Ветряная электростанция как работает – Принцип действия и устройство ветрогенератора (общие понятия)

Содержание

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.

tcip.ru

особенности, цена, преимущества и недостатки.| UA Energy

  • Новости
  • Почитать
  • Данные
  • События
  • Инструменты
  • Почитать
  • Полезное
  • Интервью
  • Обзоры
  • Данные
  • Компании
  • Персоны
  • Мероприятие
  • Инструменты
  • Карта
  • Новости
  • Почитать
    • Полезное
    • Интервью
    • Обзоры
  • Данные
    • Компании
    • Персоны
    • Мероприятия
  • События
  • Инструменты
    • Карта
  • Войти
  • FontLoader

    • Все новости
    • Нефть и газ
    • Уголь
    • Электроэнергетика
    • Энергоэффективность
    • Зеленая энергия
    • Потребителю
    • Государство

    uaenergy.com.ua

    Устройство и принцип работы ветрогенератора

    Как устроен ветрогенератор

    Любой ветрогенератор состоит из таких компонентов как;

    — генератор, который вырабатывает переменный ток, и в дальнейшем преобразуется в постоянное напряжение, предназначенное для зарядки аккумуляторов. От скорости ветра зависит и мощность генератора;- лопасти, предназначены для передачи вращения к валу генератора через редукторы и стабилизаторы скорости вращения ротора генератора;
    — мачта ветряка должна иметь достаточную высоту. Чем выше находятся лопасти, тем больше они получат энергии ветра.

    Также в устройство ветрогенератора входят;

    — контроллер, необходимый для преобразования переменного напряжения идущего с генератора, в постоянное напряжение и последующей зарядкой аккумуляторов. Контроллер управляет поворотом лопастей, и контролируют направление ветра;
    — аккумуляторы накапливают электроэнергию, чтобы использовать ее при небольшом ветре или его отсутствии. Батарея также хорошо стабилизирует электроэнергию, полученную от генератора;
    — датчик направления ветра помогает лопастям «поймать» ветер;
    — АВР представляет собой устройство автоматического переключения между ветрогенератором и другими источниками электроэнергии, например электросетью, генератором, солнечными панелями;
    — инвертор предназначен для преобразования постоянного тока, поступающего с аккумуляторов, в переменное напряжение для домашней электросети. Инверторы могут разделяться по типу синусоиды для разных потребителей электроэнергии.

    Устройство ветрогенератора

    1. Инвертор модифицированной синусоиды на выходе выдает квадратную синусоиду, предназначенную для не требовательных потребителей к качеству сети – это тэны, накальные лампы освещения.
    2. Инверторы с чистой синусоидой по качеству выходного напряжения подходят даже для самых требовательных потребителей электроэнергии.
    3. Инверторы трехфазного напряжения предназначены для трехфазных сетей.
    4. Сетевой инвертор работает без аккумулятора и способен к выводу электроэнергии в общую сеть.

    Принцип действия ветрогенератора

    Принцип работы ветрогенератора построен на преобразовании кинетической энергии силы ветра в энергию вращения вала генератора. Для вертикальных ветрогенераторов, вертикальная ось соединена с вертикальным ротором. Генератор и ротор расположены внизу конструкции. Лопасти закреплены в вертикальной оси.

    Вращаясь, лопасти заставляют вращаться ротор генератора, который начинает вырабатывать переменный и нестабильный ток. Это ток идет на контроллер, который преобразует его в постоянное напряжение и заряжает аккумуляторы. С аккумулятора питание идет на инвертор, назначение которого превращение постоянного тока в переменное напряжением 220 В или 380 В, которое поступает к потребителям электроэнергии.

    Схемы работы ветрогенераторов

    Вариантов работы ветрогенератора может быть несколько:

    1. Автономная работа ветрогенератора.

    Автономная работа ветрогенератора

    1. Такая совместная работа считается очень надежным и эффективным способом автономного электроснабжения. При отсутствии ветра, работают солнечные батареи. Ночью, когда не работают солнечные батареи, аккумулятор заряжается от ветровой установки.

    Параллельная работа ветрогенератора с солнечными панелями

    1. Ветрогенератор также может работать параллельно с электросетью. При избытке электроэнергии, она поступает в общую сеть, а при недостатке ее потребители электроэнергии работают от общей электросети.

