изнутри видно все, что происходит снаружи.
Преимущество ветрогенератора Helix Wind заключается в том, что он может работать при любом ветре. Устройство лопастей позволяют избежать турбулентности, а сам генератор имеет низкий уровень шума. Также создатели отмечают, что он безопасен для птиц. Цена Helix Savonius 2.0 мощностью 2,5 kW составляет 6500 долларов, а более крупная модель мощностью 5 kW стоит 16500 долларов.
А это оригинальная ветряная электростанция в Нидерландах, выполненная в необычной форме дерева. На конструкции высотой 120 м размещено 8 турбин. Проект сделан по заказу Нидерландского правительства компаниями One Architecture, Ton Matton и NL Architects и преследовал цель создать менее навязчивую форму, вписывающуюся в окружающий пейзаж.
Энергия ветра
Энергия ветра — это кинетическая энергия движущегося воздуха.
Ветер, обладающий энергией, появляется из-за неравномерного нагрева атмосферы солнцем, неровностей поверхности земли и вращения Земли. Скорость ветра определяет количество кинетической энергии, которая может быть преобразована в механическую энергию или электроэнергию. Механическая энергия может использоваться, например, для помола зерна и перекачивания воды. Механическая энергия может также использоваться для работы турбин, которые производят электричество. Данная работа сосредоточена именно на ветровой электроэнергии, а не на других неэлектрических формах энергии ветра.
Существует два основных способа, с помощью которых энергия ветра может быть преобразована (как для механических, так и для электротехнических целей): использование либо силы «аэродинамического сопротивления», либо «подъема». Способ аэродинамического сопротивления означает простое размещение одной стороны поверхности против ветра, в то время, как другая сторона находится с подветренной стороны. Движение за счет аэродинамического сопротивления происходит в том же направлении, что и дует ветер.
Способ подъема несколько изменяет направление ветра и создает силу, перпендикулярную направлению ветра. Способ аэродинамического сопротивления менее эффективен, чем способ подъема.
Концентрация энергии ветра колеблется в широких пределах от 10 Вт/м-2 (при легком ветерке 2,5 м/сек) и до 41000 Вт/м-2, во время урагана со скоростью ветра 40 метров в секунду (м/с) или 144 км/час. В общем, энергия ветра пропорциональна кубу скорости ветра. Это означает, что электрическая мощность чрезвычайно чувствительна к скорости ветра (при удвоении скорости ветра мощность увеличивается в восемь раз).
Глобальное распределение ветра
Карта на этой странице показывает глобальные ресурсы ветра. Видно, что регионы с высоким потенциалом (около 9 м/с) находятся в средних и высоких широтах (Антарктида, южная Латинская Америка, Гренландия, Северная и Западная Европа), а также в районе огромных равнин и пустынь центральной части Северной Америки, России, Центральной Азии и Северной Африки (примерно 6 м/с).
Скорость ветра необходимая для выработки электроэнергии должна быть, по крайней мере, 2,5–3 м/с и не более 10–15м/с. Многие районы Земли не пригодны для размещения ветровых установок, и почти такое же количество районов характеризуется средней скоростью ветра в диапазоне (3–4,5м/с), что может быть привлекательным вариантом для производства электроэнергии. Однако значительная часть поверхности Земли характеризуется среднегодовой скоростью ветра, превышающей 4,5 м/с, когда энергия ветра наверняка может быть экономически конкурентоспособной.
Оценка ветровых ресурсов конкретной территории является сложной задачей, которая требует многообъемлющих данных. В целом, доступность и надежность данных о скорости ветра крайне низка во многих регионах мира. В общих чертах, потенциал производства ветровой электроэнергии зависит от следующих четырех факторов:
- широта и преобладающие режимы ветра
- рельеф и высота
- водоемы
- растительность и застройка территории
Скорость ветра, преобладающую в регионе, можно определить исходя из глобальной модели (низко- и высокоширотные восточные, среднеширотные западные, и маловетреные тропические зоны конвергенции).
