Как работают ветряки: ≋ Принцип работы ветрогенератора • Устройство, конструкция ветроэлектростанции

Содержание

Мнимые и реальные проблемы ветровой энергетики / НГ-Энергия / Независимая газета

Выполнение целей по сокращению выбросов парниковых газов возможно только при сочетании альтернативной генерации с АЭС

Тэги: электроэнергия, производство, виэ, ветровая энергетика, проблемы, выбросы, климатическая политика

Фото Reuters

В 2018 году в район селения Эвегоно на Амазонке стали прибывать рубщики быстрорастущей бальсы. Вырубка скоро приобрела тотальный характер и затронула территорию заповедника – в бедном регионе за эту древесину платят отличные деньги. Но причина этого ажиотажа находилась далеко от этого места: ведущим мировым производителям требовалось дерево бальсы для изготовления лопастей ветряных турбин.

Новая климатическая политика начинает сокращать использование ископаемых видов топлива и стимулирует развитие технологий, снижающих цены на турбины. Общая мощность ветроэнергетики за последнее десятилетие увеличивалась почти на 10% в год. В 2020 году новая установленная мощность увеличилась на 24%, до рекордных 78 ГВт. Ветряные электростанции в Китае и США обеспечивают около 60% этого объема.

От противников альтернативной энергетики до сих пор можно услышать, что ветряная энергетика нерентабельна по финансовым показателям и энергетической окупаемости. То есть цена киловатта энергии, выработанного на ветряной энергоустановке, дороже других источников энергии, а за свой жизненный цикл ветряк производит меньше энергии, чем тратится на его производство. На самом деле оба утверждения давно неточны. За последние 10 лет существенно повысились надежность и эффективность производимых установок, а их цена упала почти в два раза.

Цена энергии, вырабатываемой ветряками, уже сейчас непринужденно конкурирует с ценой энергии АЭС. Интересно, что этого пока не могут добиться солнечные электростанции, в среднем цена киловатта энергии на них в полтора-два раза выше.

Конечно, энергия ветряков – пока это не самый дешевый вид электростанций, традиционные электростанции, сжигающие газ, и ГЭС пока финансово выгоднее (а вот угольные уже нет). Но в ближайшие 10 лет стоимость солнечных и ветряных электростанций будет падать, а АЭС и газа – расти, поэтому баланс поменяется и на передний план – даже без учета плюсов экологичности – выйдут ветряные электростанции. По оценке Vygon Consulting, в 2020 году цена электроэнергии новых солнечных электростанций для России в среднем составляла 9,5 руб/кВт-ч, ветряных – 6,3 руб/кВт-ч, АЭС – 5,1 руб/кВт-ч, новых парогазовых установок – 3,6 руб/кВт-ч.

В мире ситуация движется еще быстрее. В соответствии с докладом Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), представленным в середине 2020 года, возобновляемые источники энергии становятся все дешевле по сравнению с любым новым энергопроизводством, работающим на ископаемых видах топлива. Более половины энергетических производств, работающих на возобновляемых источниках энергии и введенных в эксплуатацию в 2019 году, имеют себестоимость энергии ниже, чем самые новые и экономичные угольные электростанции.

В целом издержки на эксплуатацию новых наземных ветровых установок меньше затрат на поддержание работы множества существующих угольных электростанций, и анализ рынка свидетельствует об ускорении этой тенденции вплоть до полного исключения угольного топлива с рынка. Замена самых затратных угольных электростанций суммарной мощностью 500 ГВт солнечными фотоэлектрическими установками и наземными ветровыми электростанциями обеспечивает энергетической системе ежегодную экономию до 23 млрд долл., а также сокращение годовых выбросов углекислого газа (CO2) примерно на 1,8 Гт, что эквивалентно 5% общемировых выбросов CO2 в 2019 году. Очень важно, что, по данным Международного энергетического агентства (IEA), из всех областей промышленности именно выработка электроэнергии производит наибольшее количество углекислого газа.

За последние 10 лет затраты на производство электроэнергии из возобновляемых источников резко упали благодаря совершенствованию технологий, удешевлению энергоустановок из-за увеличения масштаба их производства, постоянно растущей конкурентоспособности цепочек поставки и приобретению нового опыта разработчиками. С 2010 года промышленные наземные ветровые и морские ветровые электростанции продемонстрировали сильное сокращение эксплуатационных издержек – на 39 и 29% соответственно. Стоимость электроэнергии как в наземной, так и в морской мировой ветроэнергетике сократилась примерно на 9% по сравнению с предыдущим годом, достигнув уровня 0,053 долл. за 1 кВт-ч и 0,115 долл. за 1 кВт-ч соответственно.

По данным доклада Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC) за 2020 год, количество ветряных электростанций в мире будет значительно расти. Причем прогноз GWEC достаточно скромен в оценках. Вероятно, предполагаются возможный дефицит и рост цен на необходимые для ветряных генераторов материалы. В том случае, если темпы развития ветряной энергетики сохранятся на сегодняшнем уровне, а не будут замедляться, одних только ветряных вполне должно хватить для завершения энергетического перехода на зеленую энергию к запланированным 2035–2040 годам.

Прогноз роста мощностей

Прирост количества ветряных электростанций зависит от большого числа факторов, и описать его простой функцией практически невозможно: нужно учитывать динамику стоимости сырья, производства комплектующих, меняющиеся цены на логистику и уровень финансовых инвестиций.

Сейчас все эти факторы нестабильны, в том числе из-за изменения мировой экономики вследствие пандемии коронавируса.

График выбросов двуокиси углерода.
Для моделирования мы решили использовать полиномиальную функцию. При этом фактически идет разбиение факторов по положительному и отрицательному влиянию, для каждой выделенной группы которых подбирается степенная функция. Итоговая модель является суммой этих степенных функций, при этом чем выше степень полинома, тем больше факторов учитывается. Главным минусом и одновременно плюсом полиномиальной модели является то, что она, подобно прогнозу погоды, основывается не на конкретных значениях поправочных коэффициентов (то есть конкретных значениях каких-либо величин на данный момент), а на характере изменения величины во времени – прогнозировании, основанном на предыдущих временных периодах. Полиномиальная функция прогноза GWEC (y=0,0043x^3–0,1022x^2+4,978x-2,4623) учитывает и возможный дефицит роста стоимости сырья (второй член полиномиальной функции), и выводящиеся из эксплуатации ветряные электростанции со стоимостью их утилизации (последний член функции).
2–13,909x+20,683) дополнительно учитывает увеличение вложений в ветряные электростанции (с повышением степени соответствующего члена полинома), связанное с ростом цен на ископаемые виды топлива (в первую очередь газ), вызванным дефицитом и ростом цен в Европе, что дает ощутимый рост функции, который не может нивелировать даже увеличение стоимости производства и эксплуатации связанное с экономическим кризисом из-за коронавируса.

Повышение эффективности

Россия в наращивании объемов ветряной энергетики и уменьшении стоимости энергии не отстает. Например, компания «Фортум» – лидер в области зеленой энергетики в России – только в прошлом году ввела в эксплуатацию ветряные электростанции суммарной мощностью 478 МВт, а суммарный портфель «Фортума» и его совместных предприятий составляет примерно 3,4 ГВт мощностей ветряной и солнечной энергетики; между тем на 2025–2027 годы уже запланировано строительство ветряных электростанций еще на 1,3 ГВт.

Казалось бы, это не так много, но цифра уже больше, чем вырабатывает современный блок АЭС, например ВВЭР-1200, используемые в достраивающейся Белорусской АЭС. При этом стоимость строительства АЭС и ветряных генераторов на общую мощность сейчас примерно одинакова, но эксплуатационные затраты для ветряков гораздо ниже. Конечно, именно белорусскую АЭС заменить ветряками не получилось бы – в районе строительства АЭС слишком слабые ветры, их хватит для работы ветряных генераторов только на нижнем пределе мощности. Здесь нужно отметить, что сейчас является серьезной задачей составление карт ветров на высоте около 100 м, для этого нужны новые спутники и метеостанции, а в идеальном варианте – отдельные подразделения энергетических компаний, которые смогут просчитывать наиболее выгодные места расположений ветряных генераторов. И речь здесь не только о скорости ветра. На эффективность ветряков оказывают влияние еще и холмистость местности, и расстояние до ближайших объектов (включая соседние ветрогенераторы), искажающих потоки ветра. При этом можно использовать ветряки разной мощности, чтобы на одной площади использовать разные воздушные горизонты. Таким образом получится увеличить снимаемую с единицы площади мощность.

Теоретически в России стал бы выгодным глобальный проект, предусматривающий установку ветрогенераторов вдоль всего северного побережья. Там сильные и довольно стабильные ветры, а также низкая плотность населения, что сильно упрощает размещение ветряков по сравнению с густонаселенной Европой, где актуальной является проблема ограничения минимального расстояния ветряных генераторов от жилых построек.Разумеется, для реализации такого проекта понадобится, как уже сказано выше, заняться картографией ветров и набрать статистику по этой теме хотя бы за несколько лет. Кроме того, низкая населенность северных прибрежных районов одновременно является и минусом – при реализации проекта неизбежно возникнут логистические сложности, которые, однако, могут быть нивелированы за счет морских путей. Сейчас довольно большая доля ветряных генераторов возводится не просто в приморской зоне, но в воде, на расстоянии одной-двух сотен метров от берега – в этой зоне ветер наиболее стабилен и не имеет наземных преград, хотя стоимость постройки и получается выше за счет сложности строительства. Выбор в пользу морского строительства обусловлен отсутствием ограничений, связанных с размещением вблизи жилых зон, ценных сельскохозяйственных земель и заповедников. Учитывая такой вариант и активное осваивание Северного морского пути, возведение подобного рода ветряков можно упростить, ведь строительство морских ветрогенераторов происходит непосредственно с кораблей. В таком случае главной проблемой останется только непосредственно доставка электроэнергии от места выработки к потребителям, поэтому наземные коммуникации все равно придется строить.

Варианты прироста мощностей ВЭС.
При должной поддержке на федеральном уровне такой проект может создать большое количество новых рабочих мест и фактически создать в России новую отрасль, которая способна привлечь иностранные инвестиции в российскую экономику. При реализации такого масштабного проекта неминуемо возникнет много новых технических задач, связанных с работой в условиях Севера, однако выработанные решения дают толчок общему развитию технологий ветроэнергетики и стимулируют научно-технические организации.

Что касается энергетической окупаемости, то еще в 2014 году школа технического и промышленного машиностроения Орегонского университета провела масштабное исследование энергетической окупаемости на примере одних из самых распространенных сейчас 2 МВт промышленных ветрогенераторов производства Siemens. Исследование показало, что полная энергетическая окупаемость наступает всего за 5–7 месяцев, притом что срок службы ветряных электростанций сейчас составляет не менее 20 лет.

За расчетную мощность в исследовании взяты показатели в условиях северо-западного побережья США (6,12 ГВт-ч в год при загруженности 35%), что примерно составляет среднее значение по США. Расчеты проводились в соответствии с международной методикой энергетической окупаемости за полный жизненный цикл ReCiPe 2008, учитывающей не только затраты на производство, но и эксплуатационные расходы за весь 20-летний срок службы.

В окупаемости были учтены расходы энергии на добычу полезных ископаемых, производство деталей, доставку частей ветрогенератора с разных заводов, установку на месте, обслуживание в течение всего срока (одних только смазочных материалов за 20 лет расходуется от 273 до 546 т в зависимости от модели) и в конце концов его утилизацию с частичной переработкой по окончании срока службы. Электростанции на ископаемом топливе имеют гораздо больший срок энергетической окупаемости и требуют гораздо больших расходов на текущее обслуживание, а срок службы оборудования зачастую меньше, чем у ветряных электростанций.

Оправданная гигантомания

Самые большие из серийно производимых сейчас ветряных генераторов, несмотря на цену примерно в 14 млн долл., окупаются еще быстрее. Их максимальная мощность при скорости ветра 13–15 м/с составляет 7–8МВт, и они идеально подходят для размещения в морских прибрежных зонах. Диаметр пропеллера этих гигантов составляет чуть более 150 м, и они способны работать уже при скорости ветра всего в 3–5 м/с. При достижении скорости ветра 25 м/с генерация прекращается в целях безопасности. Казалось бы, на таких скоростях ветра лопасти должны вращаться быстро, но это не так. На самом деле они вращаются неторопливо и степенно, делая всего 5–11 оборотов в минуту в зависимости от скорости ветра, поэтому ветряная электростанция даже не создает сильного шума. При этом надежность ветряка достигается простотой конструкции: у турбины нет редуктора (коробки передач), используется прямой привод.

Процесс использования ветрогенератора.
Самым мощным (но не самым крупным) из этих ветрогенераторов-гигантов является Enercon E126, а не продукт лидирующей на рынке ветрогенераторов немецкой компании Siemens. Больше всего генераторов этой модели построено в Швеции, там суммарная вырабатываемая ими мощность достигает 4 ГВт, это почти 10% всей вырабатываемой в Швеции электроэнергии. Общая же доля возобновляемых источников энергии в Швеции составляет 60%, и это при том, что Швеция занимает лишь десятое место по объемам вырабатываемой ветряками энергии. Первое место, как ни странно, занимает Китай, он же является лидером по темпам строительства новых ветряков и АЭС.

Однако, как уже сказано выше, такие установки, как и любой промышленный ветряк, лучше всего работают в прибрежных зонах, где ветер силен и достаточно стабилен. Поэтому перед проектированием новых масштабных ветряных электростанций следует сверяться с годовой картой ветров, учитывающей ветер на высоте ветряных генераторов, и принимать во внимание «мертвую зону» ветряного генератора: генераторы изменяют и замедляют воздушный поток, поэтому при слишком тесном расположении ветряков возможна потеря мощности. В обычных прогнозах погоды сообщают скорость ветра на высоте 10 м над землей, а для ветровой турбины следует измерять скорость на высоте ротора, где ветры гораздо сильнее. Поэтому для ветряной энергетики важен запуск метеоспутников.

