Szélgenerátor

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. június 14-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 6 szerkesztést igényelnek .

A szélgenerátor (szélerőmű vagy rövidítve WPP, szélmalom ) egy olyan eszköz, amely a szél áramlásának kinetikus energiáját a forgórész forgásának mechanikai energiájává alakítja , majd azt elektromos energiává alakítja .

A szélturbinák három kategóriába sorolhatók: ipari, kereskedelmi és háztartási (magánhasználatra).

Az ipariakat az állam vagy a nagy energiavállalatok telepítik. Általában egy hálózatban egyesítik, az eredmény egy szélerőmű . Régebben teljesen környezetkímélőek, ettől eltérnek a hagyományosaktól. A szélturbinák lapátjai azonban polimer kompozitból készülnek , amelynek újrafelhasználása és újrahasznosítása nem költséghatékony. Most nyitott a pengék feldolgozásának kérdése.

A WPP egyetlen fontos követelménye a magas átlagos éves szélszint. A modern szélturbinák teljesítménye eléri a 8 MW-ot.

A szélgenerátor teljesítménye a légáram teljesítményétől ( ) függ, amelyet a szél sebessége és a söpört terület határozza meg ,

ahol:  - szélsebesség,  - levegő sűrűsége,  - söpört terület.

A szélturbinák típusai

A szélturbinák osztályozása létezik a lapátok száma, az anyagok, amelyekből készültek, a forgástengely és a csavar osztása szerint [1] .

A szélturbináknak két fő típusa van:

Vannak dobos és forgó szélturbinák is [2] .

A szélgenerátorok általában három lapátot használnak, hogy kompromisszumot érjenek el a nyomaték mértéke (a lapátok számával nő) és a forgási sebesség (a lapátok számával csökken) között [3] .

A különböző típusú szélturbinák előnyei és hátrányai

A Betz-törvény előrejelzi, hogy a vízszintes, légcsavaros és függőleges tengelyű telepítések szélenergia-hasznosítási tényezője (WUCF) 0,593-ra korlátozódik. A vízszintes légcsavaros szélturbináknál eddig elért szélenergia-hasznosítási együttható 0,4. Jelenleg ez a szélturbinák (szélturbinák) GRT-Vertical együtthatója 0,38. Az orosz függőleges tengelyű telepítések kísérleti vizsgálatai kimutatták, hogy a 0,4-0,45-ös érték elérése nagyon is valós feladat. Így a vízszintes tengelyű légcsavar és a függőleges tengelyű szélturbinák szélenergia-hasznosítási együtthatói közel vannak [4] .

Eszköz

A WPP a következőkből áll:

  1. Merevítőkkel ellátott árbocra szerelt szélturbinák, amelyeket rotor vagy lapátok forgatnak ;
  2. Elektromos generátor ;

A megtermelt villamos energia a következőkre kerül:

Ipari szélturbina

A következő részekből áll:

  1. Alapítvány
  2. Erősáramú szekrény tápkapcsolókkal és vezérlőáramkörökkel
  3. Torony
  4. Lépcsők
  5. Forgó mechanizmus
  6. Gondola
  7. Elektromos generátor
  8. Szélirány - és sebességkövető rendszer ( szélmérő )
  9. Fékrendszer
  10. Terjedés
  11. Lapátok (általában három, mivel a két lapáttal rendelkező rotorok nagyobb igénybevételnek vannak kitéve, ha egy pár lapát függőlegesen áll, és háromnál több lapát túlzott légellenállást hoz létre)
  12. Pengeszög- váltó rendszer
  13. Csuklya
A szélgenerátor kis teljesítményű modellje [5]

A következő részekből áll:

  1. Kis DC motor (3-12V) (generátorként használatos)
  2. Szilícium egyenirányító dióda
  3. Elektrolit kondenzátor (1000uF 6V)

Hatékonyság

A tömegmegmaradás törvénye megköveteli, hogy a turbinába belépő és onnan távozó levegő mennyisége azonos legyen. Ennek megfelelően a Betz-törvény a szélturbina által elérhető szélenergia maximális kinyerését a 16/27-e (59,3%) adja annak a sebességnek, amellyel a levegő mozgási energiája eléri a turbinát [6] .