Кроме того, в прибрежных районах часто наблюдаются морские и наземные бризы, а высотные районы могут усиливать воздушные возмущения, вызванные тепловыми циклонами.
На рисунке приведена карта ветровых ресурсов мира (высота — 80 м, разрешение — 15 км) с указанием установленной мощностью и данными о производстве ветровой электроэнергии ведущими странами мира
Глобальные тенденции
Энергия ветра, с ее зарождением в конце 1970-х гг., стала глобальной отраслью, в которой участвуют энергетические гиганты. В 2008 году новые инвестиции в ветроэнергетику достигли 51,8 млрд. долларов США (35,2 млрд. евро) (ЮНЕП, 2009).
Согласно статистическим данным, опубликованным Европейской Ассоциацией Ветровой Энергетики (EWEA, 2011), преуспевающие рынки существуют в местах с надлежащими условиями размещения. В 2008 году ветроэнергетические установки обеспечили производство около 20% всей электроэнергии Дании, более 11% в Португалии и Испании, 9% в Ирландии и почти 7% в Германии, более 4% всей электроэнергии Европейского союза (ЕС) и почти 2% в США (МЭА Энергия ветра, 2009).
SНачиная с 2000 года, совокупная установленная мощность выросла в среднем на 30% в год (см. рисунок). В 2008 году более 27 ГВт электрической мощности были установлены в более чем 50 странах, в результате чего глобальный наземный и морской потенциал достиг 121 ГВт. В 2008 году Мировой Совет Энергии Ветра подсчитал, что было выработано около 260 миллионов мегаватт часов (260 тераватт часов) электроэнергии.
Беларусь: ветровые ресурсы
«Генеральный план развития ветроэнергетики СССР до 2010 года» 1989 года включал карту ветров каждой республики. Ресурсный потенциал оценивался по скорости ветра на высоте 30 м. Согласно этой ветровой карте скорость ветра на высоте 30 м не достигала 5 м/с. Исходя из этих данных, потенциал ресурсов энергии ветра Беларуси невысок.
Однако, на высоте 80 м показатели ветровых ресурсов улучшаются. Так средняя скорость ветра в Дзержинском районе составляет 8,6 м/с. Большинство стран согласно нижеприведенной карте располагают скоростью ветра около 5 м/с на высоте 80 метров.
По данным официальной статистики, потенциал производства электроэнергии Беларуси за счет энергии ветра составляет 6,5 млрд. кВт/ч (при потенциале установленной мощности около 1600 МВт). Наиболее перспективные участки для ветроустановок находятся в Минской области, в западной части страны, а также в городах Витебске и Полоцке, в южной части страны.
При планировании размещения ветроэнергетических установок, желательно иметь больше информации о скорости ветра, а не только национальную карту, так как особенности местности, такие как рельеф, высота, водоемы и растительность оказывают существенное влияние на ветровые ресурсы.
Состояние на данный момент
В настоящее время технически возможное использование ветрового потенциала не превышает 5% от теоретического потенциала. Пока в Беларуси существует четыре важные ветроэнергетические установки.
Ветряная электростанция Дружная, расположенная в западной части страны, имеет полную установленную мощность 0,85 МВт.
Она состоит из установки NORDEX (250 кВт), построенной в 2000 году, и систем Repower и турбины Jacobs (600 кВт), построенных в 2002 году. Эти установки производят электроэнергию примерно 1,3–1,4 ГВтч/год, которая поставляется примерно 700 жителям.
В Кореличском регионе работает установка 3×77 кВт, а в Дзержинском районе построена ветротурбина мощностью 250 кВт. Ветряная электростанция, расположенная около Минска имеет мощность 1,08 МВт, и, по оценкам специалистов, ее годовое производство составляет 2 ГВтч электроэнергии. Расположенная в центральной части страны, эта электростанция в состоянии обеспечить электричеством 900 жителей.