Почему же даже такие гиганты оправданны в строительстве? Все дело в том, что зеленая энергетика является действительно дешевой не только в эксплуатации, но и в строительстве. По данным доклада Управления энергетической информации США за 2021 год, самыми недорогими (при правильном выборе региона размещения) станциями являются солнечные и ветряные энергоустановки.

Воздействие на окружающую среду

Периодически разгорается полемика о воздействии ветроэнергетики на окружающую среду – опасность для птиц, негативное влияние на природу и здоровье человека в связи с издаваемым слышимым шумом, инфразвуком и электромагнитным излучением.

Что касается птиц, если говорить об антропогенном факторе, то, как показывают доступные исследования, больше всего птиц – в порядке убывания – гибнет от домашних кошек (в Новой Зеландии вообще введен запрет на свободный выгул домашних кошек, так как они стали угрозой вымирания для целых видов), столкновений со стеклами зданий и контакта с линиями электропередачи.

От ветряных станций, в пересчете на 1 ГВт вырабатываемой энергии, гибнет в пять раз меньше птиц, чем от традиционных электростанций на ископаемом топливе. То есть ветряная энергетика в любом случае безопаснее классических электростанций. Но даже на эту проблему давно обратили внимание, поэтому ветряки вращаются медленнее, а гондолы ветряных генераторов сделали неподходящими для гнездования.

Шум и электромагнитное излучение генераторов, разумеется, в некоторой степени присутствуют. В разных странах существует норма на расстояние в 500–1000 м от ветряных генераторов до жилья. Мощность электромагнитного излучения падает обратно квадрату расстояния, и поэтому находиться даже непосредственно под ветряком не представляет никакой опасности; в повседневной жизни мы сталкиваемся с гораздо более мощными источниками. Например, присутствующие повсюду точки доступа Wi-Fi и мобильные телефоны.

Шум же ветровой турбины непосредственно у генератора не выше, чем у работающей газонокосилки, и существенно меньше, чем у газогенераторных или паровых турбин. Разумеется, жить под большим ветряком неприятно и нежелательно, так же как рядом с железнодорожными путями или оживленными шоссе. Для того чтобы шум не мешал, необходимо строить ветровые электростанции на расстоянии от жилых домов. Во всем мире рекомендуемый максимальный уровень шума в ночное время примерно равен 35–45. Это приблизительно соответствует громкости работающего внешнего блока кондиционера. Исследование, проведенное компанией Resonate Acoustics по заказу Министерства защиты окружающей среды Южной Австралии, показало, что уровень инфразвука вблизи ветровых ферм и в других районах в домах вблизи оцениваемых ветряных турбин не выше, чем в других городских и сельских районах, и вклад ветровых турбин в измеренные уровни инфразвука является незначительным по сравнению с фоновым уровнем инфразвука в окружающей среде. Такие же данные по слышимому шуму и инфразвуку показали исследования в Германии – на расстоянии более 480 м от ветряков никаких воздействий, отличающихся от общего шума, не найдено. Государственный департамент здоровья Канады провел большое исследование о влиянии инфразвука на здоровье человека, в числе прочего показав, что шум ветряных генераторов и инфразвук не влияют на насекомых и животных. До сих пор слабоисследованной проблемой является глобальное влияние ветрогенераторов на карты ветров. Размещение ветряков на малых площадях не оказывает какого-либо заметного влияния на климат, однако при полномасштабном переходе на зеленую энергетику ситуация может измениться. Так же как размещение солнечных электростанций меняет локальный уровень инсоляции, большие кластеры ветряков теоретически могут ощутимо влиять на ветровую обстановку – генераторы при своей работе отбирают часть энергии ветра, замедляя его поток. Замедление воздушных потоков, в свою очередь, может вызывать изменение температуры. Конечно, влияние ветроэнергетики на экологию в любом случае будет меньше, чем от сжигания угля. Однако убедиться, действительно ли ветрогенераторы способны негативно влиять на климат, получится только на практике, причем для этого нужно длительное наблюдение: погода – явление нестабильное, даже если рассматривать 10-летний период. Но даже если ощутимое влияние будет выявлено, его можно использовать во благо – подобно тому, как деревья высаживают вдоль полей для избежания эрозии почв, ветряные генераторы можно ставить в районах, где эрозия почвы особенно сильна (а это как раз районы с сильными ветрами), одновременно вырабатывая энергию и решая экологическую проблему. Кроме того, даже теоретически, наименьшее влияние на ветровую обстановку оказывают активно возводимые сейчас морские ветряные генераторы, единственным ощутимым минусом которых является их более высокая стоимость из-за особенностей возведения и прокладки электрических кабелей по дну до суши.

График затрат на построенные электростанции.
Инфорграфика авторов
Новая инженерия

Разумеется, инженерам хочется избежать минусов, свойственных используемым сейчас ветряным генераторам. Самым интересным и выглядящим наиболее жизнеспособным из проектов, имеющих кардинально новый подход к энергии ветра, пожалуй, является создание безлопастных ветрогенераторов. Испанская компания Vortex Bladeless еще шесть лет назад сделала первый рабочий прототип такой установки. Со стороны устройство выглядит как слегка покачивающийся под ветром вертикальный цилиндр, установленный на неподвижном основании, чем напоминает автомобильную игрушку в виде собаки с качающейся головой.

Генерирование электроэнергии происходит за счет аэродинамического эффекта вихреобразования. То есть устройство не просто покачивается от ветра и вырабатывает энергию за счет сил упругости. Если углубляться в гидромеханику, то, когда ветер проходит через мачту столба, поток видоизменяется в круговые вихри. Как только частота кругового вихря совпадает с собственной резонансной частотой цилиндра ветрогенератора, и возникает аэроупругий флаттер (динамические крутильные колебания). Как правило, в инженерном и архитектурном проектировании специалисты всячески избегают этого феномена, так как он приводит к разрушению конструкций. Самый известный печальный пример, заставивший инженеров работать над этим эффектом, – разрушение Такомского моста в 1940 году при скорости ветра в 18 м/с, событие произошло всего через четыре месяца после открытия. Видео обрушения можно свободно найти в интернете. Именно этот обычно негативный эффект обеспечивает работу безлопастного генератора. Цилиндр и его крепление сделаны из полимеров, хорошо выдерживающих нагрузки от ветра и подлежащих вторичной переработке, а движение магнитов, прикрепленных к цилиндру относительно магнитов в основании, создает индукционный ток в катушках, что позволяет вырабатывать энергию. Такая конструкция намного проще и надежнее, чем обычные ветряные генераторы, а возможность изменения резонансной частоты цилиндра за счет изменения его длины (что предусмотрено конструкцией) позволяет работать в широком диапазоне скорости ветра. Причем если при ураганном ветре обычные генераторы вынуждены разворачивать весь ротор или хотя бы лопасти по ветру, чтобы их не разрушило, то безлопастные генераторы останутся целы, так как на высоких скоростях ветра явления резонанса не будет, а аэродинамически это просто столб, который ветер будет легко обтекать, не ломая.

Первый коммерческий вариант такого генератора имеет размер в высоту 12,5 м, весит около 100 кг и выдает мощность около 4 КВт энергии. В будущем компания планирует также создать промышленный вариант ветрогенераторов высотой до 140 м с энергетической мощностью до 1 МВт. В целом эффективность этих генераторов при той же скорости ветра на единицу площади сечения воздушного потока, с которой генератор забирает энергию, меньше примерно на 30%, чем у классических ветряков. Однако в итоге энергия должна быть дешевле на 30–40%, так как эти безлопастные ветряки дешевы в производстве и имеют гораздо меньшие эксплуатационные издержки за счет отсутствия движущихся частей, гораздо меньшую «мертвую зону», то есть их можно располагать гораздо ближе друг к другу. Кроме того, такие генераторы обладают еще несколькими плюсами, среди которых возможность эффективной работы при слабых ветрах скоростью 3–4 м/с (в то время как для большинства ветряков оптимальными являются 10 м/c) и почти полное отсутствие шума. Такой набор качеств делает оптимальным вариант использования уже существующих вариантов этих генераторов внутри городов, не мешая жителям, оставив свободные просторы для обычных ветряков. Таким образом, безлопастные генераторы скорее всего не вытеснят, а дополнят классические ветряные генераторы.

Полет энергии

Еще одним пока не получившим широкого применения вариантом является запуск турбин в воздух. Дело в том, что на высоте около полукилометра дуют стабильные воздушные потоки, что делает очень привлекательной идею вырабатывать ветряную энергию именно там: ведь тогда мы будем слабо зависеть от погоды и региона размещения. Как же инженеры предлагают решить данную задачу? Вариантов по большому счету два. Первый: жесткий планер с размещенными на нем турбинами. Второй: аэростат или дирижабль. Разумеется, в обоих случаях необходим трос-проводник для передачи энергии на землю, что сильно осложняет дело. Но рабочие образцы, правда, пока не нашедшие промышленного применения, уже есть.

Компания Altaeros предпочла вариант аэростата. Причем генераторная турбина расположена внутри него. По виду эта конструкция похожа на турбину самолета с надувным кожухом, наполненным гелием. За счет гелия этот аэростат поднимается на высоту около 600 м и закрепляется тросами-кабелями на земле.

Идея, в общем, достаточно проста и не очень нова. Задумка в большинстве случаев заканчивается на расчете стоимости обслуживания. С одной стороны, такие генераторы легко перевозить с места на место и устанавливать, они помещаются в грузовик. С другой стороны, гелий дорог и достаточно текуч, поэтому генераторы придется периодически опускать на землю и дозаправлять новой порцией гелия. Кроме того, их, вероятно, придется опускать во время ураганов, иначе велика опасность обрыва тросов. Здесь мог бы помочь водород – он дешевле гелия, но из-за его взрывоопасности это слишком рискованно.

Разработчики из Altaeros выбрали интересный путь для снижения эксплуатационных расходов: дополнительно зарабатывать на аэростатах, помещая на борт не только ветровую турбину, но еще и метеорологическое и телекоммуникационное оборудование. При этом они утверждают, что использовать генераторы можно в разных климатических зонах, аэростаты достаточно надежны, чтобы выдержать перепады температур и влажности. Наверное, если этот проект и найдет применение, то это будет все-таки что-то вроде экстренного развертывания мобильных электростанций в условиях катастроф – здесь и телекоммуникационное оборудование может использоваться. Такие аэростаты могут очень пригодиться при ликвидации последствий наводнений и ураганов, которых становится все больше из-за глобального изменения климата.

Компания Makani, некогда входящая в холдинг Alphabet, а ныне закрытая, с 2007 по 2020 год занималась разработкой второго варианта летающих ветряных генераторов – планеров с генераторными турбинами на борту. Промышленных образцов компанией создано не было, но они сделали хорошую научную базу для новых компаний, и разработки в этой области продолжаются. С планером дела обстоят немного сложнее: его тяжелее поднимать и опускать в небо, ему сложнее работать при нестабильных ветрах. При этом планер рассчитан так, что после подъема начинает петлять в воздухе восьмерками, подобно воздушному змею во время сильного ветра, это позволяет вырабатывать больше энергии. С подъемом и посадкой задачу удалось решить достаточно изящно: во время фаз взлета и приземления генераторные турбины работают не на выработку, а на потребление энергии, превращаясь в моторы. Таким образом, во время взлета и посадки мы имеем уже не планер, а маленький самолет.

Со стабильностью же выработки энергии во время переменных ветров пришлось бороться при помощи программного обеспечения и расчетов конструкции планера. По информации компании, нагрузки на планер при полете составили от 7 до 15G. Кульминацией разработки стал прототип воздушного генератора, созданный в декабре 2016 года. В итоге получился планер из углеродного волокна, несущий на борту восемь генераторов/двигателей и имеющий размах крыльев небольшого реактивного самолета, способный генерировать до 600 кВт электроэнергии. Контроль стабильности полета планера обеспечивает бортовой компьютер, при необходимости регулирующий траекторию и высоту при помощи моторов. К сожалению, из-за сложности производства и эксплуатации такой вид генераторов вряд ли будет конкурентоспособен на рынке.

Выводы

Сейчас Европейский союз разработал планы по классификации некоторых атомных электростанций и заводов по производству природного газа в качестве зеленых инвестиций, которые могут помочь Европе сократить выбросы. Таким образом, появится набор определений того, что представляет собой «устойчивые инвестиции» в Европе. Включение атомной и газовой энергетики в европейский свод правил устойчивого инвестирования, известное как зеленая таксометрия, может иметь серьезные последствия как в ЕС, так и за его пределами. В Европе это разблокирует миллиарды евро государственной помощи для дорогостоящих проектов в области атомной энергетики. ESG-фондам станет проще включать компании атомной энергетики и природного газа в устойчивые инвестиционные фонды, которые они предлагают или инвестируют для клиентов.

Прежде атомная энергетика не считалась благоприятной для ESG, однако одобрение ЕС откроет потенциально большую волну капиталовложений. Масштабные инвестиции ESG-фондов могут быть направлены в этом направлении. Конечно, борьба в рамках ЕС за атомную зеленую энергетику еще продолжается. Это связано с позицией немецкой партии «Союз90/Зеленые», которая входит в правительственную коалицию в Берлине и намерена оспорить решения комиссии ЕС в Европейском суде.

Усилия ЕС по разработке общего стандарта зеленых облигаций для корпоративных и государственных эмитентов показали, что не все страны согласны с тем, что считается «зеленым». Некоторые страны с тех пор работали над собственными классификациями, но европейская, в которой отражено более 550 видов генерации, является наиболее полной. Отсутствие общего эталона означает, что оценочные листы остаются субъективными и непоследовательными в отрасли, что сбивает с толку инвесторов. Наличие словаря, в котором они могут посмотреть, могут ли инвестиции быть отмечены как зеленые, ставит всех на одну и ту же ступень.