Így a szélgép maximális elméleti teljesítménye megegyezik a gép effektív lemezterületét időegység alatt elérő levegő kinetikus energiájának 16/27-ével. Hatékony lemezterülettel és szélsebességgel a maximális elméleti teljesítmény

,

ahol ρ a levegő sűrűsége .

A lapátok levegővel szembeni súrlódása és a légellenállás a fő tényezők, amelyek meghatározzák a szélről a rotorra történő energiaátvitel hatékonyságát, és ennek következtében a szélgenerátor által termelt energia költségét [7] . Egyéb hatékonysági veszteségi tényezők közé tartoznak a sebességváltó , a generátor és az átalakító veszteségei. 2001-ben a kereskedelmi közművekhez csatlakoztatott turbinák a Betz-törvény [8] [9] által meghatározott teljesítményhatáruk 75-80%-át adták névleges üzemi sebesség mellett .

A hatékonyság idővel némileg csökkenhet a por, a pengék felületi hibái és a felgyülemlett rovarok miatt, amelyek csökkentik a penge emelőképességét. Dániában 3128 darab 10 évnél idősebb szélturbina elemzése kimutatta, hogy a turbinák felének hatásfoka nem csökkent, míg a másik felének átlagosan évi 1,2%-kal csökkent [10] .

Általában a stabilabb és állandóbb időjárási viszonyok (különösen a szélsebesség) átlagosan 15%-os hatékonyságnövekedést eredményeznek az instabil időjáráshoz képest [11] .

Azt találták, hogy a különböző anyagok eltérő hatással vannak a szélturbinák hatékonyságára. Az Egei Egyetemen végzett kísérletben három, 1 m átmérőjű háromlapátos szélturbinát építettek különböző lapátos anyagokból: üvegszálból és szénszálból epoxi kötőanyaggal, szénszálból, üveg-polisztirolból. A tesztek kimutatták, hogy a nagyobb össztömegű anyagoknak nagyobb a súrlódási nyomatéka, és ezért kisebb a teljesítménytényezője [12] .

Ipari szélturbinák működési problémái

Előkészített helyszínen 7-10 nap alatt megépül egy ipari szélturbina. A szélerőműpark építéséhez szükséges hatósági engedélyek megszerzése akár egy évig is eltarthat. [13] Ezen túlmenően szélerőmű vagy szélerőmű létesítésének indokoltságához az építési területen hosszú távú (legalább egy éves) szélkutatást kell végezni. Ezek a tevékenységek jelentősen megnövelik a szélenergia projektek élettartamát.

Az építkezéshez az építkezéshez vezető út, a csomópontok telepítés közbeni elhelyezésére szolgáló hely, 50 méternél nagyobb kinyúlású nehéz emelőberendezések szükségesek, mivel a gondolákat körülbelül 50 méter magasságban kell felszerelni.

Az ipari szélturbinák működése során különféle problémák merülnek fel:

Ígéretes fejlesztések

A norvég StatoilHydro cég és a német Siemens AG konszern úszó szélturbinákat fejlesztett ki mélytengeri állomásokhoz. A StatoilHydro 2009 júniusában készített egy 2,3 MW-os demót [14] [15] . A Siemens Renewable Energy által kifejlesztett Hywind nevű turbina [15] 5300 tonna súlyú és 65 méter magas. 10 kilométerre található Karmoy szigetétől, nem messze Norvégia délnyugati partjaitól. A cég a jövőben a turbina teljesítményét 5 MW-ra, a rotor átmérőjét 120 méterre tervezi növelni. Hasonló fejlesztések zajlanak az USA -ban is .

A Magenn egy speciális szélforgató ballont fejlesztett ki, amelyre generátort szereltek, amely maga 120-300 méter magasra emelkedik. Nincs szükség tornyot építeni és földet elfoglalni. A készülék 1 m/s-tól 28 m/s-ig terjedő szélsebesség tartományban működik. Az eszköz áthelyezhető szeles területekre, vagy gyorsan telepíthető katasztrófa sújtotta területekre.