Программой развития ВИЭ Беларуси предполагается строительство нескольких ветряных парков, но пока строительные работы практически не начинались. В программе говорится о 1840 объектах, с установленной мощностью 1600 МВт и годовым производством энергии 3,3 млрд. кВт/ч, в том числе в Гродненской области (1,5 МВт), в регионах Новогрудка (15,5 МВт), Лиозно (60 МВт), Ошмян (25 МВт), Дзержинска (60 МВт) и Сморгони (15 МВт).
На рисунке приведена карта ветрового потенциала Беларуси на высоте 80м.
Источник: Европейский банк реконструкции и развития (ЕБРР)Источник: geni.orgТехнология ветротурбин
Возможность производства электроэнергии определяется конструкцией ветровых турбин. Все ветровые турбины состоят из лопастей, которые вращают ось, соединенную с генератором, который и производит электрический ток.
Ветровые турбины могут быть расположены практически везде, где есть ветер, например, на море, на суше и в застроенном месте.
Ветровые турбины имеют различные размеры и номинальную мощность. Самая большая турбина имеет лопасти с размахом большим, чем длина футбольного поля, высоту 20-этажного здания и производит электроэнергию достаточную для электроснабжения 1400 зданий. И, наоборот, ветровая турбина размером с небольшой дом имеет лопасти диаметром от 8 до 25 футов, высоту — свыше 30 футов, и может обеспечивать электроэнергией полностью электрифицированное здание или малое предприятие.
Размер и мощность ветровых турбин колеблется в широких пределах. Выделяются три основных типа ветровых турбин: с горизонтальной осью, с вертикальной осью и канальные.
Турбины с горизонтальной осью (Пропеллерные ветровые турбины)
Пропеллерные ветровые турбины (сокращенно ПВТ) в настоящее время доминируют. Этот вид похож на ветряную мельницу с лопастями в виде пропеллера, которые вращаются вокруг горизонтальной оси.
Пропеллерные ветровые турбины имеют основную ось ротора и электрический генератор в верхней части мачты. Ось ротора должна быть направлена в сторону ветра. Малые турбины ориентируются по ветру с помощью простых направляющих, установленных перпендикулярно лопастям ротора, в то время как в больших турбинах обычно используется датчик ветра, управляющий поворотным двигателем. Большинство крупных ветровых турбин имеют редуктор, который преобразует медленное вращение ротора в быстрое вращение генератора, что важно для выработки электроэнергии.
Лопасти ветряных турбин изготавливаются жесткими, для того чтобы предотвратить удар лопастей о мачту при сильном ветре.
Кроме того, лопасти расположены на значительном расстоянии от мачты и иногда немного наклонены.
Так как за мачтой создается турбулентность, турбины, как правило, располагаются с той стороны, откуда дует ветер. В противном случае, турбулентность может привести к авариям из усталостных напряжений, что снижает надежность установки. Тем не менее, несмотря на проблемы турбулентности, построены установки с расположением турбины по направлению ветра, так как они не нуждаются в дополнительном механизме для их ориентации по ветру, и, во время сильного ветра, их лопасти могут сгибаться, что уменьшает зону скольжения и таким образом сопротивление ветру.
Ветровые турбины с вертикальной осью (Виндроторные ветровые турбины)
Виндроторные ветровые турбины (ВВТ) бывают разных типов, но все они имеют общую черту: основной вал ротора расположен вертикально (а не горизонтально).
Различные модели (см. ниже) разрабатываются специально для мест, где направление ветра очень изменчиво или беспокойно.
ВВТ, как правило, считаются более легкими в установке и обслуживании, так как генератор и другие основные компоненты могут быть размещены близко к земле (нет необходимости в том, чтобы мачта держала компоненты турбины, а компоненты становятся более доступны).
ВВТ, как правило, менее эффективны, чем ПВТ, по следующим причинам:
- Они часто создают сопротивление при вращении.
