Как работает ветряная электростанция: Моя Энергия: Как работает ветряная электростанция

Содержание

особенности, цена, преимущества и недостатки.| UA Energy

К сожалению, ископаемое топливо не безгранично. С каждым годом запасов становится все меньше. Чтобы не наступил момент полного истощение ресурсов человечество дошло до альтернативной энергетики. Другими словами, теперь человек может получать электричество из энергии солнца, ветра, воды. В этой статье мы рассмотрим что такое ветряная электростанция и как она работает, какие типы ВЭС существуют, разберем все их достоинства и недостатки. Кроме того мы приведем примеры известных мировых и украинских производителей ветряков, которые можно найти на рынке.

Принцип работы ветровой электростанции

Вне зависимости от типа электростанции, ее принцип работы заключается в одном: поток ветра определенной силы раскручивает лопасти ветрогенератора.

Буквально происходит следующее — подвижная часть вращается, передавая это же вращение непосредственно на генератор. Благодаря этому в системе и образуется электропоток. 

Далее он заряжает установленные аккумуляторы, которые подключены к инверторам. Они, в свою очередь преобразовывают полученный ток в обычное напряжение, которое необходимо для питания приборов, оборудования и техники. Для получения большего объема мощности отдельные ветрогенераторы соединяют в сеть, образуя при этом ветровую электростанцию.

Если же разделить ВЭС на два основных типа, то они бывают роторными и крыльчатыми. Первые оснащены вертикальной осью вращения, за счет чего более удобные в работе, малошумные и не привязаны к направлению ветра. Но, в свою очередь, роторные станции считаются менее эффективными и производительными и чаще всего устанавливаются на мелких, частных станциях.

Для выработки энергии в больших, промышленных масштабах, используют крыльчатые установки. Однако же в обслуживании и монтаже куда сложнее. Крыльчатые ветряки важно располагать в правильно направлении ветра для получения большей производительности.

Уcтpoйcтвo и виды вeтpoвых элeктpocтaнций

ВЭС вырабатывает электроток благодаря энергии ветра. Промышленные и крупные ветровые станции состоят из нескольких больших ветряков, которые соединены в одну сеть. Их мощности хватает для обеспечения электричеством сел, поселков и городов. Мелкие станции вырабатывают меньше мощности, но даже ее может хватить на удовлетворение энергопотребности небольшого массива. 

По функциональности ветровые электростанции можно разделить на:

  • стационарные;
  • мобильные.

В зависимости от расположения ВЭС бывают:

  • наземные;
  • прибрежные;
  • плавающие;
  • офшорные.

Также станции можно разделить по типу конструкции:

  • роторные;
  • крыльчатые.

Преимущества и недостатки ВЭС

Самым основным достоинством ветровой станции является независимость от ископаемого топлива. Для работы и генерации электричества ВЭС использую полностью бесплатный источник — ветер. К тому же, ветропарк не наносит природе никакого урона, как, например, гидроэлектростанции. То есть, можно сказать, что ВЭС — экологически чистая и безвредная методика получения энергии.

Однако можно выделить и некоторые недостатки, среди которых основным можно выделить высокую стоимость оборудования. В результате это влияет и на цену конечного продукта — ветровой энергии. Говоря о финансовой стороне стоит упомянуть долгую и практически отсутствующую окупаемость оборудования. Кроме того для сбережения энергии также требуется большое количество аккумуляторов, поскольку ветер не всегда есть, что провоцирует перебои в генерации. Среди минусов можно также назвать высокий шум от работы ветряков и низкий уровень КПД, который практически невозможно увеличить.  

Вeдyщиe мировые производители 

Поскольку рынок альтернативной энергетики непрестанно растет и развивается, существует огромное количество компаний, специализирующихся на строительстве ветрогенераторов. Среди большого количества компаний мы выделили пятерку самый популярных и надежных.

Датская компания Vestas

Предприятие Vestas Wind Systems A/S одним из первых начало производство, установку и обслуживание ветрогенераторов еще в 1986 году. С тех пор она добилась колоссальных успехов в отрасли альтернативной энергетики. Vestas являются одним из самых крупных застройщиков ветроэлектростанций. На счету предприятия около 10 тысяч МВт мощности со всех произведенных единиц.

Немецкое производство Nordex

Компания была основана в 1985 году, еще до того как в первой половине 90-х годов увеличился спрос на ветряные турбины в мире. С самого начала Nordex сосредоточились на больших и мощных турбинах. Всего за два года, в 1995, компания установила самую большую в мире ветряную турбину N54 на 1000 кВт.

С серийно выпускаемыми мульти-мегаваттными ветряными турбинами Generation Gamma, компания может предложить высокоэффективные ветряные турбины для наземного использования. С 2013 года Nordex выпускает Delta Generation для сильных, средних и слабых ветров.

Немцы Superwind

Компания Superwind GmbH была основана в 2004 году после четырех лет успешных исследований, проектирования и испытаний. Ветрогенераторы предприятия запатентованы в мире микротурбин. С тех пор тысячи коммерческих турбин Superwind 350 и Superwind 1250 обеспечивали бесшумную и надежную генерацию электричества от ветра как на суше, так и на воде. Superwind GmbH является частной компанией, управляемой основателями Клаусом Кригером и Мартином ван Эгереном. Компания не стремится продавать акции или искать инвесторов.

Она просто разрабатывает, проектирует и производит свою продукцию наивысшего качества, чтобы удовлетворить потребности клиентов. Компания тесно сотрудничает с системными интеграторами и высококвалифицированными дистрибьюторами по всему миру.

Испанская компания Ecotecnia

Ecotècnia была производителем и установщиком ветряных турбин, основанным в 1981 году с главным офисом в Барселоне. Первым ветрогенератором компании была установка мощностью 30 кВт, разработанная в 1984 году при финансовой поддержке Министерства науки Испании. Со временем и активным развитием компания увеличила выходную мощность своей ветряной турбины до 1,67 МВт. А к 2007 году Ecotècnia установила ветряные электростанции с общей мощностью более 1 ГВт. Основным продуктом, которые завоевал весь мир, является морская ветряная турбина Haliade мощностью 6 МВт, одна из самых мощных турбин на Земле.

Французское предприятие Vergnet

Компания Vergnet, основанная в 1989 году, обладает более чем 25-летним опытом инженерного совершенства. Главный офис находится в Орлеане, Франция. В штате компании числится 166 сотрудников в 10 офисах по всему миру, работающих в более чем 40 странах. На сегодняшний день Vergnet установили более 900 ветровых турбин, выполнили более 45 МВт солнечных проектов и разработали ряд уникальных гибридных энергетических решений, включая первый в своем роде Hybrid Wizard™. Всемирная ветроэнергетическая ассоциация (WWEA) вручила Vergnet престижную премию World Wind Energy Award 2013, ежегодно присуждаемую отдельным лицам и организациям, которые внесли огромный вклад в использование энергии ветра во всем мире.

Украинские производители ветровых турбин

Украинское производство еще не настолько развито, чтобы конкурировать с иностранными компаниями. Однако одно из самых крупных производств ветряных мельниц не для промышленного использования принадлежит предприятию FLAMINGO AERO. Мощность из ветрогенераторов варьируется от 0,8 до 20 кВт. 

Также стоит выделить фирму Winder, которая уже на протяжении 14 лет обеспечивает ветряными генераторами частные дома и небольшие предприятия.

Но несомненным лидером украинского рынка смело можно назвать «Фурлендер Виндтехнолоджи». Они первые и единственные на территории стран постсоветского пространства, кто производит ветрогенераторы мультимегаватного класса. 

Самая большая электростанция

Самый крупный по габаритам и производимой мощности ветрогенератор в мире считается Энеркон Е-126 (Enercon E-126).

Производитель гиганта — немецкая компания, специализирующаяся на проектировании, строительстве и монтаже ветровых электростанций. Первый такой ветряк был установлен еще в 2007 году в немецком городе Эмден. Тогда его мощность составляла 6 МВт. Позже, в 2009 году, провели модернизацию турбины, увеличив мощность до 7,58 МВт. Отметим, что какой бы ни был надежный ветрогенератор, его мощность все равно колеблется в зависимости от погодных условий.

Но что остается неизменным, так потрясающие размеры. Ветряк имеет высоту основной колонны в 135 метров, а диаметр подвижного ротора равен 127 метрам. То есть, если лопасть поднимается вверх, общая высота сооружения достигает 198 метров. А вес ветряка равен 6000 тоннам.

На фото ниже мы покажем размеры этого гиганта. На первой картинке может показаться, что лопасть ветряка просто огромна, однако это только ее половина. 

На втором фото представлена целая лопасть Энеркона. 

Также представлены фото, где ветряк можно сравнить с другими вещами, привычного нам размера.

Oбзop пoпyляpных моделей мировых производителей

Датская компания Vestas выпускает ветротурбину V112. Отличительной особенностью этой модели является то, что предприятие производит как морскую турбину, которую можно размещать на шельфовой зоне, так и береговую. Представляют собой турбины Vestas огромные промышленные ветряки, у которых диаметр ротора равен 112 метрам, а номинальная мощность — 3000 кВт. Ветряк функционирует на разной скорости ветра — от 4 до 23 м/с. Шесть таких ветряков были установлены в 2017 году во Львовской области, на ВЭС “Старый Самбор-2”.

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.

Принцип действия и устройство ветрогенератора (общие понятия)

В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом.

Сила ветра приводит в движение лопасти, которые через специальный привод заставляют вращаться ротор. Благодаря наличию статорной обмотки, механическая энергия превращается в электрический ток. Аэродинамические особенности винтов позволяют быстро крутить турбину генератора.

Принцип работы

Дальше сила вращения преобразуются в электричество, которое аккумулируется в батарее. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее крутятся лопасти, производя больше энергии. Поскольку работа ветрогенератора основана на максимальном использовании альтернативного источника энергии, одна сторона лопастей имеет закругленную форму, вторая – относительно ровная. Когда воздушный поток проходит по закругленной стороне, создается участок вакуума. Это засасывает лопасть, уводя её в сторону. При этом создается энергия, которая и заставляет раскручиваться лопасти.

Схема работы ветрогенератора: показан принцип преобразования энергии ветра и действия внутренних механизмов

Во время своих поворотов винты также вращают ось, соединённую с генераторным ротором. Когда двенадцать магнитиков, закреплённых на роторе, вращаются в статоре, создаётся переменный электрический ток, имеющий такую же частоту, как и в обычных комнатных розетках. Это основной принцип того, как работает ветрогенератор. Переменный ток легко вырабатывать и передавать на большие расстояния, но невозможно аккумулировать.

