Мощность ветрогенератора: Скорость ветра и мощность ветрогенератора

Расчет ветрогенератора – методика самостоятельного расчета мощности вертикального ветрогенератора

Ветрогенераторы как источник электроэнергии не так давно завоевали популярность у жителей загородных участков. Перед установкой необходимо сделать расчет ветрогенератора для своей местности. Этот экологически чистый прибор для выработки электричества бывает двух видов:

• с горизонтальной осью
• с вертикальной осью

Последние более эффективны и технологичны. Единственным минусом вертикальных ветрогенераторов является их высокая цена. Часто такие приборы окупаются в течение пятнадцати лет. Поэтому ветрогенераторы используют как дополнительный источник энергии. Установить их можно своими руками.

Как выбрать ветрогенератор

Если грамотно подойти к вопросу покупки вертикального ветрогенератора, можно увеличить его производительность и сократить срок окупаемости. Сначала следует рассмотреть разные виды вертикальных ветрогенераторов:

• ортогональные генераторы, которые не нуждаются в направляющих механизмах. Они имеют несколько лопастей параллельно основной оси. Работа такого генератора не зависит от направления ветра
• ветрогенераторы с ротором Дарье. Они имеют две-три лопасти на плоском винте. Главное достоинство конструкции в том, что ее можно монтировать на уровне земли
• генераторы с ротором Савониуса. Они очень эффективны, так как работа винта может быть проведена на низких скоростях, что существенно снижает расход аккумулятора
• устройства с большим количеством лопастей на оси. Это более усовершенствованная версия ортогонального прибора. Они очень эффективны, но и цены на них ощутимо выше
• приборы с геликоидным ротором. Они также произошли от ортогонального прибора. Благодаря своей сложной технологии лопасти на оси оказывают небольшую нагрузку на катушку.
  Это повышает срок эксплуатации генератора. Но и на них цена очень высока

Самыми популярными ветрогенераторами являются ортогональные и с ротором Савониуса. Почти каждый ветрогенератор с вертикальной осью работает на неодимовых магнитах. Они достаточно эффективны, при этом стоимость не слишком высока. Чтобы не переплатить при выборе ветрогенератора, можно сделать правильные расчеты своими руками.

Что нужно рассчитать при выборе генератора

Когда вы решили приобрести такой полезный прибор, как ветрогенератор, нужно учитывать следующие параметры:

• мощность ветрогенератора на неодимовых магнитах. Если в вашей местности нет сильных ветров, вам нужен генератор с маленькой мощностью
• направление ветра. Если ветра часто меняют направление, вам подойдет только вертикальный ветрогенератор с подвижными лопастями
• марка. От производителя напрямую зависит цена прибора. Следует помнить, что импортный товар всегда дороже российских аналогов

Конечно, в первую очередь нужно высчитать мощность.

Как сделать расчет ветрогенератора самостоятельно

Чтобы рассчитать мощность ветрогенератора для вашей местности, воспользуйтесь специальными формулами. Сначала нужно рассчитать количество энергии, которую сможет выработать генератор в течение года в вашей местности. Для этого нужно выполнить ряд действий:

• произвести расчет. На основе результатов будут выбраны длина лопастей и высота башни
• провести анализ скорости ветра в вашей местности. Это можно сделать своими руками с помощью специального прибора, наблюдая за ветром несколько месяцев, или запросить результаты с местной метеостанции

Методика расчета мощности ветреного потока своими руками подразумевает использование формулы — P*= krV 3S/2, . В этой формуле используются следующие обозначения:

• r — плотность воздуха, которая при нормальных условиях составляет 1,225 кг/м3
• V — скорость потока в м/с
• S — площадь потока в квадратных метрах
• k — коэффициент эффективности турбины ветрогенератора в значении 0,2-0,5

С помощью этих расчетов вы сможете выявить подходящую мощность для вашей местности. На упаковке ветрогенератора указано, при каком потоке ветра его работа эффективнее всего. Как правило, это значение находится в промежутке 7-11 м/с .

Ветрогенераторы (от ортогонального до Савониуса) являются оптимальным источником дополнительной или основной электроэнергии в частном доме. Если вы сделаете правильный расчет ветрогенератора своими руками, то сможете приобрести подходящий под вашу местность агрегат.

как сталь помогает альтернативной энергетике

Мир переходит на чистую энергетику. Энергия ветра сейчас считается одной из самых дешевых по способу производства электроэнергии. По данным Глобального совета по ветроэнергетике (Global Wind Energy Council (GWEC), в прошлом году мощности ветряных электростанций впервые превысили объемы ископаемого топлива на многих развитых и развивающихся рынках.

