Станция ветровая: Ветровая электростанция Фортум в Ульяновской области

Этот сайт использует файлы cookies и сервисы сбора технических данных посетителей (данные об IP-адресе и др.) для обеспечения работоспособности и улучшения качества обслуживания. Продолжая использовать наш сайт, вы автоматически соглашаетесь с использованием данных технологий.

Ветровая станция появится на дамбе — Энергетика и промышленность России — № 10 (102) май 2008 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 10 (102) май 2008 года

Программы государственной поддержки ветроэнергетики приняты в семидесяти странах. В прошлом году к этому списку добавилась Россия – в ноябре 2007 года президент подписал закон об изменениях в энергетическом законодательстве, которым «узаконены» возобновляемые источники энергии. Таким образом, ветер, Солнце и приливы получили юридическую базу.

Вооружившись принятым законом, специалисты-энергетики буквально на следующий день принялись «обкатывать» его на реальных проектах. Один из таких проектов разрабатывается для последующего внедрения в акватории Финского залива. Речь идет о ветростанции 100 МВт «Дамба», которую представляет петербургская компания «Ветропарк-Инжиниринг» (НПО «Электросфера»). Данный проект потребует колоссальных средств и времени, которые, по мнению президента НПО «Электросфера» Игоря Брызгунова, того стоят – готовая станция будет ежегодно вырабатывать около 510 миллионов кВт-ч чистой электроэнергии и передавать ее в сети Санкт-Петербурга.

И творчество, и бизнес

Ветроэнергетику всегда хвалили и ругали в равной степени. В советское время было несколько станций, успешно, между прочим, работавших, которые потом то ли из‑за недовольства партии и правительства, то ли ввиду неэффективности большей частью были закрыты, оставив после себя громадные установки как печальное напоминание о неудачных проектах. Лишь единичные станции функционируют до сих пор в степях Калмыкии и на Северо-Западе нашей страны. Причина прошлой непопулярности ветро-энергетики, возможно, заключалась в недостатке информации о мировом рынке.

Сейчас и рынок ветроэнергетики, и количество авторских разработок в этой области превосходят ожидания – многие страны успешно используют ресурс ветра на благо потребителей и как инструмент получения прибыли. В России же такая энергетика только развивается. Реальный ли это бизнес или пока лишь научное творчество – вопрос спорный.

– Сегодня трудно говорить об окупаемости ветроустановок – это бизнес завтрашнего дня, – рассказал И. Брызгунов. – Наша компания занимается этими проектами около десяти лет, реинвестируя прибыль других направлений в развитие данного сектора. Но уже ясно, что в будущем ожидаются успехи, поэтому мы не жалеем о том, что занимались ветроэнергетикой столько времени. И потом, стоит учесть, что потребление электроэнергии ежегодно растет. Только в Санкт-Петербурге дефицит электроэнергии уже составляет около 7 ГВт. Значит, в перспективе необходимо строить новые генерирующие мощности, и ветростанции в данном случае могут сыграть существенную роль.

Тридцать три ветряка

Компания «Ветропарк-Инжиниринг» занимается проектированием ветроэнергетических объектов на Востоке России и в Архангельской области. В этом году на одной из двух станций в Архангельской области начались строительно-монтажные работы. Проект «Ветроэлектростанция 100 МВт – Дамба», пожалуй, самый масштабный в сравнении с предшественниками. Общий бюджет проекта ориентировочно достигает 240 миллионов евро. Согласно проекту, комплекс будет состоять из 33 ветроагрегатов мощностью по 3 МВт каждый и стоимостью порядка 2,7 миллиона евро, без учета фундамента и монтажа оборудования. Основное строительство начнется не ранее чем через два-три года.

– Мы рассчитываем получить порядка 510 миллионов кВт-ч электроэнергии, которую будут вырабатывать все ветроагрегаты комплекса уже на третий год эксплуатации, – отметил И. Брызгунов. – Хотя в данной технологии это средняя цифра. Предположительно проект окупится за 5‑7 лет. Инвестиционные проекты такого масштаба быстро не завершаются: период проектирования и запуска займет около полутора лет, выход на полную мощность – еще три года. К тому же стоит учесть, что это один из крупнейших инвестиционных проектов возобновляемой энергетики в нашей стране в том секторе экономики, который еще не развит.

Финансовый партнер проекта пока обсуждается, поскольку, как отметил И. Брызгунов, время планового привлечения инвестиций еще не наступило. На сегодняшний день есть намерения о сотрудничестве с зарубежными финансовыми структурами, в частности с одним из инвестиционных фондов Финляндии, который выразил поддержку проекту и предложил предоставить синдицированный кредит.

Техническое оснащение комплекса тоже в руках зарубежных партнеров – к сожалению, пока в России нет предприятий, которые производят ветрогенераторы подобного класса. Но впоследствии, в случае успеха опытного запуска первых ветроагрегатов, можно будет говорить о том, чтобы производить такие машины в России.

Спрогнозировать ветер? Легко!

По мнению И. Брызгунова, для реализации проекта ветроэлектростанции необходимы три условия: хороший ветроресурс в регионе; законодательная база и поддержка возобновляемых источников энергии со стороны региональных властей; наличие сетей для передачи электроэнергии.

Первое за счет современных технологий вычислить несложно. Такие расчеты у разработчиков проекта «Ветроэлектростанция 100 МВт – Дамба» уже есть. В границах будущего ветропарка – а это северо-западная часть Невской губы, за дамбой, которая будет защищать Петербург от наводнений, – исследования показали наличие высокого ветроресурса. Строительство ВЭС в выбранном районе удобно еще и тем, что там существует строительная база, имеются подъездные пути, не затрагиваются сельскохозяйственные земли, обеспечивается соответствующее расстояние от населенных районов. Учтены факторы влияния ветростанции на окружающую среду, такие, как акустические, орнитологические, вопросы землеотведения, влияние на ландшафт (при сооружении ветряков на дамбе, посреди залива, «порчи пейзажа» практически не будет) и другие.

Несмотря на то что этот проект, как и любой бизнес-проект, несомненно, сопровождается определенными рисками, содействие властей гарантирует их минимизацию.