Принципиальная схема ветрогенератора

Для этого его нужно преобразовать в постоянный ток. Такую работу выполняет электронная цепь внутри турбины. Чтобы получить большое количество электроэнергии, изготавливаются промышленные установки. Ветровой парк обычно состоит из нескольких десятков установок. Благодаря использованию такого устройства дома, можно получить существенное снижение расходов на электроэнергию. Принцип действия ветрогенераторов позволяет применять их в таких вариантах:

  • для автономной работы;
  • параллельно с резервным аккумулятором;
  • вместе с солнечными батареями;
  • параллельно с дизельным или бензиновым генератором.

Если поток воздуха движется со скоростью 45 км/час, турбина вырабатывает 400 Вт электроэнергии. Этого хватает для освещения дачного участка. Данную мощность можно накапливать, собирая её в аккумуляторе.

Специальное устройство управляет зарядкой аккумуляторной батареи. По мере уменьшения заряда вращение лопастей замедляется. При полной разрядке батареи лопасти снова начинают вращаться. Таким способом зарядка поддерживается на определённом уровне. Чем сильнее воздушный поток, тем больше электроэнергии может произвести турбина.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

  • установка экологически чистая;
  • отсутствует потребность её заправки топливом;
  • не накапливаются какие-либо отходы;
  • устройство работает очень тихо;
  • имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Увеличение мощности установки

Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик. Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока. Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных. На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.

Увеличить мощность ветроустановки можно с помощью системы резервирования электроэнергии на базе аккумуляторных батарей.

Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.

Для трехфазных схемы электропитания необходимо установить по инвертору на каждую фазу.

Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем. При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.

Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора

Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем. Соответственно, скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.

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.

Сейчас большое распространение получили коммерческие ветровые установки. Получаемая с их помощью электроэнергия продается различным предприятиям, испытывающим недостаток в энергоснабжении. Обычно такие электростанции состоят из нескольких ветрогенераторов различной мощности. Вырабатываемое ими переменное напряжение в 380 вольт подается непосредственно в электросеть предприятия. Кроме того, ветрогенераторы могут использоваться для зарядки большого числа аккумуляторных батарей, с которых потом преобразованная в переменное напряжение энергия также подается в электрическую сеть.

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.

Работа мечты: обслуживание ветровых установок. | Статьи

28 мая 2019

Сейчас 11 утра в Ноймаркте-ин-дер-Оберпфальц, Бавария, Германия. Михаэль Кёрнер и Тимо Холуб вернулись в штаб-квартиру Max Bogl, одной из крупнейших частных строительных компаний Германии. Они вернулись из Урсенсоллена, города в 30 километрах, где сегодня утром проводили техническое обслуживание ветровых установок. Сегодня они работали рядом с офисом и поэтому смогли найти время, чтобы поговорить с Petzl о своей профессии.

Большую часть времени они проводят, путешествуя по Германии, обследуя ветряные установки высотой до 143 метров (следят за тем, чтобы они находились в хорошем рабочем состоянии).

 

Михаэль, Тимо, в чем именно заключается ваша работа?

Михаэль: мы исправляем небольшие проблемы, такие как износ на гибридной или стальной башне. «Max Bogl Hybrid Tower» – это новейшая конструкция ветровой турбины, в которой нижняя часть выполнена из бетона, а верхняя – из стали. Наша работа довольно разнообразна. Мы работаем с бетоном, с металлом, проводим измерения… Сегодня, например, вместо того чтобы работать на высоте, мы были под землей. Проводили техническое обслуживание фундамента ветряной турбины.

Тимо: мы также занимаемся настройкой гибридных башен после их установки.

Означает ли это, что вы не принимаете участия в непосредственном строительстве башни?

Михаэль: нет, мы подключаемся к процессу сразу после строительства. Прежде чем стать техниками по обслуживанию ветровых башен, мы занимались их сборкой. Я, например, провел полтора года, собирая гибридные башни. Сегодня наша работа намного разнообразнее: мы работаем высоко над землей, под землей, внутри башни, снаружи, и даже за ее пределами.

Как вы решили стать специалистами по обслуживанию ветровых установок?

Михаэль: это был логичный шаг после работы в качестве сборщиков. Мы хорошо выполняли свою работу и знали все тонкости различных типов башен. Нам предложили работу в качестве специалистов по канатному доступу, и теперь мы занимаемся техническим обслуживанием ветровых установок и их компонентов.

Тимо: мы проходили специальное обучение для этой новой работы. По собственной инициативе прошли курс по веревочному доступу (1 уровень FISAT), а следующей весной пройдем курс 2 уровня. Это должно дать нам возможность выполнять еще более сложные работы по канатному доступу.

Сколько специалистов по обслуживанию ветровых установок работает в Max Bogl?

Тимо: в это трудно поверить, но в компании с 6000 сотрудников, нас – всего двое. Примерно пять лет назад компания Max Bogl начала свою деятельность в неизвестном мире строительства ветряных турбин, и в то время наши рабочие места были еще менее четко определены. В 2014 году было построено около 300 гибридных башен, в 2015 году — около 400 башен, а в 2016 году их число должно увеличиться*. Max Bogl самостоятельно управляет небольшой частью этих установок, а это значит, что компании также нужны специалисты по техническому обслуживанию. Часто заключаются контракты с внешними поставщиками услуг для выполнения работ на высоте.

* Интервью брали в 2016 году – прим. ред.

Какой ваш распорядок дня на работе?

Михаэль: В основном мы работаем командой из двух человек. У нас есть фургон (мастерская на колесах, если хотите), в котором есть все, что требуется для работы. На нем мы путешествуем от одной ветроэлектростанции до другой по всей стране, по четыре-пять дней в неделю. Мы редко знаем расписание поездок дальше, чем на неделю вперед. Наш график очень гибкий и часто меняется. Это возлагает серьезную ответственность на наши плечи, и требует большого доверия со стороны руководства.

Вы когда-нибудь попадали в действительно опасные ситуации?

Тимо: нет, на самом деле нет. Соблюдение правил техники безопасности является первоочередной задачей. А мы прошли в этой области специальное обучение. Однажды на работе нас неожиданно застала гроза в то время, когда мы были высоко на башне. В такую погоду мы не должны там работать. Но внизу находился специальный человек, чьей задачей было не только подавать нам инструменты, но и следить за погодой. Так что мы спустились сразу же.

Михаэль: ветер играет значительную роль в нашей работе. Когда вы находитесь в 140 метрах над землей, башня установки может раскачиваться с амплитудой до одного метра. Мы сами несем ответственность за анализ рисков и принимаем решения по прекращению работы в определенных условиях.

Как вы думаете, вы могли бы заниматься этой работой на протяжении всей своей карьеры?

Михаэль: да, безусловно, это идеальная работа! Каждый случай индивидуальный, каждый день – новый вызов.

Тимо: если честно, скорее всего нет. С точки зрения физических нагрузок, это вполне выполнимо. Но постоянное путешествие по стране – это не то, что я мог бы делать вечно. Мы слишком мало времени проводим дома с нашими семьями.

Какая работа вам больше всего не понравилась?

Михаэль: работа утомительна и не приносит удовольствия, например, когда в башне сломался лифт. В таком случае добраться до верха установки, это значит подняться минимум 100 – 150 метров. За день приходится подниматься на 400 или даже 500 метров. А если забыть на земле что-то из инструмента, то день превращается в неожиданный сеанс в спортзале.

А какая самая приятная работа на сегодняшний день?

Тимо: хм, у нас было много замечательных дней на работе. Например, дни, когда туман расположен не слишком высоко от земли, а на высоте светит солнце. Поистине удивительный вид открывается в верхушки башни.

Михаэль: еще одна приятная часть работы – спуск вниз, для проверки вентиляционных отверстий башни. Висеть в воздухе и работать высоко над землей – это очень весело.

Спасибо за интервью!

 

Познакомимся поближе с сотрудниками компании.

Михаэль Кёрнер

Михаэль (27 лет) работает в Max Bogl техником по обслуживанию башен ветровых установок. Начал свою карьеру, занимаясь укладкой плитки. Так как он заядлый скалолаз, идея совместить работу и хобби пришлась ему по душе. Тогда он стал работать в Max Bogl на сборке башен ветровых установок. Он сам оплатил курс по веревочному доступу (FISAT, 1 уровень) и впервые начал заниматься работой на высоте. После полутора лет работы на сборке, его мечта стала реальностью: Тимо и Михаэль были первыми, кому предложили должности технических специалистов по обслуживанию башен в Max Bogl.

Тимо Холуб

Тимо (26 лет), как и Михаэль, является техническим специалистом по обслуживанию башен ветровых установок. Каменьщик по образованию, он начинал карьеру с арбористики. Специализировался на вырубке и вывозе опасных деревьев. К компании Max Bogl он присоединился примерно пять лет назад. Сначала он поработал в компании недолго, после чего отправился в путешествие на полтора года, гастролируя по всему миру. Во время поездки Тимо впервые открыл для себя Африку и вызвался добровольцем в детский дом в Танзании. Глубоко тронутый этим опытом, он создал в Германии некоммерческую организацию под названием «Lachende Kinder Tansania e.V» («Дети смеются в Танзании»), с которой он собирает пожертвования для детского дома. В течение последних двух лет он снова работает в Max Bogl, в дружной команде с Михаэлем.

Lachende Kinder Tansania e.V

Михаэль Вайксельгартнер, инженер по технике безопасности

Михаэль Вейксельгартнер (25 лет) — инженер по технике безопасности в Max Bogl, специализируется на ветровых установках. Во время учебы в университете он прошел дополнительные занятия по безопасности на рабочем месте. Сегодня он является руководителем отдела безопасности всех ветряных электростанций Max Bogl, проводя примерно 50% своего времени на строительных площадках по всей Германии, помогая руководителю проекта в вопросах, связанных с безопасностью, и обеспечивая соблюдение правил техники безопасности.

Он входит в команду из 16 инженеров в Max Bogl, чья роль заключается в обеспечении соблюдения на национальном уровне нормативных актов и соответствующих рекомендаций профессиональных ассоциаций. Для этого инженеры по безопасности оценивают риски для каждой должности, чтобы реализовать соответствующие меры защиты.

Например, чтобы попасть на территорию ветроэлектростанции, вам нужно надеть защитную обувь или ботинки, каску и жилет безопасности. Другие СИЗ, такие как средства защиты слуха, защиты глаз и защиты от падения, также должны использоваться в зависимости от производимых работ.