Последние пять лет ветряная энергетика растет примерно на 50 гигаватт в год. Сегодня все ветроэлектростанции планеты генерируют 591 гигаватт. GWEC ожидает, что еще через пять лет в мире станет больше на 300 гигаватт новых мощностей. 

Топ стран-лидеров в ветроэнергетике, 2018 год, GWEC, гигаватты 

Номер два в Европе и Украине 

Ветроэнергетика – вторая по объему мощностей отрасль энергетики в Европе. Ветропарки Европейского союза вырабатывают около 180 гигаватт энергии. Это почти половина от всей европейской энергетики. По прогнозам ассоциации Wind Europe, в этом году ветроэнергетика может перерасти газовую промышленность. В 2018 году в Европе введены в эксплуатацию установки с ветрогенераторамы мощностью почти 12 гигаватт. Из всех энергетических объектов, построенных в прошлом году, на долю возобновляемых источников энергии приходится 95%. А вот газ, нефть и уголь теряют свои позиции: новые установки по добыче газа и угля в ЕС достигли рекордно низкого уровня. 

Каждый год в зеленую энергетику в Европе вкладывают миллиарды евро. 2018 год стал рекордным по финансированию проектов ветроэнергетики: инвестиции составили почти 27 млрд евро. Самые крупные инвесторы – Великобритания и Швеция. Украина с 1,2 млрд евро входит в десятку по объему инвестиций в зеленую энергетику.    

Топ стран-лидеров по инвестициям в ветроэнергетику в 2018 году, Wind Europe, млрд евро

В первой половине этого года в Европе построили  ветрогенераторы мощностью почти 5 гигаватт. Украина вошла в пятерку самых продвинутых стран.

Топ стран-лидеров по количеству установок ветроэлектростанций, 1-е полугодие 2019 г., Wind Europe, мегаватты

Среди альтернативных источников энергии в Украине ветер пока уступает солнцу. В 2018 году было построено 68 ветропарков общей мощностью 533 мегаватта. Это 22 ветрогенератора, мощность каждого из которых – около 3 мегаватт. На конец июня этого года общие мощности украинских ветроэлектростанций достигли почти 777 мегаватт. 

Мегаконструкции из металла

Ветроэлектростанция состоит из нескольких ветрогенераторов, объединенных в одну сеть. Самые большие ветропарки расположены в Китае, Индии и Великобритании. К примеру, в китайской провинции Ганьсу работает целый комплекс ветроэлектростанций мощностью почти 8 гигаватт, который может потягаться с крупнейшими атомными и гидроэлектростанциями.

 

Ветрогенератор – установка, которая превращает энергию ветра в электрическую. По данным Wind Europe, в среднем мощность одного ветрогенератора колеблется от 2 до 3,6 мегаватт.
Самая мощная турбина ветрогенератора в мире установлена у берегов Шотландии. Диаметр лопастей ветряка составляет 164 метра – больше, чем размах крыльев любого самолета, высота – 191 метр. Мощность установки – 8,8 мегаватт. Ветряной  энергии от одного оборота лопастей ветрогенератора хватит для того, чтобы освещать одну квартиру целый день.

Конструкция ветряка весит сотни тонн, его мачта выполняется из толстолистового проката, а фундамент – из арматуры крупных диаметров – 20-32 мм. На один фундамент может уйти от 60 до 130 тонн арматуры. Стальной сплав делает установку прочной и устойчивой к нагрузкам. 

Производителям башен и гондол ветроэлектрических установок Метинвест поставляет прокат шириной до 3300 мм и толщиной до 200 мм, произведенный по ведущим мировым стандартам на украинских и европейских заводах компании.

Практически весь материал ветрогенератора – это лист конструкционных марок стали с преобладанием класса прочности S355. Больше половины проката проходит ультразвуковой контроль качества, чтобы гарантировать требуемую сплошность материала для дальнейшей сборки. В 2018 году Метинвест поставил 68 тыс. тонн горячекатаного листа для производства башен ветрогенераторов. Большую часть продукции выпустил Trametal, итальянский завод группы.

Метинвест участвует в ветроэнергетических проектах по всему миру. Италия, Испания, Португалия, Германия, Израиль, Турция, Иордания, Египет, США, Украина – это далеко не полный перечень стран, в которых построены или строятся ветропарки из украинской стали. 

Ветропарк в Барвице, Польша

Среди клиентов Метинвеста – мировой лидер в отрасли ветроэнергетики, компания Siemens Gamesa. Для строительства ветроэлектростанции в Польше комбинат «Азовсталь» поставил около 3 тысяч тонн толстого листа.