- Часто установлены на более низкой высоте (земля или крыша здания), где скорость ветра меньше.
- Наличие проблем, связанных с вибрацией, например, шум и более быстрый износ и разрыв опорной конструкции (так как воздушный поток имеет большую турбулентность на низкой высоте).
Таблица. ПВТ и ВВТ: преимущества и недостатки
Источник: Centurion EnergyВВТ Дарье
Запатентованная французским авиационным инженером Жоржем Жан-Мари Дарье в 1931 году, ветряная турбина Дарье часто называется «венчиком для взбивания яиц» из-за ее внешнего вида. Она состоит из нескольких вертикально направленных лопастей, которые вращаются вокруг центральной оси.
Разница между ПВТ и ВВТ Дарье состоит в том, что ось пропеллерной турбины всегда сталкивается с ветром, а турбина Дарье представляет собой цилиндр перпендикулярный воздушному потоку. Таким образом, часть турбины работает, а другая часть просто крутиться по кругу.
Разница между ПВТ и ВВТ Дарье состоит в том, что ось пропеллерной турбины всегда сталкивается с ветром, а турбина Дарье представляет собой цилиндр перпендикулярный воздушному потоку. Таким образом, часть турбины работает, а другая часть просто крутиться по кругу.
Лопасти позволяют турбине достигать скоростей, которые выше, чем фактическая скорость ветра, что делает их подходящими для выработки электроэнергии, а не для откачки воды, например. Турбина Дарье может работать при скорости ветра до 220 км/ч и при любом его направлении.
Основной недостаток турбины Дарье — невозможность самостоятельного включения. Для пуска турбины требуется внешний привод (например, небольшой двигатель или набор маленьких турбин Савониуса).
При достаточной скорости вращения, ветер создает достаточный крутящий момент, и ротор начинает вращаться вокруг оси с помощью ветра.
Тип турбины Дарье теоретически так же эффективен, как и пропеллерный тип, если скорость ветра постоянная, но на практике эта эффективность редко реализуется из-за возникающих физических напряжений, конструкционных особенностей и изменяемости скорости ветра.
Особым типом турбины Дарье является «Тип Н» (или «Gyromill»). Для получения энергии ветра он работает по тому же принципу, что и ветряная турбина Дарье, но вместо изогнутых лопастей применяются 2 или 3 прямые лопасти, индивидуально прикрепленные к вертикальной оси.
Три основных вида ВВТ Дарье (включая «Gyromill»)
Источник: eolienne.comprendrechoisir.comВВТ Савониуса
Турбина Савониуса является простым видом турбины, который был придуман в его современном виде финским инженером Сигурдом Джоханесом Савониусом в 1922 году. Она обычно применяется в случаях, требующих высокой надежности, а не высокой эффективности (например, в вентиляции, в анемометрах, во внутреннем микропроизводстве).
Турбины Савониуса гораздо менее эффективны, чем ПВТ и ВВТ Дарье (около 15%, см. ниже «Расчет энергии ветра»), но в отличие от первых, они хорошо работают при турбулентном ветре и, в отличие от последних, они самостоятельно включаются. В структурном плане они являются устойчивыми, могут хорошо противостоять сильным ветрам и остаются без повреждений и работают тише по сравнению с другими типами.
В отличие от турбины Дарье, которая работает под действием силы «подъема», турбина Савониуса работает за по принципу «аэродинамического сопротивления». Она состоит из 2–3 «ковшей»: изогнутые элементы испытывают меньшее сопротивление при движении против ветра, чем при движении по ветру из-за изогнутой формы ковшей. С точки зрения аэродинамики именно это дифференциальное сопротивление заставляет турбину Савониуса вращаться.