Интервью с Кнутом Фоппе, техническим представителем Petzl

Кнут Фоппе — инструктор и эксперт по технике спасательных работ при работах на высоте, а также технический представитель Petzl в Германии. Именно он разработал модель безопасности для гибридных ветрогенераторов Max Bogl.

Кнут, из чего состоит «модель безопасности ветропарка»?

Во-первых, я начинаю с определения и оценки рисков для заданной должности. Далее я работаю над процедурами безопасности, которые состоят из трех компонентов:

  • Выбор подходящего оборудования для работников, которые занимаются сборкой башен.
  • Обучение сборщиков технике защиты от падения.
  • Подготовка плана эвакуации и спасения на случай аварии.

Max Bogl была первой компанией, построившей гибридные ветрогенераторы. Это означает, что никаких специальных процедур безопасности не было. Я отвечал за разработку как программы обучения персонала, работающего на гибридных вышках, так и специальных спасательных процедур. Сегодня в Max Bogl работают 200 сборщиков, которые все обучены использованию средств индивидуальной защиты от падения и процедурам спасения. Большинство из них имеют строительное образование в области работы с бетоном или с железобетоном.

Что включают в себя конкретные процедуры при спасательных работах?

Чтобы построить гибридные башни, гигантские бетонные цилиндрические блоки укладывают друг на друга с помощью крана. Монтажники внутри башни следят за тем, чтобы каждый блок был точно выровнен с тем, что под ним. Для этого они стоят на рабочей площадке высоко внутри башни. Сама площадка установлена с помощью крана.

На определенных этапах сборки невозможно добраться до земли по лестнице. В случае поломки крана спасатели и пожарные не могут просто попасть на землю. По этой причине монтажники должны иметь возможность самостоятельно проводить спасательные операции и наземную эвакуацию.

Кроме того, вам нужен план и процедуры для спасения коллег, которые не могут самостоятельно эвакуироваться. Если кто-то получил травму или упал с рабочей платформы и повис на страховочной привязи или находится без сознания, его коллеги должны быть в состоянии спасти его и безопасно эвакуировать на землю. Каждая команда оснащена спасательным набором, в том числе полиспастом JAG SYSTEM.

Какое обучение проходят сборщики ветрогенераторов в Max Bogl?

Чтобы работать над сборкой башен ветряных турбин, они проходят двухдневную программу обучения со мной. Они учатся тому, как использовать средства индивидуальной защиты от падения, как спускаться по веревке и как спасти кого-то, кто не может эвакуироваться самостоятельно. Затем они должны проходить практический курс повышения квалификации (один день), один раз каждые 12 месяцев. Чтобы принять участие в начальной программе обучения, им необходимо предоставить медицинскую справку и пройти обучение по оказанию первой помощи.

Совместимы ли рентабельность и безопасность на таком рабочем месте?

Да, эти два понятия не обязательно несовместимы. Если вы сделаете безопасность приоритетом, вы можете работать экономически эффективным образом, включив в уравнение стоимость несчастных случаев. Это особенно относится к таким профессиям, как работа на высоте.

Важно понимать, что безопасность не должна рассматриваться как проблема. Для этого все решения и оборудование должны быть функциональными, компактными и удобными. Работникам нужно уметь использовать это снаряжение, особенно в стрессовой ситуации, эффективно и безопасно.

Ветровая электростанция: назначение и обслуживание

Ветряные генераторы предназначены для преобразования кинетической энергии движения воздушных масс в механическую работу генератора по выработке тока. Установки, объединенные в одну систему, образуют ветровую электростанцию.

Ветровая электростанция: назначение и устройство

Ветровая электростанция – это комплекс ветряных турбин, предназначенных для преобразования энергии движения ветряных масс в механическую работу генератора по выработке электрического тока.

Одна станция может включать в себя любое количество ветроэнергетических установок (ВЭУ). Самые крупные системы насчитывают сотни элементов.


Принцип работы каждой установки заключается в использовании кинетической энергии ветра для вращения подвижной части ветряка, соединенной с ротором генератора энергии. Находящийся внутри редуктор увеличивает скорость движения вала. Вследствие этой работы создается трехфазный переменный ток.

Для преобразования переменного тока в постоянный в конструкции предусмотрен контроллер. Постоянный ток заряжает аккумуляторные батареи, передающие ток на инвертор.

В инверторе постоянный ток снова преобразуется в переменный, но уже пригодный для использования в электроприборах. Его напряжение становится 220 В, а частота – 50 Гц.


Обслуживание ветровых установок

Ветряные электроустановки имеют в своей конструкции множество подвижных элементов, которые преждевременно изнашиваются в условиях высокого коэффициента трения и сильных нагрузок. Например, это вращающиеся валы, подшипники, планетарные шестерни.

Их диаметр может достигать нескольких метров, а по мере совершенствования узлов и повышения производительности станций он становится еще больше.

Для увеличения надежности и срока службы таких высоконагруженных механизмов, постоянное обслуживание которых осуществлять достаточно затруднительно, применяют антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY 1003, которое не нуждается в обновлении на протяжении всего срока функционирования ВЭУ.


Оно образует на поверхности деталей устойчивый сухой слой, который обеспечивает кардинальное снижение трения сопряженных элементов и увеличение их ресурса. Благодаря этому установки работают дольше, а риск их отказов практически сводится к нулю.

На корпусе ветряного генератора устанавливаются площадки, на которых работает персонал в случае возникновения поломок оборудования. Зачастую устанавливается и поле для посадки вертолетов, так как мачта турбин может составлять сотни метров в высоту, а удаленность от поселений – сотни километров.

Ремонт может понадобиться в случае повреждения тормоза, ударов молнии, обледенения лопастей и других непредвиденных ситуаций. К тому же необходимо проводить периодический профилактический осмотр оборудования.


Ветряной генератор: основные виды

Есть большое количество классификаций, по которым разделяются ветроэнергетические станции. Наиболее распространенными являются географическое положение и конструкция подвижной части установки.

По расположению выделяют наземные, горные, прибрежные и шельфовые электростанции. В этих местах скорость ветра достигает максимальных значений, что позволяет повышать мощность генераторов.

По виду подвижной части выделяют крыльчатые и роторные аппараты. Первые состоят из лопастей, от их количества зависит мощность установки: чем меньше элементов, тем производительнее работает станция. Они вращаются по горизонтальной оси.


Вторые установки вращаются по вертикальной оси, что позволяет им эффективно работать при низких скоростях ветра без высокого уровня шума.

Морской ветер обеспечит Европу энергией

Морские ветрогенераторы должны производить четверть европейской электроэнергии к 2050 году. Значит, появятся новые заводы, портовая инфраструктура и рабочие места в прибрежных регионах и не только.

Турбины для голландцев

Морская ветроэнергетика превосходит по потенциалу ископаемое топливо, предлагая чистую и более доступную энергию из возобновляемого источника. Европа готовится к пуску нескольких крупных зеленых энергообъектов. Среди них — ветряная электростанция Borssele 1 & 2 в Северном море, в 22 километрах от побережья Нидерландов.

Стивен Энгельс, генеральный менеджер группы Ørsted, ведущей строительство, рассказывает и показывает: «Вы можете сами оценить масштаб, площадка очень велика, мы с вами стоим под уже работающей турбиной, она просто гигантская».

94 турбины крепят к морскому дну на глубине от 14 до 40 метров. Это крупнейшая морская ветряная станция в Нидерландах.

Руководитель строительного проекта Клаасяп Буис поясняет: «Этот кабель проложен по морскому дну. Он проводится в основание будущей вышки, фиксируется там, внизу, и позже будет подключен к распределительному щиту. Выше мы закрепим башню с турбиной, и установка будет готова».

Эта ветряная электростанция обеспечит электроэнергией миллион голландских семей. А еще — прибрежные предприятия, например, новый электролизный завод для производства экологически чистого водорода.

«Детальный план производства водорода уже готов. Всё продумано, осталось только запуститься», — комментирует Стивен Энгельс.

ЕС задает направление

При всём размахе сегодняшних проектов — они лишь капля в море по сравнению с масштабами завтрашнего дня. Вектор развития задан в новой «Стратегии ЕС в области морских возобновляемых источников энергии», которая ставит целью Евросоюза замещение импортных углеводородов, создание нового промышленного потенциала и «зеленых» рабочих мест. Ожидается, что через 30 лет более четверти европейской электроэнергии будет производиться в море: сегодня этот показатель составляет лишь 2%.

Инвестиции в развитие отрасли огромны. «Аполлон» — одно из недавно построенных монтажных судов. Оно перевозит компоненты турбин между портами и морскими ветряными электростанциями.

Команды в порту Остенде в Бельгии работают днем и ночью, семь дней в неделю, завершая очередную крупную ветряную станцию в 45 км от берега. Погрузить лопасти длиной 81 метр на судно нелегко — особенно в ветреную погоду. Георг Хорват, старший менеджер по строительству в группе Siemens Gamesa комментирует: «Прямо сейчас мы видим транспортировку одной лопасти типа B81 на причал для погрузки. Мы перевозим лопасти одну за другой и закрепляем на борту «Аполлона». Всю эту часть порта мы задействуем для предварительной сборки боле крупных комплектующих».

Некоторые новые порты сразу строятся с прицелом на обслуживание офшорных ветряных станций, другие, в частности, порт в Остенде, модернизируются.

«В большинстве портов, которые не строились специально для этих нужд, требуются вложения, денежные и временные. Это позволяет адаптировать их к нашим потребностям. Вот, например, рампа, которую мы задействуем при загрузке и отгрузке оборудования с судна — ее понадобилось укрепить, чтобы она смогла выдерживать большой груз наших комплектующих», — рассказывает Хорват.

Вся логистическая цепочка должна обеспечивать возможность транспортировки крупногабаритных деталей, которые изготавливаются в разных странах ЕС.

Ян Клас, старший менеджер проекта, Siemens Gamesa, предлагает представить масштабы сооружений: «А380», крупнейший в мире коммерческий авиалайнер, может пролететь между нашими лопастями, — уточняет он. — Площадь их вращения сопоставима с тремя футбольными полями Лиги чемпионов.

Ветряные турбины становятся все крупнее для удовлетворения растущего спроса на «зеленую» энергию. Это означает, что нанимаются специалисты, строятся заводы, создаются монтажные терминалы».

Стартапы вслед за гигантами

Технологические разработки ведутся главным образом промышленными гигантами. Однако и мелкие инновационные стартапы предлагают новые методы эксплуатации офшорных возобновляемых источников энергии. Такие, как этот прототип: здесь солнечные батареи дополнены вертикальными осевыми ветряными турбинами. Разработка профинансирована ЕС. Эти энергетические понтоны могут быть размещены в море, например, для нужд опреснения воды в развивающихся странах и на малых островах.