Из него субподрядчик проекта, польская компания GSG Towers изготовит ветряные башни.

В этом году специалисты Siemens провели аудит на «Азовстали» и сертифицировали производство комбината. Это значит, что Метинвест стал украинским партнером Siemens и сможет поставлять продукцию и для других проектов компании. 

Ветряная электростанция  расположится в Барвице, что на северо-западе Польши. Проект включает строительство 14 ветряных турбин мощностью 3 мегаватта каждая. Общая мощность станции – 42 мегаватта. Строительство началось в марте этого года, а ввод ветропарка в эксплуатацию ожидается в феврале 2020 года. Ветроэлектростанция будет генерировать около 112 млн КВтч в год. Этого достаточно, чтобы обеспечить электричеством около 27 тысяч домохозяйств.

Ветропарк на острове Петалас, Греция

В западной Греции продолжается строительство ветроэлектростанции из 24 установок мощностью по 2 мегаватта каждая. Ветропарком будет управлять компания Protergia – энергетическое подразделение Mytilineos, крупнейшего производителя электроэнергии в Греции.  

Ветряные турбины в этом проекте изготавливает и монтирует один из крупнейших в мире производителей – датская компания Vestas, которой Метинвест поставил 0,5 тыс. тонн арматуры.

Ветропарки в Украине

На внутреннем рынке  ветрогенераторы украинского производства выпускает Краматорский завод тяжелого станкостроения, который совместно с компанией «Фурлендер Виндтехнолоджи» предоставляет полный цикл по производству ветрогенераторов.

Для изготовления ветроэнергетических установок в Украине за последний год Метинвест поставил более 2,5 тыс. тонн горячекатаного толстолистового проката производства «Азовстали». 

Ветроэлектростанция вблизи поселка Ясногорка, что возле Славянска, будет состоять из 15 установок. Один ветряк мощностью 4,5 мегаватт сможет обеспечивать электроэнергией около 3,5 тысяч семей. Строительство ветряного парка началось осенью 2018 года. На первом этапе планируется установить три ветрогенератора.  

Ветропарк «Очаковский» включает две ветроэлектростанции – Очаковскую и Тузловскую общей мощностью 37,5 мегаватт. Ветропарк расположен на трех полях протяженностью 16 км. Мощности станции хотят увеличить – всего планируется построить 150 ветроэнергетических установок мощностью 375 мегаватт.
 

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

В этом видеоролике рассказывается об основных принципах работы ветряных турбин и показано, как работают различные компоненты для улавливания и преобразования энергии ветра в электричество. См. текстовую версию.

Министерство энергетики США

History of U.S. Wind Energy

На протяжении всей истории использование энергии ветра то возрастало, то уменьшалось, от использования ветряных мельниц в прошлые века до высокотехнологичных ветряных турбин на ветряных электростанциях сегодня…

Узнать больше

10 фактов о ветроэнергетике, которых вы не знали

Освежите свои знания о ветре! Получите подробную информацию о нескольких менее известных фактах об энергии ветра.

Узнать больше

Кто использует распределенный ветер?

Существует множество различных типов клиентов распределенного ветра. Узнайте больше о распределенном ветре и о том, кто его использует.

Узнать больше

Топ-10 вещей, которые вы не знали о распределенной энергии ветра

Узнайте об основных фактах, связанных с ветряными турбинами, используемыми в распределенных приложениях.

Узнать больше

10 вещей, которые вы не знали об оффшорной ветроэнергетике

Узнайте больше об усилиях по разработке обширных оффшорных ветровых ресурсов Америки.

Узнать больше

Узнайте больше о ветроэнергетике, посетив веб-страницу Управления технологий ветроэнергетики или просмотрев финансируемые Управлением мероприятия.

Планирование небольшой ветроэлектрической системы

Энергосбережение

Небольшие ветроэлектрические системы требуют планирования, чтобы определить, достаточно ли ветра, подходит ли место, разрешены ли ветряные системы, будет ли система экономичной. | Фото предоставлено Bergey WindPower.

Небольшие ветроэлектрические системы требуют планирования, чтобы определить, достаточно ли ветра в вашем районе на постоянной основе, подходит ли место для системы для использования энергии ветра, разрешены ли постановлениями о зонировании и строительными нормами ветряные системы в вашем районе, и будет ли система экономичной с учетом всех этих элементов.