– Мы очень рассчитываем на поддержку администрации Петербурга, – подчеркнул глава НПО «Электросфера». – Учитывая, что сегодня уже есть законодательная база для развития возобновляемых энергоисточников и благосклонное отношение администрации Петербурга, мы нацелены на успех.

Важное условие для работы будущей установки – наличие в районе строительства высоковольтной сети 110 / 10 кВ. Энергия ветроэлектростанции пойдет на оптовый рынок.

Использование энергии ветра – наиболее популярный вид альтернативной энергетики во всем мире. В 2007 году мировой объем ее производства по сравнению с 2006 годом увеличился на 28 процентов и достиг 95 ГВт. Общий объем мировых инвестиций в возобновляемые источники энергии в 2007 году достиг рекордной суммы – более чем 100 миллиардов долларов США.

МНЕНИЕ

Евгений Смирнов, генеральный директор ООО «Управляющая компания «Югра – Северо-Запад», вице-президент ТПП Санкт-Петербурга:

– Мы обратили внимание на этот проект с тем, чтобы понять, насколько он вообще может быть интересен. Как инженер я абсолютно убежден в том, что уже сейчас, когда добыча углеводородного сырья находится на пике, необходимо начать постепенно отказываться от этого вида ресурсов в пользу возобновляемых источников. Мы очень долго и много говорим о возобновляемых источниках энергии – Запад за это время успел нас серьезно обогнать, в результате чего в России возобновляемыми источниками производится в 5‑10 раз меньше электроэнергии, чем в зарубежных странах. Это неправильно.

Думаю, ветроэнергетика имеет большие перспективы. Хотя на сегодняшний день такие проекты нуждаются в тщательной проработке – в нашей стране ветроэлектростанции все еще считаются экзотикой. К сожалению, у нас это направление практически не развивается, мы до конца не осознали необходимость использования ресурсов возобновляемой энергетики, хотя в России они весьма значительны. Ветроэнергетика, безусловно, прерогатива открытых территорий – горной местности, заливов, морских побережий и т. д. Но я допускаю, что в акваториях крупнейших российских рек, в частности тех, что находятся в Западной Сибири, тоже возможно строительство ветроэлектростанций.

Сама ветроэнергетика древнее Ветхого Завета – это едва ли не древнейший способ производства энергии. Сегодня за рубежом активно осваивают современные ветровые технологии. Россия тоже может освоить производство генераторов, редукторного оборудования, лопастей и опор – здесь нет ничего хитрого. Если проекты, аналогичные «Ветропарку», получат развитие и этот бизнес станет выгодным, отечественное машиностроение начнет выпускать соответствующее оборудование достаточно быстро – я это утверждаю как профессионал, много лет проработавший в энергомашиностроении.

метеостанций со скоростью ветра, метеостанция со скоростью ветра, метеостанция с ветром, метеостанция с датчиком ветра, метеостанция ветра

Сортировать по: Рекомендуемое Название A-Z Название Z-AP Цена Низкая-Высокая Цена Высокая-Низкая Оценка клиентов

• Температура и влажность на входе / выходе
• Скорость / направление ветра
• Осадки
• Индекс тепла / охлаждение ветром / точка росы
• Ручная установка времени / даты
• Цветной дисплей

Наша цена: 157 долларов.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• WeatherShack Эксклюзив
• Стандартные дисплеи или дисплеи с подключением к ПК
• Модернизируемый датчик погодных условий
• Температура и влажность в помещении / на улице
• Скорость / направление ветра
• Осадки

Наша цена: 86,95 $ — 96,95 $

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Просмотр данных на мобильном устройстве
• Температура и влажность в помещении / на улице
• Осадки
• Скорость ветра
• Направление ветра (требуется Wi-Fi)
• Точка росы и барометрическое давление
• Прогнозы AccuWeather

Наша цена: 137 долларов.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Просмотр данных на мобильном устройстве
• Температура и влажность в помещении / на улице
• Скорость / направление ветра
• Точка дождя и росы
• NWS Прогноз / Дата / время

Наша цена: 176.95 $

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура и влажность на входе / выходе
• Скорость ветра / направление / осадки
• УФ-индекс / интенсивность света
• Барометрическое давление
• Цветной сенсорный экран HD
• Обнаружение молний (дополнительно)

Наша цена: 199 долларов.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура и влажность на входе / выходе
• Обнаружение молний
• Скорость / направление ветра
• Осадки
• Индекс тепла / охлаждение ветром / точка росы
• Цветной дисплей HD

Наша цена: $ 177.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Внутренняя / наружная температура и влажность
• Ветер
• Осадки
• Наружный датчик на солнечной энергии
• Ручная установка даты и времени

Наша цена: 355 долларов.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура и влажность в помещении / на улице
• Скорость ветра
• Направление ветра
• Осадки
• Барометрическое давление

Наша цена: $ 625.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура и влажность на входе / выходе / BP
• Скорость / направление ветра и количество осадков
• Наружный датчик на солнечных батареях
• Просмотр данных из WeatherLink Cloud
• Обмен данными с CWOP, GLOBE или Weather Underground

Наша цена: 805 долларов.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Просмотр данных онлайн с погодой Под землей
• Температура и влажность в помещении / на улице
• Ветер и осадки
• Точка росы / индекс тепла
• Барометрическое давление
• Обнаружение молний (дополнительно)

Наша цена: $ 179.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура и влажность в помещении / вне помещения
• Скорость ветра
• Значок прогноза
• МИН. / МАКС. Записи
• Дата / время
• Поддержка нескольких датчиков

Наша цена: 71 доллар.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Просмотр данных на мобильном устройстве
• Температура и влажность в помещении / на улице
• Скорость ветра
• Точка росы
• Прогноз NWS
• Дата / время

Наша цена: $ 109.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура и влажность на входе / выходе / BP
• Скорость / направление ветра и количество осадков
• Наружный датчик на солнечных батареях
• Просмотр данных из WeatherLink Cloud
• Обмен данными с CWOP, GLOBE или Weather Underground