    Параллельная работа ветрогенератора с электросетью

    Ветряные генераторы могут прекрасно работать с любыми видом автономного электроснабжения и общей электросетью. Создавая при этом единую систему энергоснабжения.

    Тоже интересные статьи

    electricavdome.ru

    ​Ветряк для выработки электроэнергии: сколько стоит, как работает, примеры

    Ветроэлектростанции (ВЭС), или как их еще называют ветряки – это устройства, преобразующие энергию движения ветра в электричество. Электричество, получаемое при помощи ветряков, является простым и экологичным источником энергии, поэтому в некоторых частях земли построены огромные комплексы, объединяющие множество ветрогенераторов в единую сеть. Такие массивы способны обеспечивать электроэнергией крупные населенные пункты, и даже целые регионы. Но для питания частного дома достаточно одного небольшого ветряка, и получать электричество при его помощи можно практически в любой местности.

    Содержание

    Классификация ВЭС

    Существует множество разновидностей ВЭС, и все их можно классифицировать по различным признакам. Основным отличительным признаком являются конструктивные особенности. По конструкции они подразделяются на роторные и крыльчатые. По способу расположения выделяют следующие виды:

    • Наземные;
    • Прибрежные;
    • Плавающие;
    • Офшорные.

    А по функциональному назначению ветряные электростанции бывают стационарные и мобильные.

    Наиболее популярной конструкцией для промышленного получения электрической энергии являются ветряки крыльчатого типа. Они позволяют вырабатывать больше энергии, но, при этом, роторные конструкции издают меньше шума и не так сильно зависят от направления ветра.

    Принцип работы

    Все современные ветряки работают по проверенному веками принципу ветряной мельницы. Только в данном случае энергия вращения лопастей передается не на механический привод, а на генератор, при вращении ротора которого вырабатывается электричество. Затем электроэнергия накапливается в блоке аккумуляторных батарей и через инвертор передается к потребителям. Для обеспечения электроснабжения большого количества потребителей требуется объединение ветряков в единую сеть.

    Для изготовления ветряка применены следующие элементы:

    • Лопасти;
    • Ротор турбины;
    • Редуктор;
    • Контроллер;
    • Ось электрического генератора;
    • Генератор
    • Инвертор;
    • Аккумулятор.

    Для изготовления пропеллера можно использовать практически любые материалы, обеспечивающие достаточную парусность. Это может быть парусный ветряк из прочной ткани, ветряк из бочки или пластиковых бутылок. При изготовлении миниатюрной установки ветряк можно сделать даже из бумаги.

    При изготовлении ветряка своими руками можно использовать ротор из шуруповерта или двигатель от любой бытовой техники. Для изготовления самодельного генератора для ветряка подойдет шаговый двигатель от принтера, а автомобильный генератор можно использовать практически без переделки.

    Шаговый двигатель

    Электрическая схема генератора на шаговом двигателе

    С появлением на российском рынке неодимовых магнитов, популярность приобрела схема изготовления низкооборотистого аксиального генератора для ветряка на этих магнитах.

    Подключение ветряка к генератору

    При изготовлении своими руками ветряка мощностью до 3 кВт и рабочим напряжением 220В можно воспользоваться идеей разработки российской компании Аэрогрин. В конструкции данного ветряка применен принцип роторной авиационной турбины. В качестве лопастей используются небольшие лопатки из полимерных материалов. Вся конструкция укрыта кожухом из звукопоглощающего материала. Такой ветряк не тратит энергию на поиск ветра, создает минимум шума и не раздражает соседей постоянно вращающимися лопастями.

    Сколько стоит ветряк

    Для того чтобы купить ВЭС заводского производства в России можно сравнить цены на ветряки для выработки электроэнергии от различных производителей. Лучше всего для этого указать в запросе поисковой системы свой регион, это позволит быстрее найти поставщиков, которые работают ближе к планируемому месту установки ветряка и сэкономить на доставке и установке. Например, при необходимости организовать электроснабжение дачи в Ленинградской области, в поисковой строке можно набрать следующий запрос: «купить ветряк для частного дома цена СПб».

    Приобрести можно как комплекс целиком, так и отдельные детали. Если лопасти и ротор можно изготовить самостоятельно, то генератор для ветряка можно купить по сравнительно низким ценам.