Оценка вашего ветрового ресурса

Чтобы помочь определить пригодность вашего участка для установки небольшой электрической ветровой системы, вам необходимо разработать оценку среднегодовой скорости ветра или ветрового ресурса вашего участка. Ресурс ветра может значительно различаться на площади всего в 1 квадратную милю из-за местного рельефа, местных структур и влияния растительности на скорость ветра и поток. Чтобы оценить, достаточно ли ресурсов ветра в вашем регионе, чтобы оправдать обращение к установщику для выполнения оценки ресурсов, можно обратиться к карте ресурсов ветра, которая может указать, живете ли вы в подходящем регионе ресурсов ветра. На сайте WINDExchange Министерства энергетики США есть карты ветровых ресурсов по штатам, к которым вы можете получить бесплатный доступ. Если вы обнаружите, что находитесь в районе, подходящем для ветровых ресурсов, вам нужно будет поработать с квалифицированным местным установщиком ветряков, чтобы разработать более тщательную и точную оценку места. Оценка ветрового ресурса сложна, и ваш установщик ветровой энергии, скорее всего, будет использовать комбинацию методов для сбора информации для оценки вашего ветрового ресурса с помощью программного обеспечения. Они, вероятно, будут включать;

• Данные о скорости ветра в аэропорту  — Один из способов косвенной количественной оценки ветрового ресурса – получение информации о средней скорости ветра из близлежащего аэропорта. Однако влияние местного рельефа и другие факторы могут привести к тому, что скорость ветра, зарегистрированная в аэропорту, будет отличаться от скорости ветра в вашем конкретном местоположении.
• Пометка растительности  — Пометка (влияние сильных ветров на растительность местности) может помочь определить преобладающее направление и скорость ветра в данной местности. Например, деревья, особенно хвойные или вечнозеленые, могут быть безвозвратно деформированы сильным ветром. Изучение этих деформаций может многое рассказать установщику об энергии ветра.
• Система измерения  — Прямой мониторинг с помощью системы измерения ветровых ресурсов на объекте обеспечивает наиболее четкое представление о доступных ресурсах. Системы измерения ветра доступны по цене от 600 до 1200 долларов. Измерительное оборудование должно быть установлено достаточно высоко, чтобы избежать турбулентности, создаваемой деревьями, зданиями и другими препятствиями. Наиболее полезными являются показания, снятые на высоте ступицы, то есть на высоте вершины башни, где будет установлена ​​ветряная турбина.
• Данные местной малой ветряной системы  — Если в вашем районе есть небольшая ветровая турбина, вы или ваш установщик можете получить информацию о годовой производительности системы, а также данные о скорости ветра, если таковые имеются.

Требования к зонированию, разрешениям и соглашениям

Прежде чем инвестировать в небольшую ветровую энергетическую систему, вам следует изучить местные постановления о зонировании и ограничения, установленные соглашениями о соседстве.

Вы можете узнать об ограничениях зонирования в вашем районе, связавшись с местным строительным инспектором, наблюдательным советом и/или советом по планированию. Они могут сказать вам, нужно ли вам получить разрешение на строительство, и предоставить вам список требований.

Помимо проблем с зонированием, ваши соседи или ассоциация домовладельцев могут возражать против установки ветряной турбины, закрывающей им обзор. Их также может беспокоить шум. Большинство проблем зонирования и эстетики можно решить, предоставив объективные данные.

Некоторая общая информация о высоте и уровне шума для небольших ветряных электростанций:

• Проблема с высотой  — Юрисдикции часто ограничивают высоту конструкций, разрешенных в жилых зонах. Большинство постановлений о зонировании имеют ограничение по высоте в 35 футов, хотя часто возможны отклонения, если вы готовы потратить время и деньги.
• Проблемы с шумом  — Уровень звука большинства современных жилых ветряных турбин немного выше окружающего шума ветра. Это означает, что, хотя звук ветряной турбины можно выделить из окружающего шума, если приложить сознательные усилия, чтобы его услышать, ветряная турбина жилого размера не является значительным источником шума при большинстве ветровых условий.

Для получения дополнительной информации см. нормы и требования штата и сообщества для малых систем возобновляемой энергии.

Экономика малой ветроэлектрической системы

Чтобы помочь вам проанализировать экономические показатели небольшой ветроэлектрической системы и решить, подойдет ли вам энергия ветра, вам необходимо обратиться к квалифицированному установщику для оценки ряда элементов, в том числе: 

• Затраты
• Сбережения
• Денежный поток
• Выход
• Счета за электричество и сравнение счетов за электричество
• Характеристики ветра
• Простая окупаемость в годах.