Наша цена: 535 долларов.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура и влажность в помещении / на улице
• Скорость / направление ветра и количество осадков
• Барометрическое давление
• Наружный датчик на солнечных батареях
• Просмотр данных из WeatherLink Cloud
• Обмен данными с CWOP, GLOBE или Weather Underground

Наша цена: $ 587.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура и влажность в помещении / на улице
• Значок прогноза
• Скорость ветра / порыв
• Барометрическое давление с графиком
• Ручная установка даты и времени
• Цветной дисплей с подсветкой

Наша цена: 117 $.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура и влажность на входе / выходе
• Скорость / направление ветра / количество осадков
• Подключается к ПК через USB
• Обмен данными с WU
• Цветной дисплей с индикатором погоды
• Поддержка нескольких датчиков

Наша цена: $ 162.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура в помещении / вне помещения
• Влажность в помещении / вне помещения
• Значок прогноза
• Скорость ветра / порыв
• Барометрическое давление с графиком
• Радиоуправляемая дата / время
• Настольный или настенный монтаж

Наша цена: 87 $.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура в помещении / вне помещения
• Влажность в помещении / вне помещения
• Значок прогноза
• Скорость ветра / порыв
• Барометрическое давление с графиком
• Радиоуправляемая дата / время
• Настольный или настенный монтаж

Наша цена: $ 87.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

• Температура и влажность в помещении / на улице
• Скорость ветра
• Направление ветра
• Осадки
• Барометрическое давление

Наша цена: 580 долларов.95

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА

Калифорния: Мониторинг ветряных электростанций: регистраторы данных Campbell Scientific …

CalWind Resources владеет и управляет ветряной электростанцией в Техачапи, Калифорния. Ветряная электростанция эксплуатируется много лет, но в связи с новым требованием предоставлять данные в Калифорнийский ISO, CalWind Resources потребовалось закупить и установить новое измерительное и коммуникационное оборудование. Оборудование Campbell Scientific было выбрано для установки на ветряной электростанции, чтобы удовлетворить потребности в измерениях и связи.

Калифорнийский независимый системный оператор (ISO) управляет оптовой энергосистемой в Калифорнии с целью обеспечения более высокой надежности передачи при одновременном контроле затрат. Калифорнийский ISO выступает в качестве ключевой платформы для достижения целей Калифорнии в области чистой энергии. Для достижения своих целей и управления энергосистемой Калифорнийский ISO требует, чтобы предприятия по производству возобновляемой энергии сообщали безопасные данные о погоде и электроэнергии в режиме реального времени.

Как правило, удаленный интеллектуальный шлюз (RIG) служит основным средством безопасной связи между генерирующими объектами и системой управления энергопотреблением (EMS) Калифорнийского ISO.

Для измерения погодных данных на постоянной метеорологической вышке была установлена ​​метеостанция на базе регистратора данных Campbell CR800, которая измеряла скорость и направление ветра на двух высотах, а также температуру, относительную влажность и барометрическое давление.

Измеритель мощности, расположенный в отдельном месте на ветряной электростанции, используется для измерения напряжения, мегаватт и мегавар. Данные как от метеостанции, так и от измерителя мощности передаются в RIG, который действует как накопитель данных и является устройством, с которым Калифорнийский ISO связывается для сбора всех данных о погоде и мощности с места.

CR1000 и NL200 используются для решения RIG. CR1000 собирает данные как с метеостанции по протоколу PakBus, так и с измерителя мощности по протоколу DNP3. NL200 используется в качестве защищенного прокси-сервера для обеспечения безопасной связи DNP3 с Калифорнийским ISO. Из-за ограничений площадки была реализована беспроводная IP-сеть с использованием IP-радио для связи между RIG, метеостанцией и измерителем мощности.

Модель станции: Часть II

Образец модели станции с покрытием неба, направлением и скоростью ветра и данными о давлении (которые мы изучим позже), выделенный красным.

Кредит: Дэвид Бэбб

Мы собираемся продолжить работу с информацией, содержащейся в модели станции, а теперь обратим внимание на облачность, направление и скорость ветра. Я обрисовал в общих чертах часть модели станции, которая включает эту информацию в образце справа, но обратите внимание, что модель станции также включает информацию о давлении воздуха, которую мы в основном игнорируем сейчас и вернемся к ней позже. Как и в случае с температурой, точкой росы, видимостью и текущей погодой, я кратко опишу каждую переменную и ее общие единицы измерения (если применимо), а затем опишу, как их интерпретировать на модели станции.Начнем с покрытия неба:

Покрытие неба : Покрытие неба просто описывает часть неба, покрытую облаками. Позвольте мне начать с извечного вопроса: «Как вы думаете, какая фраза описывает более облачное небо? Частично солнечное или частично облачное?» Национальная метеорологическая служба определяет частично солнечную и частично облачную погоду как одно и то же, с оговоркой, что мы, конечно, не будем использовать «частично солнечную» ночью. Но на практике некоторые синоптики используют эти термины по-другому, потому что слово «частично» несколько расплывчато, поэтому оно нечеткое.Некоторые люди используют «частично солнечно», чтобы подчеркнуть, что будет немного больше облаков, чем солнца, и используют «частично облачно», чтобы подчеркнуть, что солнца будет немного больше, чем облаков. При таком использовании частично солнечный день на самом деле более облачный, чем частично облачный день.

Большинство синоптиков не хотят втягиваться в такой аргумент семантики, поэтому, когда дело доходит до количественной оценки покрытия неба облаками, они полагаются на особую систему «круговых диаграмм», которая оставляет мало места для дискуссий ( см. таблицу ниже).«Круговая диаграмма», составляющая наблюдение за охватом неба, разделена на 8 секций. Ясные условия (охват облаков 0/8) представляют собой идеально солнечное небо, в то время как облака « несколько » (охват от 1/8 до 2/8) представляют в основном солнечные условия. Облака «, рассеянные, » (охват облаков от 3/8 до 4/8) соответствуют частично облачному или частично солнечному небу, а облака «, разорванные » (охват облаков от 5/8 до 7/8) описывают частично облачную или частично солнечное (покрытие 5/8) или преимущественно пасмурное (покрытие 6/8 — 7/8) небо.Когда небо почти затянуто облаками, за исключением нескольких перерывов, синоптики называют облачность перерывами в облачности (сокращенно «BINOVC»). Изобразить условия « пасмурно, » (покрытие 8/8) несложно. Когда небо разорвано или затянуто облаками, погодные наблюдения будут включать соответствующий потолок облаков , который представляет собой просто высоту основания разорванного или затянувшегося слоя облаков. Потолок облаков не входит в модель станции, но особенно важен для пилотов самолетов.

