Vindgenerator

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 14. juni 2022; checks kræver 6 redigeringer .

Vindgenerator (vindkraftværk eller forkortet WPP, vindmølle ) er en anordning til at omdanne vindstrømmens kinetiske energi til mekanisk energi fra rotorrotationen med dens efterfølgende omdannelse til elektrisk energi .

Vindmøller kan opdeles i tre kategorier: industrielle, kommercielle og private (til privat brug).

Industrielle installeres af staten eller store energiselskaber. Som regel er de kombineret i et netværk, resultatet er en vindmøllepark . Det plejede at være, at de er fuldstændig miljøvenlige, hvilket er hvordan de adskiller sig fra traditionelle. Vindmøllevinger er dog lavet af en polymerkomposit , som ikke er omkostningseffektiv at genbruge og genbruge. Nu er spørgsmålet om forarbejdning af knive åbent.

Det eneste vigtige krav til en WPP er et højt gennemsnitligt årligt vindniveau. Effekten af ​​moderne vindmøller når op på 8 MW.

Vindgeneratorens effekt afhænger af kraften af ​​luftstrømmen ( ), bestemt af vindhastigheden og det fejede område ,

hvor:  - vindhastighed,  - lufttæthed,  - fejet område.

Typer af vindmøller

Der er klassifikationer af vindmøller efter antallet af vinger, efter de materialer, de er lavet af, efter rotationsaksen og efter skruens stigning [1] .

Der er to hovedtyper af vindmøller:

Der findes også tromle- og roterende vindmøller [2] .

Vindgeneratorer bruger normalt tre vinger for at opnå et kompromis mellem mængden af ​​drejningsmoment (stiger med antallet af vinger) og rotationshastighed (falder med antallet af vinger) [3] .

Fordele og ulemper ved forskellige typer vindmøller

Betz' lov forudsiger, at vindkraftudnyttelsesfaktoren (WUCF) for vandrette, propel- og vertikalakse-installationer er begrænset til en konstant på 0,593. Til dato er koefficienten for vindenergiudnyttelse opnået ved vandrette propelvindmøller 0,4. I øjeblikket er denne koefficient for vindmøller (vindmøller) GRTs-Lodret 0,38. De eksperimentelle undersøgelser af russiske installationer med lodret akse har vist, at det er en meget reel opgave at opnå en værdi på 0,4-0,45. Således er vindenergiudnyttelseskoefficienterne for horisontalaksede propel- og vertikalaksede vindmøller tæt på [4] .

Enhed

WPP består af:

  1. Vindmøller monteret på en mast med afstivere og spundet af en rotor eller vinger ;
  2. Elektrisk generator ;

Den producerede elektricitet går til:

Industriel vindmølle

Består af følgende dele:

  1. Fundament
  2. Strømskab inklusive strømkontaktorer og styrekredsløb
  3. Tårn
  4. Trappe
  5. Drejemekanisme
  6. Gondol
  7. Elektrisk generator
  8. Vindretnings- og hastighedssporingssystem ( vindmåler )
  9. Bremsesystem
  10. Smitte
  11. Blade (normalt tre, da rotorer med to vinger udsættes for mere stress, når et par vinger er lodret, og mere end tre vinger skaber overskydende luftmodstand)
  12. System til ændring af klingevinkel
  13. Cowl
Laveffektmodel af en vindgenerator [5]

Består af følgende dele:

  1. Lille jævnstrømsmotor (3-12V) (bruges som generator)
  2. Silicium ensretter diode
  3. Elektrolytisk kondensator (1000uF 6V)

Effektivitet

Loven om bevarelse af masse kræver, at mængden af ​​luft, der kommer ind og ud af turbinen, er den samme. I overensstemmelse hermed giver Betz' lov den maksimalt opnåelige udvinding af vindenergi fra en vindmølle som 16/27 (59,3%) af den hastighed, hvormed luftens kinetiske energi når turbinen [6] .

