Ветровая электростанция: типы, принципы работы, преимущества и недостатки

Ветряные электростанции (ВЭС) – устройства специальной конструкции, в которых энергия ветра преобразуется в электрическую. С каждым днем они становятся популярнее. Использующие природные, а главное, возобновляемые источники энергии, удобные и простые ветроэлектростанции, так называемые ветряки, являются прекрасной альтернативой традиционным электростанциям, особенно в частных домах.

Использование энергии ветра

Ветряные мельницы, а точнее принцип их действия, были незаслуженно забыты в двадцатых годах прошлого века. Впрочем, силу ветра не использовали и тогда для получения электрической энергии. Она приводила в действие жернова мельниц, использовалась в качестве движителя для парусных судов, позднее запускала насосы для закачки воды в резервуары, то есть превращалась в механическую энергию.

Ветроэнергетика начала стремительно развиваться в конце шестидесятых годов прошлого, XX столетия. В это время стало катастрофически не хватать традиционных энергоносителей, кроме того, они резко поднялись в цене, все острее становились экологические проблемы, связанные с их использованием.

Способствовал использованию альтернативных источников электроэнергии, в том числе силы ветра, и технический прогресс. Появились новые высокопрочные и достаточно легкие материалы, позволяющие возводить башни до 120 м высотой и огромные лопасти.

Ветра, дующие во многих регионах планеты, в состоянии вращать турбины электростанции с достаточной скоростью, чтобы обеспечивать энергией частные дома, небольшие фермы или школы в сельской местности.

Но в любой бочке меда найдется хотя бы одна ложка дегтя. Ветер невозможно подчинить, он не дует всегда, тем более в одном направлении и с одинаковой скоростью. Технический прогресс не стоит на месте. Если сегодня ветряные электростанции для частного дома, вырабатывающие сотни киловатт электроэнергии, уже не являются большой редкостью, то завтра, может быть, повседневностью станут и станции мощностью в десятки мегаватт. Во всяком случае, уже есть ветроэлектростанции, мощность которых составляет 5 мВт и больше.

Преимущества и недостатки ветроэлектростанций

Ветряные электростанции обладают кроме использования бесплатной энергии ветра и независимости от внешних источников электроэнергии еще несколькими весомыми преимуществами. Не существует экологической проблемы хранения и утилизации отходов, да и сам способ получения энергии один из самых экологичных. Не говоря уже о том, как эстетично выглядит ветряк на фоне неба, достоинством его можно считать, что установка может быть как стационарной, так и передвижной.

Кроме того, сегодня уже можно подобрать ВЭС подходящей модели и мощности или использовать установку, сочетающую использование нескольких источников энергии, традиционных и альтернативных. Это может быть дизель- или солнечно-ветряная электростанция.

ВЭС имеют и недостатки. Во-первых, они шумные настолько, что крупные установки в ночное время приходится отключать. Во-вторых, создают зачастую помехи для воздушных сообщений или радиоволн. В-третьих, их нужно размещать на поистине огромных площадях. И есть еще один существенный недостаток лопастных конструкций – их нужно отключать во время массовых сезонных перелетов птиц.

Типы ветроэлектростанций

По функциональности электростанции ветряные можно разделить на стационарные и передвижные, или мобильные. Мощные стационарные установки требуют проведения целого комплекса подготовительных работ, но они в аккумуляторных батареях способны накапливать достаточное для использования в безветренную погоду количество электроэнергии.

Передвижные электростанции проще по конструкции, неприхотливы, их легко устанавливать и просто эксплуатировать. Обычно они используются для питания электроприборов или в путешествиях.

По конструкции различают крыльчатые и роторные ветроэлектростанции.

По месту установки ВЭС бывают:

• наземные. Они устанавливаются на возвышенностях и наиболее распространены на сегодняшний день;
• прибрежные. Строятся в прибрежной зоне морей и океанов, где из-за неравномерного нагревания суши и воды постоянно дуют ветры;
• оффшорные. Строятся в море на расстоянии 10-15 км от берега, где постоянно дуют морские ветры;
• плавающие. Они тоже располагаются примерно на таком же расстоянии от берега, как и оффшорные, но на плавающей платформе.

По сферам применения электростанции ветряные бывают промышленные и бытовые.

Крыльчатые ВЭС

Уже привычными стали крыльчатые ВЭС, которые лидируют на рынке ветроэнергетики. На высокой мечте устанавливается лопастной механизм с горизонтальной осью вращения, преимущественно трехлопастной, и его мощность зависит от размаха лопастей. Максимальной скорости вращения такой агрегат достигает, когда лопасти перпендикулярны ветровому потоку, поэтому в его конструкции предусмотрено устройство автоматического поворота оси вращения в виде крыла стабилизатора на малых и электронной системы управления рысканием на более мощных станциях.

Различаются между собой крыльчатые ветроэлектростанции в основном количеством лопастей. Они могут быть многолопастными, двухлопастными, даже с одной лопастью и противовесом.

Роторные ВЭС

Роторные, или карусельные, электростанции ветряные имеют вертикальную ось вращения и не зависят от направления ветра. Это важное преимущество, если используются приземные рыскающие воздушные потоки. Минусом ВЭС такой конструкции является использование многополюсных генераторов, которые работают на малых оборотах и не имеют широкого распространения.

Эти установки тихоходны и, как следствие, не создают большого шума. Кроме того, их достоинством является простота электрических схем, которые не нарушаются при случайных резких порывах ветра.

Специалисты считают, что роторные ВЭС наиболее перспективны для большой ветроэнергетики. Правда, чтобы раскрутить такую установку, к ней нужно приложить внешнюю энергию. Только когда она достигнет определенных аэродинамических показателей, сама переходит в режим генератора из режима двигателя.