Интерпретация покрытия неба на модели станции довольно интуитивно понятна, поскольку кружок в модели станции служит «круговой диаграммой», показывающей покрытие облаков. Чем больше облачный покров, тем больше закрашенная часть круга. В примере модели станции ниже справа круг в основном закрашен, что соответствует «в основном облачному» небу с 6/8 облачность.

Образец модели станции с обозначенным покрытием неба.В этом случае небо было в основном облачным, облачность составляла 6/8.

Кредит: Дэвид Бэбб

Я должен добавить, что иногда небесный покров не может быть виден из-за препятствий на низкой высоте, таких как сильный туман, проливной дождь, метель и т. Д. В таких случаях, когда наблюдатель не может определить охват неба, условие «небо» скрыто «. Таким образом, модель станции отмечена знаком «X» в круге небесного покрова, чтобы указать, что препятствие мешает наблюдателю за погодой наблюдать за остальной частью неба.Даже если наблюдатель достаточно уверен, что небо затянуто облаками, если потолок не может быть виден, все равно будет сообщаться «небо затенено». Кроме того, когда существует закрытое небо и очень низкая вертикальная видимость, иногда можно увидеть ссылки на неопределенный потолок. Это просто означает, что затемнение поверхности (например, сильный туман, метель и т. Д.) Имеет ограниченную вертикальную видимость до такой степени, что потолок облаков не может быть определен.

Направление ветра : Ветер — это горизонтальное движение воздуха, и одно из самых фундаментальных правил, которое вам нужно знать, заключается в том, что направление ветра всегда выражается как направление, ОТ которого дует ветер, а НЕ направление. к которому дует ветер .Обязательно запомните это! Так, если ветер дует, например, с севера, вы услышите, как метеоролог сказал, что ветер «северный» (или есть «северный» ветер), а НЕ «южный» или «южный» ветер. Метеорологов всегда интересует, откуда идет воздух, потому что это может помочь в прогнозировании погоды. Например, если ветер дует из области теплого воздуха в область более холодного воздуха, синоптик захочет знать это!

Итак, направление ветра всегда совпадает с направлением от , в котором дует ветер.Вместо того, чтобы маркировать ветер общим направлением, таким как «север» или «юго-восток», синоптики обычно используют стандартные углы компаса для точной настройки направления ветра. Для наглядности, северный ветер дует под углом 0 градусов. Ветер, дующий с востока, — это ветер под углом 90 градусов, а направление ветра под углом 70 градусов соответствует ветру, дующему с востока на северо-восток.

Образец модели станции с помеченным флагом направления ветра. В данном случае ветер дул с юго-востока (точнее, 150 градусов).

Кредит: Дэвид Бэбб

На модели станции — тонкая сплошная линия (часто называемая «флагом»), идущая наружу от символа покрытия неба в том направлении, в котором дует ветер. от . В примере справа я выделил «флаг» ветра. Можете ли вы сказать, какое направление ветра на этой модели станции? Помня, что направление ветра — это направление, откуда дует ветер, очевидно, что ветер дует с юго-востока (поэтому мы бы сказали, что у нас «юго-восточный» ветер или «ветры юго-восточные»).Точнее, мы могли бы сказать, что ветер был 150 градусов (для подтверждения вы можете обратиться к изображению стандартных углов компаса).

Скорость ветра : Скорость ветра — это просто скорость движения воздуха. Вы можете услышать упоминания о «устойчивых» скоростях ветра, которые представляют собой средние скорости ветра за определенный период времени (обычно 1 или 2 минуты), но иногда ветер бывает неустойчивым, с кратковременным внезапным увеличением скорости ветра, называемым порывами . Как правило, порывы длятся менее 20 секунд.Метеорологические наблюдатели обычно сообщают о порывах ветра только тогда, когда скорость ветра превышает 10 узлов (между пиками и затишьями). Однако зарегистрированные порывы ветра обычно не появляются на моделях станций.

В США мы обычно говорим о скорости ветра в милях в час (как и об ограничениях скорости автомобилей), но на моделях станций скорость ветра всегда выражается в единицах узел (морские мили в час). Для справки: 1 узел = 1,15 мили в час. На моделях станций скорость ветра выражается в виде серии зазубрин, называемых «ветровыми зазубринами» по часовой стрелке от линии, представляющей направление ветра.Каждая более длинная ветровая зазубрина считается за счет 10 узлов (на самом деле каждая более длинная зазубрина означает скорость от 8 до 12 узлов, но синоптики для простоты оперативно выбирают среднее значение 10 узлов). Более короткие зазубрины считаются за пять узлов. Итак, чтобы вычислить скорость ветра, вам нужно добавить значения, связанные с любыми присутствующими длинными и короткими ветровыми зазубринами.

Образец модели станции с обозначением скорости ветра. В этом случае одна длинная ветровая штанга (10 узлов) и одна короткая ветровая штанга (5 узлов) дает скорость ветра 15 узлов (17 миль в час).

Кредит: Дэвид Бэбб

В образце модели станции справа есть одна длинная зазубрина (10 узлов) и одна короткая зазубрина (5 узлов), поэтому мы складываем 10 узлов и 5 узлов вместе, чтобы получить скорость ветра 15 узлов (которая преобразуется в 17 миль). в час). Если приземный ветер «штиль», то у него нет ни направления, ни скорости. В этом случае вокруг круга нарисован круг большего размера, обозначающий покрытие неба. Чтобы увидеть пример, посмотрите карту моделей станций 1828Z над частью западной части Соединенных Штатов 16 мая 2017 года.Обе станции, которые я выделил (Гавр и Глазго, Монтана), сообщали о штилевом ветре.