Ивон Тиммерман, менеджер проекта и соучредитель группы Blue Power Synergy поясняет: «На такую продукцию большой спрос. Нужно понимать, что развивающиеся страны, например,— это миллиардный рынок, пресная вода — тоже миллиардный… Они активно расширяются и там нужны новые решения».

По мнению экспертов, оптимизация планирования поможет улучшить экономические показатели сектора офшорных возобновляемых источников энергии. Будущий ветропарк Kriegers Flak расположен на шельфе между Данией и Германией. Его подключают к электросетям обеих стран, что позволит поставлять энергию туда, где спрос и цена выше.

Некоторые затраты могут быть снижены благодаря новым технологиям — таким, как плавучие ветряки. А испанские разработчики испытали телескопические башни, которые монтируются без тяжеловесных судов, позволяя сократить расходы на треть.

«Зеленые» вакансии

В секторе ветряных турбин сегодня заняты 62 тысячи европейцев, спрос на квалифицированных специалистов растет, особенно в прибрежных районах. Завод LM Wind Power в Шербуре производит самые большие в мире лопасти для ветряных турбин, они достигают 107 метров в длину.

Директор Эрик Пёти поясняет: «Наш завод расположен прямо рядом с портом — это удобно, лопасти легко грузить на судно и доставлять на близлежащие ветряные электростанции. У нас работает около 400 сотрудников, и в наших планах — выход через год на ежемесячное производство четырёх лопастей».

Предприятие нанимает на работу сотни новых сотрудников. Предыдущий опыт работы неважен — обучение можно пройти на месте.

Ариан Мера готовит кадры. Она рассказывает: «Нужно активнее обучать людей, у нас не хватает кадров на производстве. Длина нашей лопасти — 107 метров, ее сборка требует одновременной командной работы. В секторе ветряной энергии очень много вакансий: нам нужны операторы производства, специалисты по контролю качества, у нас есть вакансии в логистическом отделе, в отделе техподдержки».

Компания недавно получила сертификат на коммерческое использование своей турбины мощностью 12 МВт. Теперь ей необходимо наладить массовый выпуск лопастей.

Директор по персоналу завода Флоренс Мартинес-Флорес уточняет: «Это растущий сектор. Запуск объекта в Шербуре привел к созданию более 550 прямых рабочих мест на заводе и 2000 сопутствующих рабочих мест в нормандском регионе».

Массивное расширение офшорного ветроэнергетического сектора имеет свою цену: по расчетам Еврокомиссии, до 2050 года потребуется 800 миллиардов евро инвестиций, в основном от частных компаний. Глоток свежего воздуха для восстановления экономики после пандемии и попутный ветер для перехода Европы к чистой и устойчивой энергетике.

Плавучие ветряные электростанции расширят горизонты добычи альтернативной энергии

Сегодня компания General Electric поделилась некоторыми новыми деталями концепции плавучих ветряных электростанций. Она надеется решить ключевые проблемы этого типа источников энергии с помощью передовых средств управления турбинами, которые она разрабатывает совместно с Glosten, которая в начале этого года анонсировали самую высокую в мире ветряную электростанцию, пусть и стационарную.

GE получила $3 миллиона от Министерства энергетики США в поддержку двухлетнего проекта, который стартовал в прошлом году. Если компания с помощью моделирования и симуляции сможет доказать работоспособность своего изобретения плавучего ветряка, она сможет вместе с партнёрами приступить к созданию прототипа. Сегодня GE раскрыла некоторые подробности о своей плавучей ветряной электростанции. Главная трудность в реализации проекта состоит в том, чтобы не позволить ветряной турбине опрокидываться.

На данном этапе компания работает над объединением 12-МВт турбины и плавучей платформы с автоматизированными средствами управления. Если эти меры будут успешными, плавучая электростанция сможет автоматически стабилизировать себя, не опрокидываясь даже в сильный шторм. Учитывая высокую мощность и компактную платформу, плавучая электростанция нового типа сможет стать более экономически выгодной, чем существующие стационарные образцы.

Чтобы решить проблему, GE планирует уменьшить массу платформы для новой станции на треть, по сравнению с существующими конструкциями, что приведёт к заметному сокращению затрат энергии. Компания использует так называемую «платформу с натяжными опорами», которая будет крепиться к морскому дну посредством регулируемых тросов. Новая технология сможет анализировать волны и порывы ветра в реальном времени и регулировать длину тросов, чтобы обеспечить плавность передвижения платформы по волнам. Стоит отметить, что полноразмерные ветряные электростанции ещё никогда не монтировались на платформах такого типа.

Специалисты отмечают, что плавучие ветряные электростанции существенно превосходят жёстко прикреплённые к морскому дну ветряки. К тому же, они могут располагаться гораздо дальше от берега, не влияют на рельеф дна и не мешают рыболовству, а также не нарушают привычный образ жизни морских птиц.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

США планируют ветряную электростанцию у берегов Нью-Джерси

Администрация Джо Байдена начала процедуру одобрения строительства крупной ветряной электростанции у побережья штата Нью-Джерси.

Строительство является частью усилий по выработке электроэнергии, которой будут снабжаться более 10 миллионов жилых домов по всей стране к 2030 году.

Белый дом сообщил, что достижение этой цели означает обеспечение занятости для более 44 тысяч работников и еще 33 тысяч человек в смежных отраслях.

Появление электростанции также поможет сократить углеродные выбросы в размере 78 миллионов тонн в год, что является ключевым шагом в борьбе администрации с глобальным потеплением.

«Президент Джо Байден считает, что перед нами открывается огромная возможность не только противостоять угрозам изменения климата, но и использовать эту ситуацию как шанс для создания миллионов хорошо оплачиваемых рабочих мест, которые будут способствовать экономическому восстановлению Америки», – заявила советник Белого дома по вопросам климата Джина Маккарти.

Администрация заявила о намерении подготовить официальный экологический анализ проекта «Океанский ветер» (Ocean Wind) у берегов Нью-Джерси. В случае реализации проекта, он может стать третьей по масштабу коммерческой ветряной электростанцией в США.

Бюро по управлению океанической энергетикой при министерстве внутренних дел США заявило, что оно нацелено на реализацию проектов по использованию морского ветра на мелководье между Лонг-Айлендом и побережьем Нью-Джерси.

Недавнее исследование показало, что этот район может поддержать создание до 25 тысяч рабочих мест в области развития и строительства к 2030 году, сообщили в министерстве.

Планируется, что электростанция «Океанский ветер», расположенная в 24 километрах от Нью-Джерси, после ее введения в эксплуатацию в 2024 году будет производить около 1100 мегаватт в год, чего будет достаточно для снабжения электроэнергией 500 тысяч домов.

Министерство ранее объявило о проведении экологического анализа проектов ветряных электростанций «Виноградниковый ветер» (Vineyard Wind) в Массачусетсе и «Южная вилка» (South Fork) примерно в 56 километрах от Монтока на Лонг-Айленде в штате Нью-Йорк.

Ожидается, что первая будет производить около 800 мегаватт электроэнергии, а вторая – около 132 мегаватт.

Несмотря на огромный интерес к морской ветряной энергетике, она все еще находится в зачаточном состоянии в США, значительно уступая по уровню развития европейской.

Небольшая ветряная электростанция работает у острова Блока в водах, контролируемых штатом Род-Айленд. Еще одна небольшая ветряная электростанция работает у побережья Вирджинии.

Три упомянутых крупных проекта, которые находятся в стадии разработки, принадлежат европейским компаниям или их дочерним структурам.

Однако не все рады развитию морской ветряной энергетики. Рыболовецкие организации от штата Мэн до Флориды выразили опасения, что крупные морские ветряные электростанции могут сделать огромные океанские акватории недоступными для их деятельности.

Как работает ветряная турбина

От огромных ветряных электростанций, вырабатывающих электроэнергию, до небольших турбин, питающих один дом, ветряные турбины по всему миру производят чистую электроэнергию для различных энергетических нужд.

В Соединенных Штатах ветряные турбины становятся обычным явлением. С начала века общая мощность ветроэнергетики в США увеличилась более чем в 24 раза. В настоящее время в США достаточно ветроэнергетических мощностей для выработки электроэнергии, достаточной для питания более 15 миллионов домов, что помогает проложить путь к экологически чистой энергии будущего.

Что такое ветряная турбина?

Концепция использования энергии ветра для выработки механической энергии восходит к тысячелетиям. Еще в 5000 году до нашей эры египтяне использовали энергию ветра для передвижения лодок по реке Нил. Американские колонисты использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и распиловки древесины на лесопилках. Сегодняшние ветряные турбины — это современный эквивалент ветряной мельницы, преобразующий кинетическую энергию ветра в чистую возобновляемую электроэнергию.

Как работает ветряная турбина?

Большинство ветряных турбин состоит из трех лопастей, установленных на башне из стальных труб.Реже встречаются варианты с двумя лопастями, с бетонными или стальными решетчатыми башнями. На высоте 100 футов или более над землей башня позволяет турбине использовать преимущества более высоких скоростей ветра, обнаруживаемых на больших высотах.

Турбины улавливают энергию ветра с помощью лопастей, похожих на пропеллер, которые действуют как крыло самолета. Когда дует ветер, с одной стороны лезвия образуется карман с воздухом низкого давления. Затем воздушный карман низкого давления притягивает к себе лезвие, вызывая вращение ротора.Это называется лифтом. Сила подъемной силы намного сильнее, чем сила ветра на передней стороне лопасти, что называется сопротивлением. Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер.

Ряд шестерен увеличивают вращение ротора с примерно 18 оборотов в минуту до примерно 1800 оборотов в минуту — скорость, которая позволяет генератору турбины вырабатывать электричество переменного тока.

Обтекаемый корпус, называемый гондолой, содержит ключевые компоненты турбины — обычно включая шестерни, ротор и генератор — находятся внутри корпуса, называемого гондолой.Некоторые гондолы, расположенные на вершине турбинной башни, достаточно велики, чтобы на них мог приземлиться вертолет.

Еще одним ключевым компонентом является контроллер турбины, который не позволяет скорости ротора превышать 55 миль в час, чтобы избежать повреждения сильным ветром. Анемометр непрерывно измеряет скорость ветра и передает данные контроллеру. Тормоз, также расположенный в гондоле, останавливает ротор механически, электрически или гидравлически в аварийных ситуациях. Изучите интерактивный рисунок выше, чтобы узнать больше о механике ветряных турбин.