Весомость европейского подхода сделает, вероятно, таксономию глобальным золотым стандартом. Другие страны разрабатывают собственные схемы. Каждая из них формируется политическими компромиссами и обязательствами по выбросам двуокиси углерода. Но иностранные компании, управляющие активами, примут таксометрию ЕС, потому что их европейским клиентам может понадобиться, чтобы они сообщали идентичные данные.

Зеленая энергетика будет вытеснять с рынка угольные и газовые электростанции. Ветряная энергетика занимает в этой области первое место, солнечная энергетика в большинстве стран менее рентабельна из-за малого числа солнечных дней в году. А вот с АЭС ветряной энергетике все равно придется уживаться и в долгосрочной перспективе, если человечество сохранит и приумножит взятый темп на сокращение парниковых газов в атмосферу: даже несмотря на скорость развития технологий зеленой энергетики, не использующей ископаемое топливо, заместить к планируемым 2035–2040 годам все ископаемые виды топлива одной только ветряной и солнечной энергетикой не получится.

Дефицит бальсы ускорил переход на сердечники лезвий лопастей турбин, частично или полностью сделанные из синтетической пены, которая значительно дешевле. Самое важное, что это не только заслуга экономических стимулов. Новые социальные и экологические стандарты ESG-стратегий смещают ракурс с исключительно рационального взгляда на бизнес. И это принципиальное отличие нового энергетического перехода от всех предыдущих. 

FAQ по ветрякам

Browse F.A.Q. Topics

  • FAQ по ветрякам36
  • FAQ по гелиосистемам28
  • FAQ по солнечным электростанциям7
  • FAQ по тепловым насосам20

FAQ по ветрякам

  • В каких случаях уместно использовать ветровую установку?

    Ветряную электростанцию следует использовать в местах, где имеются перебои в обеспечении электроэнергией или отсутствует централизованное электроснабжение при условии достаточного ветрового потенциала (среднегодовая скорость ветра не менее 3,5 м/с) и отсутствия высоких зданий или деревьев.

  • Как определить среднегодовую скорость ветра в том месте, где будет установлен ветряк?

    Чтобы получить подобную информацию, требуется проведение исследования. Репрезентативные результаты можно получить только через 1 год. Имейте ввиду то, что большинство ветровых электростанций достигают своей номинальной мощности пот скорости ветра около 7-10 м/с.

  • Необходимо ли разрешение для установки ветряка для частных лиц?

    Никаких разрешений или лицензий получать не нужно. Вы ведь не получаете разрешение на установку дизельного генератора. Тут точно та же ситуация.

  • Как должна быть расположена ось ветроколеса: горизонтально или вертикально? Какое оптимальное количество лопастей должен иметь ветрогенератор?

    Существует множество вариантов конструкции ветровых установок, но в настоящее время 95% всех выпускаемых в мире ветрогенераторов – трехлопастные с горизонтальной осью.

  • Каковы основные критерии для объективного сравнения ветрогенераторов, выпускаемых различными производителями?

    К таким критериям относятся: — безопасность эксплуатации ветрогенератора — коэффициент использования ветра — годовое количество энергии, вырабатываемое в год при заданной среднегодовой скорости ветра, и, соответственно, соотношение стоимости ветрогенератора к годовой выработки электроэнергии — какова необходимая периодичность сервисного обслуживания — надежность работы, характеризуемая, в частности, сроком гарантийного обслуживания — срок эксплуатации ветрогенератора — время выполнения заказа — продолжительность серийного выпуска

  • Чем Ваш ветрогенератор лучше других? Почему мы должны отдать предпочтение именно ему перед другими?

    1. Наши ветрогенераторы успешно эксплуатируются уже свыше 11 лет, показывая надежную работу. 2. Коэффициент использования ветра составляет 51% (Для сравнения: у лучших зарубежных образцов этот коэффициент составляет 49 – 52%, отечественных – 38%)

  • Можно ли приобрести ветроустановку отдельно без мачты? Мачту изготовить на месте.

    Да, такой вариант возможен. Но в этом случае мачта должна соответствовать требованиям нашей конструкторской документации. И в этом случае контроль за изготовлением лежит на покупателе и мы не предоставляем гарантии на ВЭУ.

  • Что означает следующая формулировка: «Мощность генератора составляет 800 Вт, а мощность ветроустановки – 3 кВт»?

    Установленная мощность генератора ветроустановки “ВЭУ-08» — 800 Вт. Благодаря энергоблоку содержащему в себе интеллектуальное зарядное устройство (которое в свою очередь заряжает блок аккумуляторных батарей от ветрогенератор и солнечных фотоэлектрических панелей) и инвертор, максимальная выходная мощность одной системы составляет 5кВт. Системы могут быть объединены, что позволит увеличить выработку электроэнергии.

  • Чем нужно руководствоваться при выборе мощности ветрогенератора для загородного дома?

    Для загородного дома будет достаточно ветрогенератора мощностью 1,5-6 кВт. Многое зависит от того, при какой скорости ветра ветроустановка выдает заявленную мощность, а также от скорости ветра в данном регионе. Если один ветрогенератор выдает мощность 2кВт при скорости ветра, например, 8м/с, а другой 5кВт при 12м/с, то в регионах со среднегодовой скоростью ветра до 7м/с первая установка будет вырабатывать больше электроэнергии за год. Это происходит из-за больших потерь мощности на втором ветрогенераторе при малых скоростях ветра.

  • Как происходит регулирование мощности ветрогенератора и что происходит с ВЭУ при высоких скоростях ветра?

    Регулирование мощности ветрогенератора при скоростях ветра выше расчетной, происходит наиболее прогрессивным способом, за счет изменения угла установки лопастей с помощью компактного регулятора оборотов аэродинамического типа. Остановка ветроколеса осуществляется с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение. Эти системы являются ноу-хау и были запатентованы.

  • Почему скорость вращения ветроколеса Вашего ветрогенератора 320 об/мин? У других производителей этот показатель выше.

    При данной скорости вращения ветроколеса энергия малых ветров используется наиболее полно. На малых оборотах аэродинамический шум от лопастей значительно ниже. Существуют ВЭУ с частотой вращения ветроколеса 400…500 об/мин и диаметром ветроколеса 4-5 м, в этой ситуации стартовая скорость работы ВЭУ значительно выше. Уровень шума также существенно возрастает.

  • Что означает тихоходное ветроколесо Вашего ветрогенератора?

    Одной из характеристик ветрогенераторов является быстроходность ветроколеса. Она определяется соотношением скорости движения конца лопасти к расчетной скорости ветра. Для современных ветроколес эта цифра лежит в пределах от 4 до 12. При прочих равных условиях, чем больше скорость вращения ветроколеса, тем выше эта цифра. Преимущество наших ветрогенераторов, более тихоходных ветроколес, состоит в том, что они начинают работать при малых ветрах, создают меньше шума, а также износ деталей таких ВЭУ минимален.

  • Что происходит с ветрогенератором при штормовом ветре?

    При скорости ветра более 25 м/с ветроколесо останавливается с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение, таким образом нагрузка на ветроколесо снижается. Это наиболее безопасный вариант защиты ВЭУ. Другие варианты уменьшения скорости вращения, связанные с созданием противодействующего момента за счет торможения генератором являются потенциально опасными как для ВЭУ, так и для жизни.

  • Как осуществляется грозовая защита?

    Установка имеет соответствующее стандартам и нормативам заземление.

  • Какими аккумуляторными батареями Вы рекомендуете комплектовать Вашу ветроустановку?

    Мы рекомендуем герметичные необслуживаемые аккумуляторные батареи с емкостью не менее 200А*час. Тип и емкость аккумуляторных батарей определяются ветровым потенциалом местности и пожеланиями заказчика.

  • Существуют ли какие-либо требования к месту установки аккумуляторных батарей?

    Для установки аккумуляторных батарей необходимо отапливаемое вентилируемое помещение с температурой выше 0оС площадью 1 м2. Такой шкаф (по желанию заказчика) может поставляться совместно с ветрогенератором. В нем так же может быть размещен дизельный, бензиновый или газовый генератор.

  • Можно ли комбинировать ветрогенераторы с другими источниками энергоснабжения?

    Ветрогенераторы могут быть сопряжены с солнечными батареями, а также с дизельный, бензиновый или газовый генераторами.

  • Зачем нужен инвертор?

    Инвертор служит для преобразования постоянного тока с аккумуляторов в переменный 220(380)В 50 Гц, пригодный для подключения электроприборов.

  • Почему Ваши установки не имеют мультипликатора?

    Мультипликатор увеличивает скорость вращения ветроколеса до скорости вращения быстроходного электрогенератора – от 1500 об/мин. Нашему электрогенератору на постоянных магнитах достаточно той скорости, с которой вращается ветроколесо – 300 об/мин.

  • Какой уровень шума, производимого Вашими установками?

    Ветряные установки создают определенный шум, как и все источники энергии. Шумовые характеристики ветряной установки 10 кВт — примерно 40 дБА непосредственно под установкой во время работы на средних оборотах, что отвечает требованиям европейских нормативных документов. Для сравнения, шум городских дорог 70-80 дБА, а звук от работающего дизель-генератора — 90-110 дБА.

  • Безопасно ли жить рядом с работающим ветрогенератором?

    Да, малые ветряные установки (до 100 кВт) совершенно безопасны для окружающих. Только кротов отпугивают.

  • Нуждается ли установка в сервисном обслуживании?

    ВЭУ-08 является необслуживаемым ветрогенератором и в сервисном обслуживании не нуждается.

  • Какой уход требуется ветряной установке для нормальной работы?

    Наши ветряные установки довольно надежны. Потребуется минимальный уход: проверка надежности закрепления лопастей, смазка движущихся частей. Проверка, не повреждены ли соединительные кабели.

  • Можно ли застраховать ветряную установку?

    Все ветряные установки от 2 до 20 кВт продаются со страховым полисом на 1 год. Страхование оборудования осуществляет компания Стройполис.

  • Можно ли приобрести ветрогенератор в кредит?

    Такая возможность имеется, обращайтесь за консультациями к менеджеру по работе с клиентами.

  • Какие сроки поставки ветряной установки?

    Стандартные сроки поставки ветряных установок: 60 рабочих дней после внесения предоплаты. Если продукция имеется на складе, сроки поставки сокращаются до 5 дней.

  • Как производится монтаж ветроустановки, какое оборудование необходимо, нужен ли подъемный кран?

    Для монтажа ветрогенератора применяется специальное устройство подъема оборудования (принцип «лебедки»). Данное приспособление упрощает монтаж ветроустановки, т. к не требуется подъемный кран. Установка монтируется двумя специалистами в течении 2-3 часов. Возможны два варианта монтажа: 1. Монтаж производителем 2. Шеф-монтаж.

  • Какая стоимость монтажа ветряной установки (ветряной электростанции)?

    Стоимость монтажа ветряного генератора зависит от многих факторов и составляет 10-20% от суммарной стоимости.

  • Можно ли смонтировать ветряную установку самостоятельно?

    Малые ветряные установки (до 2 кВт) вполне можно смонтировать и подключить самостоятельно. Для больших ветряных электростанций, от 5 до 20 кВт, потребуется участие бригады монтажников. Чаще всего монтаж ветряной электростанции проводит организация осуществляющая продажу ветряных электростанций.

  • Каков порядок проектирования места для установки ветрогенератора?

    Для определения подходящего участка для установки ветрогенератора возможен выезд наших специалистов на место. Данные по ветру обычно определяются по справочникам, а также анализом измерений ближайших метеостанций.

  • Существует ли демонстрационная площадка для практического ознакомления с работающими ветрогенераторами?

    Работающие ветрогенераторы можно увидеть и получить исчерпывающую консультацию по техническим вопросам на сайте www.AVANTE.com.ua

  • Какая площадь необходима для установки ВЭУ?

    Монтаж опоры осуществляется на фундамент, состоящий из трех бетонных блоков по 1.2 м3 каждый (высота 1,2 м, диаметр 0.9 м). В дно ям забиваются уголки — заземлители, соединяющиеся с закладными с помощью шины.

  • Каким образом Ваша ветроустановка ориентируется на ветер?

    Горизонтальные ветряки ориентируются за счет флюгера. Ветер сам доворачивает ветрогенератор в нужную сторону. Вертикальные ветрогенераторы не нуждаются в ориентации по веру и работают при любом и даже резко изменчивом ветре. Данная разработка защищена патентным свидетельством.

  • Каков расчетный срок службы ветряных генераторов?

    Срок службы ветряного генератора в зависимости от условий эксплуатации составляет от 15 до 25 лет.

  • Сказывается ли работа ветрогенераторов на работе ТВ и радиоприемников?

    Нет

  • Чем отличается ветроагрегатор с вертикальной осью вращения (вертикальный ветрогенератор) от горизонтальной? Коковы преимущества и недостатки ветрогенераторов вертикальных?

    Основные плюсы вертикальных ветрогенераторов по сравнению с горизонтальными это их бесшумность. Так же надо учитывать повышенную долговечность механизмов из за отсутствия нагрузки на вал. Следует так же учесть более слабый ветер необходимый для старта турбины (1.2м/с по сравнению с 2.5м/с у горизонтальных) Недостаток ветрикальных ветряков один — это цена. Цена вертикальных ветряных генераторов выше примерно в полтора-два раза. Вертикальные ветряные генераторы могут использоваться в городских условиях и крепиться непосредственно на здания и жилые помещения.

FAQ по гелиосистемам

  • Как работает гелиосистема в ночное время?

    Поскольку ночью отсутствует солнечное излучение, необходимое для работы солнечного коллектора, гелиосистема не способна повышать температуру в баке накопителе за счет работы коллектора. В ночное время для дополнительного нагрева может быть задействован электрический ТЭН или иной источник тепловой энергии (газовый, электрический или твердотопливный котел).