Комбинированная система «ветро-дизель»

Недостаток ветроагрегатов – неравномерная подача электроэнергии – в крупных сетях компенсируется большим количеством установок.

Также компенсировать этот недостаток можно, используя комбинированные системы, в которых есть специальные устройства, распределяющие нагрузки между ветроэнергетической установкой (ВЭУ) и дизелем. Поэтому автономные сети небольшой мощности от 0,5 до 4 МВт в паре с дизелем могут надежно и равномерно функционировать.

Современное оборудование, с помощью которого экономится около 65 % жидкого топлива в год, позволяет всего за несколько секунд при необходимости подключить дизель или отключить его.

Бытовые и промышленные ВЭС

Бытовые ветроэнергетические установки имеют мощность от 250 Вт до 15 кВт, могут работать в комплексе с солнечными батареями, с аккумулятором или без него.

Электроэнергия, вырабатываемая бытовыми ВЭС, достаточно дорогая, но часто бывает, что других ее источников просто нет.

Бытовые ветряные электростанции в России производятся с генератором постоянного тока, который заряжает аккумуляторные батареи емкостью до 800 А/ч. От таких батарей в доме могут работать все бытовые приборы: телевизор, электрочайник и др.

Процесс зарядки батарей после отключения нагрузки может быть достаточно долгим, в зависимости от силы ветра и мощности генератора.

Зарубежные бытовые ВЭС на российском рынке тоже есть, они достаточно дороги, но выдают, как правило, меньше половины номинальной мощности.

Промышленные ВЭС отличаются значительно большей мощностью и объединяются, как правило, в единые сети.

Частные ветряные электростанции в основном имеют мощность от 3 до 5, реже 10 кВт. Если среднегодовая скорость ветра в регионе достигает 3-4 м/с, то такая ВЭС может обеспечить электроэнергией средний загородный дом, СТО или небольшое кафе.

Основные характеристики ВЭС

Номинальная мощность является основным показателем, который характеризует все электростанции, ветряные не исключение. Она определяется мощностью, которую вырабатывает генератор при средней скорости ветра 12 м/с, и зависит от типа станции.

Следующим важным показателем является номинальное напряжение ВЭС, которое вырабатывает генератор. Это может быть как 220 В, так и 12 В, и 24 В.

От мощности турбины зависит электрическая мощность генератора. Поскольку мощность турбины тем выше, чем больше ее диаметр и, следовательно, прочней мачта, то этот показатель важен при выборе и расчете конструкции мачты.

Ветроустановка имеет еще несколько характеристик. Важна ее производительность – это количество электроэнергии, которое устройство вырабатывает в год. Необходимо при выборе ВЭУ знать максимальную скорость ветра, которую выдерживает турбина, и его минимальную (пусковую) скорость, при которой она начинает вращаться. Играют роль при выборе и частота вращения турбины, и количество лопастей.

Принцип работы и устройство ВЭС

На ветряной электростанции поток воздуха вращает колесо с лопастями, с которого крутящий момент передается на другие механизмы. Чем больше размеры колеса, тем больший поток воздуха оно захватывает и, следовательно, быстрее вращается.

Если говорить языком физики, линейная скорость ветра преобразовывается в угловую скорость вращения оси генератора, который, в свою очередь, преобразовывает вращательное движение в электрическую энергию, передавая ее через контроллер на аккумуляторы. На выходе из устройства электроэнергия уже пригодна к бытовому использованию.

То есть, малая электростанция ветровая состоит из турбины, лопастей, хвоста (поворотного механизма), мачты с тросами-растяжками, аккумуляторов, контроллера их заряда и инвертора, который преобразовывает напряжение 12 В в 220 В.

Кроме этих устройств промышленная ВЭС содержит еще системы слежения за направлением ветра и его скоростью, состоянием ветрогенератора и защиты от грозовых разрядов. Кроме того, с нагрузками большего масштаба мачта не справляется, и ее заменяют башней, в которой располагается все дополнительное оборудование.

Проектирование ВЭС

Главный показатель, который позволяет принять решение об использовании ветроэлектростанции, – это среднегодовая скорость ветра, которая должна быть не меньше 5 м/с. Правда, сегодня уже существуют легкоразгоняемые ВЭС, предназначенные для электроснабжения частных домовладений, которые начинают работу с минимальной скорости воздушного потока в 3,5 м/с.

Для определения этого показателя используются специальные карты ветров.

В различных климатических зонах России были проведены измерения скорости ветра, чтобы определить, насколько эффективны там ветровые электростанции. Ветряные установки и станции уже действуют в Калининградской области, на Командорских островах, в Мурманске, Республике Саха (Якутии), в Башкортостане.

Принимая решение об установке ветроэнергетической установки или частной ВЭС, стоит для начала обратиться к специалистам, чтобы провести исследования направления и силы ветра с помощью анемометров и построить карты доступности его энергии. По этим данным рассчитывается и разрабатывается проект ВЭУ или станции из нескольких установок, ее технические и геометрические параметры.

Промышленную ВЭС достаточно большой мощности без инвесторов не построить, а грамотно выполненные расчеты и составленный проект позволят определить срок окупаемости проекта и привлечь дополнительные финансы.

Частные ветряные электростанции

По существенно заниженным данным статистики, не учитывающим отдельно стоящие удаленные здания и сооружения, около 30 % частных хозяйств в сельской местности, куда прокладка электрических сетей невозможна по экономическим причинам, не имеют электроснабжения. Не везде даже стоят генераторы на жидком топливе. И это в XXI веке!

Исследования показали, что ветроэнергетические станции различной мощности можно устанавливать во многих районах севера и Крайнего Севера, на Сахалине и Камчатке, в Нижнем Поволжье, Сибири, Карелии и на Северном Кавказе.