Således er den maksimale teoretiske effekt af en vindmaskine lig med 16/27 af den kinetiske energi af luften, der når maskinens effektive diskareal pr. tidsenhed. Med et effektivt diskareal og vindhastighed er den maksimale teoretiske effekt

,

hvor ρ er lufttætheden .

Vingernes friktion mod luften og modstand er de vigtigste faktorer, der bestemmer effektiviteten af ​​energioverførslen fra vinden til rotoren og dermed prisen på den energi, der genereres af vindgeneratoren [7] . Andre effektivitetstabsfaktorer omfatter tab i gearkassen , generatoren og konverteren. Fra 2001 producerede turbiner forbundet til kommercielle forsyninger mellem 75 % og 80 % af deres effektgrænse, som bestemt af Betz's lov [8] [9] ved nominel driftshastighed .

Effektiviteten kan falde lidt over tid på grund af støv, overfladedefekter på knivene og insekter, der har samlet sig, hvilket reducerer klingens løft . En analyse af 3128 vindmøller ældre end 10 år i Danmark viste, at virkningsgraden på halvdelen af ​​møllerne ikke faldt, mens den anden halvdel i gennemsnit faldt med 1,2 % om året [10] .

Generelt fører mere stabile og konstante vejrforhold (især vindhastighed) til en gennemsnitlig effektivitetsforøgelse på 15 % sammenlignet med ustabilt vejr [11] .

Det har vist sig, at forskellige materialer har forskellig effekt på vindmøllers effektivitet. I et forsøg på Ege Universitet blev tre trebladede vindmøller med en diameter på 1 m konstrueret med forskellige vingematerialer: glasfiber og kulfiber med epoxybindemiddel, kulfiber, glas-polystyren. Forsøg har vist, at materialer med en højere totalmasse har et større friktionsmoment og derfor en lavere effektfaktor [12] .

Problemer med drift af industrielle vindmøller

En industrivindmølle bygges på en klargjort plads på 7-10 dage. At opnå myndighedsgodkendelser til at bygge en vindmøllepark kan tage et år eller mere. [13] For at retfærdiggøre opførelsen af ​​en vindmølle eller vindmøllepark er det desuden nødvendigt at udføre langsigtet (mindst et år) vindforskning på byggeområdet. Disse aktiviteter øger levetiden for vindenergiprojekter markant.

Til byggeri, en vej til byggepladsen, et sted at placere noderne under installationen, kræves tungt løfteudstyr med en rækkevidde på mere end 50 meter, da gondolerne er installeret i en højde på omkring 50 meter.

Under driften af ​​industrielle vindmøller opstår der forskellige problemer:

Lovende udvikling

Det norske firma StatoilHydro og det tyske selskab Siemens AG har udviklet flydende vindmøller til dybhavsstationer. StatoilHydro byggede en 2,3 MW demo i juni 2009 [14] [15] . Møllen, kaldet Hywind, udviklet af Siemens Renewable Energy [15] , vejer 5.300 tons og er 65 meter høj. Den ligger 10 kilometer fra øen Karmoy, ikke langt fra Norges sydvestlige kyst. Virksomheden planlægger i fremtiden at øge turbineeffekten til 5 MW, og rotordiameteren til 120 meter. Lignende udvikling er undervejs i USA .

Magenn har udviklet en speciel vind-roterende ballon med en generator installeret på den, som selv rejser sig til en højde på 120-300 meter. Der er ingen grund til at bygge et tårn og besætte jord. Enheden fungerer i området for vindhastigheder fra 1 m/s til 28 m/s. Enheden kan flyttes til blæsende områder eller hurtigt installeres i katastrofeområder.

Windrotor tilbyder et kraftfuldt turbinerotordesign, der markant kan øge dens størrelse og vindenergieffektivitet. Dette design forventes at være en ny generation af vindmøllerotorer.

I maj 2009 satte Advanced Tower Systems (ATS) i Tyskland den første vindmølle installeret på et hybridtårn i drift. Den nederste del af tårnet, 76,5 meter højt, er bygget af armeret beton . Den øverste del, 55 meter høj, er bygget af stål. Vindgeneratorens samlede højde (inklusive vinger) er 180 meter. En forøgelse af tårnets højde vil øge produktionen af ​​elektricitet med op til 20 % [16] .

I slutningen af ​​2010 dannede de spanske virksomheder Gamesa, Iberdrola, Acciona Alstom Wind, Técnicas Reunidas, Ingeteam, Ingeciber, Imatia, Tecnitest Ingenieros og DIgSILENT Ibérica en gruppe for i fællesskab at udvikle en 15,0 MW vindmølle [17] .

Den Europæiske Union har oprettet et forskningsprojekt UpWind for at udvikle en havvindmølle med en kapacitet på 20 MW [18] .

I 2013 udviklede det japanske firma Mitsui Ocean Development & Engineering Company en hybridinstallation: en vindmølle og en turbine drevet af tidevandsenergi er installeret på en enkelt aksel, der flyder i vand [19] .

Større producenter

Tabel over 10 største producenter af industrielle vindmøller i 2010 [20] , MW:

Ingen. Navn Land Produktionsvolumen, MW.
en Vestas  Danmark 5 842
2 Sinovel  Kina 4 386
3 GE Energy  USA 3 796
fire Guldvind  Kina 3 740
5 Enercon  Tyskland 2846
6 Suzlon energi  Indien 2736
7 Dongfang elektrisk  Kina 2624
otte gamesa  Spanien 2587
9 Siemens vind  Tyskland 2325
ti United Power  Kina 1600

I 2014 nåede vindmølleproducenternes samlede kapacitet 71 GW [21] .

Priser

Bloomberg New Energy Finance beregner vindmølleprisindekset. Fra 2008 til 2010 faldt den gennemsnitlige pris på vindmøller med 15 %. I 2008 var gennemsnitsprisen for en vindmølle 1,22 millioner euro pr. 1 MW kapacitet.

I august 2010 var gennemsnitsprisen for én MW vindmølle 1,04 millioner euro [22] .

I 2021 steg omkostningerne til 4 millioner euro (Tyskland, byggeri nær byen Flöte).

Små vindmøller

Små vindkraft omfatter anlæg med en kapacitet på under 100 kW. Installationer med en effekt på mindre end 1 kW betegnes som mikrovindenergi. De bruges i yachter, landbrugsbedrifter til vandforsyning mv.

Strukturen af ​​en lille vindmølle

  1. Rotor ; klinger ; vindmølle; hale orienterer rotoren mod vinden
  2. Generator
  3. Skæret mast
  4. Batteriopladningscontroller
  5. Batterier (normalt vedligeholdelsesfri 24V)
  6. Inverter (= 24V -> ~ 220V 50Hz) tilsluttet lysnettet

Små vindmøller kan fungere autonomt, det vil sige uden at være tilsluttet et fælles elektrisk netværk .

Nogle moderne forbruger - UPS'er har et DC-indgangsmodul specielt til sol- eller vindenergi. Således kan vindgeneratoren være en del af hjemmets strømforsyningssystem, hvilket reducerer energiforbruget fra lysnettet.

Fordele og ulemper ved udnyttelse

På nuværende tidspunkt, på trods af stigningen i energipriserne , udgør omkostningerne til elektricitet ikke noget væsentligt beløb for hovedparten af ​​industrierne på baggrund af andre omkostninger . . Pålidelighed og stabilitet af strømforsyningen er fortsat nøglen til forbrugeren .

De vigtigste faktorer, der fører til en stigning i prisen på energi til brug i industrien, opnået fra vindmøller, er:

Det menes, at brugen af ​​små autonome vindmøller i hverdagen er af ringe nytte på grund af:

Men i tilstedeværelsen af ​​et fælles elnet og en moderne dobbeltkonverterende UPS bliver disse faktorer irrelevante, og ofte giver sådanne UPS'er mulighed for at supplere med forskellige ustabile jævnstrømskilder, såsom en vindgenerator eller et solcellebatteri .

Det mest økonomisk gennemførlige på nuværende tidspunkt er at opnå ved hjælp af vindmøller ikke elektrisk energi af industriel kvalitet, men jævnstrøm eller vekselstrøm (variabel frekvens) med dens efterfølgende omdannelse ved hjælp af varmepumper til varme for at opvarme boliger og producere varmt vand. Denne ordning har flere fordele:

Udvikling

Industrien for hjemmevindmøller udvikler sig aktivt, og for ganske rimelige penge er det allerede muligt at købe en vindmølle og sikre energiuafhængigheden af ​​dit landsted i mange år. Normalt, for at levere elektricitet til et lille hus, er en installation med en nominel effekt på 1 kW ved en vindhastighed på 8 m / s tilstrækkelig. Hvis området ikke blæser, kan vindgeneratoren suppleres med solceller eller en dieselgenerator, og vertikalaksede vindmøller kan suppleres med mindre vindgeneratorer (f.eks. kan Darrieus-møllen suppleres med en Savonius-rotor . samtidig forstyrrer den ene ikke den anden - kilderne vil supplere hinanden).

De mest lovende regioner for udvikling af mindre vindenergi er regionerne med elektricitetsomkostninger over $0,1 pr . kWh . Omkostningerne til elektricitet produceret af små vindmøller i USA var i 2006 $0,10-$0,11 pr. kWh.

American Wind Energy Association (AWEA) forventer, at omkostningerne i de næste 5 år vil falde til $0,07 pr. kWh. Ifølge AWEA blev 6.807 små vindmøller solgt i USA i 2006 . Deres samlede kapacitet er 17.543 kW. Deres samlede omkostninger er $56.082.850 (ca. $3.200 pr. kW strøm). I resten af ​​verden blev der i 2006 solgt 9.502 små møller (eksklusive USA) med en samlet kapacitet på 19.483 kW.

Det amerikanske energiministerium (DoE) annoncerede i slutningen af ​​2007, at det var parat til at finansiere især små (op til 5 kW) vindmøller til personlig brug.

AWEA forudser, at i 2020 vil den samlede amerikanske små vindkraftkapacitet vokse til 50 tusind MW, hvilket vil være omkring 3% af landets samlede kapacitet. Vindmøller vil blive installeret i 15 millioner hjem og 1 million små virksomheder . Den lille vindkraftindustri vil beskæftige 10.000 mennesker. De vil årligt producere produkter og tjenester til en værdi af mere end $1 mia.

I Rusland er trenden med at installere vindmøller for at udstyre boliger med elektricitet netop ved at dukke op. Der findes bogstaveligt talt adskillige producenter af laveffekt husholdningsvindmøller på markedet specielt til hjemmebrug. Priser for vindmøller med en kapacitet på 1 kW med et komplet sæt starter fra 35-40 tusind rubler (for 2012). Der kræves ingen certificering for at installere dette udstyr.

Se også

Noter

  1. Typer af vindmøller . Hentet 5. februar 2013. Arkiveret fra originalen 11. februar 2013.
  2. 1 2 Bilimovich B. F. Mekanikkens love i teknologien. - M .: Uddannelse, 1975. - Oplag 80.000 eksemplarer. - S. 173.
  3. Hvorfor har vindmøller tre vinger og ikke to eller fire? // Populær mekanik . - 2018. - Nr. 5 . - S. 16 .
  4. Hvad er bedre - en lodret eller vandret vindgenerator? Fordele og ulemper. UDNYTTELSEKOEFFICIENT FOR VINDENERGIE . Hentet 20. september 2017. Arkiveret fra originalen 21. september 2017.
  5. Braga N. Skaber robotter derhjemme. - M.: NT Press, 2007. - S. 131 - ISBN 5-477-00749-4 .
  6. The Physics of Wind Turbines Kira Grogg Carleton College, 2005, s. 8 . Hentet 6. november 2013. Arkiveret fra originalen 9. september 2013.
  7. Grundlæggende om vindenergi . Bureau of Land Management . Hentet 23. april 2016. Arkiveret fra originalen 9. maj 2019.
  8. Enercon E-familie, 330 Kw til 7,5 MW, Vindmøllespecifikation . Arkiveret fra originalen den 16. maj 2011.
  9. Tony Burton. Vindenergihåndbog  / Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins … [ og andre ] . — John Wiley & Sons, 2001-12-12. - S. 65. - ISBN 978-0-471-48997-9 . Arkiveret 24. juni 2021 på Wayback Machine
  10. Sanne Wittrup . 11 års vinddata afslørede overraskende produktionsnedgang  (dansk)  (1. november 2013). Arkiveret fra originalen den 25. oktober 2018. Hentet 23. juni 2021.
  11. Han, Xingxing; Liu, Deyou; Xu, Chang; Shen, Wen Zhong (2018). "Atmosfærisk stabilitet og topografi påvirker vindmøllens ydeevne og vågneegenskaber i komplekst terræn". Vedvarende energi . Elsevier BV. 126 : 640-651. DOI : 10.1016/j.renene.2018.03.048 . ISSN  0960-1481 .
  12. Ozdamar, G. (2018). "Numerisk sammenligning af virkningen af ​​vingemateriale på vindmølleeffektivitet." Acta Physica Polonica A. 134 (1): 156-158. Bibcode : 2018AcPPA.134..156O . DOI : 10.12693/APhysPolA.134.156 .
  13. Faizullin I.I. Vindkraftværker  // Orenburg State University. - 2014. Arkiveret den 23. januar 2022.
  14. Norge lancerer flydende havvindmølle (utilgængeligt link) . Hentet 9. september 2009. Arkiveret fra originalen 16. september 2009. 
  15. 12 Jorn Madslien . Flydende vindmølle lanceret , BBC NEWS , London: BBC, s. 5. juni 2009. Arkiveret fra originalen 26. januar 2022. Hentet 3. november 2022.
  16. Nyt tårn når højt for at fange vinden
  17. Spanske virksomheder planlægger en 15-MW vindmølle 1. december 2010
  18. http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2012/07/wind-turbine-blades-push-size-limits?cmpid=rss Arkiveret 18. juni 2013 på Wayback Machine Chris Webb Wind Turbine Blades Skub størrelsesgrænser, 07/10/2012
  19. Hybrid vind-tidevandsmølle skal installeres ud for den japanske kyst 12. juli 2013 . Hentet 18. juli 2013. Arkiveret fra originalen 22. december 2014.
  20. Tildy Bayar. Verdensvindmarkedet: Rekordinstallationer, men vækstraterne  falder stadig . Renewable Energy World (4. august 2011). — 10 største leverandører i 2010 ifølge virksomheden. Dato for adgang: 28. maj 2013. Arkiveret fra originalen 28. maj 2013.
  21. http://www.windtech-international.com/industry-news/news/industry-news/global-wind-turbine-manufacturing-capacity-has-far-surpassed-demand Arkiveret 13. december 2014 på Wayback Machine Global vindmølleproduktionskapaciteten har langt overgået efterspørgslen. Udgivet: 11. december 2014
  22. Stephen Lacey. Vindmøllepriserne er fortsat lave  . renewableenergyworld.com (4. august 2010). — Prisen på vindmøller er ifølge selskabet faldet med 15 % over de seneste to år. Dato for adgang: 28. maj 2013. Arkiveret fra originalen 28. maj 2013.

Litteratur

Links