    Выбор конструкции ветрогенератора

    Основной проблемой при выборе конструкции ветряка является выбор между ветряками с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Однозначного ответа на вопрос, какой ветряк лучше горизонтальный или вертикальный, не существует.

    Классический ветрогенератор имеет горизонтальную ось вращения и механизм поиска ветра, работающий по принципу флюгера. Для его раскручивания необходим ветер, дующий со скоростью 7 – 8 м/с.

    Тогда как спиралевидные ветряки с вертикальной осью вращения не так сильно зависят от скорости и направления ветра.

    Но самое широкое распространения ВЭС получили на территории Крымского полуострова. В силу своего географического положения Крым имеет возможность использовать энергию ветра с максимальной пользой. Ветряки в Крыму расположены практически везде, где позволяет местность. Здесь расположено несколько крупных ветряных электростанций. На самой крупной из них работают 127 ветрогенераторов.

    В прошлом году в Ульяновске был запущен комплекс из 14 ветряков общей мощностью более 30МВт. Строительство ветряной электростанции начато и в республике Адыгея. Планируется, что ветряки, установленные в Адыгее, будут давать мощность в 150МВт.

    Также в прошлом году начало свою работу совместное российско-испанское предприятие по выпуску ветряков в Таганроге. Производство организовано на заводе «Красный котельщик».

    Ветряки в Европе

    Для многих европейских стран наличие ветряков в некоторых регионах уже давно стало привычным делом. Причем устанавливают их не только на суше но и в море.

    Лидерами по производству и использованию ветряков являются Франция, Германия и скандинавские страны.

    В последнее время в европейских странах построено множество гигантских ветряков. Например, одним из крупнейших ветряков в Германии является огромная башня высотой 120м с ротором, каждая из трех лопастей которого имеет длину 52 м, ширину 6 м и весит 20 т. Это гигантское сооружение построено под Магдебургом в 2002 году и его мощность составляет 4,5 МВт.

    На данный момент самым большим в мире ветряком считается ветрогенератор мощностью 7 МВт и высотой 141 м, расположенный рядом с немецким городом Эмден. Но в ближайшее время в Норвегии планируется запуск ветряка высотой 162 м, который сможет обеспечить электроэнергией около 2000 домов.

    mbhn.ru

    Как получают и где используют энергию ветра

    Преобразование энергии ветра в электрическую или механическую силу стало основной задачей в современном обществе.  Для того чтобы получать энергию ветра, человечество изобрело огромное количество технических средств. Учёные по всему миру пытаются создать нечто новое, что поможет увеличить объемы, получаемой энергии из воздушных масс. Но, каким образом происходит добыча механической или электрической энергии из потоков воздуха?

    Что-то подобное вы могли изучать на уроках физики в школе, сейчас мы постараемся объяснить вам, как получают энергию ветра в современной науке.

    В каких странах данная отрасль развита наиболее сильно?

    Каждая страна в любой точке земного шара старается идти в ногу со временем, и не отставить от общего прогресса. Это провоцирует создание новых технологий, способствующих скорейшему развитию всего человечества.

    Добыча энергии альтернативными способами не остается в стороне, а, так как сила ветра считается неиссякаемой, ей уделяется отдельное внимание ученых.

    Энергия ветра добывается при помощи специальных ветрогенераторов, которые напоминают по своему виду ветреную мельницу. Однако не обязательно. В Соединённых Штатах Америки уже давно используется ветрогенераторы, которые по своему строению напоминают спираль. Данная форма была адаптировано для городских условий, используется для снабжения электричеством каждого небоскрёба в частности.

    Государство в Европе, которое преуспело в разработки ветрогенераторов больше всего – это Дании. 42 % всей электроэнергии добываемой на территории Дани приходится на ветряные электростанции. Этому способствует уникальные климатические условия этой страны. Так как побережье государства омывается Северным морем, на территории страны постоянно дуют сильные ветра. Это способствует постоянному развитию процедуры переработки силы ветра в электрическую и механическую энергии. Для добычи электроэнергии датчане используют ветрогенераторы, которые достигают 260 м в высоту.

    Строение такого генератора довольно простое, настолько простое, что даже не опытный электрик сможет собрать его дома. Длина лопасти такого генераторов составляет 80 м. Он способен обеспечить электричеством до 2000 домов. Учитывая то, что население Дании составляет менее 6 миллионов человек, обеспечить все жилые и нежилые постройки альтернативными источниками питания – не составляет особого труда для государства.