Типы ветряных турбин

Есть два основных типа ветряных турбин: с горизонтальной осью и с вертикальной осью.

Большинство ветряных турбин имеют горизонтальную ось: конструкция в виде пропеллера с лопастями, вращающимися вокруг горизонтальной оси. Турбины с горизонтальной осью расположены либо против ветра (ветер ударяет лопасти перед башней), либо по ветру (ветер бьет в башню перед лопастями). Турбины против ветра также включают в себя привод рыскания и двигатель — компоненты, которые поворачивают гондолу, чтобы ротор был обращен к ветру при изменении его направления.

Несмотря на то, что существует несколько производителей ветряных турбин с вертикальной осью, они не проникли на рынок коммунальных услуг (мощностью 100 кВт и более) в той же степени, что и турбины с горизонтальным доступом. Турбины с вертикальной осью делятся на две основные конструкции:

  • Drag-based или Savonius, турбины обычно имеют роторы с твердыми лопастями, которые вращаются вокруг вертикальной оси.
  • Лифтовые турбины, или турбины Дарье, имеют высокий вертикальный аэродинамический профиль (некоторые имеют форму взбивания яиц).Windspire — это тип лифтовой турбины, которая проходит независимые испытания в Национальном центре ветроэнергетики Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.
Применение ветряных турбин

Ветровые турбины используются в самых разных сферах — от использования прибрежных ветровых ресурсов до выработки электроэнергии для одного дома:

  • Большие ветряные турбины, чаще всего используемые коммунальными предприятиями для подачи энергии в сеть, варьируются от 100 киловатт до нескольких мегаватт.Эти турбины для коммунальных предприятий часто объединяются в ветряные электростанции для производства большого количества электроэнергии. Ветряные электростанции могут состоять из нескольких или сотен турбин, обеспечивающих мощность, достаточную для десятков тысяч домов.
  • Небольшие ветряные турбины мощностью до 100 киловатт обычно устанавливаются рядом с местами, где будет использоваться вырабатываемая электроэнергия, например, возле домов, телекоммуникационных тарелок или водонасосных станций. Небольшие турбины иногда подключаются к дизельным генераторам, батареям и фотоэлектрическим системам.Эти системы называются гибридными ветровыми системами и обычно используются в удаленных, автономных местах, где нет подключения к коммунальной сети.
  • Морские ветряные турбины используются во многих странах для использования энергии сильных, постоянных ветров, возникающих у береговых линий. Потенциал технических ресурсов ветров над прибрежными водами США достаточен для выработки более 4000 гигаватт электроэнергии, что примерно в четыре раза превышает генерирующие мощности нынешних США.электроэнергетическая система. Хотя не все эти ресурсы будут освоены, это дает большую возможность обеспечить энергией густонаселенные прибрежные города. Чтобы воспользоваться преимуществами огромных морских ветровых ресурсов Америки, Департамент инвестирует в три демонстрационных проекта оффшорной ветроэнергетики, предназначенных для развертывания морских ветровых систем в федеральных водах и водах штата к 2017 году.
Будущее ветряных турбин

Для обеспечения будущего роста США ветроэнергетика, ветровая программа Министерства энергетики работает с отраслевыми партнерами, чтобы повысить надежность и эффективность ветряных турбин, а также снизить затраты.Исследования программы помогли увеличить средний коэффициент использования мощности (показатель производительности электростанции) с 22 процентов для ветряных турбин, установленных до 1998 года, до более чем 32 процентов для турбин, установленных в период с 2006 по 2012 годы. от 55 центов за киловатт-час (кВтч) в 1980 году до менее 6 центов за киловатт-час сегодня в районах с хорошими ветровыми ресурсами.

Ветряные турбины предлагают уникальную возможность использовать энергию в регионах, где население нашей страны нуждается в ней больше всего.Это включает в себя потенциал оффшорного ветра для обеспечения энергией населенных пунктов вблизи береговой линии и способность наземного ветра доставлять электроэнергию в сельские общины с несколькими другими местными источниками энергии с низким содержанием углерода.

Министерство энергетики продолжает работу по развертыванию ветровой энергии в новых районах на суше и на море и обеспечению стабильной и безопасной интеграции этой энергии в электрическую сеть нашей страны.

Как работает ветряная электростанция? — Американская энергетика и газ

Многие люди соглашаются с тем, что они обязаны коммунальным службам, таким как газовые, водопроводные и энергетические компании, которые предоставляют им удобные домашние удобства.Однако, когда вы начнете сравнивать цены на энергию, не займет много времени, чтобы понять, что чистая, зеленая энергия дешевле в производстве. Это в дополнение к экологически чистым аспектам солнечной, ветровой и водной энергии.

Тем не менее, мы не все можем позволить себе большие расходы на установку солнечных панелей или ветряных турбин в жилых домах. Хорошая новость заключается в том, что есть поставщики энергии, ищущие альтернативы сжиганию ископаемого топлива.

Это в значительной степени связано с принятием законов, призывающих к увеличению доли чистой энергии в течение следующих нескольких лет.Однако появляется все больше и больше потребителей, требующих альтернативных источников энергии, которые причиняют меньше вреда планете.

Многие из нас имеют четкое представление о том, как и почему работают солнечные батареи. Однако большинство из них не имеют ни малейшего представления о том, как ветер можно преобразовать в полезную энергию, даже если вы видели поля турбин, идущих вдоль определенных шоссе. Как работают ветряные электростанции и что они могут означать для нашего будущего? Вот несколько основ.

Как работает турбина?

В ветряных турбинах очевидно то, что у них есть две или три лопасти, похожие на пропеллер, которые могут ловить ветер, заставляя их вращаться.Эти лопасти соединяются с валом, который вращает ротор. Именно это движение создает энергию, которая затем накапливается в генераторе для отправки пользователям, домам и предприятиям.

Есть и другие типы ветряных турбин. Хотя описанный выше тип работает с горизонтальной осью, существуют также модели с вертикальной осью, которые выглядят как двухмерные взбиватели для яиц, воткнутые в землю за ручку (хотя они также могут иметь три лезвия).

Ветровые турбины также бывают разных размеров.Некоторые из них предназначены для использования в жилых помещениях и предназначены для питания одного дома, в то время как другие имеют промышленный размер и предназначены для обеспечения электроэнергией нескольких сотен домов. Они могут быть расположены на суше или в море — везде, где есть ветер.

Чего большинство людей не знают об энергии ветра (или, может быть, забыли на уроках естествознания в старшей школе), так это того, что энергия ветра на самом деле является формой солнечной энергии. Ветер возникает, когда солнце неравномерно нагревает неровные поверхности Земли. Вращение планеты также играет роль.

Что такое ветряные фермы?

Ветряные электростанции — это совокупность крупномасштабных турбин, предназначенных для подачи энергии в электрическую сеть, которая затем распределяется между тысячами пользователей. В то время как небольшие, жилые или коммерческие турбины могут иметь размер от менее 1 кВт до примерно 100 кВт (при среднем доме, как правило, требуется около 10 кВт или меньше), промышленные турбины могут работать в диапазоне нескольких мегаватт. Одна турбина такого размера может привести в действие несколько сотен или даже несколько тысяч домов, в зависимости от размера и местоположения.

Количество энергии, вырабатываемой ветряной турбиной, зависит от нескольких факторов. Хотя большие турбины могут питать многие дома, их мощность, очевидно, ограничена количеством солнца и ветра в данной области. Они могут быть более или менее эффективными в зависимости от количества энергии, потребляемой пользователями.

Тем не менее, объединение ветряных турбин в фермы является наиболее экономичным способом использования ветра для производства энергии. Поскольку средний домовладелец не обязательно может позволить себе установку ветряной турбины, налоговые льготы истекают, а доступ к ветру является необходимым условием, ветряные фермы являются идеальным решением для обеспечения доступной экологически чистой энергии.

Каковы преимущества и возможные недостатки?

Так же, как компании, занимающиеся добычей природного газа во Флориде, понимают преимущества снижения зависимости от иностранной нефти, так и большинство людей осознают выгоды, которые они могут получить от перехода на альтернативные источники энергии. Сокращение выбросов углерода не только полезно для здоровья планеты и ее жителей, но и инвестирование в зеленую энергию ведет к созданию новых инноваций, промышленности и рабочих мест.

Самый большой потенциальный недостаток создания ветряных электростанций — это первоначальные расходы.Благодаря тому, что энергия поступает от природы, затраты окупятся со временем.

Alliant Kids — Энергия ветра

Энергия ветра существует уже давно. Вы, наверное, видели ветряные мельницы на фермах. Когда ветер вращает лопасти ветряной мельницы, он вращает турбину внутри небольшого генератора для производства электроэнергии, как угольная электростанция.

Ветряная мельница на ферме может производить лишь небольшое количество электроэнергии, достаточное для питания нескольких сельскохозяйственных машин.Чтобы производить электричество, достаточное для обслуживания большого количества людей, коммунальные предприятия строят ветряные электростанции с большим количеством ветряных турбин.

Ветряные электростанции строятся на плоских открытых площадках, где ветер дует не менее 14 миль в час.

Они точно большие!

Ветровые турбины, используемые для крупных ветряных электростанций, бывают разных размеров, но обычно имеют ширину около 13 футов в основании и от 230 до 265 футов в высоту в центре. Когда одна из лопастей находится в вертикальном положении, общая высота составляет примерно 406 футов, как та, что изображена здесь, на ветряной электростанции Сидар-Ридж в округе Фон-дю-Лак, штат Висконсин.

Сколько ветряных турбин нужно для ветряной электростанции?

Ветряные электростанции могут иметь от пяти до 150 ветряных турбин. Одна из крупнейших ветряных электростанций в США находится в Альтамонт-Пасс, Калифорния. В нем установлено более 4800 ветряных турбин.

Alliant Energy владеет и управляет тремя ветряными электростанциями в Айове, Миннесоте и Висконсине. В дополнение к ветряным электростанциям, принадлежащим Alliant Energy, мы также закупаем более 600 мегаватт энергии у других ветряных электростанций на территории нашей зоны обслуживания.

Как работает ветряная турбина

Ветряная турбина работает противоположно вентилятору. Вместо того, чтобы использовать электричество для производства ветра, турбина использует ветер для производства электроэнергии.

Ветер вращает лопасти, которые вращают вал, который соединяется с генератором и производит электричество. Электроэнергия направляется по линиям передачи и распределения на подстанцию, затем в дома, предприятия и школы.