  • Что такое площадь апертуры и абсорбции?

    Площадь апертуры это площадь с максимальной проекцией, на которую падает солнечное излучение. Площадь абсорбции рассчитывается как произведение ширины и длинны абсорбера. Для вакуумных трубчатых коллекторов с круглым абсорбером, учитывается проекция цилиндра вакуумной трубки на поверхность.

  • Какой расход воды на ГВС у частных лиц?

    Руководствоваться нормами потребления, описанными в СНиП и ДСТУ (100 литров на человека), не всегда целесообразно, поскольку они, как правило, существенно отличаются от фактических данных. Реальное потребление составляет 50-80 л/сутки на человека, если это частные дома, или 30-50 л/сутки — если многоквартирные. Для предварительных расчетов берется величина 50 литров на человека в сутки.

  • Как лучше ориентировать и размещать гелиосистему относительно сторон света?

    Оптимальная ориентация солнечного коллектора – строго на юг. При ориентации гелиосистемы на восточное или западное направление, производительность снижается на 20-25%.

  • Под каким углом устанавливаются солнечные коллекторы к горизонту?

    Как правило, оптимальный угол установки солнечного коллектора для круглогодичной системы равен широте местности, где находиться объект. Для Киева это 50°. Если гелиосистема проектируется с приоритетом на летнее использование то угол установки должен быть на 10-15° меньше широты местности установки (г.Киев — 35-40°). При зимнем приоритете, соответственно, на 10-15° больше широты местности (г. Киев — 60-65°).

  • Возможна ли установка гелиосистемы в уже существующих зданиях с действующими системами отопления и нагрева воды, или гелиосистему можно закладывать только на этапе проектирования и устанавливать во время строительства объекта?

    Гелиосистема устанавливается не только на этапе строительства объекта, но и в эксплуатируемых зданиях. Она с легкостью интегрируется в любые системы отопления и нагрева воды, работает со всеми типами водогрейных котлов, при этом, либо не требует изменений действующих тепловых схем вовсе, либо эти изменения минимальны. Нужно помнить, закладка гелиосистемы на этапе проектирования и строительства позволяет снизить стоимость монтажных работ и более эффективно реализовать тепловую схему с самого начала.

  • Что такое режим стагнации, почему он происходит, как влияет на систему?

    Стагнация (фр. stagnation, от лат. stagno — делаю неподвижным, останавливаю; лат. stagnum — стоячая вода). Режим, при котором прекращается проток теплоносителя по контуру гелиосистемы. Отсутствие расхода в гелиоконтуре может возникнуть по нескольким причинам:

    • отсутствует электроснабжение на циркуляционном насосе (до 30 минут), при высокой солнечной активности.
    • выход из строя циркуляционного насоса.
    • засорение контура сторонними элементами.
    • воздушная пробка в контуре.
    • разгерметизация контура, низкое давление.
    • не правильно настроенный или вышедший из строя контроллер.
    • действия третьих сил (например, случайное перекрытие запорной арматуры на контуре).

    При высокой солнечной инсоляции, отсутствие расхода, приводит к росту температуры коллектора до наступления теплового равновесия, когда выработка тепловой энергии соответствует тепловым потерям в текущий момент времени, при этом, как правило, температура стагнации намного превышает температуру кипения теплоносителя. Режим стагнации в гелиосистеме, сопровождается повышением давления и ростом температуры (в зависимости от коллектора и может достигать 250С). При высокой температуре, теплоноситель в коллекторе начинает превращаться в пар. При этом, возникающее избыточное давление компенсируемое расширительным баком, который обязательно устанавливается в любой системе с закрытым контуром. Солнечные коллекторы от компании ATMOSFERA и другие компоненты гелиосистем рассчитаны на работу при высоких температурах в режиме стагнации. Но следует учесть, что при многократно перегреве теплоносителя может деградировать (вплоть до образования твердых фракций), его химический состав меняется и приводит к менее эффективной работе системы или выходу ее из строя. При частых режимах стагнации особенно тщательно нужно следить за состоянием и характеристиками теплоносителя. Для предотвращения наступления режима стагнации часто используют системы утилизации избыточного тепла. Фаза процесса стагнации описаны ниже:

    I фаза – Температурное расширение теплоносителя Данная фаза продолжается то начала первичного парообразование, рост давления в системе происходит за счет температурного расширения теплоносителя (для пропиленгликоля 8,48%). Давление при этом повышается на 1 Атм.

    II фаза — Парообразование теплоносителя Температура теплоносителя достигает температуры кипения (зависит от давления в системе). Образуется пар, давление возрастает еще на 1 Атм.

    III фаза — Кипение теплоносителя в коллекторе Обильное парообразование, до полного вытеснение жидкого теплоносителя из теплообменника коллектора. Сопровождается ростом давления и температуры.

    IV фаза — Режим устойчивого перегрева Собственно режим стагнации – режим теплового равновесия. Тепловые потери на коллекторе равны производительности коллектора.

    V фаза — Режим конденсации Температура паровой смеси опускается (на коллектор поступает меньше солнечной энергии – затенение, изменение условий окружающей среды) и достигает температуры конденсации (температуры фазового перехода), теплоноситель переходи опять в жидкое состояние.

  • Как влияет снег на производительность гелиосистемы?

    Вакуумные коллекторы имеют преимущество — очень низкие теплопотери, что дает возможность улавливать и собирать тепло даже при экстремально низких температурах (до -30С°). Но в случае со снегом это играет свою отрицательную роль — ввиду низких теплопотерь снег на трубках оттаивает очень плохо. Однако, вакуумный солнечный коллектор прозрачен для снега, так как между трубками есть расстояние в несколько сантиметров. Вакуумные солнечные коллекторы могут быть засыпаны снегом только в периоды сильного снегопада с налипанием мокрого снега, что случается достаточно редко. Проблема решается грамотным монтажом, чисткой или установкой дополнительных систем оттаивания снега. Плоские коллекторы за счет собственных конвективных потерь самоочищаются от снега — снег тает на поверхности коллектора.

  • Гелиосистемы предназначены для небольших или крупных потребителей тепловой энергии? Можно ли использовать гелиосистемы для больших объемов воды, которые используются в многоквартирных жилых домах, школах, гостиницах, бассейнах?

    Конечно! Гелиосистема – универсальна, она идеально подходит, как для частного коттеджного строительства, так и для объектов с большими тепловыми нагрузками. Мощность гелиосистемы, легко регулируется, она прямо пропорциональна количеству солнечных коллекторов в системе – чем их больше, тем больше произведенной тепловой энергии на выходе, это позволяет подобрать систему под любой объект с любым потреблением. Срок окупаемости объектов с большим потреблением значительно меньше, поскольку в таких системах дополнительного оборудования меньше, а генерирующего (солнечные коллекторы) больше.

  • До какой температуры нагревает воду гелиосистема?

    Производительность гелиосистемы зависит от многих условий: окружающей среды (поступление солнечной энергии, влажность, сила ветра, температура) и применяемого оборудования (технические параметры солнечных коллекторов, изоляции трубопровода, размещение в пространстве и т.д.), поэтому для каждого конкретного случая она будет отличаться. Если говорить о среднестатистических данных для территории Украины, то в тепловое время года — с мая по сентябрь гелиосистема может быть основным источником нагрева воды и подогревать воду до температуры 55°C  — 60°C (при необходимости может довести воду до кипения). В зимний период гелиосистема служит источником предварительного нагрева с температурой нагрева до 30°C.

  • Какие коллекторы более эффективны, вакуумные или плоские?

    К счастью (или к сожалению) однозначного ответа на этот вопрос нет. Производительность каждого коллектора зависит, не только от его технических параметров (оптического КПД, и 2-х температурных коэффициентов), но и от притока солнечной радиации, температуры окружающей среды и теплоносителя внутри коллектора. Именно поэтому, сравнивать коллекторы между собой корректно только при конкретных условиях окружающей среды. Вакуумный коллектор более производителен при использовании в зимнее время года и в целом в круглогодичном цикле, в то же время в летний период (при небольших перепадах температур) плоский коллектор может показывать более высокую эффективность. Наряду с более низкой стоимостью плоский коллектор является идеальным решением при замещении сезонных нагрузок в летний период года (в летних лагерях, базах отдыха, санаториях и т. д.), а вакуумный коллектор, если нужен больший уровень комфорта при круглогодичном цикле.

  • Может ли гелиосистема обеспечить 100% потребности в горячем водоснабжении и отоплении для жилья?

    К сожалению нет. Гелиосистема может заместить 100% потребности в горячей воде с мая по сентябрь, в зимнее время эта величина будет составлять 30-40%. В течении года замещение гелиосистемой потребности в ГВС может достигать 70-75%. Это связано с тем, что в первую очередь производительность гелиосистемы зависит от притока солнечного излучения, которое меняется, как в течении дня, так и течении года. При этом разница между зимней и летней солнечной активностью составляет 5 раз. Следует помнить, что увеличение количества коллекторов в гелиосистеме в зимнее время не приведет к росту температуры, поскольку в этот период года преобладает рассеянное излучение. В тоже время летом (когда преобладает прямое излучение) не пропорциональная система, в которой потребление существенно меньше производительности коллекторов, накладывает дополнительные требования к системе утилизации тепла во избежание закипания теплоносителя внутри коллекторов.

  • Эффективна ли гелиосистема в зимнее время?

    Конечно! Гелиосистемы работают даже при очень низких температурах — до -30°C если используется теплоноситель на основе пропиленгликоля, и до -50°C если на основе глицерина. Естественно, производительность гелиосистемы в зимнее время снижается (в той или иной мере в зависимости от конструкции и применяемого оборудования), но они не теряют своей работоспособности и продолжают нагревать воду.

  • Работает ли гелиосистема при рассеянном солнечном излучении, при облачной погоде?

    Селективное (поглощающее) покрытие солнечного коллектора улавливает широкий спектр солнечного излучения, от ультрафиолетового до инфракрасного, эта особенность позволяет работать коллектору даже при рассеянном излучении и вырабатывать тепловую энергию даже при пасмурной погоде.

  • Каков срок службы и гарантии на гелиосистемы?

    Срок службы гелиосистем составляет от 25 до 50 лет. При этом гарантия на солнечные коллекторы составляет до 15 лет. Такие длительные сроки эксплуатации и гарантии на гелиосистемы обусловлены применением только качественных комплектующих от ведущих мировых производителей. Более полную информацию по условиям и срокам гарантийных обязательств на все комплектующие вы можете получить в соответствующем пункте гарантийного талона.

  • Из чего состоит гелиосистема, какие основные узлы?
    1. Коллекторное поле, из вакуумных или плоских коллекторов
    2. Рама для солнечных коллекторов
    3. Воздухоотводчик
    4. Насосная группа
    5. Бак накопитель (косвенного нагрева)
    6. Расширительный бак
    7. Термосмесительный клапан
    8. Теплоноситель
    9. Контроллер
    10. Соединитель коллекторов
  • Что такое солнечная радиация и солнечная инсоляция?

    Это тождественные понятия. Солнечная радиация — это энергия излучения, испускаемого солнцем в результате реакции ядерного синтеза. Следует отметить, что данный термин является калькой с английского (Solar radiation) и является синонимом «солнечной инсоляции». Солнечная инсоляция — облучение поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией) или поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность. Инсоляцией называют облучение поверхности, пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент времени центр солнечного диска. Измеряется в Вт×час/м².

  • Что такое солнечная постоянная?

    Солнечная константа (или солнечная постоянная) — это количество солнечного электромагнитного излучения (солнечной радиации) на единицу площади, измеренной на внешней поверхности земной атмосферы, перпендикулярной к лучам, на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца. Солнечная постоянная включает в себя все виды солнечного излучения, а не только видимый свет. По данным внеатмосферных измерений, солнечная постоянная составляет 1367 Вт×час/м². Солнечная постоянная не является неизменной во времени величиной. Известно, что на её значение влияют два основных фактора: расстояние между Землей и Солнцем, изменяющееся в течение года по причине эллиптичности орбиты Земли (годичная вариация 6,9% — от 1,412 кВт/м² в начале января до 1,321 кВт/м² в начале июля).

  • Что такое солнечный коллектор?

    Солнечный коллектор является основной частью гелиосистемы, и предназначен для преобразования поглощенного солнечного излучения в тепловую энергию.

  • Что такое боросиликатное стекло и почему оно применяется в солнечных коллекторах?

    У боросиликатного стекла коэффициент теплового расширения очень мал. Это позволяет стеклу не трескаться при резких изменениях температуры. Этим обусловлено его применение в гелиотехнике, где необходима термическая стойкость, поскольку суточные перепады температур на коллекторе могут достигать 250 °C.

  • Зачем нужно бариевое напыление на трубках вакуумных коллекторов?

    Бариевое напыление, находящееся в нижней части вакуумной трубки служит для индикации наличия вакуума между колбами. Барий (Ba, атомный номер 56) это редкоземельный элемент в чистом виде, практически, не встречается, поскольку мгновенно окисляется под воздействием кислорода. При наличии вакуума между колбами бариевое напыление имеет зеркальный стальной оттенок, при разгерметизации трубки и попадании воздуха, бариевое напыление выпадает в осадок и становится мутновато-молочного оттенка.

  • Нуждается ли гелиосистема в периодическом техобслуживании?

    Компания ATMOSFERA рекомендует проводить ежегодный сервисный осмотр и диагностику гелиосистем (впрочем, как и любых других инженерных систем, установленных на вашем объекте). Диагностика включает в себя проверку работоспособности всех элементов системы, проверку герметичности контуров, отработку алгоритмов управления, при необходимости замену расходных частей. Особое внимание необходимо уделить элементам с ограниченным сроком эксплуатации. Например, магниевые аноды в баках накопителях, как правило, меняют раз в год (частота зависит от характеристик воды). Также следует обратить внимание на теплоноситель гелиоконтура — в зависимости от режимов эксплуатации его замена требуется каждые 5-7 лет.