Источник: ITVТаблица: Дарье или Савониус
Расчет энергии ветра
Мощность энергии ветра (P в ваттах) при известной скорости ветра рассчитывается по следующей формуле:
P = ½ x «плотность воздуха» x «площадь охвата» x («скорость ветра»)3
Над уровнем моря «плотность воздуха» составляет примерно 1,2 кг/м3, «скорость ветра» является скоростью ветра (м/сек) и «площадь охвата» относится к площади пространства, покрываемая ротором ветровой турбины.
Она может быть рассчитана исходя из длины лопасти турбины:
A = π x («длина лопасти»)2
Однако, как только важные технические требования к ветровым турбинам принимаются во внимание (например, прочность и износостойкость, передаточное число редуктора, требования к подшипникам, генератору), предел количества энергии, которая может быть получено за счет энергии ветра уменьшается до 10–30% от фактической энергии ветра. Этот предел называется «коэффициент мощности», который является уникальным для каждого вида ветровой турбины. Для расчета количества извлекаемой энергии этот коэффициент мощности («Cp») должен быть введен в приведенную выше формулу:
P доступная = ½ x «плотность воздуха» x «площадь охвата» x («скорость ветра»)3x Cp
Коэффициент мощности Cp зависит от типа ветровой турбины, и изменяется от 0,05 до 0,45.
Источник: buckville.com
Источник: re.
energybel.by
Факты и статистика ветроэнергетики
Факты
Факты
Сегодня почти 70 000 ветряных турбин по всей стране производят чистую и надежную электроэнергию. Мощность ветроэнергетики составляет почти 140 ГВт, что делает ее четвертым по величине источником электроэнергии в стране. Этой энергии ветра достаточно, чтобы обслуживать эквивалент 43 миллионов американских домов.
Отчеты
Это первое в своем роде исследование подробно описывает потенциал экологически чистой энергии для обеспечения экономического роста и достижения большей части производства электроэнергии из возобновляемых источников в течение следующего десятилетия.
Скачать
Экономический вклад
За последнее десятилетие в ветер было инвестировано 135 миллиардов долларов. Только в 2021 году отрасль инвестировала в новые проекты 12 миллиардов долларов.
Экологические преимущества
Ветер помогает избежать 340 миллионов метрических тонн выбросов CO2 в год, что эквивалентно выбросам 74 миллионов автомобилей.
Основной сектор занятости
В отрасли занято более 120 000 американцев во всех 50 штатах, в том числе около 24 000 рабочих мест в области ветроэнергетики на более чем 500 объектах.
Быстрорастущие рабочие места
Техник по ветряным турбинам — вторая по темпам роста профессия в стране, увеличившаяся на 44% за следующее десятилетие.
Работа для ветеранов США
В ветроэнергетике США нанимают американских ветеранов на 50% больше, чем в среднем по стране.
Стабильные налоговые поступления
Ветроэнергетические проекты ежегодно приносят около 1,9 миллиарда долларов государственных и местных налоговых платежей и платежей за аренду земли.
Как работает энергия ветра
Ветер дует
Энергия ветра (или энергия ветра) относится к процессу создания электричества с использованием ветра или воздушных потоков, которые естественным образом возникают в земной атмосфере. Современные ветряные турбины используют кинетическую энергию ветра для выработки электроэнергии.
Первый шаг — ветер, дующий на лопасти турбины.
Как работает энергия ветра
Гигантские лопасти вращаются
Лопастной ротор вращает главный вал, соединенный с коробкой передач, которая преобразует низкоскоростную мощность лопастного ротора с высоким крутящим моментом в высокоскоростную мощность с низким крутящим моментом, которая передается генератор. Некоторые турбины с прямым приводом пропускают ступень редуктора и напрямую возбуждают компоненты генератора электроэнергии.
Как работает энергия ветра
Вращающиеся лопасти передают энергию
В ветряных турбинах используются различные конструкции трансмиссии для извлечения энергии. Некоторые из них имеют прямой привод, в котором отсутствует коробка передач, а некоторые имеют среднескоростной редуктор, который, по сути, представляет собой смесь редуктора и прямого привода. Во всех вариантах конструкции генераторы создают электроэнергию за счет мощности вращения лопастного ротора.