Сделайте свои собственные ветряные гаджеты!

Теперь, когда вы прочитали о ветроэнергетике, вы можете сделать свои собственные ветряные устройства дома.

Возобновляемая энергия

360-градусное видео: ветряная турбина внутри и снаружи

Как работает оффшорная ветровая энергия?

Узнайте, как увеличилась мощность турбин

West of Duddon Sands была первой ветряной электростанцией такого типа, запущенной компанией в 2014 году. Расположенная в Ирландском море, у побережья Великобритании, она имеет 108 ветряных турбин общей мощностью 388,8 МВт, каждая по 3,6 МВт. Длина окружности лопаток каждой турбины (также называемой ротором) достигает 120 метров.

С тех пор в энергетике ветряных турбин произошел прорыв. В морской ветряной электростанции Wikinger, , расположенной в Балтийском море у побережья Германии и работающей с конца 2017 года, каждая из 70 турбин обеспечивает мощность 5 МВт и имеет диаметр 135 метров. В результате общая установленная мощность составляет 350 МВт, что всего на 30 меньше, чем к западу от Даддон-Сэндс, но с меньшим количеством ветряных турбин на 38.

Еще более значительными являются усовершенствования, внесенные в East Anglia ONE, — крупномасштабный морской ветроэнергетический проект, действующий с 2020 года.Обладая 102 турбинами, каждая с единичной мощностью 7 МВт и диаметром ротора 154 метра, East Anglia ONE является крупнейшей оффшорной ветроэлектростанцией в мире, вырабатывает 714 МВт. Это означает, что с шестью турбинами меньше, чем к западу от Даддон-Сэндс, East Anglia ONE обеспечивает почти вдвое большую мощность.

На ветряной электростанции Saint-Brieuc, первом крупном морском ветроэнергетическом проекте группы в Бретани, будут установлены турбин мощностью 8 МВт, каждая с диаметром ротора 167 метров. В результате общая установленная мощность составит 496 МВт с 62 турбинами.

Однако наибольшую мощность юнитов мы найдем в Vineyard Wind 1 и Baltic Eagle. Vineyard Wind 1, , первая морская ветряная электростанция, разработанная компанией в США, будет иметь установленную мощность 800 МВт, обеспечиваемую ветряными турбинами мощностью 13 МВт и 220-метровыми роторами. Baltic Eagle, , тем временем, будет построен рядом с Wikinger, в Германии, и будет иметь мощность 476 МВт, вырабатываемую 52 турбинами с роторами 174 метра и мощностью 9,5 МВт.

Скрыть информацию

Разработка новых типов фундаментов, позволяющих размещать эти установки дальше от побережья, и постоянное развитие мощности и конструкции ветряных турбин — лишь некоторые из достижений, которые мы увидим в ближайшие годы. .Эти достижения, несомненно, предвещают долгое и процветающее будущее для оффшорных ветряных электростанций.

Эволюция ветроэнергетики в Европе

Энергетика будущего

Основы ветроэнергетики | NREL

Ветер возникает, когда поверхность земли неравномерно нагревается солнцем. Ветряная энергия можно использовать для выработки электроэнергии.

Ветряные турбины

Ветряные турбины, как и ветряные мельницы, устанавливаются на башне, чтобы улавливать как можно больше энергии.На высоте 100 футов (30 метров) и более они могут воспользоваться более быстрым и менее бурный ветер. Турбины улавливают энергию ветра своим пропеллером. лезвия. Обычно на валу устанавливаются две или три лопасти, образующие ротор .

Лезвие действует как крыло самолета. Когда дует ветер, карман низкого давления воздух образуется на подветренной стороне лопасти.Затем воздушный карман низкого давления вытягивает лезвие к нему, заставляя ротор вращаться. Это называется лифт . Сила подъема на самом деле намного сильнее, чем сила ветра, направленная против ветра. передняя сторона клинка, которая называется , лобовое сопротивление . Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер, и вращающийся вал вращает генератор, чтобы вырабатывать электричество.

Исследования ветроэнергетики

NREL в основном проводятся в кампусе Флэтайронс, отдельном месте недалеко от Боулдера, Колорадо.

Ветряные турбины коммунального назначения на ветряной электростанции Сидар-Крик в Гровере, штат Колорадо. Фото Денниса Шредера / NREL

Плавающая морская ветряная турбина VolturnUS с полупогружной плавучей ветроэнергетической установкой Платформа, Университет штата Мэн, часть консорциума DeepCWind. Фотография из Университета штата Мэн

Наземная ветроэнергетика

Ветровые турбины могут использоваться как автономные приложения или их можно подключать к электросети или даже в сочетании с фотоэлектрической системой (солнечными элементами).Для коммунальные (мегаваттные) источники энергии ветра, большое количество ветряных турбин обычно строятся близко друг к другу и образуют ветряную электростанцию ​​ , также называемую ветровой электростанцией . Некоторые поставщики электроэнергии сегодня используют ветряные электростанции для снабжения электроэнергией своих потребителей.

Автономные ветряные турбины обычно используются для перекачки воды или связи. Однако домовладельцы, фермеры и владельцы ранчо в ветреных районах также могут использовать ветряные турбины. как способ сократить свои счета за электричество.

Распределенная энергия ветра

Малые ветровые системы также обладают потенциалом в качестве распределенных энергоресурсов. Распространено энергоресурсы относятся к множеству небольших модульных технологий производства энергии. которые могут быть объединены для улучшения работы системы подачи электроэнергии. Для получения дополнительной информации о распределенном ветре посетите Отдел ветроэнергетических технологий Министерства энергетики США.

Морская ветроэнергетика

Оффшорная ветроэнергетика — относительно новая отрасль в США. Америки первая оффшорная ветряная электростанция, расположенная в Род-Айленде, у побережья острова Блок, был включен в декабре 2016 года. В отчете Министерства энергетики США о ветровом видении показано, что к 2050 году морской ветер будет доступен во всех прибрежных регионах по всей стране.

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о ветровой энергии посетите следующие ресурсы:

Основы ветроэнергетики
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Карты и данные по ветроэнергетике
WINDExchange DOE

Как работают ветряные турбины
U.S. Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики.

Малые ветроэнергетические системы
Программа энергосбережения Министерства энергетики США

Американская ассоциация ветроэнергетики

Energy Kids Wind Basics
Управление энергетической информации США Energy Kids

Как работают ветряные турбины?

Энергия ветра — самый быстрорастущий сектор возобновляемой энергии, опережающий даже солнечную.Это означает, что ветряные турбины становятся все более распространенной частью нашего ландшафта. Хотя в отличие от солнечных батарей, ветряные турбины — это почти исключительно крупномасштабные проекты, построенные промышленными и коммерческими производителями. Таким образом, средний человек вряд ли знаком с принципом работы ветряной турбины. Продолжайте читать, чтобы узнать, что такое ветряные турбины и как они производят электричество.

Энергия ветра быстро становится самым быстрорастущим сектором энергетики.
Источник: Викимедиа / Патрикмак.

Как ветряные турбины вырабатывают электроэнергию?

Самый распространенный способ получения электричества — вращение турбины, соединенной с генератором.Это обычно применяется к ископаемому топливу, когда топливо сжигается, создавая сжатый пар или газ, который вращает турбину и генерирует электричество. Ветряные турбины работают по той же схеме, но используют ветер. Лопасти ветряной турбины улавливают кинетическую энергию ветра, заставляя их вращаться. Это вращательное движение генерирует электричество.

Шаг 1. Ветер ударяет в турбину

Прежде чем вы сможете использовать энергию ветра, вам нужно, чтобы ветер дул. Ветер ударяет по лопастям, вращая ротор.Лопасти имеют форму аэродинамического профиля, похожего на крылья самолета, что позволяет им создавать подъемную силу. Это сила, генерирующая электричество. Поскольку лопасти всегда находятся в движении, ветер ударяет по лопастям под относительным углом. Лопасти спроектированы с учетом этого, включая изгибы и углы, чтобы использовать угловой момент и улавливать как можно больше энергии.

Шаг 2: турбина вращается

Когда турбина вращается, энергия ветра передается в редуктор.Сама ветряная турбина вращается слишком медленно, чтобы вырабатывать электричество, поэтому для усиления крутящего момента необходимы шестерни. Коробка передач состоит из тихоходного вала и быстроходного вала. Лопасти соединены с тихоходным валом, который соединяется с высокоскоростным валом. Высокоскоростной вал соединяется с генератором.

Шаг 3: Электричество!

Коробка передач похожа на воронку, нагнетающую большое количество энергии в небольшой ротор, который вращает электромагнит внутри генератора. Электричество генерируется, когда механическая энергия ветра преобразуется в электрическую.

Шаг 4: Передача энергии

Электроэнергия проходит через кабели в башне к трансформатору в основании ветряной турбины. Генераторы в большинстве ветряных турбин вырабатывают энергию переменного тока, поэтому нет необходимости преобразовывать постоянный ток в переменный, как на традиционной электростанции. Трансформатор усиливает напряжение для крупномасштабного распределения.

Направление и скорость ветра

Скорость и направление ветра имеют большое влияние на мощность, вырабатываемую ветряными турбинами.Более сильный ветер производит больше электроэнергии, хотя есть предел. Турбины отключаются, когда скорость ветра превышает 55 миль в час, чтобы предотвратить повреждение, и есть случаи, когда турбины полностью разрушаются сильным ветром во время шторма. Точно так же слишком низкая скорость ветра не позволяет производить энергию. Большинство ветряных турбин отключаются, когда скорость ветра опускается ниже 8 миль в час.

Турбины работают лучше всего, когда ветер перпендикулярен плоскости роторов или когда роторы и направление ветра образуют угол 180 градусов.КПД турбины падает, когда угол начинает отклоняться. Природа несовершенна, и направление ветра может внезапно измениться без особого уведомления, поэтому большинство ветряных турбин оснащены системой отклонения от курса и двигателем, который ориентирует турбину по направлению ветра.

Upstream vs Downstream

Upstream — это место, откуда дует ветер, или область перед турбиной. Вниз по течению — это место, где дует ветер, или позади ветряной турбины. Поскольку ветряные турбины извлекают энергию из ветра, скорости ветра вниз по течению всегда будут ниже, чем скорости ветра вверх по течению.Скорость ветра, протекающего через плоскость или рабочую часть турбины, представляет собой среднее значение скоростей вверх и вниз по потоку. Эффективность турбины наивысшая, когда скорость ветра ниже по потоку составляет одну треть скорости ветра выше по потоку. Эффективность ветряных турбин ограничена пределом Бетца, который гласит, что ни одна ветровая турбина не может извлекать более 59,3% доступной энергии ветра.