A Windrotor erőteljes turbina-rotor-konstrukciót kínál, amely jelentősen növelheti méretét és szélenergia-hatékonyságát. Ez a kialakítás várhatóan a szélturbinák új generációja lesz.

2009 májusában a német Advanced Tower Systems (ATS) üzembe helyezte az első hibridtoronyra szerelt szélturbinát. A torony alsó része, 76,5 méter magas, vasbetonból épült . A felső része, 55 méter magas, acélból készült. A szélgenerátor teljes magassága (lapátokkal együtt) 180 méter. A torony magasságának növelése akár 20%-kal növeli a villamosenergia-termelést [16] .

2010 végén a Gamesa, az Iberdrola, az Acciona Alstom Wind, a Técnicas Reunidas, az Ingeteam, az Ingeciber, az Imatia, a Tecnitest Ingenieros és a DIgSILENT Ibérica társaságok csoportot alkottak egy 15,0 MW-os szélturbina közös fejlesztésére [17] .

Az Európai Unió egy UpWind kutatási projektet hozott létre egy 20 MW teljesítményű tengeri szélturbina kifejlesztésére [18] .

2013-ban a japán Mitsui Ocean Development & Engineering Company hibrid telepítést fejlesztett ki: egy szélturbinát és egy árapályenergiával hajtott turbinát egyetlen vízben úszó tengelyre szerelnek fel [19] .

Főbb gyártók

A 10 legnagyobb ipari szélturbina gyártó táblázata 2010 -ben [20] , MW:

Nem. Név Ország Termelési mennyiség, MW.
egy Vestas  Dánia 5 842
2 Sinovel  Kína 4 386
3 GE Energy  USA 3 796
négy Goldwind  Kína 3740
5 Enercon  Németország 2846
6 Suzlon energia  India 2736
7 Dongfang Electric  Kína 2624
nyolc gamesa  Spanyolország 2587
9 Siemens Wind  Németország 2325
tíz Egyesült Hatalom  Kína 1600

2014-ben a turbinagyártók összteljesítménye elérte a 71 GW -ot [21] .

Árak

A Bloomberg New Energy Finance kiszámítja a szélturbinák árindexét. 2008 -ról 2010 -re a szélturbinák átlagára 15%-kal csökkent. 2008-ban egy szélturbina átlagos ára 1,22 millió euró volt 1 MW kapacitásonként.

2010 augusztusában egy MW-os szélturbina átlagos ára 1,04 millió euró volt [22] .

2021-ben a költség 4 millió euróra nőtt (Németország, építkezés Flöte városa közelében).

Kis szélturbinák

A kis szélenergia magában foglalja a 100 kW-nál kisebb teljesítményű létesítményeket. Az 1 kW-nál kisebb teljesítményű létesítményeket mikroszélenergia-nak nevezzük. Használják jachtokban, mezőgazdasági gazdaságokban vízellátásra stb.

Egy kis szélturbina szerkezete

  1. Rotor ; pengék ; szélturbina; farok, amely a rotort a széllel szemben irányítja
  2. Generátor
  3. Csiszolt árboc
  4. Akkumulátor töltés vezérlő
  5. Elemek (általában karbantartást nem igénylő 24V)
  6. Hálózatra csatlakoztatott inverter (= 24V -> ~ 220V 50Hz)

A kisméretű szélturbinák önállóan működhetnek, vagyis anélkül, hogy csatlakoznának egy közös elektromos hálózathoz .

Egyes modern fogyasztói UPS -ek egyenáramú bemeneti modullal rendelkeznek, kifejezetten nap- vagy szélenergiához. Így a szélgenerátor az otthoni áramellátó rendszer része lehet, csökkentve a hálózatról származó energiafogyasztást.

A kihasználás előnyei és hátrányai

Jelenleg az energiaárak emelkedése ellenére a villamos energia költsége az iparágak nagy részénél az egyéb költségekhez képest nem tesz ki jelentős összeget . . Az áramellátás megbízhatósága és stabilitása továbbra is kulcsfontosságú a fogyasztó számára .