С другой стороны, при очень сильном ветре «треугольный» зазубрин считается за счет в 50 узлов. Однако использование символа 50 узлов на поверхности нечасто встречается в большинстве мест, поскольку устойчивый ветер редко достичь таких скоростей. Конечно, несколько чаще встречаются порывы ветра , , 50 узлов (сильные грозы, сильные холодные фронты и т. Д.). Вы с большей вероятностью увидите устойчивый ветер 50 узлов у побережья Атлантического океана и Персидского залива с ураганом поблизости, такой как устойчивый ветер 50 узлов на мысе Хаттерас, Северная Каролина, в начале 27 августа 2011 года, когда приближался ураган Ирен.

Наконец, я должен сразу заметить, что я не рассмотрел пару частей модели станции, связанных с давлением воздуха. Оставшаяся информация справа от круга покрытия неба представляет давление на уровне моря в миллибарах (вверху справа) и тенденцию давления на уровне моря (изменение за последние три часа). Давление на уровне моря — это давление воздуха (сила, действующая на единицу площади со стороны молекул воздуха), которое будет действовать на уровне моря. Мы поговорим гораздо больше о значении давления воздуха позже в этом курсе, а также расскажем, как декодировать информацию о давлении из модели станции.Так что пока не беспокойтесь об информации о давлении на модели станции.

Прежде чем двигаться дальше, не забудьте потратить некоторое время на разделы Key Skill и Quiz Yourself ниже. Они помогут вам научиться интерпретировать покрытие неба и направление / скорость ветра на модели станции. Убедитесь, что вам удобно интерпретировать эти переменные на модели станции, прежде чем двигаться дальше!

Оптимизация мощности ветровой электростанции за счет управления следом

Значение

Эффект следа в ветряных электростанциях может значительно снизить выработку электроэнергии и повысить ее стоимость.Здесь мы разработали схему управления следом для увеличения выработки энергии ветряными электростанциями. Метод управления в спутном следе был протестирован на группе из шести турбин коммунального масштаба, где он увеличил выработку энергии для скоростей ветра в районе средней годовой скорости от 7% до 13% и снизил изменчивость до 72% для выбранных направлений ветра в ночное время. . Эти улучшения могут способствовать повышению способности ветряных электростанций обеспечивать надежную, недорогую и эффективную базовую энергетическую нагрузку.

Реферат

Мировое производство электроэнергии все больше полагается на ветряные электростанции для производства низкоуглеродной энергии.В недавнем специальном отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) прогнозировалось, что производство возобновляемой энергии должно вырасти с 20% мирового энергобаланса в 2018 году до 67% к 2050 году, чтобы предотвратить повышение глобальной температуры на 1,5 ° C по сравнению с доиндустриальным уровнем. Это увеличение требует надежного и недорогого производства энергии. Однако ветряные турбины часто размещаются в непосредственной близости от ветряных электростанций из-за ограничений по земле и линиям электропередачи, что приводит к снижению эффективности ветровой электростанции до 40% для направлений ветра, совпадающих с колоннами турбин.Чтобы увеличить выработку энергии ветряной электростанцией, мы разработали схему управления следом. Такой подход максимизирует мощность ветряной электростанции за счет смещения по рысканью, которое отклоняет следы от расположенных ниже по потоку турбин. Оптимизация была выполнена с помощью аналитического градиентного подъема для конкретного участка на основе исторических операционных данных. Протокол был протестирован на действующей ветряной электростанции в Альберте, Канада, что привело к статистически значимому (P <0,05) увеличению мощности на 7–13% для скорости ветра вблизи средней площадки и направлений ветра, которые происходят менее чем в 10% ночной работы. и 28–47% для малых скоростей ветра при тех же направлениях ветра.Управление в спутном следе также снизило изменчивость выработки энергии ветряной электростанцией на 72%. Хотя результирующий прирост годового производства энергии на этой ферме был незначительным, эти статистически значимые результаты управления следом демонстрируют потенциал повышения эффективности и предсказуемости производства энергии за счет сокращения потерь в следе.

Специальный доклад 15 Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) о глобальном потеплении (1) обнаружил, что нынешние темпы выбросов приведут к повышению температуры с доиндустриального уровня, равного 1.5 ° C к 2040 году. Между тем недавние исследования предсказали, что Парижское соглашение по климату (2) не сможет удержать потепление ниже заявленной цели 2 ° C (3, 4). В Специальном отчете 15 установлено, что производство электроэнергии на основе угля должно снизиться с нынешних 40% мирового производства энергии до 1–7%. В результате возобновляемые источники энергии должны компенсировать этот переход, увеличившись с 20% выработки энергии в 2018 году до 67% к 2050 году (1). Ветровая и солнечная энергия, вероятно, составят основную часть этих добавленных мощностей из-за снижения стоимости электроэнергии (5).Хотя недавние исследования (5) показали, что береговая ветровая энергия является экономически выгодной по сравнению с углем и природным газом с комбинированным циклом, такие оценки относятся к объектам с надежными и надежными ветровыми ресурсами. Чтобы достичь целей Парижского климатического соглашения, ветряные фермы должны значительно увеличиться в количестве и плотности, а также распространиться на участки с менее определенным ветровым ресурсом (6). В результате методы повышения эффективности ветряных электростанций по-прежнему имеют первостепенное значение для сокращения выбросов углерода.

Хотя основной причиной снижения эффективности ветряных электростанций является изменчивость скорости ветра, аэродинамические потери в больших массивах турбин также являются ключевой проблемой при эксплуатации ветряных электростанций (7).Из-за процесса извлечения энергии из пограничного слоя атмосферы ветровые турбины обязательно создают область следа с уменьшенным импульсом непосредственно ниже по потоку (8). Этот след снизит выработку энергии турбинами, расположенными ниже по потоку в группе. Потери мощности в следе в ветряной электростанции зависят от скорости и направления падающего ветра.