Какие части ветряка?

Со стороны конструкция ветряка кажется достаточно простой.Это просто гигантский веер, правда? Неправильно. Получение максимальной эффективности означает, что в конструкцию ветряной турбины вложено множество инженерных, физических и гидродинамических соображений. Это сложная система частей, которые работают, чтобы извлечь как можно больше энергии.

Лопасти и ротор

Главной особенностью ветряной турбины являются лопасти. У большинства их три, хотя в некоторых конструкциях требуется всего два лезвия. Лопасти имеют форму аэродинамического профиля, как крылья самолета. Такой аэродинамический дизайн создает больше подъемной силы, чем сопротивления, вызывая вращение лопастей.

Поскольку лопасти вращаются, они воспринимают ветер относительным образом. Хотя ветер перпендикулярен лопастям, наибольший ветер испытывает верхний конец профиля. Поэтому дизайнеры наклоняют лопасти по направлению ветра, чтобы добиться максимальной эффективности. Относительная скорость и направление ветра немного меняются по мере продвижения от основания лопасти к кончику. У наиболее эффективных лезвий есть небольшой поворот, чтобы извлечь выгоду из этого эффекта.

Лопасти прикреплены к ступице конической формы.Вместе лопасти и ступица образуют ротор, который вращается под действием ветра.

Коробка передач

Сами по себе ветряные турбины вращаются слишком медленно, чтобы производить энергию самостоятельно. Чтобы генератор вращался достаточно быстро для выработки электроэнергии, необходима коробка передач для ускорения вращения. Коробка передач состоит из быстроходного и тихоходного валов. Ротор соединен с тихоходным валом, который соединяется с высокоскоростным валом и, в свою очередь, соединяется с генератором.Коробка передач гарантирует, что к генератору поступает крутящий момент или энергия вращения, достаточная для выработки электроэнергии.

Генератор

Генератор — это место, где производится электричество. Крутящий момент, создаваемый ротором, усиливается в коробке передач и затем преобразуется в электрическую энергию. Как и большинство электрических генераторов, генератор в ветряной турбине вращает ротор, соединенный с электромагнитом, который производит электричество.

Скоростные тормоза

Для предотвращения повреждений при сильном ветре ветряные турбины оснащены скоростными тормозами.Если скорость ветра превышает 55 миль в час, включаются тормоза, останавливая вращение лопастей. Это защищает лопасти, редуктор и генератор от возможного повреждения.

Гондола

Все вышеперечисленные детали расположены внутри гондолы. Гондола — это коробка за лопастями и ротором. Он защищает коробку передач, поломки и генератор от воздействия элементов.

В гондоле находится основная электроника турбины, включая генератор.
Источник: Wikimedia / Basotxerri

Анемометр и флюгер

Анемометр — это устройство, измеряющее скорость ветра.Анемометр подает сигнал на скоростной тормоз, когда скорость ветра слишком велика или низкая. Флюгер измеряет направление ветра и посылает сигнал на электронное устройство, которое контролирует систему рыскания. Анемометр и флюгер расположены на гондоле, обычно сзади.

Система рыскания

Система рыскания удерживает ветряную турбину в правильном направлении. Как мы уже говорили ранее, максимальная эффективность достигается, когда роторы турбины перпендикулярны направлению ветра.Система рыскания получает сигнал от флюгера относительно направления ветра и соответствующим образом ориентирует турбину. Он состоит из системы двигателей и тормозов и для вращения использует либо электрические редукторы, либо гидравлические подшипники. Система рыскания расположена там, где гондола встречается с башней.

Башня

Ветер обычно сильнее на больших высотах, поэтому ветряные турбины размещаются на больших башнях, чтобы использовать преимущества более высоких скоростей ветра. Высота башни важна при оценке потенциальной выработки электроэнергии.Увеличение или уменьшение высоты башни может сильно повлиять на предполагаемую мощность. В то время как проектная мощность Индианы составляла 30 000 МВт, эта цифра выросла до 40 000 МВт, когда высота башни была увеличена с 50 до 70 м. Средняя высота башни около 65 метров. Чтобы избежать коробления, удвоение высоты башни требует удвоения диаметра башни и увеличения количества материала в четыре раза.

Внутри башни, глядя на гондолу.
Источник: Wikimedia / VanGore


Большинство башен сделаны из стали и составляют от 30% до 65% от общего веса турбины.Исследователи и инженеры изучают сплавы стали более высокого качества, которые весят меньше, но при этом обеспечивают стабильность. Сталь имеет свои недостатки, поскольку она недостаточно прочна, чтобы выдержать строительство башен высотой более 90 метров. В настоящее время ведутся исследования стали, смешанной с предварительно напряженным бетоном, которые могут использоваться для строительства сверхвысоких ветряных турбин.

В башне проложены кабели, по которым электричество подводится к преобразователю мощности в ее основании. В большинстве турбин вырабатываемая электроэнергия уже представляет собой переменный ток, который можно пропустить через трансформатор для повышения или понижения напряжения, а затем направить непосредственно в электрическую сеть.

Типы ветряных турбин

Самым распространенным типом ветряных турбин является ветряная турбина с горизонтальной осью, сокращенно HAWT. Конструкция HAWT сегодня производит подавляющее большинство энергии ветра. Это просто самый эффективный и хорошо проработанный дизайн. Лопасти HAWT создают подъемную силу, заставляя турбины вращаться и вырабатывать электричество. В отличие от других конструкций, HAWT должны быть направлены против ветра, чтобы быть эффективными, и оснащены системой рыскания, чтобы обеспечить постоянный угол 180 градусов.Большинство HAWT имеют три лезвия, но также распространены и двухлопастные.

VAWT или ветряные турбины с вертикальным доступом встречаются реже. Как следует из названия, VAWT имеют вертикально ориентированные турбины, которые вращаются вокруг центрального вала. Основным преимуществом VAWT является то, что их не нужно направлять на ветер, что отлично подходит для районов с переменным направлением ветра. Хотя некоторые VAWT являются крупномасштабными проектами, большинство из них, как правило, используются в небольших масштабах, например, для энергоснабжения отдельного здания или небольшого сооружения.

Ветряные турбины Дарье довольно эффективны, но из-за отсутствия стабильности они используются в меньших масштабах. Эта турбина находится в Квебеке.
Источник: Wikimedia / guillom

VAWT Сапониуса и VAWT Дарье являются двумя наиболее распространенными конструкциями. VAWT Сапониуса — один из самых простых способов генерировать энергию ветра, сделанный с использованием нескольких аэродинамических поверхностей или совков, соединенных в центральный вращающийся вал. Они самозапускаются, но имеют низкую эффективность, поскольку вырабатывают энергию за счет сопротивления, а не за счет подъемной силы.В турбинах Дарье используются два больших изогнутых аэродинамического профиля, прикрепленных к вершине и основанию центрального вала. VAWT Дарье довольно эффективны, поскольку они вырабатывают электроэнергию с помощью лифта, но они страдают от структурных недостатков. Для начала им также нужен внешний источник питания.

Ветряные электростанции

Группа ветряных турбин, вырабатывающих электроэнергию в одном месте, называется ветровой электростанцией. Ветряная электростанция может быть разной по размеру — от нескольких ветряных турбин до нескольких сотен. Количество ветряных электростанций растет по всему миру, и по мере того, как ветровые турбины становятся все более эффективными, требуется меньше ветряных турбин на единицу мощности.Ветряные электростанции могут быть наземными или оффшорными. Самая крупная береговая ветряная электростанция — ветряная электростанция Ганьсу в Китае. Текущая мощность фермы составляет 8 ГВт, и инженеры планируют расширить ферму до 20 ГВт. Крупнейшая оффшорная ферма — Hornsea 1 в Великобритании мощностью 1,2 ГВт. Когда весь проект Hornsea будет завершен, его общая мощность составит 6 ГВт.

Ветряная электростанция на перевале Сан-Горгонио в Южной Калифорнии расположена на ветреном горном перевале.
Источник: Wikimedia / Erik Wilde

Сколько электроэнергии может производить ветряная турбина?

Большие ветряные турбины могут обеспечивать мощность от нескольких сотен киловатт до нескольких мегаватт, но, поскольку скорость ветра часто меняется, меняется и выходная мощность ветряной турбины.Если ветряная турбина рассчитана на 1,5 МВт, то на практике ожидается, что она будет вырабатывать значительно меньше энергии. Вообще говоря, морские ветряные турбины больше, чем береговые, и поэтому могут генерировать больше энергии. Самые большие морские ветряные турбины имеют выходную мощность до 8 МВт.

Новые ветряные турбины специально спроектированы так, чтобы не работать на полную мощность. Небольшая часть энергии накапливается либо в генераторе, либо в электрической сети на время необходимости, например, при отказе в электрической системе.Эта дополнительная энергия также используется в периоды низкой скорости ветра для поддержания постоянного электроснабжения.

Где разместить ветряные турбины?

Любой регион с сильными ветрами является желательным местом для установки ветряной электростанции. Вообще говоря, самые сильные ветры бывают непосредственно у берегов и в горных перевалах. Горные перевалы, как правило, являются идеальным местом, так как здесь дуют сильные, устойчивые ветры с одного направления. Доступ к электрическим системам, географическое положение и местные цены на электроэнергию также играют важную роль.Некоторые из самых ветреных мест в мире находятся недалеко от полюсов, но из-за сильного холода и отсутствия густонаселенных районов нет оснований для строительства ветряной электростанции.

Часто задаваемые вопросы

Как ветряные турбины вырабатывают электроэнергию?

Ветровые турбины улавливают энергию ветра. Затем эта энергия усиливается с помощью редуктора, который вращает ротор генератора, преобразуя механическую энергию в электрическую. Ветряные турбины имеют КПД от 40% до 50%, но их эффективность ограничена пределом Бетца, который гласит, что ни одна ветровая турбина не может извлекать больше 59.3% энергии ветра.

Какие бывают типы ветряных турбин?

Ветряные турбины с горизонтальным доступом, или HAWT, или наиболее распространенные ветряные турбины. HAWT более эффективны и стабильны. У большинства HAWT есть два или три лезвия, и они используют сопротивление для создания жизни. HAWT должны быть эффективны против ветра. Ветровые турбины с вертикальным доступом или VAWT менее распространены. VAWT обычно используются в меньших масштабах для питания отдельных зданий или небольших построек.

Где находится самая большая ветряная электростанция в мире?