A szélturbinákból nyert, ipari felhasználásra szánt energia költségének növekedéséhez vezető fő tényezők a következők:

Úgy gondolják, hogy a kis autonóm szélturbinák használata a mindennapi életben kevéssé hasznos, mivel:

Közös elektromos hálózat és modern, kettős konverziós szünetmentes tápegység jelenlétében azonban ezek a tényezők irrelevánssá válnak, és gyakran az ilyen UPS -ek lehetőséget biztosítanak különféle instabil egyenáramú forrásokkal, például szélgenerátorral vagy napelemekkel való kiegészítésre .

Jelenleg a leggazdaságosabban megvalósítható szélturbinák segítségével nem ipari minőségű elektromos energiát, hanem egyen- vagy váltakozó áramot (változófrekvenciás) nyerni, majd ezt hőszivattyúk segítségével hővé alakítani a ház fűtésére és melegvíz előállítására. Ennek a rendszernek számos előnye van:

Fejlesztés

Az otthoni szélturbinák ipara aktívan fejlődik, és meglehetősen ésszerű pénzért már megvásárolható egy szélturbina, és sok éven át biztosíthatja vidéki házának energiafüggetlenségét. Általában egy kis ház áramellátásához elegendő egy 1 kW névleges teljesítményű berendezés 8 m / s szélsebesség mellett. Ha a környék nem szeles, a szélgenerátor kiegészíthető fotovoltaikus cellákkal vagy dízelgenerátorral, a függőleges tengelyű szélturbinák pedig kisebb szélgenerátorokkal (például a Darrieus turbina kiegészíthető Savonius rotorral . ugyanakkor egyik nem zavarja a másikat - a források kiegészítik egymást).

A kis szélenergia fejlesztése szempontjából a legígéretesebb régiók azok a régiók, ahol a villamos energia költsége meghaladja a 0,1 dollárt kWh -nként . A kis szélturbinák által termelt villamos energia ára 2006-ban az Egyesült Államokban 0,10-0,11 dollár volt kWh-nként.

Az American Wind Energy Association (AWEA) arra számít, hogy a következő 5 évben a költségek kWh-nként 0,07 dollárra csökkennek. Az AWEA szerint 2006 -ban 6807 kisméretű szélturbinát adtak el az Egyesült Államokban . Teljes teljesítményük 17 543 kW. Teljes költségük 56 082 850 dollár (kb. 3 200 dollár teljesítmény kW-onként). A világ többi részén 2006-ban 9502 kis turbinát adtak el (az USA kivételével), amelyek összteljesítménye 19 483 kW.

Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma (DoE) 2007 végén bejelentette, hogy készen áll különösen kisméretű (legfeljebb 5 kW-os) szélturbinák finanszírozására személyes használatra.

Az AWEA előrejelzése szerint 2020-ra az Egyesült Államok teljes kis szélerőmű-kapacitása 50 ezer MW-ra nő, ami az ország teljes kapacitásának körülbelül 3%-a. 15 millió lakásban és 1 millió kisvállalkozásban telepítenek szélturbinákat . A kis szélenergia-ipar 10 000 embernek ad majd munkát. Évente több mint 1 milliárd dollár értékben gyártanak majd termékeket és szolgáltatásokat.

Oroszországban éppen kialakulóban van az a tendencia, hogy szélturbinákat telepítenek az otthonok elektromos ellátására. Szó szerint több kis teljesítményű háztartási szélturbina gyártója van a piacon, kifejezetten otthoni használatra. Az 1 kW teljesítményű szélturbinák ára egy komplett készlettel 35-40 ezer rubeltől indul (2012-re). A berendezés telepítéséhez nincs szükség tanúsítványra.