Потери в следе возникают, когда скорость ветра ниже номинального значения (9) и турбины, по крайней мере, частично выровнены по углу набегающего ветра.Средняя скорость ветра на большинстве ветропарков значительно ниже расчетного значения (10). Направления ветра в турбулентном пограничном слое атмосферы по своей природе изменчивы и будут меняться в зависимости от времени суток, сезона и других геофизических параметров (11). Компоновки ветряных электростанций предназначены для извлечения максимальной прибыли с учетом исторически наблюдаемых распределений направления и скорости ветра, что обычно приводит к увеличению продольного расстояния между турбинами в наиболее распространенных направлениях ветра. Однако для других направлений ветра ветровые турбины расположены ближе друг к другу (12).В наихудших сценариях размещения ветряных турбин и направлений притока в современных ветряных электростанциях происходит потеря более 40% эффективности, когда ветер смещается в направлении, совмещенном с колоннами турбин (13).

Чтобы свести к минимуму аэродинамические потери между турбинами в условиях преобладающего ветра, было найдено оптимальное продольное расстояние 10–15D, где D — диаметр турбины (14⇓ – 16). Современные турбины увеличиваются в размерах, при этом морские турбины теперь имеют диаметр ротора более 200 м (17).Соответствующее расстояние между турбинами в несколько километров значительно увеличивает стоимость линий электропередачи и землепользования (18). В результате проектировщики ветряных электростанций сталкиваются со сложной многокритериальной задачей оптимизации, которая обычно приводит к рабочему расстоянию между турбинами 6-10D (18). На этом расстоянии в современных ветряных электростанциях сохраняются значительные аэродинамические потери в следе, когда поток направлен относительно колонн турбин, а скорость ветра ниже номинального значения (13).

В то время как влияние потерь в спутной струе на эффективность ветряной электростанции может быть большим для некоторых направлений притока, совокупное влияние на годовое производство энергии меньшими ветряными электростанциями обычно ниже, поскольку турбины хорошо разнесены в направлениях с высокой скоростью ветра.Тем не менее, влияние потерь в следе может быть значительным, как, например, в морской ветряной электростанции Хорнс Рев, где было обнаружено, что они снижают годовую выработку энергии примерно на 20% (13, 19). С увеличением размера и количества ветряных электростанций (20) потери в следе становятся все более важным фактором эффективности ветряных электростанций (21). В то время как масштабы снижения эффективности, вызванного следом, будут зависеть от конкретной площадки ветряной электростанции, методы, которые могут снизить потери в следе, после разработки, вероятно, будут широко применимы к глобальному парку ветроэнергетики.Таким образом, потенциальные методы смягчения последствий следа были в центре внимания многолетних исследовательских инициатив, проводимых Министерством энергетики США, таких как кампания от атмосферы к электронам (A2e) и объект Scaled Wind Farm Technology (SWiFT) (22). Учитывая широкое потенциальное влияние метода уменьшения потерь в следе, мы разработали схему управления и протестировали ее на шести турбинах коммунального масштаба на ветряной электростанции в Альберте, Канада, для скоростей ветра и направлений, где потери в следе наблюдались исторически.Наш метод увеличил выработку энергии для этих направлений ветра от 7% до 13% для умеренных скоростей ветра вблизи площадки и до 47% для низких скоростей ветра, что представляет собой статистически значимую демонстрацию оптимизации мощности рулевого управления в спутной струе для ветряной электростанции с несколькими турбинами. .

Помимо средней выработки электроэнергии, следы от ветряных турбин способствуют прерывистой работе. Прерывистое производство электроэнергии вызывается как ветровыми колебаниями в турбулентном пограничном слое атмосферы, так и внутренней нелинейностью выработки энергии ветровыми турбинами в зависимости от скорости ветра (23).Кроме того, следы турбин вносят свой вклад в отсутствие точной управляемости производства энергии ветряной электростанцией. Прерывистые возобновляемые источники энергии увеличивают потребность в дорогостоящих системах резервирования энергии, чтобы гарантировать надежность сетевых услуг (24). При низкой скорости ветра ветряные турбины могут колебаться примерно со скоростью включения в результате порывов ветра и динамического меандрирования следа (25). Методы управления, которые уменьшают изменчивость производства энергии ветряными электростанциями, измеряемую здесь как SD временной записи выработки электроэнергии, могут снизить потребность в дополнительных услугах для энергосистемы (26).Наш метод, примененный на ветряной электростанции в Альберте, Канада, снизил SD производства энергии ветряной электростанцией до 72% для рассматриваемых ветровых условий.

Управление рулевым управлением по следу

В последнее время внимание было сосредоточено на уменьшении потерь в следе за счет использования протоколов управления турбиной и оптимизации систем, которые приносят в жертву индивидуальные характеристики турбины для улучшения производительности коллективной ветровой электростанции. В нескольких исследованиях была предпринята попытка оптимизировать выработку электроэнергии ветряной электростанцией за счет работы турбины, расположенной выше по потоку, в неоптимальном состоянии для повышения эффективности турбины ниже по потоку (27, 28), но результаты еще не привели к окончательному решению, которое может можно экстраполировать на произвольные конфигурации ветряных электростанций (29).

Современная работа турбины сводит к минимуму угол несоосности рыскания, который представляет собой угол между осью гондолы турбины и направлением набегающего ветра. В то время как ветряные турбины обычно демонстрируют небольшое отклонение по рысканью из-за ошибок управления, шума и неопределенности датчиков (30), цель промышленных алгоритмов управления состоит в том, чтобы минимизировать это рыскание. Когда ветровые турбины смещены относительно набегающего ветра, они создают боковое усилие, которое отклоняет область следа (31), как показано на рис.1 А . Хотя смещенная турбина вырабатывает неоптимальную мощность, след больше не может напрямую сталкиваться с турбиной, расположенной ниже по потоку, в результате рулевого управления в следе. Применение управления в спутной струе для ветряной электростанции с шестью турбинами показано на рис. 1 B и C . Такая стратегия управления оказалась полезной для турбин с подветренной стороны в ряде экспериментов в аэродинамической трубе (32, 33) и вычислительных исследованиях (34–37). Управление по спутной струе также использовалось в полевом эксперименте с двумя турбинами, который продемонстрировал увеличение выработки энергии турбиной по ветру в зависимости от стабильности атмосферы (38).Влияние рулевого управления в спутном следе на сумму выработки энергии турбинами по ветру и по ветру было безрезультатным в отдельном полевом эксперименте с двумя турбинами (39). Здесь мы демонстрируем статистически значимый эффект следящего управления в полевых исследованиях с шестью турбинным агрегатом.