  • Какой срок окупаемости гелиосистем?

    На текущий момент, срок окупаемости гелиосистем составляет от 3 лет. Эта величина зависит не только от производительности системы, ее стоимости, и режима ее использования, но и от потребителя, который ее использует. Поскольку стоимость энергоресурсов для юридических и физических лиц отличаться в 3-5 раз, естественно, при прочих равных условиях (размера системы и места установки) срок окупаемости гелиосистемы, установленной для юридического лица, будет в 3-5 раз меньше, нежели для физического. Чем больше гелиосистема, тем меньше в процентном соотношении нужно дополнительного оборудования (трубы, изоляция, баки накопители), соответственно, срок окупаемости уменьшается.

  • Существует ли упрощенный алгоритм примерного расчета затрат на установку солнечной водонагревательной системы?

    В разделе «Коммерческие предложения» вы можете ознакомиться с предварительными предложениями для различных типов систем с различным потреблением тепла. Из представленного списка систем вы сможете выбрать самый подходящий именно для вас вариант. Для более точного расчета системы, с учетом особенностей вашего объекта, вы можете заполнить опросный лист, и в течении суток наши менеджеры подготовят для вас персонализированное предложение.

  • Можете ли вы дать координаты ваших клиентов, у которых уже установлено ваше оборудование? Мы хотели бы получить отзывы от пользователей ваших солнечных водонагревателей.

    Политика нашей компании не предусматривает передачу третьим лицам информации о наших клиентах, эта информация строго конфиденциальна. Это правило продиктовано многолетним опытом и действует во избежание причинения беспокойства и лишних хлопот нашим клиентам. В тоже время, понимая интерес, мы стараемся организовать в каждом регионе несколько объектов с возможностью их посещения или получения объема данных о работе системы. Всю необходимую информацию и условия уточняйте у региональных дилеров и представительств компании ATMOSFERA.

  • Насколько прочны вакуумные и плоские коллекторы?

    В конструкции вакуумных и плоских солнечных коллекторов применяются ударопрочные и боросиликатные стекла. Коллекторы предназначены для эксплуатации в условиях внешней окружающей среды и выдерживают высокие механические воздействия вплоть до попадания града диаметром 40 мм.

  • Как влияет загрязнение и обледенение на производительность гелиосистемы?

    Действительно, мощность гелиосистемы может снижаться на 5-7% в зависимости от степени загрязненности поверхности солнечного коллектора грязью, пылью или смогом. При полном обледенении производительность падает на 25%. Однако, эти потери производительности носят кратковременный характер, поскольку солнечный коллектор самоочищается в условиях окружающей среды (дождь, снег, ветер) и не требует дополнительных действий по своей очистке. В тоже время, никаких ограничений по дополнительной очистке солнечных коллекторов нет, и она безусловно положительно скажется на производительности солнечной системы.

  • Какие есть способы утилизации избыточного тепла?

    Лучшим способом утилизации тепла служит правильно спроектированная система с отсутствием этого самого избытка тепла. Также, существуют аппаратные решения (функция «выходной день») и алгоритмы работы контроллера, которые позволяют сбрасывать тепло в ночное время непосредственно через гелиоконтур. Помимо этого можно использовать дополнительные конструктивные элементы системы:

FAQ по солнечным электростанциям

  • Что такое фотомодуль?

    Фотомодуль – специальное полупроводниковое устройство, выполняющее преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию.

  • Что лучше поликристалл или монокристалл?

    Теоретический КПД монокристаллического фотоэлемента выше чем у поликристаллического, но общий КПД фотомодуля отличается от КПД фотоэлемента и на него влияет качество сборки. Поэтому у одного производителя эффективно поликристаллических фотомодулей не сильно отличается от эффективности монокристаллических.

  • Тонконпленочные фотоэлементы лучше работают в пасмурную погоду, правда ли это?

    Больших различий в выработке тонкопленочных и кристаллических элементов при пасмурной погоде нет, но рабочие напряжения тонкопленочных фотомодулей выше и даже при пасмурной погоде напряжение на тонкопленочных фотомодулях будет выше минимального рабочего напряжения системы. Это значит, что в то время когда система с кристаллическими фотомодулями отключится из-за недостатка напряжения – система на тонкопленочных фотомодулях продолжит работать.

  • Могу ли я полностью обеспечить свой дом электроэнергией от солнечных панелей?

    Увы, приток солнечной энергии на фотомодули не постоянен во времени и для обеспечения гарантированного электроснабжения всех потребителей необходимо установить фотомодули с запасом для обеспечение требуемой зимней выработки и добавить к системе аккумуляторы. Стоимость такой станции для среднего домохозяйства составит десятки тысяч долларов и при условии отключения от электросети станция имеет шансы не окупится. Компания Атмосфера предлагает полностью автономные станции для электропитания объектов к которым нет возможности провести электричество, резервные станции для аварийного электропитания и сетевые станции для экономии электроэнергии и продажи ее в сеть по зеленому тарифу.

  • Из чего состоят солнечные электростанции?

    Основными компонентами солнечных электростанций являются фотомодули, вырабатывающие постоянный ток и инверторы, преобразующие постоянный ток в переменный. Для автономных и резервных станций необходимы аккумуляторные батареи для накопления электрической энергии и контроллеры заряда управляющие процессом заряда АКБ.

  • Мощность фотомодуля это сколько он выработает в час?

    Теоретически, мощность фотомодуля это произведение напряжения в точке максимальной мощности на ток в точке максимальной мощности. На практике это мгновенное значение, которое можно получить из фотомодуля при идеальных условиях.

  • Сколько выработает фотомодуль?

    Приблизительная годовая выработка 1Вт кристаллического фотомодуля составит 1кВт*ч, 1Вт тонкопленочного фотомодуля – 1,3кВт*ч. Более точные данные и детализацию за определенный период времени можно получить используя специализированное ПО.

FAQ по тепловым насосам

  • Работает ли это?

    Да! Тепловой насос просто транспортирует тепло из одного места в другое. Ваш холодильник работает по такому же принципу. Если Вы поставите бутылку с водой в холодильник, через некоторое время, она охладится. Притронувшись к задней стенке холодильника, и Вы почувствуете тепло, которое холодильник забрал у бутылки. Используя этот же принцип, тепловой насос перемещает тепло из земли в Ваш дом, а Солнце снова восстанавливает это тепло.

  • Как тепло перемещает из моего участка в дом?

    Земля имеет свойство впитывать солнечное тепло. Это тепло извлекается из коллектора, уложенного на Вашем участке. Вода с незамерзающей жидкостью циркулирует в коллекторе, абсорбируя тепло из окружающего его грунта. Коллектор в доме подсоединен к тепловому насосу, который передает тепло в систему отопления и нагревает бытовую воду.

  • Если температура в коллекторе понизится ниже нуля, тепловой насос не будет работать и извлекать тепло?

    Нет, при нуле замерзает вода. Тепловая энергия есть во всем, температура чего выше -273 °C. Геотермальный тепловой насос будет работать вплоть до -10 °C в коллекторе. В Украине укладка горизонтального коллектора на глубину около метра есть оптимальной.

  • Какой тип установки мне выбрать?

    Доступная площадь возле здания определяет метод поглощения тепла. Коллектор может быть уложен в грунт или погружен в скважину. Также он может быть уложен на дно водоёма. Если места для горизонтальной укладки недостаточно и бурить очень дорого, можно установить воздушный тепловой насос. Его эффективность ниже, но установить его можно где угодно.

  • Насколько эффективен тепловой насос?

    Тепловой насос функционирует от электросети, используя затраченную энергию гораздо эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Значение КПД у него в несколько раз больше единицы. Например, расходуя 1 кВт электроэнергии, Вы получите 3-4 кВт тепла. Таким образом, получаете 2-3 кВт тепла бесплатно из окружающей среды.

  • Где в доме нужно размещать тепловой насос?

    Можно размещать в подсобном помещении, кладовке, подвале, или даже в гараже.

  • Насколько он шумен?

    Тепловой насос шумит как обычный бытовой холодильник.

  • Какой тип отопления выбрать?

    Можно использовать как радиаторную систему, так и напольное отопление. Наиболее эффективным сочетанием является тепловой насос с напольным отоплением. В таком случае КПД будет максимально возможным. В коммерческих зданиях тепловой насос лучше подключить к системе воздушного распределения.

  • Будет ли он отапливать в самое холодное время года?

    Да. Тысячи этих систем были установлены в разных точках Европы, в том числе и в Скандинавии, где зимы очень суровые. Мы спланируем наиболее подходящую систему для Вас.

  • Можно ли получить необходимое количество горячей воды?

    Мы сделаем правильный подбор исходя из пикового количества потребляемой горячей воды в самый холодный день в году. Тепловые насосы производят не такую горячую воду как газовые котлы. Вместо производства горячей воды, которой можно обжечься, Вам нужно будет добавлять меньше холодной воды, чем Вы привыкли. Цель в том, чтобы не вырабатывать слишком горячую воду и таким образом экономить Ваши деньги. Ведь выработка неадекватно горячей воды приводит к уменьшению эффекта теплового насоса.

  • Можно использовать тепловой насос в качестве кондиционера летом?

    Да. Можно приобрести тепловой насос с блоком охлаждения, что абсолютно уберет потребность в кондиционировании и горячей воде в летний период. Технически это реализуется с помощью фанкойлов или приточной вентиляции.

  • Могу ли я отапливать бассейн?

    Да. Мы можем разработать установку с подогревом бассейна.

  • Сэкономит ли это мне деньги?

    Да, сравнивая с любой топливной системой, тепловой насос в несколько раз экономичнее в эксплуатации.

  • В чем экологическая безопасность теплового насоса?

    Насос не производит вредных выбросов, воздейстие коллектора минимально, хладагент R407C, циркулирующий в агрегате, нетоксичен и безвреден для озонового слоя.

  • Откуда тепловой насос извлекает тепло ?

    Солнце – мощнейший источник энергии, оно нагревает воздух, воду, земную поверхность и глубины. Тепловой насос извлекает эту накопленную солнечную энергию.

  • Как производится управление работой теплового насоса?

    Системный мониторинг реализуется микропроцессорными средствами автоматики, автоматизированная система управления обеспечивает безопасный и эффективный режим работы теплового насоса и дополнительного оборудования. Подробное описание функций можно найти в инструкциях пользователей.

  • Что можно сказать о надежности системы?

    Срок эксплуатации земляного коллектора зависит от уровня кислотности почвы и может достигать 50-100 лет, при повышенном же «pH» — приблизительно 30 лет. Непосредственно в самой установке единственной движущей частью является компрессор, срок службы которого составляет 15 лет, и который можно легко и дешево заменить по истечении срока его эксплуатации.

  • Насколько сложно обслуживание установки?

    В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют специальных навыков и описаны в инструкциях к конкретным моделям.

  • Как дизайн установки вписывается в интерьер дома?

    Тепловой насос компактен — серийные установки имеют размер 600x600x1650 и 600x600x850 мм. По желанию заказчика корпус может быть выполнен в дереве.

  • Совместим ли тепловой насос с уже имеющейся в наличии у заказчика отопительной системой?

    Тепловой насос совместим с практически любой циркуляционной теплопроводной отопительной системой, независимо от вида котла.

Ветровая электростанция Фортум в Ульяновской области

Ветряная электрическая станция в Ульяновской области

Почти половина инвестиций Fortum — это инвестиции в возобновляемую энергетику. Россия, традиционно сильная в гидрогенерации,  имеет огромный потенциал для развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Министерство энергетики РФ сообщает, что за 2017 год в стране было построено больше мощностей возобновляемых источников энергии, чем за предыдущие два года: в 2015-2016 годах было введено 130 МВт ВИЭ, а в 2017 году — 140 МВт, из них более 100 МВт приходятся на солнечные электростанции, а 35 МВт — на первый крупный ветропарк, построенный Fortum  в Ульяновской области.

С января 2018 г. ветряная электрическая станция (ВЭС) Fortum в Ульяновске включена в реестр мощности. ВЭС с установленной мощностью 35 мегаватт стала первым генерирующим объектом, который работает на основе использования энергии ветра на оптовом рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ). Ульяновская ВЭС будет получать гарантированные платежи за мощность по договору о предоставлении мощности (ДПМ) в течение 15 лет.

Монтаж каждой ветроустановки в среднем составляет пять суток. Для сборки одновременно используется два подъемные крана. Успех обеспечивают строжайшее соблюдение правил промышленной безопасности и охраны труда.

Новая ВЭС с установленной мощностью 35 мегаватт стала первым  генерирующим объектом, функционирующим на основе использования энергии ветра, начавшим работу на оптовом рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ).

В 2018 г. ветряная электрическая станция (ВЭС) Fortum в Ульяновске включена в реестр мощности

По итогам первого полугодия 2018 года Ульяновская ВЭС-1 выработала 48,6 млн кВт*ч чистой энергии. Коэффициент использования установленной мощности составил 32%. УВЭС-1 – в числе мировых лидеров по эффективности.

180 дней работы УВЭС
В 2017 году ПАО «Фортум» и РОСНАНО создали совместный инвестиционный фонд развития ветроэнергетики в России. Фонд получил право на строительство 1000 МВт на основе использования возобновляемых источников энергии в 2018-2022 годах

Мощность ветра

Что такое ветроэнергетика?

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра.

Это перспективное направление, базирующейся на неисчерпаемом природном ресурсе. В последние годы освоение энергии ветра происходит весьма стремительно по всему миру. Прослеживается тенденция к дальнейшему развитию распространения технологии.

Как работают ветряные электростанции?

Ветряная электростанция — это несколько ВЭУ, собранных в одном или нескольких местах и объединенных в единую сеть.

Ветроэлектрическая установка представляет собой устройство для выработки электроэнергии путем преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию с использованием низкооборотного генератора с прямым приводом на постоянном магните. Это оптимизирует эксплуатационный режим, снижает шум и повышает надежность ВЭУ в целом.