На выбор установки влияют потребности заказчика. Если нужно обеспечить работу сельхозтехники, с такой задачей справится маломощный ветрогенератор. Если же нужно электрифицировать целое здание, наладить уличное освещение, обеспечить отопление дома, нужно выполнять проект ветряной электростанции.

Кроме среднемесячной скорости ветра и его направления нужно рассчитать среднемесячное потребление и пиковую нагрузку электроэнергии. Такие расчеты при желании несложно выполнить самостоятельно.

Существует еще один показатель, который влияет на стоимость оборудования и монтажа ВЭУ. Это высота мачты. Чем сооружение выше, тем больше скорость ветра и тем дороже оно обходится. Оптимальной, по утверждению специалистов, является высота мачты на 10 большая, чем самое высокое дерево или здание в радиусе 100 м.

Ветряная электростанция своими руками

Для работы электронасоса, телевизора, освещения или других маломощных электроприборов на дачном участке ветроэнергетическую установку можно сделать собственноручно, если есть некоторые познания в электротехнике.

Существуют справочные данные и рекомендации по выбору мощности ветрогенератора, размерам и количеству его лопастей и достаточно подробные инструкции, как сделать ветряную электростанцию своими руками, из каких материалов и узлов.

Сегодня в Европе растут капиталовложения в строительство больших ветроэлектростанций. Массовое строительство снижает себестоимость одного киловатта и приближает ее к цене электроэнергии, полученной из традиционных источников.

Конструкция ветроэлектростанций постоянно совершенствуется, улучшаются аэродинамические и электрические показатели, снижаются потери.

Ветряные электростанции для дома, по оценкам экономистов, становятся самыми эффективными в плане окупаемости проектами в области энергетики. В дальнейшем они обещают независимость от негативных тенденций на этом рынке.

Ветряная электростанция — Википедия

Ветряная электростанция  — это несколько ВЭУ, собранных в одном или нескольких местах и объединённых в единую сеть. Крупные ветровые электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветровые электростанции называют «ветровыми фермами» (от англ. Wind farm).

Планирование

Исследование скорости ветра

Ветровые электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше.

Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного—двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.

Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветровых электростанций, так как эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.

Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами, или с государственной помощью. Например, в Канаде Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005 году Программа Развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран.

Высота

Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветровые электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т. д.

Экологический эффект

При строительстве ветровых электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветровой энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

Современные ветровые электростанции прекращают работу во время сезонного перелёта птиц.

Типы ветровых электростанций

Наземная

Самый распространённый в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой электростанции может занимать год и более.

Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.

Крупнейшей на данный момент ветровой электростанцией является электростанция Альта, расположенная в штате Калифорния, США. Полная мощность — 1550 МВт.

Прибрежная

Прибрежные ветровые электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.

Шельфовая

Шельфовые ветровые электростанции строят в море: 10—60 километров от берега. Шельфовые ветровые электростанции обладают рядом преимуществ:

• их практически не видно с берега;
• они не занимают землю;
• они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.

Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям.

Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.

В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей. Крупнейшей шельфовой станцией в 2009 году являлась электростанция Миддельгрюнден (Дания) с установленной мощностью 40 МВт^[2]. В 2013 году крупнейшей стала London Array (Великобритания) с установленной мощностью 630 МВт^[3].

Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмные суда.

Плавающая

Первый прототип плавающей ветровой турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года^[4]. Турбина под названием Hywind весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.

Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.

Компания в 2017 году довела мощность турбины до 6 МВт, а диаметр ротора — до 154 метра^[5].

Парящая

Парящей называют ветровые турбины, размещенные высоко над землей, для использования более сильного и стойкого ветра^[6]. Концепция разработана в 1930-е годы в СССР инженером Егоровым^[7].

Текущим рекордсменом считается «Парящая ветровая турбина Altaeros» (Altaeros Buoyant Airborne Turbine (BAT)), которая будет установлена на высоте 1000 футов (304,8 м) над землей. Этот пилотный проект промышленного масштаба будет находиться на высоте 275 футов выше, чем текущий рекордсмен – Vestas V164-8.0-MW. Последний совсем недавно установил свой прототип в Датском национальном центре тестирования больших турбин (Danish National Test Center for Large Wind Turbines) в Остерильде (Østerild). Высота расположения оси Vestas 460 футов (140 метров), лопасти турбин в высоту более 720 футов (220 метров). У Altaeros мощность турбины 30 кВт. этого достаточно для обеспечения энергией 12 домов. Для поднятия на такую высоту Altaeros использует невоспламеняемую надувную оболочку, наполненную гелием. Проводником для произведенной энергии служат высокопрочные канаты.^{[источник не указан 1305 дней]}

Горная

Первая на постсоветском пространстве горная ВЭС мощностью 1,5 МВт была запущена на Кордайском перевале в Жамбылской области Казахстана в 2011 году^[8]. Высота площадки – 1200 метров над уровнем моря. Среднегодовая скорость ветра 5,9 м/сек. В 2014 году количество ветротурбин «Vista International» мощностью по 1,0 МВт на «Кордайской ВЭС» было доведено до 9 агрегатов при проектной мощности 21 МВт^[9]. В дальнейшем планируется введение в строй Жанатасской (400 МВт) и Шокпарской (200 МВт) ветряных электростанций.

В феврале 2015 года в Восточных Карпатах у города Старый Самбор запущена в работу первая в Западной Украине горная ВЭС «Старый Самбор 1» мощностью в 13,2 МВт. Общая мощность 79,2 МВТ. Она представлена ветротурбинами VESTAS V-112 датского производства номинальной мощностью 6,6 МВт^[10]. Высота площадки 500 – 600 м над уровнем моря, среднегодовая скорость ветра 6,3 м/сек^[11].