    В среднем в Евросоюзе процент электричества добываемого при помощи ветрогенераторов равен семи.  Давайте более подробно разберём, каким образом работает ветряная электростанция.

    Принцип работы ветряной электростанции

    Существует два вида ветрогенераторов, которые отличаются друг от друга направленностью вращения:

    1. вертикальные;
    2. горизонтальные.

    Также их можно разделять по количеству глупостей, однако это не играет особой роли добычи электроэнергии при помощи ветра. Данный факт становится важным только в том случае, если объемы добываемого электричества должны быть очень большими. Например, если вы хотите снабдить ветрогенератором небольшой частный дом, тем самым автоматизировать его, сделать независимым от центрального электроснабжения, вам понадобится более мелкий прибор. Он будет иметь не три лопасти, как мы привыкли видеть обычно на больших образцах, а больше.

    Однако, получение энергии из ветра возможно именно из-за глупостей. Металл, из которого они будут изготовлены, напрямую влияет на объем вырабатываемого электричества.

    В классической ветряной электростанции, большую роль, чем лопасти, играет, непосредственно, электрогенератор и числовое программное устройство. Именно эти приборы позволяют преобразовывать полученную кинетическую энергию в электрическую или механическую.

    Но, небольшим устройством, без которого работа всей ветряной электростанции стало бы невозможной, является датчик направления ветра, также именуемый анимоментром. Его неисправная работа может привести к поломке всей ветряной электростанции, или снизить количество добываемый электроэнергии до минимума. Все объясняется банально и просто. Если устройство не будет знать, откуда дует ветер, то не сможет работать. Направленность лопастей навстречу ветру обязательна для нормального функционирования всего механизма.

    После того как лопасти начали вращаться, электро генератор преобразовывает механическое вращение в электрическую энергию, и направляет в аккумуляторы или сразу в сеть.

    Отраслей, где используется энергия ветра, с каждым днём становится все больше. Причиной тому есть возможность преобразования силы ветра, как в электрическую, так и в механическую энергию.

    Берегите энергию, и пользуйтесь ей правильно!

    altenergiya.ru

    Ветряные электростанции — устройство, принцип работы и применение

    Ветер у всех народов всегда воспринимался как проявление божественной силы. Эта сила очевидна, и в некоторых случаях – огромна. По мере развития человечество, кроме своего почитания божеств воздушной стихии научилось использовать ее для собственных нужд. Парус у всех народов стал основой движения на воде, появились мельницы-ветряки. На непродолжительный по историческим меркам срок, с началом использования тепла как основы для работы большинства механизмов, использование ветра сократилось.

    Но в наше время с появлением экологических проблем интерес к использованию силы ветра возрождается быстро и мощно. Современные технические решения позволяют эффективно преобразовать энергию воздушных потоков в электричество. Хотя и более дорогое в сравнении с другими технологиями, которые используются на основных типах электростанций. Их три – тепловые, атомные и гидроэлектростанции. Сегодня ветряные электростанции нашли свою нишу на рынке электроэнергии. Более подробно расскажем об этом и не только далее в статье.

    Из истории в современность

    Археологические исследования информируют о том, что несколько тысячелетий тому назад вавилонские умельцы создавали ветряные машины для превращения болот в сельскохозяйственные угодья. Эти механизмы применялись для вычерпывания воды и осушения почвы. Аналогичные машины на своих рисовых полях применяли китайцы примерно в те же времена. А первые мельницы-ветряки появились еще у древнеегипетских предпринимателей. Со временем мельницы появились и в Европе, и восточнее примерно в XII веке.

    Развитие электрических технологий не могло не натолкнуть инженеров на идею заменить жернова мельницы электрогенератором. Это и произошло в тридцатые годы прошлого века. Проблемы, существующие на топливных рынках, а также аварии на атомных электростанциях стимулировали развитие ветряных электростанций. Сегодня их число быстро увеличивается, о чем свидетельствует статистика, приведенная ниже:

    Мощность мировых ветровых станций

    Однако стихия непредсказуема. А для воздушной стихии существует такое определение, как полный штиль. Это значит, что даже в открытом море, где воздух находится в постоянном движении, бывает так, что ветер исчезает. Поэтому ветряная электростанция эффективна только в том месте, где штиль случается как можно реже. Такие места наиболее распространены вблизи морского побережья, на холмах, в горах, и в некоторых специфических местностях.