Как используется энергия ветра?

Электричество, создаваемое ВЭС, поступает на оптовый рынок электроэнергии и мощности. Затем наравне с энергией, полученной другими способами, обеспечивает ресурсом потребителей.

Но в отличие от других источников энергия ветра возобновляется, а ее производство не приносит вреда экологии. Поэтому она играет важную роль в переходе к чистому энергетическому будущему.

От чего зависит мощность ветроустановки?

Мощность ветроустановки зависит от нескольких факторов: от скорости ветра, диаметра ветроколеса, плотности воздуха. А также от коэффициента использования энергии ветра, коэффициентов полезного действия редуктора и электрогенератора. Чем выше эти показатели, тем больше мощность ВЭУ.

Из каких материалов состоят ветрогенераторы?

Элементы башенной конструкции сделаны из низколегированной конструкционной стали марки S355J2. Аналогичный высокопрочный металл используют для производства опор ЛЭП, мостов, нефтяных и газовых морских платформ. Производство башен для ВЭУ осуществляется в Таганроге (Ростовская область).

Однако самой сложной в производстве частью ветроустановок является лопасть. Она изготавливается из композитных материалов и представляет собой цельную 62-метровую конструкцию. Технологии создания лопасти во многом идентичны производству крыла самолета. В декабре 2018 года уникальное производство лопастей было открыто в Ульяновской области.

Где строят ветроустановки?

Ветровые турбины устанавливаются в районах с регулярным ветром. Россия имеет огромный потенциал в этом направлении. В регионах, где стабилен данный энергоресурс, рационально строить ветряные электростанции. Но если ветер непостоянен, то, возможно, целесообразнее подумать о солнечной электростанции.

Не наносят ли ветряки вред окружающей среде?

Большинство ученых и представителей экспертного сообщества сходятся во мнении, что объекты ветро- и солнечной энергетики вносят большой вклад в минимизацию антропогенного воздействия на климат и окружающую среду. Электроэнергия от объектов ВИЭ замещает выработку традиционных электростанций, работающих на угле или газе, благодаря чему снижаются выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.

При проектировании ветропарков всегда проводятся орнитологические наблюдения, изучаются маршруты миграции птиц в районе. Чтобы избежать столкновения птиц с ветроэнергетическими установками, каждая башня оборудована репеллентными устройствами, издающими звук для отпугивания пернатых, а каждая лопасть ветроколеса имеет полосы красного цвета, что делает ее более различимой на фоне ландшафта.

Операционный портфель «Фортум» в области возобновляемой энергетики превысил 1 ГВт

Компания является активным участником развития возобновляемых источников энергии в России.

Подробнее

Солнце

Солнечные электростанции Fortum в России

Подробнее

Принцип работы ветровой электростанции: описание, характеристики

Содержание

Ветряные электростанции производят электричество за счет энергии перемещающихся воздушных масс — ветра. Для ветряных электростанций с горизонтальной осью вращения минимальная скорость ветра составляет:

Ветряные электростанции производят электричество за счет энергии перемещающихся воздушных масс — ветра. Для ветряных электростанций с горизонтальной осью вращения минимальная скорость ветра составляет:

  • 4-5 м/сек — при мощности >= 200 кВт
  • 2-3 м/сек — если мощность

Уважаемые друзья!
Поздравляем вас с Новым годом!
Желаем любви, счастья и благоденствия!

Следует учитывать, что каждые 10 метров подъема позволяют получить скорость ветра на 1 м/с больше. Соответственно, от высоты мачты непосредственно зависит, насколько эффективно сможет функционировать генераторное оборудование. Также на эффективность работы будет оказывать влияние и диаметр ротора, поэтому предпочтительнее, чтобы он был большим.

Особенности устройства ветрогенератора

Данное оборудование имеет лопасти, которые приводятся в движение вследствие воздействия силы ветра. Данное вращение запускает турбину, которая также начинает вращаться. В турбине начинает генерироваться энергия, мощность которой определяется силой ветра. С ростом ветровой энергии увеличивается и механическая, вырабатываемая турбиной.

Устройство ветрогенератора может отличаться наличием или отсутствием мультипликатора на роторе. Если он предусмотрен, энергия от турбины передается ему. Назначением мультипликатора является ускорение вращения оси. Установки без этого оборудования являются более эффективными, поскольку в них не происходит генерации дополнительной энергии (для ускорения вращения оси), а значит, и ее растраты. Такому оборудованию вполне достаточно ветровой энергии для полноценного функционирования.

Принцип работы ветряной электростанции позволил получать электроэнергию альтернативным способом и обеспечить автономность каждого объекта. Мощность данного оборудования полностью определяется размерами его лопастей. Чем больше их площадь, тем выше мощность можно получить, используя принцип работы ветроустановки.

Расчет мощности ветряного оборудования производится на основе кубической зависимости скорости ветряного потока. Кубическая зависимость означает, что если ветровой поток скорости, условно 6 м/сек, обеспечивает мощность установки 100 Вт, то увеличение потока до 12 м/сек приведет к возрастанию мощности в восемь раз – до 800 Вт.

Если турбина характеризуется небольшими размерами, для получения высокой мощности будет необходим очень сильный ветер. Если же турбина большая, она способна и при незначительной ветровой скорости выдавать необходимую мощность.

Конструкция ветряка полностью определяет его способности вырабатывать определенное количество электроэнергии за единицу времени в зависимости от скорости ветрового потока.

Обладаем бесценным опытом. Знаем, что к чему.

Применение и рекомендации по месту установки ветрогенератора

Ветрогенераторы характеризуются широким применением на объектах различного назначения: частные дома и домохозяйства, предприятия, отдельные сооружения, которые требуют автономного энергоснабжения.

Их устанавливают на открытых, желательно возвышенных территориях, где есть хороший ветровой потенциал: поле, горы (холмы), остров и даже мелководье.

Ветрогенераторы могут устанавливаться как по одиночке так и группами, объединяясь в ветропарк для энергоснабжения масштабных предприятий.

Чаще всего ветряные электростанции применяются для энергоснабжения автономных зданий, где отсутствует подключение к городской электросети.

Маломощные ветряки используются на охотничьих угодьях, рыбацких станах, на дачных участках для пчеловодов, на автономных светильниках для освещения дорог.

В настоящее время применение ветрогенераторов как альтернативы центральному энергоснабжению нерентабельно из-за большой стоимости оборудования, но, в то же время, возможно использование ветрогенераторов в местах, где отсутствует централизованное энергоснабжение или присутствуют частые перебои. Период окупаемости – 25 лет.

Также существует техническая возможность исполнения генератора выдающего переменный ток, который можно использовать для прямого питания потребителей, которые не требуют бесперебойного питания, к примеру, насос для осушения какой-нибудь территории.

В Украине на всей территории возможно использование ветрогенераторов с той или иной степенью эффективности. Наиболее выгодно, с точки зрения ветрового потенциала, размещать ветрогенераторы в Крыму и Закарпатье.

В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом.

Выбор ветрогенератора

Самые качественные ветряки производят в Германии, Франции и Дании. Эти страны делают ветровые установки для снабжения электричеством жилого частного сектора, фермерских хозяйств, школ, небольших торговых точек. В России из-за низкой стоимости электроэнергии и негласной монополии на продажу электроэнергии ветроустановки, солнечные панели и другие виды альтернативной энергии не сильно распространены.

Мобильный ветрогенератор подойдет для нефтепромышленности или монтажных бригад, которые ведут строительство в полях (прототип)

Но высокая стоимость подключения удаленных объектов от электросетей (есть до сих пор не электрифицированные деревни), хамство чиновников, длительные процедуры хождения и получения ТУ у монопольных компаний вынуждают собственников использовать альтернативную энергию своих объектов.

Прежде все вы должны понимать, что КПД ветровой установки составляет около 60%, есть зависимость от скорости ветра, и потребуется периодически проводить ТО. Если вы все-таки решили сделать выбор в пользу ветрогенератора, следует знать. Выбирать ветрогенератор нужно исходя из конкретных обстоятельств его применения. Существуют новые разработки и модели: с повышенным КПД, вертикальные, горизонтальные, ортогональные, безлопастные.

Подсчитывается активная и резистивная мощность всех потребителей энергии.

Для предприятий или частного дома эти данные могут быть в проекте или счетах за электроэнергию. Если вам необходимо обеспечить электроэнергией дачу выбирается модель ветроустановки на 1-3 кВт, инвертор нужно небольшой мощности и можно обойтись без аккумуляторных батарей. Принцип наличия дачной ветроустановки прост: есть ветер — есть электричество, нет ветра — работаем в огороде или по хозяйству. Простой ветрогенератор можно сделать самому, достаточно собрать необходимые материалы и соединить их вместе.

Для частного дома постоянного проживания, такой принцип не подойдет. При частом отсутствии ветра следует придать особое значение аккумулятору. Здесь нужна большая ёмкость. Однако, чтобы он быстрее заряжался, сам генератор электричества также должен быть большой мощности. То есть отдельные узлы установки тесно взаимосвязаны друг с другом. Более надежная комбинация — симбиоз с дизель-генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электричества в доме, но и более дорогая.

При наличии скважины вы будете полностью энергонезависимые от внешних сетей.

Ветрогенераторы российского производства

В большинстве случаев владельцы предприятий ставят ветроустановки, солнечные панели и дизель-генераторы для нужд собственного производства. Получение разрешение на продажу электричества в России — это, скажем так, отдельная история. После проведения энергоаудита, высвобождаются мощности, например, путем замены ламп освещения на светодиодные. Подсчитывается срок окупаемости, при отсутствии бюджета можно разделить модернизацию на этапы.

Технологии развиваются. Создаются энергонезависимые дома, офисы, станции на земле и воде. Наша команда инженеров поможет вам с выбором, расчетом, проектом и монтажом оборудования. Готовы ответить на ваши вопросы в комментариях или через форму.

Также станции можно разделить по типу конструкции:

Oбзop пoпyляpных моделей мировых производителей

Еще один промышленный ветряк, но уже украинского производства от компании “Фурлендер Виндтехнолоджи”. WTU-2.0 имеет номинальную мощность в 2 мВт, а диаметр ротора достигает 100 метров. Минимальная скорость ветра, при которой работает ветряк, 3 м/с, а максимальная — 25 м/с. 22 ветряка WTU-2.0 от “Фурлендер Виндтехнолоджи” были введены в эксплуатацию в Казахстане.

Немецкая компания Enercon выпускает три модели наземных ветряков E66 разной мощности: 1500 кВт, 1800 кВт и 2000 кВт. Диаметр их ротора неизменен, несмотря на разную производимую мощность, и равен 66 метрам. Трехлопастные ветряки работают при минимальной скорости ротора в 8 об/мин и максимальной в 22 оборота в минуту.

Также в Германии есть предприятие, выпускающее небольшие ветряки, схожие больше для частного использования. Как пример — Nordex N27, которые включают в себя турбины разной мощности: 150 кВт, 225 кВт и 250 кВт. Диаметр роторной подвижной части достигает 27 метров. Это старые модели, которые теперь сложно найти на рынке новыми и продаются они в основном в состоянии б/у. Средняя цена варьируется между 22 и 25 тысячами евро.

Невероятную производительность также имеет ветровой генератор Siemens SWT-7.0-154. Его мощность достигает 7 МВт, а диаметр движущейся части — 154 метра. Гигант работает при минимальной скорости ветра в 3 м/с и при максимальной в 25 м/с. Трехлопастный ветряк работает на прямом приводе и на одном генераторе. Стоимость формируется индивидуально для заказчика, исходя из объемов производства и количества ветряков.

Если неподалеку находится лес, то это будет способствовать снижению эффективности работы ветрогенератора. Отсутствие поблизости ВЛЭП не даст возможности перенаправлять вырабатываемую электроэнергию к потребителям.

Принцип работы ветряной электростанции основан преобразовании энергии ветра во вращательное движение турбины. Это происходит при помощи лопастей (ротора). Ветер следует контуру лопасти, приводя их во вращение.

Современные ветровые электрические станции имеют три лопасти. Их длина может достигать 56 метров. Скорость вращения в пределах 12-24 оборотов в минуту. Для увеличения скорости вращения используют редукторы. Мощность современных ветрогенераторов может достигать 750кВт.

Анемометр предназначен для измерения скорости ветра. Он монтируется на тыльной стороне корпуса турбины. Информация о скорости ветра анализируется встроенным компьютером для выработки наибольшего количества электроэнергии.

Конструкция ветроэлектростанции может работать при скорости ветра 4 метра в секунду. При достижении скорости ветра 25 метров в секунду ветровые электростанции принцип работы, которых основан на использовании энергии ветра автоматически выключаются. Бесконтрольное вращение лопастей при сильном ветре является одной из причин аварий и разрушения ветряка.

Трансформатор преобразовывает напряжение до величин необходимых для транспортировки электроэнергии к потребителю по проводам линии электропередачи. Обычно трансформаторы устанавливают у основания мачты

Мачта является важным элементом конструкции ветряной электростанции. От ее высоты зависит выработка генератора. Высота мачты современных ветряков колеблется в пределах 70-120 метров. Некоторые конструкции предусматривают наличие вертолетных площадок.

Работа лопасти ветрогенератора можно сравнить с принципом действия крыла самолета. При наличии необходимого для движения лопастей воздушного потока создается «воздушный мешок» на подветренной стороне лопасти ветрогенератора. Проворачиваться ротор ветрогенератора заставляет зона с низким давлением в «воздушном мешке», создающая подъемную силу. Эта подъемная сила, преодолевая незначительное сопротивление воздуха, является основной силой для вращения ветрогенератора и производства электроэнергии.