Панорамы ВЭС

ВЭС в России

На 2008 год общая мощность ВЭС в стране исчислялась 16,5 МВт^[12]. Одна из крупнейших ветровых станций России — Зеленоградская ВЭУ, расположенная в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Её суммарная мощность составляет 5,1 МВт. Состоит из ВЭУ датской компании SЕАS Energi Service A.S. (1 новая мощностью 600 кВт и 20 отработавших 8 лет в Дании мощностью 225 кВт каждая).

Мощность Анадырской ВЭС составляет 2,5 МВт.

Мощность ВЭС Тюпкильды (Башкортостан) составляет 2,2 МВт.

Заполярная ВЭС, находящаяся около города Воркута в Коми, имеет мощность 1,5 МВт, построена в 1993 году. Состоит из шести установок АВЭ-250 российско-украинского производства мощностью 250 кВт каждая.

Около Мурманска строится опытная демонстрационная ВЭУ мощностью 250 кВт^[13]. В селе Пялица, в мае 2014 года, открыта первая в Мурманской области ветровая электростанция. Так же до 2016 года предусматривается дальнейшее введение ветропарков в Ловозерском и Терском районах области^[14].

См. также

Примечания

Литература

• Методы разработки ветроэнергетического кадастра. — АН СССР, ГЛАВНИИ при Госэкономсовете Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского. Изд-во АН СССР, 1963.

Ссылки

Отрасли промышленности

самая мощная и интересная из них, её плюсы и минусы

Возрастающая роль ветроэнергетики в мире вызвала неоднозначное отношение у населения. С одной стороны, приветствуется экологическая чистота и отсутствие вредных выбросов в атмосферу, с другой — муссируются различные домыслы об отрицательном воздействии ветроэнергетических установок на человеческий организм. Такое отношение не всегда объяснимо, ведь для некоторых регионов ветроэнергетика — единственный способ получить электроэнергию в своих домах.

Рост числа установок вызвал объединение их в ветровые электростанции, обеспечивающие энергией целые страны и крупные регионы.

Виды ветровых электростанций

Основным и единственным видом ветровых электростанций является объединение в единую систему нескольких десятков (или сотен) ветроэнергетических установок, производящих энергию и отдающих ее в единую сеть. Практически все эти установки имеют одну и ту же конструкцию с некоторыми изменениями у отдельных турбин. Как состав, так и все остальные показатели у станций вполне единообразны и зависят от суммарной мощности отдельных агрегатов. Различия между ними имеются только в способе размещения. Так, существуют:

• наземные
• прибрежные
• шельфовые
• плавающие
• парящие
• горные

Такое обилие вариантов связано с условиями, потребностями и возможностями компаний, эксплуатирующих те или иные станции в различных регионах земного шара. Большинство точек размещения связаны с необходимостью. Например, лидер в мировой ветроэнергетике Дания попросту не имеет других возможностей. С развитием отрасли неминуемо появление других вариантов размещения агрегатов, извлекающих максимальную выгоду из местных ветряных условий.

Плюсы и минусы ВЭС

На сегодняшний день в мире насчитывается более 20 000 ветроэлектростанций разной мощности. Большинство из них установлены на побережье морей и океанов, а также в степных или пустынных районах. Ветроэлектростанции обладают массой преимуществ:

• нет необходимости в подготовке площадей для монтажа установок
• ремонт и обслуживание ВЭС обходятся значительно дешевле, чем любых других станций
• потери на передачу энергии значительно ниже вследствие близости от потребителей
• отсутствие вреда для окружающей природы
• источник энергии совершенно бесплатный
• земли между установками можно использовать для сельскохозяйственных целей

К плюсам можно отнести также отсутствие четкой привязки к определенной точке, как это наблюдается у ГЭС.

При этом, имеются и минусы:

• нестабильность источника вынуждает использовать большое количество аккумуляторных батарей
• установки при работе издают шум
• мерцание от лопастей ветряков весьма отрицательно воздействует на психику
• стоимость энергии намного выше, чем при использовании других методов производства

Дополнительным недостатком можно назвать высокую инвестиционную стоимость проектов таких станций, складывающуюся из цены техники, стоимости транспортировки, монтажа и эксплуатации. Учитывая срок службы отдельной установки — 20-25 лет, многие станции являются неокупаемыми.

Недостатки достаточно существенные, но отсутствие иных возможностей снижает их влияние на принимаемые решения. Для многих регионов или государств ветроэнергетика является основным способом получать собственную энергию, не зависеть от поставщиков из других стран.

Экономическое обоснование строительства ветровых электростанций

Перед тем, как принимать решение о строительстве в данном участке местности ВЭС, производятся тщательные и обширные изыскания. Специалисты выясняют параметры местных ветров, направление, скорости, прочие данные. Примечательно, что метеорологические сведения в данном случае пользы приносят мало, так как они собираются в разных уровнях атмосферы и преследуют различные цели.

Некоторые страны (например, Канада) имеют специальную карту ветров, собранную для всей территории страны и значительно облегчающую проектирование станций для бизнесменов. Такие карты имеются у 19 стран, с каждым годом это число увеличивается.

Полученная информация дает основание для расчетов эффективности, ожидаемой производительности и мощности станции. Учитываются, с одной стороны, все расходы на создание станции, включая приобретение оборудования, доставку, монтаж и пусковые работы, эксплуатационные издержки и т.п. С другой стороны, подсчитывается прибыль, которую может принести работа станции. Полученные значения сопоставляются между собой, сравниваются с параметрами других станций, после чего выносится вердикт о степени целесообразности строительства станции в данном регионе.

Самая мощная ВЭС

Создание небольшой электростанции невыгодно. В этой отрасли четко действует правило — выгодно либо иметь частный ветряк для обслуживания дома, фермы, небольшого поселка, либо строить большую электростанцию регионального значения, действующую на уровне энергосистемы страны. Поэтому в мире постоянно создаются все более мощные станции, вырабатывающие большое количество электроэнергии.