    Как устроена и как работает

    Основой ветряной электростанции является крыльчатка (турбина). Наиболее эффективная конструкция – крыльчатка с тремя лопастями пропеллерного типа, установленная высоко над поверхностью земли. Работу электростанции с такой крыльчаткой иллюстрирует изображение ниже:

    Как работает ветротурбина

    Для получения максимальной эффективности специальные механизмы управляют положением ротора и лопастей. Их автоматически подбирают в соответствии с направлением и силой ветра. Существуют и другие конструкции крыльчаток, так называемые барабанные. Например, такие, для которых направление ветра не имеет значения. В основном это результат творчества отдельных энтузиастов.

    Нестандартные крыльчатки Нестандартные крыльчатки 2 Нестандартные крыльчатки 3 Крыльчатки нестандартной конструкции

    Главный недостаток всех непропеллерных моделей – более низкий КПД. У электростанции с пропеллерной крыльчаткой КПД чуть меньше 50%. А главным недостатком всех без исключения ветряных электростанций является сам ветер. Его сила подвержена частым изменениям. В результате обороты крыльчатки изменяются, а вместе с этим меняется вырабатываемая электрическая мощность. Поэтому для сопряжения генератора ветряной электростанции с электросетью необходимо дополнительное электрооборудование.

    Обычно это аккумуляторы с инверторами. Генератор сначала заряжает аккумуляторы, и для этого процесса равномерность силы тока неактуальна. Передача электричества в сеть выполняется инвертором, который преобразует заряд, накопленный в аккумуляторе. Дополнительным плюсом пропеллерной конструкции можно считать ее управляемость. Если сила ветра становится чрезмерной, угол атаки лопасти делается минимальным. В результате ветровая нагрузка на турбину падает.

    Но не всегда удается уберечь ветряную электростанцию от поломки. На побережье случаются ураганы, которые ломают крыльчатку. Такие случаи продемонстрированы далее.      

    Крыльчатки, сломанные сильным ветром Крыльчатки, сломанные сильным ветром

    Современная ветряная электростанция – это огромное сооружение. Поэтому воздействие сильного ветра на него весьма заметно. Хорошее наглядное представление о масштабах такой электростанции дает изображение, показанное далее.

    Монтаж крыльчатки

    Высота, на которой размещается электрогенератор, в среднем равна пятидесяти метрам. Чем выше, тем сильнее и стабильнее дует ветер. Для получения наибольшей мощности устанавливаются десятки электрогенераторов. Из наземных ветряных электростанций наиболее мощная расположена в США. Ниже предоставлена краткая информация о ней.

    Самая мощная из наземных ветряных электростанций

    Самое большое число электростанций построено на побережье. Они называются прибрежными. Но поскольку земля прибрежных территорий дорогая, целесообразнее строить на мелководьях морского шельфа. Такие электростанции называются шельфовыми. Однако из-за дороговизны строительства мощность крупнейшей в мире шельфовой электростанции, построенной у берегов Англии, составила 630 мВт, что более чем в 2 раза меньше, чем у наземного аналога.

    Дальнейшим развитием электростанций морского базирования стали плавающие ветряные электростанции. Но они самые большие и дорогие, и по этой причине, по сути, единичные. Скорее всего, они никогда не станут основными при получении электричества от силы морского ветра. Для получения более высоких экономических показателей используется ветер на высоте более ста метров. При этом используется специальная конструкция на основе аэростата, называемая парящей ветряной электростанцией.

    Парящая электростанция

    Но поскольку грузоподъемность аэростата ограничена, максимальная мощность электростанции соответствует по своей массе мощности в 30 кВт. Она сможет обеспечить несколько домов. Их количество будет зависеть от режима потребления электроэнергии. Недостатком парящей электростанции является ее рискованность. Она может быть унесена сильным ветром, и воспрепятствовать этому проблематично.