( A ) Ветряная турбина диаметром D наклонена под углом γ относительно набегающего ветра и вид сверху. Набегающий ветер со скоростью u∞ падает слева. Центральная линия стандартного рабочего следа без отклонения от курса будет следовать по пунктирной синей линии.Центральная линия следа по рысканию следует за сплошной красной линией. ( B и C ) Поле продольной скорости модели спутного следа для управления отслеживанием базовой точки максимальной мощности ( B ) и оптимального управления рысканием ( C ). Скорость набегающего ветра на самой верхней турбине составляет u∞ = 7,5 м⋅с-1, и моделируются шесть турбин. След за шестой турбиной не показан, поскольку модель следа автоматически игнорирует калибровку параметров шестой турбины для повышения эффективности вычислений.

Из-за сложности экспериментов и вычислительных затрат параметрические исследования и оптимизация мощности ветряных электростанций в реальном времени ограничены предыдущими подходами (29). Таким образом, для облегчения управления с обратной связью в реальном времени требуется разработка точной и эффективной с вычислительной точки зрения модели выработки электроэнергии ветряной электростанцией в зависимости от срабатывания рулевого управления в спутном следе (40).

Оптимизация мощности для конкретного объекта

Мощность ветровой турбины, P, зависит от компоновки ветряной электростанции и условий притока.Кроме того, выработка энергии ветряной турбиной является функцией угла смещения по рысканью, а также смещения по рысканью турбин, расположенных выше по потоку, которое проявляется в виде отклонений в следе. Мы разработали аналитическую формулировку для прогнозирования выработки энергии ветровыми турбинами в зависимости от атмосферных условий и решений о несоосности ветровых турбин по рысканью. Управление в спутной струе фиксируется с помощью недавно разработанной модели подъемной линии (41). Хотя величина поворота в спутном следе (42), а также скорость и направление ветра (43) являются функциями вертикального размера, измерения, доступные на месте в настоящем исследовании, были ограничены точечными датчиками на высоте ступицы.В то время как включение трехмерности изогнутого следа (42) может повысить точность модели в определенных атмосферных условиях, 2D-модели достаточно, чтобы уловить основные физические аспекты настоящего эксперимента ветряной электростанции. Подробная информация об аналитической модели прогнозируемого следа приведена в Приложении SI . Максимизация выработки энергии ветряной электростанцией за счет использования следящего управления позиционируется как оптимизация, максимизация γ → ∑i = 1NtPis при условии γi∈ [γmin, γmax], [1] где γi — угол рыскания для турбины i, Nt — количество турбин, а γmin и γmax являются границами несоосности рыскания для каждой турбины.Уравнение 1 не является выпуклым, но может быть оптимизирован с помощью ряда алгоритмов. Подобные исследования ранее использовали генетические алгоритмы (44) или дискретные градиенты (35). Поскольку мы разработали аналитическую функцию для прогнозирования производства энергии ветряной электростанцией, уравнение. 1 можно эффективно оптимизировать, используя аналитические градиенты в сочетании с общей стратегией подъема градиента, называемой оптимизацией Адама (45).

Калибровка модели следа для конкретного участка

Модель ( SI Приложение ) откалибрована с использованием исторических полевых данных в масштабе полезности из пяти 1.Ветряные турбины Vestas V80 мощностью 8 МВт и одна турбина Vestas V80 мощностью 2,0 МВт на действующей ветряной электростанции в Альберте, Канада. Шесть турбин в ветряной электростанции выровнены под углом ∼335 °, где север равен 0 °, а угол продолжается по часовой стрелке до 360 ° на севере. При ветре от 335 ° турбины разнесены на ∼3,5D в преобладающем направлении ветра. Условия ветрового притока задаются установленными на гондоле системой диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), измеряющей скорость ветра и направление гондолы.В настоящем исследовании интенсивность турбулентности не измерялась из-за ограничений оборудования ветряной турбины. Подробности измерений ветровых условий обсуждаются в Приложении SI . Пять лет усредненных за 1 минуту эксплуатационных данных SCADA, включая мощность, направление гондолы и скорость ветра, были использованы для калибровки константы пропорциональности предполагаемого гауссова следа и коэффициента распространения следа. Последний параметр определяет диаметр следа, который является функцией продольного расстояния после ветряной турбины.Эта модель позволяет каждой турбине иметь независимые значения для двух параметров модели, поскольку эти параметры, как известно, являются функцией условий атмосферного пограничного слоя (46), а также количества турбин против ветра (47). Параметры модели были определены с помощью аналитического градиентного спуска ( SI Приложение ). Результирующая откалиброванная модель с использованием ночных исторических фоновых данных показана на рис. 2 для притока 330 ° ± 5 ° при u∞ = 5-6 м⋅с-1 и u∞ = 7-8 м⋅с-1. Выработка электроэнергии нормирована на мощность самой ветреной турбины.Вторая турбина в среднем вырабатывает около 30% и 40% мощности предшествующей турбины при низкой и умеренной скорости ветра соответственно. Потери в следе больше при более низких скоростях ветра из-за более высокой относительной тяги, которую турбина передает полю скоростей при низких скоростях ветра.

( A и B ) Калибровка модели следа с использованием 5-летних исторических данных о мощности турбины SCADA для притока от 330 ° ± 5 ° для ( A ) u∞ = 5-6 м⋅с −1 и ( B ) u∞ = 7−8 м⋅с − 1.Планки погрешностей представляют 1 стандартное отклонение в данных. Турбина 4 — это Vestas V80 мощностью 2,0 МВт, а остальные — Vestas V80 мощностью 1,8 МВт. Нормализация выработки мощности турбиной осуществляется самой противоточной турбиной Р1.