Крупнейшей в мире ВЭС, вырабатывающей почти 7,9 ГВт энергии в год, является китайская «Ганьсу». Потребности почти двухмиллиардного Китая в энергии огромны, что заставляет строить большие станции. К 2020 году запланирован выход на мощность 20 ГВт.

В 2011 году была задействована индийская станция «Муппандал», установленная мощность которой составляет 1,5 ГВт.

Третей по мощности станцией с объемом производства 1,064 ГВт в год, является индийская Jaisalmer Wind Park, работающая с 2001 года. Изначально мощность станции была ниже, но, после серии модернизаций, достигла сегодняшнего значения. Такие параметры уже приближаются к показателям средней ГЭС. Достигнутые объемы производства электроэнергии начинают выводить ветроэнергетику из разряда второстепенных в основные направления энергетической отрасли, создают широкие перспективы и возможности.

Рекомендуемые товары

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.

Ветряная электростанция — Википедия. Что такое Ветряная электростанция Ветроэнергетика: общемировая годовая динамика установленной мощности ВЭС^[1]. Прибрежная ветровая электростанция Миддельгрюнден, около Копенгагена, Дания. На момент постройки она была крупнейшей в мире

Ветряная электростанция  — это несколько ВЭУ, собранных в одном или нескольких местах и объединённых в единую сеть. Крупные ветровые электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветровые электростанции называют «ветровыми фермами» (от англ. Wind farm).

Планирование

Исследование скорости ветра

Ветровые электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше.

Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного—двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.

Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветровых электростанций, так как эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.

Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами, или с государственной помощью. Например, в Канаде Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005 году Программа Развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран.

Высота

Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветровые электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т. д.

Экологический эффект

При строительстве ветровых электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветровой энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

Современные ветровые электростанции прекращают работу во время сезонного перелёта птиц.

Типы ветровых электростанций

Наземная

Наземная ветровая электростанция в Испании. Построена по вершинам холмов. Наземная ветряная электростанция возле Айнажи, Латвия.

Самый распространённый в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой электростанции может занимать год и более.

Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.

Крупнейшей на данный момент ветровой электростанцией является электростанция Альта, расположенная в штате Калифорния, США. Полная мощность — 1550 МВт.

Прибрежная

Строительство прибрежной электростанции в Германии.

Прибрежные ветровые электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.

Шельфовая

Шельфовые ветровые электростанции строят в море: 10—60 километров от берега. Шельфовые ветровые электростанции обладают рядом преимуществ:

• их практически не видно с берега;
• они не занимают землю;
• они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.

Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям.

Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.

В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей. Крупнейшей шельфовой станцией в 2009 году являлась электростанция Миддельгрюнден (Дания) с установленной мощностью 40 МВт^[2]. В 2013 году крупнейшей стала London Array (Великобритания) с установленной мощностью 630 МВт^[3].

Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмные суда.

Плавающая

Строительство первой плавающей электростанции. Норвегия. Май 2009 года.

Первый прототип плавающей ветровой турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года^[4]. Турбина под названием Hywind весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.

Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.

Компания в 2017 году довела мощность турбины до 6 МВт, а диаметр ротора — до 154 метра^[5].

Парящая

Парящей называют ветровые турбины, размещенные высоко над землей, для использования более сильного и стойкого ветра^[6]. Концепция разработана в 1930-е годы в СССР инженером Егоровым^[7].

Текущим рекордсменом считается «Парящая ветровая турбина Altaeros» (Altaeros Buoyant Airborne Turbine (BAT)), которая будет установлена на высоте 1000 футов (304,8 м) над землей. Этот пилотный проект промышленного масштаба будет находиться на высоте 275 футов выше, чем текущий рекордсмен – Vestas V164-8.0-MW. Последний совсем недавно установил свой прототип в Датском национальном центре тестирования больших турбин (Danish National Test Center for Large Wind Turbines) в Остерильде (Østerild). Высота расположения оси Vestas 460 футов (140 метров), лопасти турбин в высоту более 720 футов (220 метров). У Altaeros мощность турбины 30 кВт. этого достаточно для обеспечения энергией 12 домов. Для поднятия на такую высоту Altaeros использует невоспламеняемую надувную оболочку, наполненную гелием. Проводником для произведенной энергии служат высокопрочные канаты.^{[источник не указан 1297 дней]}

Горная

Первая на постсоветском пространстве горная ВЭС мощностью 1,5 МВт была запущена на Кордайском перевале в Жамбылской области Казахстана в 2011 году^[8]. Высота площадки – 1200 метров над уровнем моря. Среднегодовая скорость ветра 5,9 м/сек. В 2014 году количество ветротурбин «Vista International» мощностью по 1,0 МВт на «Кордайской ВЭС» было доведено до 9 агрегатов при проектной мощности 21 МВт^[9]. В дальнейшем планируется введение в строй Жанатасской (400 МВт) и Шокпарской (200 МВт) ветряных электростанций.

В феврале 2015 года в Восточных Карпатах у города Старый Самбор запущена в работу первая в Западной Украине горная ВЭС «Старый Самбор 1» мощностью в 13,2 МВт. Общая мощность 79,2 МВТ. Она представлена ветротурбинами VESTAS V-112 датского производства номинальной мощностью 6,6 МВт^[10]. Высота площадки 500 – 600 м над уровнем моря, среднегодовая скорость ветра 6,3 м/сек^[11].