Как работает энергия ветра
Кондиционирование, сбор и экспорт
Ветряные турбины производят энергию постоянного тока, которая преобразуется в электроэнергию переменного тока с помощью преобразователей мощности и передается по кабелям, проложенным по всей территории ветряной электростанции.
Затем электроэнергия высокого напряжения доставляется в энергосистему коммунального предприятия, которая передает ее в дома, на предприятия и другим конечным пользователям.
Типичная современная турбина начинает вырабатывать электричество, когда скорость ветра достигает шести-девяти миль в час (миль в час), что называется скоростью включения. Турбины отключаются, если ветер дует слишком сильно (примерно 55 миль в час), чтобы предотвратить повреждение оборудования. В течение года современные турбины могут вырабатывать полезное количество электроэнергии свыше 90% времени. Например, если ветер на турбине достигает скорости включения от шести до девяти миль в час, турбина начнет вырабатывать электроэнергию. По мере увеличения скорости ветра увеличивается и производство электроэнергии.
Надежна ли энергия ветра? Энергия ветра лишь незначительно увеличивает общую изменчивость энергосистемы, поскольку большинство изменений в выработке энергии ветра компенсируются противоположными изменениями спроса на электроэнергию или других источников снабжения.
Крупная электростанция может внезапно отключиться в любое время, что вынуждает операторов держать наготове большое количество быстродействующих и дорогостоящих резервов 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Изменения ветра, как правило, постепенны и предсказуемы, что делает их гораздо менее затратными для использования менее дорогих, более медленно действующих резервов. Когда ветряные турбины рассредоточены по большой территории, их мощность становится гораздо более постоянной, и их становится еще легче разместить. Кроме того, современные ветряные электростанции могут обеспечивать такие же услуги по обеспечению надежности сети, как и обычные электростанции, а во многих случаях даже лучше, чем обычные электростанции, благодаря использованию своих сложных средств управления и силовой электроники.
Он измеряет количество электроэнергии, производимой ветряной турбиной за определенный период времени (обычно год) по отношению к ее максимальному потенциалу.
Турбины на ветряной электростанции соединены таким образом, чтобы вырабатываемая ими электроэнергия могла передаваться от ветряной электростанции в энергосистему. Как только энергия ветра будет включена в основную энергосистему, электроэнергетические компании или энергетические операторы будут направлять электроэнергию туда, где она нужна людям.
Ветряные турбины бывают разных размеров и конфигураций и производятся рядом как отечественных, так и международных компаний. Вообще говоря, существует три основных типа ветряных турбин: коммунальные, морские ветряные и распределенные или «малые» ветряные. Подавляющее большинство установленных турбин и энергии, вырабатываемой ветряными турбинами, поступает от ветряных турбин коммунального масштаба, а меньшая, но быстрорастущая доля — от морских ветряных турбин. Мощность ветряных турбин коммунального масштаба варьируется от 100 киловатт до нескольких мегаватт.
Wind снизилась на 47% за последнее десятилетие благодаря усовершенствованным технологиям и производству в США, что делает его конкурентоспособным с другими источниками энергии и самым дешевым новым источником электроэнергии во многих частях страны.
Влияет ли энергия ветра на птиц и других диких животных? Ветер — это серьезное решение проблемы изменения климата, представляющее наибольшую угрозу для многих видов и мест их обитания.
Энергия ветра гораздо менее вредна для дикой природы, чем традиционные источники энергии, которые она вытесняет, в том числе для птиц и их жизненно важных мест обитания. В целом ветер вызывает менее 0,01% всех смертей птиц, связанных с человеком. Другие причины включают здания (550 миллионов), линии электропередач (130 миллионов), автомобили (80 миллионов), отравление пестицидами (67 миллионов), а также радиовышки и вышки сотовой связи (6,8 миллиона).