Ветряная электростанция Ганьсу в Китае является крупнейшей в мире с текущей мощностью 8 ГВт, хотя в планах на будущее общая мощность 20 ГВт.Самая большая оффшорная ветряная электростанция в мире находится недалеко от побережья Англии. Мощность Hornsea 1 составляет 1,2 ГВт, но после завершения четырехэтапного проекта мощность проекта Hornsea будет составлять 6 ГВт.

Каковы лучшие ветровые условия для ветряных турбин?

Сильный ветер лучше всего подходит для выработки энергии ветра. В идеале ветер должен быть от 8 до 50 миль в час и идти с одного направления. Также должно быть постоянное течение ветра, без турбулентности или резких порывов ветра.

Часто задаваемые вопросы по ветроэнергетике (FAQ)

Земля окружена атмосферой, состоящей из воздуха. Воздух представляет собой смесь газа, твердых и жидких частиц. Энергия Солнца неравномерно нагревает атмосферу и Землю.

Холодный воздух содержит больше частиц воздуха, чем теплый. Поэтому холодный воздух тяжелее и опускается вниз через атмосферу, создавая зоны с высоким давлением. Теплый воздух поднимается над атмосферой, создавая зоны с низким давлением.Воздух пытается уравновесить области низкого и высокого давления — частицы воздуха перемещаются из областей высокого давления (холодный воздух) в области низкого давления (теплый воздух). Это движение воздуха известно как ветер.

На ветер также влияет движение земли. Когда он вращается вокруг своей оси, воздух не перемещается напрямую из областей с более высоким давлением в области с более низким давлением. Вместо этого воздух выталкивается на запад в северном полушарии и на восток в южном полушарии.Это известно как сила Кориолиса. Щелкните, чтобы увидеть схему того, как движение Земли влияет на ветер.

Поверхность Земли отмечена деревьями, зданиями, озерами, морем, холмами и долинами, которые также влияют на направление и скорость ветра. Например, там, где встречаются теплая земля и прохладное море, разница температур создает тепловые эффекты, которые вызывают местные морские бризы.

Ветер обычно измеряется по его скорости и направлению. Атласы ветра показывают распределение скоростей ветра в широком масштабе, давая графическое представление о средней скорости ветра (для заданной высоты) по территории.Они составляются на основе измерений местной метеорологической станции или других зарегистрированных данных, связанных с ветром.

Традиционно скорость ветра измеряется анемометрами — обычно тремя чашами, которые фиксируют ветер, вращающийся вокруг вертикальной оси (на фото ниже). Направление ветра измеряется с помощью флюгера.

После измерения данных о ветре не менее одного года можно рассчитать среднегодовую скорость ветра. Статистика скорости и направления ветра отображается в виде розы ветров, показывая статистическое распределение скорости ветра по направлению.

Статистика ветра показывает лучшие места для размещения ветряных электростанций в соответствии с лучшими ветровыми ресурсами. Они также предоставляют дополнительную информацию о том, как турбины должны быть расположены по отношению друг к другу и каким должно быть расстояние между турбинами.

Ветряная турбина — это машина, преобразующая кинетическую энергию ветра в механическую или электрическую энергию. Ветряки состоят из фундамента, башни, гондолы и ротора. Фундамент предотвращает падение турбины.Башня поддерживает ротор и гондолу (или коробку).

Гондола содержит крупные основные компоненты, такие как главная ось, редуктор, генератор, трансформатор и система управления. Ротор состоит из лопастей и ступицы, которая удерживает их в нужном положении при вращении. Большинство коммерческих ветряных турбин имеют три лопасти ротора. Длина лопастей может составлять более 60 метров.

Посмотрите, как работает ветряная турбина!

Средний размер береговых турбин, производимых сегодня, составляет около 2 штук.5-3 МВт с длиной лопастей около 50 метров. Он может обеспечивать электроэнергией более 1 500 домохозяйств в среднем по ЕС.

Средняя оффшорная ветряная турбина мощностью 3,6 МВт может обеспечить электроэнергией более 3312 средних домашних хозяйств в ЕС.

В 1985 году ветряные турбины были мощностью менее 1 МВт с диаметром ротора около 15 метров.
В 2012 году средняя мощность составляет 2,5 МВт при диаметре ротора 100 метров.

Турбины мощностью 7,5 МВт на сегодняшний день являются самыми крупными турбинами с лопастями длиной около 60 метров — более половины длины ротора диаметром более 120 метров — и длиннее футбольного поля.Планируется, что турбины мощностью 15 МВт, а турбины мощностью 20 МВт считаются теоретически возможными.

Башни в основном трубчатые, из стали или бетона, обычно окрашены в светло-серый цвет. Лезвия изготавливаются из стекловолокна, армированного полиэстера или древесно-эпоксидной смолы. Они светло-серые, потому что незаметны в большинстве условий освещения. Покрытие матовое, чтобы уменьшить отраженный свет.

При проектировании ветряной электростанции учитывается множество факторов.В идеале площадка должна быть как можно более широкой и открытой в направлении преобладающего ветра, с небольшим количеством препятствий. Необходимо учитывать его визуальное влияние — несколько больших турбин обычно лучше, чем многие меньшие.

Турбины должны быть легко доступны для обслуживания и ремонта, когда это необходимо. Уровни шума можно рассчитать, чтобы ферма соответствовала уровням шума, установленным национальным законодательством. Поставщик турбины определяет минимальное расстояние между турбинами, принимая во внимание влияние, которое одна турбина может оказывать на соседние турбины, — «эффект следа».

Затем необходимо выбрать правильный тип турбины. Это зависит от ветровых условий и особенностей ландшафта местности, местных / национальных правил, таких как высота турбины, уровень шума и охрана природы, риск экстремальных явлений, таких как землетрясения, насколько легко транспортировать турбины на площадку и местная доступность кранов.

Время строительства обычно очень короткое — ветряную электростанцию ​​мощностью 10 МВт можно легко построить за два месяца. Более крупная ветряная электростанция мощностью 50 МВт может быть построена за шесть месяцев.

Стоимость варьируется, но самая большая стоимость — это сама турбина. Это капитальные затраты, которые должны быть оплачены заранее и обычно составляют 75% от общей суммы.

После того, как турбина запущена и работает, нет никаких затрат на топливо и углерод, только затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (O&M), которые минимальны по сравнению, например, с газовая электростанция, где ЭиТО составляет 40-70% общих затрат, а остальная часть затрат — топливо.

Ветровые турбины начинают работать при скорости ветра от 4 до 5 метров в секунду и достигают максимальной выходной мощности со скоростью около 15 метров в секунду.При очень высоких скоростях ветра, то есть при ураганном ветре 25 метров в секунду, ветряные турбины отключаются. Современная ветряная турбина вырабатывает электроэнергию в 70-85% случаев, но вырабатывает разную мощность в зависимости от скорости ветра.

В течение года он обычно дает около 24% от теоретической максимальной добычи (41% на шельфе). Это известно как коэффициент мощности. Коэффициент мощности обычных электростанций составляет в среднем 50% -80%. Из-за остановок для обслуживания или поломок ни одна электростанция не вырабатывает энергию в течение 100% времени.

Оптимальное количество лопастей для ветряной турбины зависит от работы, которую она должна выполнять. Турбины для выработки электроэнергии должны работать на высоких скоростях, но не требуют большого крутящего момента. Эти машины обычно имеют три или два лезвия. С другой стороны, ветряным насосам требуется вращающее усилие, но не большая скорость, и поэтому у них много лопастей.

Большинство современных коммерческих ветряных турбин имеют три лопасти, так как они вырабатывают оптимальную мощность.

Двухлопастные машины дешевле и легче, с более высокими скоростями движения, что снижает стоимость коробки передач, и их легче установить. Они работают почти так же хорошо, как трехлопастные турбины. Однако они могут быть более шумными и не такими визуально привлекательными, выглядя «резкими» при повороте.

Турбины иногда необходимо останавливать для обслуживания, ремонта компонентов или в случае неисправности, которую необходимо проверить. Другой причиной может быть слишком слабый или слишком сильный ветер: если ветер слишком сильный, турбину необходимо остановить, так как она может быть повреждена.

В ветряной электростанции сами турбины занимают менее 1% площади суши. Вокруг них могут развиваться существующие виды деятельности, такие как сельское хозяйство и туризм, и при этом не беспокоить таких животных, как коровы и овцы.

Все больше и больше домовладельцев, сообществ и малых предприятий заинтересованы в выработке собственного электричества с помощью небольших ветряных турбин, установленных на крышах домов или в садах. Если вас интересует, как можно привести в действие свой дом или бизнес с помощью собственной турбины, обратитесь в национальную ассоциацию ветроэнергетики для получения дополнительной информации о том, как это работает в вашей стране.

Щелкните здесь, чтобы найти свою национальную ассоциацию.

Просмотрите наш каталог участников, чтобы увидеть полный список производителей ветряных турбин.

В настоящее время береговая ветроэнергетика более экономична, чем морская разработка. Кроме того, развитие морских ветряных электростанций занимает больше времени, поскольку море по своей природе является более враждебной средой. Поэтому ожидать, что оффшор станет единственной разрешенной формой ветроэнергетики, означало бы обречь нас на невыполнение наших целей в области возобновляемых источников энергии и приверженности делу борьбы с изменением климата.

Однако в ближайшие годы, когда морские турбины будут производиться в более крупных масштабах, цены снизятся, что сделает морскую ветроэнергетику все более конкурентоспособной. Над европейскими морями дует ветер, достаточный для того, чтобы семь раз накачать Европу, что делает морской ветер очень жизнеспособным вариантом для использования.

В 2010 году в ЕС было 70 488 наземных ветряных турбин и 1132 морских турбин. По мере развития технологий турбины становятся больше и эффективнее, поскольку выработка того же количества энергии может быть достигнута с помощью меньшего количества машин.

В настоящее время в ЕС установлено 19,5 МВт ветроэнергетической мощности на 1 000 км суши, с самой высокой плотностью в Дании и Германии. Хотя 25 из 27 стран-членов ЕС в настоящее время используют ветроэнергетику, все еще существует значительный объем ветроэнергетических мощностей в таких странах, как Франция, Великобритания и Италия. Более….

Ветряные турбины могут вырабатывать электроэнергию в течение 20-25 лет. В течение своего срока службы они будут непрерывно работать до 120 000 часов.Это сопоставимо с расчетным сроком службы двигателя автомобиля, который составляет от 4000 до 6000 часов.

Лопасти вращаются со скоростью 15-20 оборотов в минуту с постоянной скоростью.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *