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 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 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] .
A WPP a következőkből áll:
A megtermelt villamos energia a következőkre kerül:
A következő részekből áll:
A következő részekből áll:
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] .
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:
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] .
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] .
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).
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.
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.
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:
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.
Szótárak és enciklopédiák | |
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |
|