Панорамы ВЭС

ВЭС в России

На 2008 год общая мощность ВЭС в стране исчислялась 16,5 МВт^[12]. Одна из крупнейших ветровых станций России — Зеленоградская ВЭУ, расположенная в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области. Её суммарная мощность составляет 5,1 МВт. Состоит из ВЭУ датской компании SЕАS Energi Service A.S. (1 новая мощностью 600 кВт и 20 отработавших 8 лет в Дании мощностью 225 кВт каждая).

Мощность Анадырской ВЭС составляет 2,5 МВт.

Мощность ВЭС Тюпкильды (Башкортостан) составляет 2,2 МВт.

Заполярная ВЭС, находящаяся около города Воркута в Коми, имеет мощность 1,5 МВт, построена в 1993 году. Состоит из шести установок АВЭ-250 российско-украинского производства мощностью 250 кВт каждая.

Около Мурманска строится опытная демонстрационная ВЭУ мощностью 250 кВт^[13]. В селе Пялица, в мае 2014 года, открыта первая в Мурманской области ветровая электростанция. Так же до 2016 года предусматривается дальнейшее введение ветропарков в Ловозерском и Терском районах области^[14].

См. также

Примечания

Литература

• Методы разработки ветроэнергетического кадастра. — АН СССР, ГЛАВНИИ при Госэкономсовете Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского. Изд-во АН СССР, 1963.

Ссылки

Отрасли промышленности

11+ крупнейших ветряных электростанций и ветроэнергетических установок, уменьшающих углеродный след

Человеческая раса находится в момент времени, когда мы оглядываемся назад и размышляем о том, что мы сделали с этим миром.

Растущее загрязнение и загрязнение принесли нашему миру больше страданий, чем одного. Настало время перейти на возобновляемые источники энергии. К счастью, страны всего мира пришли к реализации этой общей цели.

Ветер – это один из неограниченных источников энергии, которые мы имеем на земле.Теперь мы построили массивные ветряные электростанции, чтобы использовать энергию ветра, которая в противном случае не использовалась бы.

Вот некоторые из крупнейших ветряных электростанций, которые вносят существенный вклад в сокращение выбросов углекислого газа:

Ветряная электростанция Ганьсу, Китай

Источник: Пополон / Wikimedia Commons

Уровни загрязнения в Китае резко возросли за последние несколько лет. По данным ВОЗ, более 1 миллиона граждан Китая умерли преждевременно в результате смертельных переносимых по воздуху токсинов.Следовательно, Китай начал инвестировать в зеленые энергии, чтобы обуздать эту ситуацию.

Ветряная электростанция Ганьсу в Китае является крупнейшей в мире и способна вырабатывать почти 7900 МВт. Чистая выработка электроэнергии является результатом 7000 ветряных турбин, расположенных в рядах в пустыне Гопи. Эта ветряная электростанция также известна как ветроэнергетическая база Цзюцюань.

К сожалению, из-за слабого спроса более 60% производственных мощностей фермы ежегодно не используются. Гигантский Windfarm достаточно способен обеспечить энергией небольшую страну, и ожидается, что к 2020 году его мощность составит 20 000 МВт.

Ветропарк Маппандал,

, Индия Источник: PlaneMad / Wikimedia Commons

Если вы не знаете, где находится третья по величине ветряная электростанция, она находится в штате Тамилнад, Индия, – ветропарк Маппандал.

На ферме установлено около 3000 турбин, которые вырабатывают 1500 МВт чистой энергии. Согласно отчетам о ветроэнергетике, штат Тамил Наду обладает ветровым потенциалом 3050 МВт.

Ветровая электростанция помогла снизить зависимость от ископаемого топлива и в конечном итоге приведет к сокращению выбросов парниковых газов.Правительство планирует расширить инициативу в области чистой энергии для обеспечения электроэнергией деревень в Тамилнаде.

Roscoe Wind Farm, US

Источник: Fredlyfish5 / Wikimedia Commons

Ветряная электростанция Роско находится в Роско, штат Техас. Когда-то это была крупнейшая в мире ветряная электростанция. Ветровая электростанция простирается на 100 000 акров земли, и она может легко обеспечить энергией около 265 000 домов!

Интересно, что Техас производит больше энергии из ветра, чем совместные усилия других 25 штатов США! Ветряная электростанция имеет около 627 ветряных турбин с общей производительностью 781.5 МВт чистой энергии.

Строительство ВЭС Роско проходило в четыре этапа. Первый этап в 2008 году и состоял из 209 МВт турбины 1 МВт. В том же году была завершена фаза 2 9003 и , в которую вошли 55 машин Siemens мощностью 2,3 МВт. К середине 2009 года была завершена фаза 3 ^и , и было добавлено 166 турбин GE 1,5 МВт. И последний этап добавил 197 Mitsubishi 1 МВт турбины.

Центр ветроэнергетики “Лошадиная полость”, США

Техас славится своим ветровым потенциалом.Существуют большие площади в частной собственности, что делает инвестиции в ветроэнергетику привлекательным предложением как для землевладельцев, так и для инвесторов.

Энергетический центр «Ветряная полость»

– седьмая по величине ветроэлектростанция с мощностью производства 735 МВт чистой энергии. Ферма распределена на площади 100 000 акров в округе Нолан и Тейлоре из Техаса. Проект действует с 2009 года. Завершено в три этапа, ферма состоит из 421 турбины, в том числе 142 GE 1,5 МВт, 130 Siemens 2.3 МВт и 149 GE 1,5 МВт ветровых турбин.

Джайсалмер Винд Парк, Индия

Источник: Нагарджун Кандукуру / Wikimedia Commons

Ветряной парк Джайсалмер, расположенный в районе Джайсалмер в штате Раджастхан, является крупнейшим наземным ветряным парком в Индии. Ферма использует ветер из Аравийского моря для производства чистой энергии мощностью 1065 МВт.

В проекте используются различные турбины, так как это сочетание старого оборудования, такого как модели 350 кВт, с более новыми S9X, которые способны производить 2.1 МВт мощности.