    Экологические проблемы ветряных электростанций

    У крыльчаток имеется один непреодолимый недостаток. Они излучают инфразвук. А он пагубно влияет на все живые организмы, в том числе и на человека. Если электростанция расположена вдали от жилья, как, например, шельфовая или горная, человеческий фактор снимается. Но воздействие на экосистему остается. Насколько инфразвук от ветряных электростанций проблематичен, свидетельствует одна из жительниц Германии:

    Отзыв о работе станции

    В этой стране ветряки устанавливают повсеместно, где только позволяет территория. Отказавшись от атомных электростанций, Германия наиболее активно из всех стран строит ветряные электростанции. Появление таких новостроек принуждает людей, живущих по соседству, переезжать на новые места жительства. Но их дома никто не желает покупать. Поэтому появляются проблемы в обществе. Так что оптимальное место для ветряных электростанций – это морской шельф.

    Похожие статьи:

    domelectrik.ru

    Как устроена крупнейшая ветряная электростанция в мире

    London Array является, несомненно, наиболее широко известной в Великобритании ветряной электростанцией в открытом море. Ее масштабы и близкое расположение к Большому Лондону (регион на юго-востоке Англии) вызывает большой интерес у политиков и прессы.

    Проект на 1000 МВт является на сегодня крупнейшим в мире, ветряную электростанцию планируется построить в два этапа. London Array, как планируется, обеспечит энергией 750 000 домов — около четверти Большого Лондона — и сократит вредные выбросы CO2 на 1,4 млн. тонн в год. Таким образом, это будет благотворно сказываться на окружающей среде, а также поможет обеспечить надежное электроснабжение юго-восточной Англии.

    Вот какие были разговоры:

    По поводу же объема инвестиций концерны предпочитают пока помалкивать. Эксперты отрасли сходятся на том, что он составит примерно 2,5 млрд фунтов стерлингов (2,8 млрд евро). Подготовка проекта длится много лет, причем в последнее время представители E.ON выражали сомнения в его целесообразности, сетуя на ухудшение рамочных условий: в первую очередь резкое падение цен на нефть и газ сводило на нет преимущества связанных с использованием ветровой энергии проектов. Одновременно отмечался и значительный рост стоимости турбин.

    Однако потом  британское правительство просигнализировало о своей готовности усилить поддержку офшорных парков ветряков, которым будет теперь предоставляться больше, чем прежде, т.н. зеленых сертификатов (Renewable Obligation Certificates, ROC). Начиная с 2002 года британские производители электроэнергии используют эти ROC для подтверждения того, что из возобновляемых источников энергии они добывают положенное количество электроэнергии.

    Нынче граница этой нормы находится в районе почти 10%. До сих пор действовало правило, согласно которому за каждый выработанный мегаватт экологически чистой электроэнергии производителю полагался один сертификат ROC.

    В целях поощрения строительства дорогостоящих офшорных ветряков правительство Великобритании уже приняло решение стимулировать производство каждого экологически чистого мегаватта электроэнергии выдачей 1,5 ROC. В бюджете же на 2009—2010 годы кабинет кабинет пошел на  большую щедрость, пообещав рассмотреть вопрос о возможности увеличения в период с 23 апреля 2009 года по 31 марта 2010 года этого норматива до 2 ROC за каждый мегаватт, а в рамках бюджета следующего года он будет установлен в размере 1,75 ROC.

    В планах правительства Великобритании развитию возобновляемых энергий отводится значительное место, так что в осуществлении проектов типа London Array оно очень заинтересовано.

    В настоящее время в разных странах Европы E.ON делает миллиардные инвестиции для развития производства электроэнергии на базе альтернативных источников энергии.

    Строительство новой береговой подстанции в Клив Хилл началось в июле 2009 года, а в марте 2011 года проведены первые морские строительные работы, когда были установлены первые 177 платформ для проекта. Первая фаза строительства должна быть полностью завершена была к концу 2012 года.  И вот недавно , после четырёх лет строительства одна из крупнейших ветряных ферм на планете — London Array — официально введена в эксплуатацию. Ветроэлектростанция, состоящая из 175 огромных ветряных турбин Siemens, расположилась на протяжении 20 км в прибрежной полосе графств Кент и Эссекс. Там же расположены две подстанции, еще одна находится на берегу.

    Как все начиналось?

    Проект London Array зародился в 2001 году, когда комплексное исследование в устье Темзы подтвердило возможность размещения на данной территории ветряной электростанции. Два года спустя Crown Estate предоставил London Array Ltd в аренду на 50 лет площадь под строительство и прокладку кабеля к берегу.