Опасения по поводу энергии ветра иногда связаны с мерцанием теней или шумом. Однако наука ясно и однозначно говорит о том, что ветровые проекты не вызывают негативных последствий для здоровья. Десятки независимых рецензируемых исследований, проведенных по всему миру, в том числе в США, неизменно не находили доказательств того, что ветряные электростанции вызывают какие-либо негативные последствия для физического здоровья. Мерцание теней предсказуемо, безвредно и быстро проходит.
Он основан на угле наклона солнца, местоположении турбины и расстоянии до наблюдателя; этого можно избежать несколькими способами. Что касается шума, как правило, два человека могут вести разговор с нормальным уровнем голоса, даже стоя прямо под турбиной. Миллионы людей во всем мире без проблем живут и работают рядом с ветряными электростанциями, и Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли обнаружила 92% людей, живущих в пределах пяти миль от ветряной турбины, сообщают о положительном или нейтральном опыте.
Нет. Это распространенный миф, что для производства и постройки ветряной турбины требуется больше энергии, чем турбина производит. На самом деле типичная ветряная турбина окупает свой углеродный след менее чем за шесть месяцев и будет производить электроэнергию без выбросов в течение оставшейся части своего 20-30-летнего срока службы.
Станьте членом
Займите место за столом, пока мы обсуждаем наиболее важные политические решения, стоящие перед нашей отраслью, обмениваемся информацией и передовым опытом с другими лидерами, получаем эксклюзивные брифинги по вопросам политики и приглашения на отраслевые мероприятия, а также получаем доступ к закрытым отраслевым данные и инструменты, которые могут помочь развитию вашего бизнеса.
Ознакомьтесь с вариантами членства
Будьте в курсе
Примите меры
Подпишитесь на American Clean Power и получайте последние новости о возобновляемых источниках энергии, обновления политики и возможности принять участие.
Пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере, чтобы заполнить эту форму.Электронная почта *
Имя
Что такое энергия ветра, как она работает и в чем ее преимущества? — Ибердрола
#энгенгария #морской ветер #береговой ветер
Энергия ветра, которая преобразует силу неисчерпаемого ресурса, такого как ветер, в электричество, является устойчивой и ценной инвестицией в будущее.
Использование ветра требует строительства ветряных электростанций на суше или в открытом море с десятками ветряных турбин. Эти гиганты стали частью ландшафта в последние годы, но знаем ли мы, как они работают?
Энергия ветра играет ключевую роль в обезуглероживании и борьбе с изменением климата. Изображение: Ветряная электростанция Сил (Галисия, Испания).
Как рождается ветер? Солнечная радиация неодинаково влияет на земную поверхность: одни области теплее других, и в этих областях воздух, который весит меньше, имеет тенденцию подниматься, создавая области низкого давления, а в более холодных областях воздух опускается и весит больше, создавая высокое давление. зоны давления. Разница в давлении заставляет воздух двигаться и создает ветер, настолько мощный элемент, что его можно использовать для выработки энергии.
ЧТО ТАКОЕ ЭНЕРГЕТИКА ВЕТРА
Энергия ветра – это энергия, полученная от силы ветра.
Как? Через ветряную турбину, преобразующую кинетическую энергию воздушных потоков в электрическую энергию. Энергия в основном извлекается с помощью ротора, который преобразует кинетическую энергию в механическую энергию, и с помощью генератора, который преобразует эту механическую энергию в электрическую энергию. Мы говорим о возобновляемой, эффективной, зрелой и надежной энергетике, которая имеет ключевое значение для энергетического перехода и декарбонизации экономики.
КАК РАБОТАЕТ ЭНЕРГЕТИКА ВЕТРА. ХАРАКТЕРИСТИКИ
Как мы уже упоминали, чтобы использовать кинетическую энергию ветра и преобразовывать ее в электрическую энергию, необходимо использовать ветряную турбину. Оптимальное использование этих гигантов (обычно они имеют высоту от 80 до 120 метров) зависит от силы ветра. По этой причине ветряные электростанции типа , объединяющие большое количество ветряных турбин и позволяющие получать эту энергию в больших количествах, должны быть установлены в местах с преобладанием ветреных условий.