London Array Offshore Wind Farm, Великобритания

Источник: Синекдоче / Flickr

Ветропарк London Array отдыхает на побережье Соединенного Королевства. Ферма имеет 175 турбин, которые вырабатывают 630 МВт чистой энергии, что достаточно для питания полмиллиона домов в Великобритании. По вместимости это самый большой в Европе. Одна только ферма помогает сократить выбросы CO2 более чем на 925 000 тонн в год.

Наличие оффшорной ветропарки имеет некоторые льготы по сравнению с береговыми ветропарками.Одним из них является преимущество более высоких скоростей ветра над водой по сравнению с землей. Также нет ограничений по границам. Единственное ограничение – это глубина, на которой лежит морское дно. Вот почему многие страны рассматривают морские ветряные электростанции, а не морские.

Ветряная электростанция Фаулер-Ридж, США

Источник: Патрик Финнеган / Wikimedia Commons

Ветряная электростанция Фаулер-Ридж занимает площадь более 50 000 акров в округе Бентон штата Индиана, США.Ветроэлектростанция принадлежит и управляется совместно Dominion Resources и BP Alternative Energy North America (каждая с долей участия 50%).

С 537 ветряными турбинами, ферма производит 750 МВт чистой энергии, которая используется для удовлетворения потребляемой мощности около 200 000 американских домов.

Ветряная электростанция Близнецы, Нидерланды

Источник: Korisnik12345 / Wikimedia Commons

Недавно открытая ветроэлектростанция Gemini является второй по мощности морской ветряной электростанцией, которая идет после Лондонского массива, построенного в Нидерландах.Ветряная электростанция Gemini способна вырабатывать 600 МВт электроэнергии с использованием 150 турбин Siemens SWT -4.0. Проект начался в 2015 году и был завершен в 2017 году. В том же году он был введен в эксплуатацию.

Проекту было предоставлено в общей сложности 2,8 миллиарда долларов в качестве финансирования, но он был завершен с выделением денег. Турбины вступили в строй в 2016 году и принесли 250 миллионов евро еще до даты ввода в эксплуатацию.

Alta Wind Energy Center, США

Источник: Z22 / Wikimedia Commons

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии или NREL Соединенных Штатов выпустили свой вердикт зеленой энергии.Исследование, проведенное этой организацией, пришло к выводу, что к 2050 году США могут получать 80% электроэнергии из возобновляемых источников энергии.

Энергетический центр ветряной электростанции Альта прилагает усилия в этом направлении. Это крупнейшее ветровое сооружение в Северной Америке, расположенное в горах Техачапи в Калифорнии. Ферма также известна как ветряная электростанция Мохаве и занимает площадь в 3200 акров.

Ветряная электростанция Альта поставляет возобновляемую энергию мощностью 1548 МВт в SCE (Южная Калифорния Эдисон) на протяжении более 25 лет и, по оценкам, к 2040 году достигнет 3000 МВт.Турбины были установлены на высоте от 3000 до 6000 футов над уровнем моря.

Sweetwater Windpower, США

Источник: BBC World Service / Flickr

Sweetwater Windpower – это 9 ^th крупнейшая ветряная электростанция в мире, расположенная в округе Нолан США. Он имеет 392 ветрогенератора GE, MHI и Siemens, которые вырабатывают около 585,3 МВт электроэнергии, поставляемой Austin Energy, CPS и другим.

Работающая с 2003 года, ферма является совместной собственностью Duke Energy и Infigen Energy и была построена в пять этапов, добавленных до 2007 года.

Ветряная электростанция Буффало Гэп, США

Ветряная электростанция Buffalo Gap – десятая по величине ветряная электростанция в мире, расположенная в Техасе. Ветроэлектростанция мощностью 524 МВт была построена в три этапа и использовала турбины мощностью 1,55 МВт GE с системой windCONTROL и 74 ветрогенератора Siemens. Функция windCONTROL позволяет регулировать напряжение и мощность в режиме реального времени, подавая реактивную мощность в сеть, когда это необходимо для стабилизации слабых сетей и регулирования напряжения системы.

Dogger Bank Wind Farms, Северное море

Установив прежние рекорды, крупнейшая в мире морская ветряная электростанция открывается в Доггер-банке в Северном море и начнет функционировать к 2023 году. В следующем году она начнет обслуживать не менее 16 000 британских домов.

Он построен как совместное предприятие между SSE и норвежской компанией Equinor. Он уникален тем, что использует турбины мощностью 12 МВт высотой 260 м, в отличие от традиционных турбин мощностью 8 МВт. Это значительно сократит эксплуатационные расходы этих ферм.

Ветряная электростанция Козерог-Ридж, Техас, США

В Техасе есть много примеров правильного использования ветрового потенциала штата. Ветряная электростанция Козерог-Ридж находится в округах Стерлинг и Кокс.

NextEra Energy Resources владеет техасской фермой. Это началось в 2008 году с инвестиций GE Energy Financial Services и JPMorgan Chase, которые заявили, что они инвестируют 225 млн долларов в Козерог-Ридж.

Ферма имеет 342 ветрогенератора GE 1,5 МВт и 65 Siemens 2.Ветровые турбины мощностью 3 МВт, общая мощность которых составляет 662,5 МВт, что позволяет легко обслуживать до 220 000 домашних хозяйств.

Walney Extension Оффшорная ветровая электростанция, Великобритания

Морская ветроэлектростанция Walney Extension расположена в Ирландском море, в 19 км от берега острова Уолни, Камбрия.

Он частично принадлежит и управляется Ørsted, с датскими пенсионными фондами PKA и PFA, совместно владеющими 50%. Проект запущен в сентябре 2018 года.