    План морской ветряной электростанции мощностью 1 ГВт был утвержден в 2006 году, а разрешение на береговые работы было получено в 2007 году. Первый этап работы начался в июле 2009 года, когда началось строительство береговой подстанции в Клив Хилл в графстве Кент.

    Первая фаза

    Цифры и факты:

    - Площадь под проект 100км2
    - 175 ветровых турбин
    - Две морские подстанции
    - Почти 450 км морского кабеля
    - Одна береговая подстанция
    - 630мВт электроэнергии
    - Мощности хватит для обеспечения примерно 480 000 домов в год — две трети домов в графстве Кент
    - Выброс CO2 уменьшится на 925 000 тонн в год.

    London Array будет генерировать большое количество электроэнергии, и подстанция нужна для того, чтобы обеспечить напряжение в 400 кВ, принятое в национальной высоковольтной сети электропередачи.

    Проект

    Проект подстанции был избран по результатам конкурса летом 2006 года. Победивший проект разработан всемирно известной архитектурной фирмой RMJM (www.rmjm.com). Идея проекта заключалась в том, чтобы расположить подстанцию под прямым углом к дороге Saxon Shore Way. В результате, главной архитектурной особенностью подстанции является Северная Стена, которая достигает 10 м высоты и состоит из ряда бетонных панелей и стабилизаторов.

    Расположение

    Подстанция Клив Хилл находится вблизи деревни Грейвени, что составляет около 1 км вглубь от Северного побережья Кента. Строится подстанция рядом с 400 кВ воздушной линией электропередачи Кентербери-Кемсли на северной стороне Клив Хилл, рядом с существующими зданиями на Клив Фарм. Подстанция строится таким образом, чтобы вписаться в склон холма.

    Строительство в 20 км от берега

    Это является серьезной проблемой для построения любого морского ветропарка и London Array не является исключением. Расстояние от берега, сильные ветра и непредсказуемые морские условия делают эту территорию трудным местом для строительства.

    К счастью, будет использоваться новейшая техника и оборудование, которое поможет завершить работу настолько безопасно и быстро, насколько это возможно. Работы в море начались в марте 2011 года, когда был установлен первый из 177 фундаментов.

    Что же строиться?

    Ключевые компоненты морской ветряной электростанции:
    - Фундаменты для закрепления ветряных турбин в море
    - Ветряные турбины
    - Множество кабелей для совместного подключения группы турбин и соединения с морскими подстанциями
    - Морские подстанции для повышения напряжения перед отправкой электроэнергии на берег
    - Укладка кабеля по дну моря для соединения морских и береговых подстанций.

    Управление морским строительством

    Морские строительные работы в настоящее время управляются из временной базы строительства в порту Ramsgate. Строительство базы началось летом 2010 года, а строительная бригада переехала в здание в сентябре 2010 года. До 45 сотрудников будет работать во время морского строительства. Ожидается, что база останется до 2013 года, когда первый этап строительства будет завершен, и она может стать основой для второго этапа строительства в ближайшем будущем.

    Кто же строит London Array?

    London Array Limited – консорциум трех ведущих в мире компаний по использованию источников энергии, которые объединяют свой опыт и знания для разработки и строительства самой большой в мире морской ветряной электростанции.

    Dong Energy — 50% акций проекта

    DONG Energy (Дания) – ведущая европейская энергетическая группа. Она обеспечивает, производит, распределяет и торгует энергией и связанными с ней товарами по всей Северной Европе. DONG Energy является лидером рынка морских ветряных технологий, построившим около половины морских ветряных электростанций, работающих сегодня. DONG Energy активно участвует в производстве и пропаганде использования возобновляемых источников энергии в Великобритании. Компания участвует в строительстве трех новых крупных британских морских ветряных электростанций и управляет в настоящее время морскими ветряными электростанциями Gunfleet Sands (172 МВт), Burbo Bank (90 МВт) и Barrows (90 МВт).

    E.ON — 30% акций проекта

    E.ON (Германия) — одна из самых мощных в мире газовых компаний. Она — ведущий поставщик в Великобритании и обеспечивает энергией около 8 миллионов клиентов. E.ON участвует в строительстве и эксплуатации возобновляемых источников энергии с 1991 года, когда они вложили капитал в первую береговую ветряную электростанцию. Теперь они владеют и управляют 22 ветряными электростанциями в Великобритании, включая Scroby Sands на 60 МВт, морскую ветряную электростанцию недалеко от берега Грейт-Ярмута, и 60-турбинную ветряную электростанцию Robin Rigg в Solway Firth. Многие другие проекты находятся в стадии разработки.