Ветряные турбины должны быть ориентированы по направлению ветра, что осуществляется с помощью лопасти на гондоле. Оттуда сила воздушных потоков приведет в движение три основные части ветряной турбины:
- Ротор: состоит из трех лопастей и втулки, которая их соединяет, его функция заключается в захвате силу ветра и преобразовать ее в механическую энергию вращения.
- Множитель: соединен с двигателем посредством вала, его функция заключается в увеличении скорости вращения с 30 оборотов в минуту (об/мин) до 1500 об/мин.
- Генератор: этот элемент отвечает за преобразование механической энергии вращения в электрическую энергию.
Каждая из ветряных турбин, входящих в состав ветряной электростанции, соединена между собой подземными кабелями, по которым электричество передается на трансформаторную подстанцию. Оттуда он доставляется в дома, на фабрики или в школы, среди прочих получателей, через распределительные сети различных электроэнергетических компаний.
СМОТРЕТЬ ИНФОГРАФИКУ: Энергия ветра: чистая, эффективная и безопасная [PDF] Внешняя ссылка, открывается в новом окне.
ВИДЫ ЭНЕРГИИ ВЕТРА
В настоящее время существует два типа энергии ветра в зависимости от того, где установлены ветряные турбины:
Энергия ветра на суше
Энергия ветра на суше отвечает за производство электроэнергии за счет использования ветра от ветряных электростанций, расположенных на суше. . Для этого мы устанавливаем ветряные турбины, способные преобразовывать кинетическую энергию ветра в электроэнергию, пригодную для использования, и направляем ее в распределительную сеть.
Морская ветровая энергия
Морская ветровая энергия – это энергия, полученная путем использования силы ветра, возникающего в открытом море, где он достигает более высокой и постоянной скорости, чем на суше, из-за отсутствия барьеров. Для того чтобы максимально использовать этот ресурс, устанавливаются мегасооружения, сидящие на морском дне и оснащенные последними техническими новинками.
ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ЭНЕРГЕТИКИ ВЕТРА
Энергия ветра предлагает многочисленные преимущества как для компаний, которые вкладывают в нее средства, так и для общества, помогая свести к минимуму воздействие изменения климата:
Чистый
Поскольку для него не требуется никакого процесса горения, это энергия с низким уровнем выбросов парниковых газов (GEI), основных виновников глобального потепления.
Неисчерпаемый
Ветер — неисчерпаемый ресурс, как и его использование, пока есть достаточные воздушные потоки.
Дешево
Как стоимость произведенного кВт, так и его обслуживание довольно низкие. В районах, где ветер дует сильнее, польза еще больше.
Низкий уровень воздействия
Ветряные электростанции строятся после тщательного анализа и планирования. Кроме того, изыскиваются обезлюдевшие районы, чтобы избежать негативного воздействия на жителей.
Он создает экологически чистые рабочие места
По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), в ветроэнергетике сегодня уже занято более 1,2 миллиона человек, и количество экологически чистых рабочих мест не перестанет расти.
КАК СТРОИТСЯ ВЕТРЯНАЯ ФАРМА
Процесс строительства ветряной электростанции очень сложен, так как необходимо проанализировать множество характеристик, чтобы понять, где и когда ее построить. Из них наиболее важными характеристиками, которые необходимо проанализировать, являются пространственные, временные и вертикальные изменения ветра во времени. Эти параметры изучаются с помощью флюгеров и анемометров, и оценивается будущая производительность ветряной электростанции, чтобы гарантировать ее потенциальную эффективность. Передовые технологии суперкомпьютеров оптимизируют конструкцию комплекса ветряных электростанций, чтобы максимизировать выработку энергии.