У него 40 ветряных турбин MHI Vestas 8 МВт и 47 ветрогенераторов Siemens Gamesa 7 МВт общей мощностью 659 МВт, что достаточно для питания 600 000 домов в Великобритании. Электричество передается с использованием двух 4000-тонных морских подстанций.

,

Строительство ветропарков | Веб-сайт о строительстве ветряных электростанций: не только возведении турбины, но и балансе завода – подъездных путей, подкрановых площадок, фундаментов турбины, сети сбора электроэнергии, подстанции, метеорологической мачты и экономики, стоящей за ней.

Повреждения лопаток ветровых турбин. Б.Ф. Соренсен, Э. Йоргенсен, С.П. Дебель, Х.М. Дженсен, Т.К. Якобсен, К. Холлинг и др., Улучшенная конструкция большой лопасти ветротурбины из волокнистых композитов на основе исследований масштабных эффектов (фаза 1). отчет.

Лопасти ветряных турбин редко подвергаются катастрофическим сбоям, хотя на YouTube можно найти несколько видеороликов, в которых лопасти разлетаются или распадаются на части.

Они, однако, подвержены ряду проблем, таких как трещины, отслоение различных слоев, внутреннее расслаивание и т. Д. ветровая электростанция.

Такие проблемы напрямую влияют на прибыльность предприятия и могут быть чрезвычайно дорогостоящими для устранения.

Некоторые проблемы можно устранить, оставив лезвие прикрепленным к ротору. Однако не все проблемы могут быть решены без демонтажа лопасти, и плата, связанная с кранами, необходимыми для демонтажа, может быть очень высокой.

В худшем случае потребуется замена лезвия, и стоимость транспортировки увеличится.

Определенное количество отказов связано с ошибкой конструкции (недостаточная прочность материала при усталости или экстремальных нагрузках) или производственными проблемами.

Однако подавляющее большинство проблем, по-видимому, связано с экстремальной погодой – в основном сильными ветрами, грозой (включая удары молнии), льдом, загрязнителями и т. Д.

Эффект накопления льда особенно опасен в случае асимметричного накопления, поскольку это может создать несбалансированные нагрузки в роторе.

Загрязнители, обычно в форме частиц в воздухе (например, песка), могут сократить срок службы лезвий, ускоряя эрозию поверхностного слоя.Гелевое покрытие обычно покрывает внешнюю поверхность лезвия, чтобы защитить его от ультрафиолетовой деградации, воды и т. Д.

Поэтому эрозия внешнего слоя может иметь два воздействия: снизить эффективность лезвия (это будет иметь прямое влияние на энергию производство, и в конечном итоге на деньги) и ускорение деградации лезвия.

Некоторые участки лезвий более подвержены повреждениям: острие, корень и суставы накапливают большинство зарегистрированных повреждений. Распределение отказов имеет, однако, типичную закономерность: эрозия более частая на конце вершины (из-за более высокой локальной скорости), в то время как трещины более часты к корню.

Трещины лопастей и области эрозии. Чжан Х., 2016. Снижение неопределенности в осмотре состояния лопаток ветротурбин с помощью методов обработки изображений. Университет штата Айова, Эймс, Айова

Для обнаружения и мониторинга ущерба было разработано множество методов. Существует консенсус по поводу того, что раннее обнаружение проблемы означает, как правило, более низкие затраты на техническое обслуживание.

«Идеальный», идеальный метод должен уметь оценивать полную шкалу лезвия без контакта, обеспечивая непрерывный удаленный мониторинг.

К сожалению, таких методов еще не существует. Среди наиболее перспективных методов стоит упомянуть:

Использование датчиков деформации , либо встроенных в лезвие, либо на поверхность. Это тот же тип оптоволокна, который называется «волоконные брэгговские решетки» (FBG), который я описал в другом посте. Поскольку каждый датчик измеряет только прямое и сдвиговое напряжение только в одной точке лопастей, потребуется много датчиков, чтобы получить полную картину. Другая проблема заключается в том, что датчик может давать «ложноположительный» результат, если он выходит из строя из-за ползучести, усталости и т. Д.

Измерение акустической эмиссии лезвия – еще один чрезвычайно интересный метод поиска повреждений. К сожалению, это сложная система, которая требует большого количества датчиков и физического контакта с лопастью многих датчиков – чего-то, чего может быть трудно достичь в действующих ветряных электростанциях. Датчики работают в расширенном частотном диапазоне (от 50 кГц до 1 МГц) и, как и в случае с датчиком деформации, используются не только для лопастей, но и для других компонентов (коробки передач, подшипников и т. Д.).)

Ультразвук является чрезвычайно распространенным неразрушающим методом, который в основном анализирует ультразвуковые волны, отражаемые различными слоями материалов и неоднородностями в материалах. Основная проблема ультразвукового обнаружения заключается в том, что обычно требуется физический контакт с поверхностью. Кроме того, обычно это занимает много времени (и может быть трудно обработать сигнал). Однако он может быть чрезвычайно полезен для глубокого анализа положения лезвия.

Термография – это метод, в котором для оценки распределения температуры используются инфракрасные камеры. Если в конструкции имеется дефект, поток тепла будет нарушен, что приведет к градиентам температуры. Термография бывает двух типов: пассивная (сделанная из земли с использованием «естественной» температуры) и активная (нагрев поверхности).

Последний метод, и, возможно, один из самых многообещающих, обеспечивающих быстрое развитие вычислительных мощностей компьютеров, – это Machine Vision .Одна или несколько камер используются для захвата изображений лопаток, которые впоследствии анализируются с помощью алгоритмов обработки изображений.

Существует несколько интересных исследований по машинному обучению – в основном используются два набора изображений: один из блейдов с известными сбоями, а другой – без проблем, чтобы «обучить» алгоритм обнаружению проблем.

.