    Masdar — 20% акций проекта

    Masdar (ОАЭ) компания по стратегическому развитию и инвестициям в технологии использования возобновляемых источников энергии. Компания выступает в качестве связующего звена между сегодняшней экономикой ископаемого топлива и энергетической экономией будущего – развития нового представления о том, как жить, и работать завтра.

    Трансформаторная подстанция CLEVE HILL

    Была построена новая береговая трансформаторная подстанция CLEVE HILL, недалеко от деревни Грэвени (Graveney), на северном побережье графства Кент.

    Это было необходимо, так как London Array будет генерировать большое количество электричества, которое необходимо отправлять с моря прямо в национальную высоковольтную сеть с напряжением в 400 кВ.

    О турбинах

    Турбины для первой фазы вырабатывают 3.6 МВт каждая. Они изготовлены компанией Siemens Wind Power и оснащены новым 120 метровым несущим винтом Siemens.Высота оси каждой ветровой турбины составляет 87 метров над уровнем моря. Турбины имеют по три лопасти и генерируют электричество при скорости ветра в 3 метра на секунду.

    Полная мощность достигает от 13 м/с. Из соображений безопасности, турбины прекращают свою работу, если ветер становится сильнее, чем 25 м/с – эквивалент шторма в 9 баллов.

    Проект London Array играет ключевую роль в программе правительства Великобритании по выполнению целей по защите окружающей среды и возобновляемой энергии. Они включают в себя:

    - снижение выбросов двуокиси углерода на 34% к 2020 году;
    - производства 15% всей энергии с помощью возобновляемых источников энергии к 2015 году.


    После завершения проекта, выбросы углекислого газа сократятся на 1,4 млн тонн в год. Первая фаза способна возместить 925 тыс.тонн СО2, которые будут компенсироваться каждый год, помогая решать последствия изменения климата и глобального потепления. London Array будет иметь общую мощность до 1000 МВт и будет генерировать электроэнергию на 750000 домов – что является четвертью всех домохозяйств в Большом Лондоне (регион, объединяющий два графства Большой Лондон и Лондонский Сити), или все дома в Кенте и восточном Сассексе. Мощность первой фазы проекта достаточная для подключения около 480 тыс домов, или две трети всех домов в Кенте.

    Установка последней турбины на London Array является кульминационным событием огромного количества усилий и координации всех участвующих в проекте. Только за прошедший год были установлены 84 опоры, 175 ветряных турбин, 178 наборов кабелей и 3 экспортных кабеля. London Array сейчас находится в фазе ввода в эксплуатацию и тестирования оставшихся турбин, прежде чем передать их команде по эксплуатации и техническому обслуживанию в течении 2013 года.

    Бэн Сайкс (Benj Sykes), глава британской компании DONG Energy’s UK Wind business, специализирующейся на ветровой энергетике, сказал: «Установка последней турбины это поворотный пункт для Великобритании и DONG Energy в истории этого передового проекта. London Array вскоре станет крупнейшей работающей морской ветровой электростанцией в мире. Создание морских ветровых электростанций такого же масштаба и крупнее в будущем позволит получать преимущества из их размера, что является важным элементом стратегии по снижению стоимости энергии.

    Помимо стремления создать крупнейший ветропарк в мире, разработчики London Array также позиционируют свое детище как демонстрационный проект, который показывает механизмы эффективного снижения затрат при создании крупных ветровых электростанций. Конечной целю инвесторов является создание оффшорной ветровой фермы, которая к 2020 году сможет выдавать полезную мощность при цене на уровне около $ 152 за мегаватт-час. Объект принадлежит компаниям Dong Energy, Masdar и EON. Доля Dong Energy в проекте составляет 50%, энергетический гигант E.ON владеет 30% акций, а в собственности компании Masdar из Абу-Даби находятся оставшиеся 20% ценных бумаг.

    Взят у masterok в Ветряки в море. Крупнейшая ветряная электростанция в мире.

    Жми на кнопку, чтобы подписаться на "Как это сделано"!

    Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected]) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано

    Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс, где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.

    Жми на иконку и подписывайся!

    kak-eto-sdelano.livejournal.com

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о