Ветряные турбины поглощают энергию ветра за счет нескольких лопастей, находящихся на высоте для получения преимущества от более сильного и стабильного ветра. Ветрогенераторы, как источник получения электрической энергии, построены на принципах, схожих с обычными электростанциями. Получаемая от ветра энергия преобразуется

Работа лопасти ветрогенератора можно сравнить с принципом действия крыла самолета. При наличии необходимого для движения лопастей воздушного потока создается «воздушный мешок» на подветренной стороне лопасти ветрогенератора. Проворачиваться ротор ветрогенератора заставляет зона с низким давлением в «воздушном мешке», создающая подъемную силу. Эта подъемная сила, преодолевая незначительное сопротивление воздуха, является основной силой для вращения ветрогенератора и производства электроэнергии.

Эффективность работы ветряных электростанций определяется не только мощностью ветрогенераторов, но и типом системы, которая используется для передачи или хранения электроэнергии. Как правило, ветряные электростанции не могут выдерживать конкуренции с тепловыми или атомными электростанциями из-за нестабильности генерации. Чтобы обеспечить стабильный поток электроэнергии для потребителей вблизи ветропарков строят особые хранилища, которые способны запасать энергию.

Размер и конфигурация лопастей определяют эффективность их вращения по соотношению к силе ветра. Турбина играет роль преобразователя механического движения (вращения) в электрическую энергию. Существуют модификации ветровых генераторов, которые предусматривают возможность складывания мачт, что упрощает обслуживание оборудования.

Особенности конструкции ветряной электростанции

Конструкция устройств, использующих безвозмездный источник энергии, достаточно проста. Ветряная электростанция состоит из лопастей, мачты, электрогенератора и дополнительных приборов, обеспечивающих преобразование, накопление и передачу к потребителям электроэнергии.

Размер и конфигурация лопастей определяют эффективность их вращения по соотношению к силе ветра. Турбина играет роль преобразователя механического движения (вращения) в электрическую энергию. Существуют модификации ветровых генераторов, которые предусматривают возможность складывания мачт, что упрощает обслуживание оборудования.

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.

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.

Рис. 1. Типовая ветровая электростанция

Принцип работы ветрогенератора достаточно прост (рис. 2). Ветер заставляет вращаться двух или трехлопастные турбины, приводящие в движение основной вал, к которому подключен ротор генератора. Вращение ротора приводит к генерации электричества.

Рис. 2. Внутреннее устройство ветрогенератора

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. Энергия ветра используется для различных целей: мореходство, полеты воздушных змеев и дельтапланов, генерация электричества.

Турбины горизонтальных ветрогенераторов обычно имеют две или три лопасти. Эти лопасти приводятся во вращение фронтальными воздушными потоками.

Промышленные ветрогенераторы имеют мощность от 100 киловатт до нескольких мегаватт. 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 киловатт 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 используют 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 кВ. На трансформаторной подстанции это напряжение дополнительно увеличивается для дальнейшей передачи по высоковольтным линиям электропередач.

Другая проблема заключается в том, что транзитная мощность новых линий передач оказывается недостаточной. Это связано с тем, что, несмотря на поддержку альтернативной энергетики, государство разрешило транзитным компаниям обеспечивать минимальный уровень пропускной способности, оговоренный в стандартах. Эти важные проблемы необходимо решить, так как в противном случае ветряные электростанции будут вынуждены работать не на полную мощность или работать попеременно.

Не смотря на не полностью реализованный потенциал ветряной энергетики, она уже сейчас помогает сглаживать пики потребления и повышает надежность поставок электроэнергии.

Морские ветряные электростанции

Рис. 3. Морская ветряная электростанция

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 (более 60 м) были разработаны плавающие концепции ветряных электростанций, которые были 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.

Коэффициент использования установленной мощности

Доля ветровой энергетики

Колебания генерируемой мощности

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.

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.

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.

К пьезоэлектрическому генератору

Когда цилиндрическая структура, как труба, стоит на пути жидкости или ветра, происходит явление, называемое вихрями Кармана. Жидкость или воздух образуют цикличность, закрученную в спиральном движении, что делает колебания по бокам. Он имеет аэродинамическое объяснение и расшифрован физиком Теодором фон Карманом в 1911 году.

С тех пор инженер принимает во внимание эти вихри и делает доступными методами профилактику для предотвращения неустойчивости инфраструктур от компрометации. Испанский стартап Vortex Bladeless решил сделать новый шаг и использовать это негативное для обычных инженеров явление для получения энергии ветра. Для этого, они создали Вихрь, ветровую турбину без лопастей, что колеблется от одной стороны к другой в соответствии с ветром, чтобы захватить кинетическую энергию.

Вот как это работает

“Эти вихри – проблема, как правило, инженеры стараются избегать любой ценой, потому что здания могут рухнуть,” объясняет Дэвид Суриол (Devid Suriol) соучредитель Vortex Bladeless. Менеджер объясняет, что его дело обстоит как раз наоборот: “Мы сознательно искали и оптимизировли его”.

Устройство представлено в виде вертикального конусообразного цилиндра, изготовленного из стекловолокна, что делает его как легким, так и жестким. Текущие прототипы достигают шести метров в высоту, хотя компания планирует более высокие версии. В 2015 году они будут запускать модель 12,5 метров и в течение трех лет, один выше, чем 100 метров. “Чем больше высота, тем больше производительность,” объясняет Девид.

“Работая не с лопатоками мы устраняем многие из традиционных движушихся механических частей турбины, что позволит существенно сократить расходы на производство ветровой энергии и эксплуатационные расходы,” говорит соучредитель. Он рассчитывает добиться снижения на 53% в расходов по строительным процессом по сравнению с обычной ветровой турбиной. Кроме того, “сокращение и отсутствие лопастей также будет способствовать транспортировке и упростит работы по техническому обслуживанию,”.

Преимущества

В дополнение к снижению затрат, эта технология имеет и другие полезные функции, по сравнению с другими моделями. Суриол объясняет, что вихрь может генерировать энергию в широком диапазоне скоростей ветра, “выше, чем у обычных ветровых турбин.” В частности, устройство стартует от скорости ветра в один метр в секунду “, меньше, чем требуется по традиционной турбины” объясняет он. При нескольких лопастях турбины начинают работу с трех метров в секунду.

Цилиндрическая форма структуры также исключает необходимость ориентировки ветровой турбины в направлении ветрового потока. Тем не менее, в тех же условиях, энергия, вырабатываемая Vortex будет на 30 % ниже, чем от традиционной ветровой турбины.
Кроме того, его конструкция делает турбину менее ранящим природный ландшафт и отсутствие лопастей делает его менее опасным для птиц. Нова турбина не производит шум, уменьшая воздействие на окружающую среду еще больше.

К пьезоэлектрическому генератору

В среднесрочной и долгосрочной перспективе, исследователи Vortex работают над альтернативой электромагнитной индукции для того, чтобы генерировать электричество из вихревых колебаний. Эта альтернатива будет основываться на пьезоэлектричестве.

Это явление, обнаруженное в 1880 году братьями Пьером и Жаком Кюри, происходит в некоторых кристаллах, таких как кварц, которые не имеют центра симметрии. При сжатии их масса поляризована и генерирует электрический потенциал.

С момента своего открытия, пьезоэлектричество (от греческого piezein, “крутить или сжать”) служил для многих целей, начиная от проектирования гидролокаторов подводных лодок и механизма зажигалки и часов, до усилителей и микрофонов гитар. Пьезоэлектричество также используется для приложений сбора энергии, но не для получения большого количества энергии.

Источники

Источник — http://manbw. ru/analitycs/wind-stations.html
Источник — http://vencon.ua/articles/printsip-raboty-vetrogeneratora
Источник — http://alterair.ua/articles/vetrogeneratoryi/
Источник — http://tcip.ru/blog/wind/printsip-dejstviya-i-raboty-vetrogeneratora.html
Источник — http://uaenergy.com.ua/post/32527/vetrovye-elektrostancii-princip-raboty-preimuschestva-i-nedostatki
Источник — http://madenergy.ru/stati/princip-raboty-dvigatelej-vetryanoj-ehlektrostancii.html
Источник — http://ukrelektrik.com/publ/kak_rabotaet_vetrjanaja_ehlektrostancija/1-1-0-1767
Источник — http://www.powercity.ru/articles/preimushhestva-vetrogeneratorov-i-vetrjanyh-elektrostancij/
Источник — http://www.terraelectronica.ru/news/5557
Источник — http://clever-energy.ru/%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE-%D0%B8-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BF-%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D1%8B-%D0%B1%D0%B5%D0%B7%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D1%81/2016/

Ветер, ветер, ты могуч или Россия дай газа опять и снова

Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.

   По просьбе уважаемых мной читателей портала оверклокерс, поговорим в душный июльский вечер о якобы зеленом будущем новой формации: о ветрогенераторах или больше известных в народе под прозвищем  «ветряки». Эти «мельницы» своими исполинскими размерами напоминают творение внеземных сил: здоровенные махины с десятиэтажный дом непрестанно трудятся на полях, а то и на морях, захватывая потоки ветра своими высокотехнологичными лопастями, а дальше в игру вступает ротор, выдавая на ура драгоценные мегаватты электроэнергии. Тут на ум сразу же приходит безоблачное будущее: поставил один раз такую махину и знай себе накапливай электрический ток, расходуя на нужды человечества или своей ячейки общества, это: экологично, безопасно, а главное — без постоянных затрат, песня в общем. Но так ли это, разберемся позже, а пока короткий экскурс в историю службы воздушных «лопастей» на благо человека.

История вопроса

рекомендации

   Как бы ни хотелось думать, а мечта о «халявной» энергии возникла не сегодня или вчера, а аж почти тысячу лет назад на территории Ближнего Востока. Тогдашние средневековые изобретатели додумались «запрячь» потоки непрестанно дующего воздуха с помощью  деревянных лопастей прямоугольной формы, на которые была натянута плотная ткань. Такой нехитрый ход позволил худо-бедно заставить ветер выполнять неблагодарную работу, требующую тяжелого физического труда: молоть зерно и функционировать в виде  простейшего насоса для орошения засушливых восточных земель. Зоркие крестоносцы как бы мимоходом позаимствовали идею взаимодействия воздуха и человека, попутно уже европейские кулибины усовершенствовали восточное изобретение, заменив вертикальную ось мельницы на горизонтальную. Такая нехитрая модификация позволила мельницам не переставать работать и зимой, когда водяные собратья просто обрастали льдом. Ну а дальше…

   А дальше шотландский профессор Джеймс Блант взял да построил первый прообраз ветроэнергетической установки на своем земельном участке. И такая инженерная конструкция использовалась для «запитки»  загородного дома, а излишки электроэнергии «сливались» для уличного освещения.  

   Ну а дальше пошло-поехало: в Дании к первой половине XIX века действовало 72 ветряка мощностью от 5 до 25 кВт, ну а первый праотец современных ветряков был создан конечно же на «родине слонов» в СССР — ветрогенератор в Ялте выдавал  100 кВт чистой электроэнергии и обладал коэффициентом нагрузки в 32%, на уровне современных образцов подобного рода. Ну а как только цена нефти благодаря очередной арабо-израильской войне скаканула неприлично вверх, интерес к ветрякам возрос неимоверно: даже США и страны Европы решили включиться в эту гонку. Аэродинамическое и акустическое проектирование, материалы лопастей — все эти исследования были профинансированы в воистину космических масштабах. 

   

      Итогом такой своеобразной гонки и стали современные высокотехнологичные ветряки, и к полевым и морским ветрогенераторам добавились плавающие ветровые турбины. Подобного рода мигрирующие платформы ака ветряная ферма, способны, без преувеличения, сильно помочь с электроэнергией удаленным районам и районам со «сложной» географической судьбой. Но ввиду сложности и новизны, такие плавучие конструкции мало распространены: наблюдать это чудо инженерной мысли можно лишь в парочке мест: около Японии и США и ряде прибрежных стран.

Минусы ветрогенерации

   Ради шутки набрал поисковый запрос «ветряки остановились»: и гугл сразу выбросил кричащие заголовки. Судите сами, с такими «заглавиями» правительство любой страны семь раз подумает, нужно ли диверсифицировать нефтяную и газовую зависимость, в зависимость от настроений природы по части ветряной активности.

   Прошлой зимой, благодаря внезапно утихнувшим ветрам Северного моря, электроэнергия, а точнее цены на нее, взяли да и поднялись почти на десятизначную величину: в той же Британии цена одного 1 мегаватт-часа увеличилась в семь раз. В такой ситуации европейские «экотеррористы» почему-то дружно забыли о вредности традиционных источников энергии, по этой причине пришлось задействовать газовые и угольные электростанции. И покупать драгоценный газ сами знаете где. И да, дабы не отставать от сестрицы Европы, солнечный Техас лютой зимой тоже решил временно «порвать»  с зеленой ветрогенерацией: на «удивление», лопасти ветряков обмерзли и не захотели вращаться, следовательно, пик вырабатывания электричества достиг нулевых значений, а южане просто-напросто стали мерзнуть в своих хлипких домиках. А ведь ветроэнергетика была самым быстрорастущим источником электричества в энергосистеме Техаса…

   

   А как насчет «экологичности», есть ли тут «вот это повороты» на фронте борьбы с «грязной энергогенерацией». Казалось бы, где ветрогенераторы и вред окружающей природе, но вот незадача, порой, чтобы установить «поля» ветряков, необходимо взять да вырубить гектары лесов. Подобный случай произошел в Германии — авангарде «зеленого» перехода, где власти земли Гессен решили, что лес совсем не нужен и для строительства 20-турбинной ветряной электростанции можно безболезненно избавиться от «излишков» лесного массива.

   История пока продолжается, и будущее этого «заповедника ветрогенерации» туманно, но точно известно, что гигантские лопасти представляют особенную опасность  для птиц и летучих мышей. И это не просто слова, а целое исследование. Ниже наглядно представлены в графической форме угрозы «птичьего сообщества» в США:

   И вспоминая морские передвижные ветряные парки. Эти-то точно лишены недостатков сухопутных собратьев по генерации энергии. А вот и нет. Эти гигантские плавучие платформы очень часто становятся угрозой для миграции рыб. Да и вид портят. Что очень критично для курортных районов.