Lásd még

Jegyzetek

  1. A szélturbinák típusai . Letöltve: 2013. február 5. Az eredetiből archiválva : 2013. február 11..
  2. 1 2 Bilimovich B. F. A mechanika törvényei a technikában. - M .: Oktatás, 1975. - Példányszám 80 000 példány. - S. 173.
  3. Miért van a szélturbináknak három lapátja és nem kettő vagy négy? // Népszerű mechanika . - 2018. - 5. sz . - S. 16 .
  4. Melyik a jobb - függőleges vagy vízszintes szélgenerátor? Előnyök és hátrányok. SZÉLENERGIA-HASZNOSÍTÁSI EGYÜTTŐ . Letöltve: 2017. szeptember 20. Az eredetiből archiválva : 2017. szeptember 21..
  5. Braga N. Robotok készítése otthon. - M.: NT Press, 2007. - P. 131 - ISBN 5-477-00749-4 .
  6. The Physics of Wind Turbines Kira Grogg Carleton College, 2005, p. 8 . Letöltve: 2013. november 6. Az eredetiből archiválva : 2013. szeptember 9..
  7. A szélenergia alapjai . Földgazdálkodási Hivatal . Letöltve: 2016. április 23. Az eredetiből archiválva : 2019. május 9..
  8. Enercon E-család, 330 Kw - 7,5 MW, Szélturbina specifikáció . Az eredetiből archiválva : 2011. május 16.
  9. Tony Burton. Szélenergia kézikönyv  / Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins … [ és mások ] . – John Wiley & Sons, 2001. 12. 12. - P. 65. - ISBN 978-0-471-48997-9 . Archiválva : 2021. június 24. a Wayback Machine -nél
  10. Sanne Wittrup . 11 års vinddata afslørede overraskende produktionsnedgang  (dán)  (2013. november 1.). Archiválva az eredetiből 2018. október 25-én. Letöltve: 2021. június 23.
  11. Han, Xingxing; Liu, Deyou; Xu, Chang; Shen, Wen Zhong (2018). „A légköri stabilitás és a domborzati hatások a szélturbinák teljesítményére és ébrenléti tulajdonságaira összetett terepen”. Megújuló energia . Elsevier BV. 126 , 640-651. DOI : 10.1016/j.renene.2018.03.048 . ISSN  0960-1481 .
  12. Ozdamar, G. (2018). "A lapátanyag szélturbina hatásfokára gyakorolt ​​hatásának numerikus összehasonlítása." Acta Physica Polonica A. 134 (1): 156-158. Iránykód : 2018AcPPA.134..156O . DOI : 10.12693/APhysPolA.134.156 .
  13. Faizullin I.I. Szélerőművek  // Orenburgi Állami Egyetem. - 2014. Archiválva : 2022. január 23.
  14. Norvégia úszó tengeri szélturbinát indít (hozzáférhetetlen kapcsolat) . Letöltve: 2009. szeptember 9. Az eredetiből archiválva : 2009. szeptember 16.. 
  15. 12 Jorn Madslien . Úszó szélturbinát indítottak , BBC NEWS , London: BBC, 2009. június 5.. Archiválva az eredetiből 2022. január 26-án. Letöltve: 2022. november 3.
  16. Az új torony magasra nyúlik, hogy elkapja a szelet
  17. Spanyol vállalatok 15 MW-os szélturbinát terveznek 2010. december 1.
  18. http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2012/07/wind-turbine-blades-push-size-limits?cmpid=rss Archiválva : 2013. június 18. a Wayback Machine Chris Webb Wind Turbine Blades -nél Push Size Limits, 2012.07.10
  19. Hibrid szél- és árapály-turbinát Japán partjainál telepítenek 2013. július 12-én . Letöltve: 2013. július 18. Az eredetiből archiválva : 2014. december 22..
  20. Tildy Bayar. Világszélpiac: rekord telepítések, de a növekedési ütemek még mindig  csökkennek . Megújuló Energia Világa (2011. augusztus 4.). — 2010 10 legnagyobb beszállítója a cég szerint. Hozzáférés dátuma: 2013. május 28. Az eredetiből archiválva : 2013. május 28.
  21. http://www.windtech-international.com/industry-news/news/industry-news/global-wind-turbine-manufacturing-capacity-has-far-surpassed-demand Archiválva : 2014. december 13. a Wayback Machine Globalnál szélturbina gyártási kapacitása messze felülmúlta a keresletet Megjelent: 2014. december 11
  22. Stephen Lacey. A szélturbinák árai továbbra is alacsonyak  . renewableenergyworld.com (2010. augusztus 4.). — A cég szerint az elmúlt két évben 15 százalékkal csökkentek a szélturbinák ára. Hozzáférés dátuma: 2013. május 28. Az eredetiből archiválva : 2013. május 28.

Irodalom

Linkek