Ну и до кучи другие проблемы:

   Установка и пуск ветряка требует высокой инвестиционной стоимости.  Именно стартовый этап, само возведение проекта является весьма дорогостоящим мероприятием. Необходима соответствующая инфраструктура. 

   Для обоснования строительства ветроустановки необходимо проведение длительных исследований ветра в районе строительства. И то не факт, что подобные изыскания не подведут: многочисленные случаи пропажи ветра в Северном море зимой 2021-2022 годов не дадут соврать.

   Как нетрудно догадаться, вращающиеся лопасти гигантского размера создают шум, который вряд ли придется по вкусу жителям близлежащих домов. В некоторых странах даже есть подобие законов, запрещающих строительство ветропарков вблизи строений. 

   Плюсы

   Экологически чистая электроэнергия (ну почти). Производство электроэнергии с помощью “ветряных мельниц” не сопровождается выбросами CO2 и иных вредных веществ. Ветрогенератор только получает энергию, ничего не отдавая взамен, поэтому внести в экологию какие-либо изменения он не может.

   Ветер — полностью возобновляемый источник энергии. 

   Выработка электроэнергии не зависит от времени суток и времени года, если дует ветер. Это привет солнечным батареям.

   Ветряная энергетика более рентабельна в сравнении с солнечной энергетикой. Все-таки мест, где дуют сильные ветра, больше чем мест, где постоянно солнечно.

   В некоторых регионах, ветряная генерация — единственная зеленая альтернатива «грязной» энергии. 

Итого

   На самом деле, делать какие-то долгосрочные прогнозы глупо, ибо согласно расчетам ученых Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), возобновляемые источники энергии становятся все дешевле по сравнению с любым новым энергопроизводством, работающим на ископаемых видах топлива, но вот поди же ты, после 24 февраля, которое естественно никто из британских ученых не предсказал, уголек и газ резко подскочили в цене, а ветер имеет свойство непринужденно останавливаться, никого не предупреждая, а зимой ветряки, опять же внезапно, могут обледенеть. Но тут хотя бы на помощь приходит традиционная энергогенерация. Ну и вдобавок: современная ветроэнергетическая технология еще далека от совершенной, и современные ветряки работают только на 35% своей мощности. Какая уж тут эффективность. Но определенно, будущее за ветрогенераторами есть, правда пока еще сильно туманное. И в частности, рассматривая Россию, ввиду крайней дешевизны энергии АЭС, гидро- и прочих видов, на текущей момент строительство ветряков и ветропарков является экономически нецелесообразным. За редким исключением.

   

Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.

Мегаконструкции. Самые большие ветрогенераторы / Хабр

Siemens SWT-7.0-154

Кто говорил, что ветряки не способны конкурировать по мощности с атомными электростанциями? Посмотрите на самую большую в мире ветроэлектрическую установку Siemens SWT-7.0-154. С площадью ометания 18 600 м² этот гигант в одиночку генерирует максимальную мощность 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. Несколько сотен таких ветряков — и вот вам атомная электростанция.

SWT-7.0-154 — это флагманская модель компании Siemens. В её названии зашифрованы генерируемая мощность (7 МВт) и диаметр ротора с лопастями (154 м). Она пришла на смену предыдущему флагману SWT-6.0-154, от которого практически не отличается по техническим спецификациям, но оснащён более мощными магнитами. Более сильное магнитное поле позволяет генерировать больше электроэнергии при том же диаметре. Другими словами, в этой ВЭН параметр снимаемой мощности с квадратного метра площади ометания выше примерно на 16,7%.

Ветрогенератор включается в работу на минимальной скорости ветра 3-5 м/с, а генерируемая мощность поступательно растёт до максимальной 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. При достижении скорости ветра 25 м/с генерация прекращается.

Казалось бы, на таких скоростях ветра лопасти ВЭУ должны вращаться быстро, но это совершенно не так. На самом деле они вращаются неторопливо и степенно, делая всего 5-11 оборотов в минуту. То есть полный оборот три лопасти совершают примерно за 5-12 секунд, в зависимости от скорости ветра.

Более сильное магнитное поле в новой модели означает также и то, что эту турбину труднее раскрутить. Для достижения той же скорости вращения 5-11 оборотов в минуту и максимальной генерируемой мощности (7 МВт вместо 6 МВт) этой турбине требуется повышенная скорость ветра: 13-15 м/с вместо 12-14 м/с. Соответственно, и начальная скорость ветрогенерации у неё выше. Вот почему данная модель-гигант наиболее оптимально подходит для размещения на территориях с относительно сильными ветрами, лучше всего в море.

Внутри турбины нет редуктора (коробки передач) — здесь работает система прямого привода, подключенная к синхронному генератору переменного тока с постоянными магнитами. Поскольку скорость генератора определяет напряжение и частоту тока, то «грязный переменный ток» преобразуется в постоянный ток, а затем преобразуется обратно в переменный ток перед подачей в сеть.

В последние годы в области ветряной энергетики происходит очень быстрый научно-технический прогресс. Буквально каждый год появляются новые модели ВЭУ большей мощности и эффективности. Большие и маленькие, рассчитанные на целые посёлки или отдельные дома, на большую скорость ветра в море или на среднюю скорость ветра над крышей частного дома.

Например, мировой рекорд по максимальной генерируемой мощности принадлежит вовсе не Siemens, а другой турбине ещё одного немецкого производителя Enercon E126, которая выдаёт до 7,58 МВт. На видео показан процесс установки такой турбины.

Высота стойки Enercon E126 — 135 м, диаметр ротора — 126 м, общая высота вместе с лопастями — 198 м. Общий вес фундамента турбины — 2500 тонн, а самого ветрогенератора — 2800 тонн. Только электрогенератор весит 220 тонн, а ротор вместе с лопастями — 364 тонны. Общий вес всей конструкции со всеми деталями — 6000 тонн. Первая установка подобного типа была установлена около немецкого Эмдена в 2007 году, хотя в той модификации максимальная мощность была меньше.

Впрочем, ветрогенераторы-гиганты — довольно дорогое удовольствие. Один такой ветряк на 7 МВт обойдётся в $14 млн вместе с установкой, если заказывать все работы у сертифицированных немецких специалистов. Конечно, если освоить производство в своей стране, благо металла хватает, то стоимость вполне можно снизить в несколько раз. Кто знает, может такой гигантский проект национальной стройки занял бы население страны и помог выбраться из экономического кризиса.

Одна из самых последних строящихся в Восточной Европе атомных станций — Белорусская АЭС — получит два энергоблока с реакторами ВВЭР-1200 мощностью по 1200 МВт. Казалось бы, несколько сотен ветряков Siemens сравнятся с атомной электростанцией. Стоимость строительства примерно одинаковая, зато «топливо» бесплатное. Что интересно, Белорусскую АЭС как раз строят в районе, где по климатическим данным за 1962-2000 годы почти самая высокая среднегодовая скорость ветра в Беларуси. Но в реальности эта «самая большая» среднегодовая скорость ветра — всего лишь около 4 м/c (на высоте 10 м), чего едва хватит для запуска ВЭУ на минимальной мощности.

Перед установкой следует сверяться с годовой картой ветров в районе дислокации с данными средней удельной мощности ветрового потока на высоте 100 м и выше. Хорошо бы составить такие карты для всей территории страны, чтобы найти места наиболее оптимального строительства ВЭУ. Нужно иметь в виду, что скорость ветра сильно зависит от высоты, что хорошо известно жителям высотных домов. В обычных прогнозах погоды по ТВ сообщают скорость ветра на высоте 10 м над землёй, а для ветровой турбины следует измерять скорость на высоте 100-150 м, где ветры гораздо сильнее.

Так что наиболее оптимально такие гиганты подходят для установки в море, в нескольких километрах от побережья, на большой высоте. Например, если установить такие установки вдоль северного побережья России с шагом 200 метров, то максимальная мощность массива составит 690,3 ГВт (побережье Северного Ледовитого океана составляет 19724,1 км). Скорость ветра там должна быть приемлемая, только при заливке фундаментов придётся иметь дело с вечной мерзлотой.

Правда, по стабильности работы ВЭУ никогда не сравнятся с АЭС или ГЭС. Здесь энергетикам приходится постоянно следить за прогнозом погоды, потому что генерируемая мощность напрямую зависит от скорости ветра. Ветер должен быть не слишком сильным и не слишком слабым. Хорошо, если в среднем ВЭУ будут выдавать хотя бы треть от максимальной мощности.

Как работают ветряные турбины?

Офис технологий ветроэнергетики

Ветряные турбины работают по простому принципу: вместо того, чтобы использовать электричество для производства ветра, как вентилятор, ветряные турбины используют ветер для производства электроэнергии. Ветер вращает пропеллерные лопасти турбины вокруг ротора, который вращает генератор, вырабатывающий электричество.

Исследуйте ветряную турбину

Чтобы увидеть, как работает ветряная турбина, нажмите на изображение для демонстрации.

Типы ветряных турбин >

Размеры ветряных турбин >

Узнать больше >

Ветер — это форма солнечной энергии, вызванная комбинацией трех одновременных явлений:

  1. Солнце неравномерно нагревает атмосферу
  2. Неравномерность земная поверхность
  3. Вращение Земли.

Характер и скорость ветрового потока сильно различаются по всей территории Соединенных Штатов и зависят от водоемов, растительности и различий в рельефе. Люди используют этот поток ветра или энергию движения для многих целей: парусный спорт, запуск воздушного змея и даже производство электроэнергии.

Термины «энергия ветра» и «энергия ветра» описывают процесс, посредством которого ветер используется для выработки механической энергии или электричества. Эта механическая энергия может использоваться для определенных задач (таких как измельчение зерна или откачка воды), или генератор может преобразовывать эту механическую энергию в электричество.

Ветряная турбина преобразует энергию ветра в электричество, используя аэродинамическую силу лопастей ротора, которые работают как крыло самолета или лопасти винта вертолета. Когда ветер обдувает лопасть, давление воздуха на одной стороне лопасти уменьшается. Разница в давлении воздуха по обеим сторонам лопасти создает как подъемную силу, так и сопротивление. Подъемная сила больше, чем сопротивление, и это заставляет ротор вращаться. Ротор соединяется с генератором либо напрямую (если это турбина с прямым приводом), либо через вал и ряд шестерен (редуктор), которые ускоряют вращение и позволяют уменьшить физически размер генератора. Этот перевод аэродинамической силы во вращение генератора создает электричество.

Типы ветряных турбин

Большинство ветряных турбин подразделяются на два основных типа:

Турбины с горизонтальной осью

Деннис Шредер | NREL 25897

 

Ветряные турбины с горизонтальной осью — это то, что многие люди представляют себе, когда думают о ветряных турбинах.

Чаще всего они имеют три лопасти и работают «против ветра», при этом турбина вращается в верхней части башни, поэтому лопасти обращены к ветру.

Турбины с вертикальной осью

Майк ван Бавел | 42795

 

Ветряные турбины с вертикальной осью бывают нескольких разновидностей, в том числе модель Дарье в стиле взбивалки, названная в честь французского изобретателя.

Эти турбины всенаправленные, то есть их не нужно направлять на ветер для работы.

Ветряные турбины могут быть построены на суше или на море в больших водоемах, таких как океаны и озера. Министерство энергетики США в настоящее время финансирует проекты , чтобы облегчить развертывание морской ветроэнергетики в водах США.

Применение ветряных турбин

Современные ветряные турбины можно разделить на категории по месту их установки и способу подключения к сети:

Наземный ветер

WINDExchange

 

Мощность наземных ветряных турбин варьируется от 100 киловатт до нескольких мегаватт.

Более крупные ветряные турбины более эффективны с точки зрения затрат и сгруппированы в ветряные электростанции, которые обеспечивают большую мощность в электросети.

Морской ветер

Деннис Шредер | NREL 40484

 

Морские ветряные турбины, как правило, массивны и выше Статуи Свободы.

У них нет таких проблем с транспортировкой, как у наземных ветряных установок, поскольку крупные компоненты можно перевозить на кораблях, а не по дорогам.

Эти турбины способны улавливать мощные океанские ветры и генерировать огромное количество энергии.

Распределенный ветер

Когда ветряные турбины любого размера устанавливаются на «потребительской» стороне электросчетчика или устанавливаются в месте или рядом с местом, где будет использоваться производимая ими энергия, они называются «распределенным ветром».

Примус Ветроэнергетика | 44231

Многие турбины, используемые в распределенных приложениях, представляют собой небольшие ветряные турбины. Одиночные небольшие ветряные турбины мощностью менее 100 киловатт обычно используются в жилых, сельскохозяйственных, а также небольших коммерческих и промышленных целях.

Небольшие турбины могут использоваться в гибридных энергетических системах с другими распределенными энергоресурсами, например, в микросетях, питаемых от дизельных генераторов, аккумуляторов и фотогальваники.

Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах (где подключение к коммунальной сети недоступно) и становятся все более распространенными в приложениях, подключенных к сети, для обеспечения отказоустойчивости.

Узнайте больше о распределенном ветре из Distributed Wind Animation или прочитайте о том, что делает Управление технологий ветроэнергетики для поддержки развертывания распределенных ветровых систем для домов, предприятий, ферм и общественных ветровых проектов.

Узнать больше

Заинтересованы в энергии ветра? Справочник по малому ветру помогает домовладельцам, владельцам ранчо и малому бизнесу решить, подходит ли им энергия ветра.

Дополнительные ресурсы по энергии ветра можно найти на WINDExchange, где есть планы уроков, веб-сайты и видео для учащихся K-12, а также информация о проекте «Ветер для школ» и университетском конкурсе ветра.

Энергия 101: Производство чистой электроэнергии из ветра

Видео URL