Модель, подходящая для умеренной скорости ветра, имеет среднюю абсолютную ошибку 0,02, в то время как модель для низкой скорости ветра имеет среднюю абсолютную ошибку 0,09 (выраженную как отношение, нормированное на мощность первой турбины). Менее точная подгонка в ячейке с низкой скоростью ветра ожидается из-за присущей ему нелинейности при эффективной скорости включения 5 м⋅с-1 для турбин Vestas V80 на интересующем участке.В частности, выше точки включения турбина вырабатывает мощность и оказывает сопротивление жидкости, создавая зону следа. Ниже точки включения вырабатывается нулевая мощность и нет значительных участков следа. Из-за динамического меандрирования следа турбины, расположенные ниже по потоку, будут колебаться между включением и отключением для очень низких скоростей ветра, и статические модели, которые учитывают только усредненное по времени поведение, также не могут уловить эту динамику (48). Это проиллюстрировано на рис. 2 A , где производство нулевой мощности происходит в пределах 1 стандартного отклонения от среднего.Поскольку контроллер рыскания на турбинах Vestas V80 не позволял выполнять динамические маневры рыскания, такие динамические расширения не применялись в рамках моделирования. Калибровки модели спутного следа для других направлений и скоростей притока северо-западного ветра для краткости не показаны.

План полевого эксперимента

В то время как ветряная электростанция в Альберте была спроектирована для высокоскоростного потока с юго-запада, ночные ветра с низкой и средней скоростью с северо-запада происходят летом и осенью. Настоящий эксперимент направлен на оптимизацию углов отклонения от курса для этих скоростей ветра с северо-запада, для которых существуют значительные эффекты следа.

Оптимизация несоосности рыскания была проведена с откалиброванной моделью для притока от 315 ° до 355 °, для которого наблюдаются потери в следе. Эти углы составляют ~ 8% от ночной работы ветряной электростанции, при этом почти все пробы приходятся на летний и осенний сезоны. Роза ветров с историческими данными показана в приложении SI , рис. S1 A . Оптимизация угла рыскания привела к смещению рыскания на ~ 20 ° по часовой стрелке по отношению к набегающему ветру для каждой из первых пяти турбин в колонне и нулевому смещению для турбины, которая находилась дальше всего по ветру.Из-за аппаратных ограничений систем управления рысканием ветряных турбин, только один набор углов отклонения от рыскания мог быть выбран для диапазона северо-западного притока. Следовательно, смещенные турбины постоянно смещались на 20 ° для всех северо-западных направлений притока, от 315 ° до 355 °. Хотя измерения интенсивности турбулентности не были доступны на участке ветряной электростанции, ночная работа обычно приводит к довольно низкой интенсивности турбулентности и, следовательно, к большим потерям в следе из-за подавленного перемешивания в следах (11).Подробная информация об оптимизации несоосности по рысканью приведена в Приложении SI . Другие углы смещения по рысканью не тестировались из-за экспериментальных ограничений реализации и увеличения количества уникальных дней экспериментов с одним набором смещений. Более длительная продолжительность эксперимента была необходима для достижения статистической достоверности.

Настоящая стратегия оптимизации, основанная на управлении, была протестирована в полномасштабном полевом эксперименте с шестью промышленными турбинами с 15 по 25 октября 2018 года.Фотография смещенных по рысканию турбин представлена ​​на рис. 3 A . Эскиз вида сверху оптимальных углов рыскания для эталонного притока с северо-запада можно увидеть на рис. 3 B .

( A ) Фотография шести турбин Vestas V80 на действующей ветряной электростанции в Альберте, Канада. ( B ) Оптимизированный перекос шести турбин, вид сверху. Поток возникает с северо-запада, что представляет интерес для данного эксперимента по оптимизации.Турбины с первой по пятую смещены на 20 ° по часовой стрелке относительно набегающего ветра. Турбина шестерка не смещена. Координаты в метрах. ( C и D ) Мощность в зависимости от номера турбины сравнивается для базовой работы с историческими данными SCADA за 5 лет (синие кружки), экспериментальной кампанией по рысканью (зеленые треугольники) и прогнозами модели (красные ромбы). ) на основе калибровок, представленных на рис. 2. Условия притока показаны для 330 ° ± 5 ° при ( C ) u∞ = 5-6 м⋅с-1 и ( D ) u∞ = 7− 8 м⋅с − 1.Планки погрешностей представляют 1 стандартное отклонение в данных.

Результаты полевых экспериментов

Значительное увеличение мощности по сравнению с базовой линией наблюдалось при скорости ветра от низкой до умеренной с северо-запада. Влияние наведения в следе на среднее и стандартное отклонение выработки энергии для условий северо-западного притока показано в таблице 1. Показаны направления и скорости ветра с более чем 15 усредненными за 1 мин выборками данных.

Шесть эффектов управления следом от ветряных турбин в масштабе коммунальных предприятий на среднее (Δm), стандартное отклонение (Δs) и скорость отклонения выработки электроэнергии по сравнению с базовой работой

Для низких скоростей ветра u∞ = 5-6 м⋅с − 1 и приток 325 ° ± 5 °, общая мощность шести турбин увеличилась со среднего временного значения 390 кВт до 570 кВт, что на 47% больше.Между тем, для притока 330 ° ± 5 ° при u∞ = 5-6 м⋅с-1 увеличение мощности составило 28% (рис. 3 C ). Большое процентное увеличение в этих случаях происходит из-за низкой выработки электроэнергии при низких скоростях ветра и близости скоростей ветра к скорости включения 5 м⋅с-1. Значительное улучшение в этих двух случаях можно объяснить отклонением восходящего следа. Частичное перекрытие в следе происходит, когда часть области ротора ветряной турбины находится в следе за встречной турбиной, в то время как другая часть находится в невозмущенном набегающем потоке.Такой случай имеет место для шести турбин с потоком от 325 ° до 330 °. Во время сценария частичного следа небольшое отклонение от курса для турбины против ветра может привести к тому, что турбина, расположенная ниже по потоку, будет работать исключительно в условиях набегающего потока. Уменьшение частичного пробуждения полезно для выработки электроэнергии и значительно снижает усталость и отказы турбины (49). Модель учитывает влияние несоосности рыскания в сценарии частичного следа, как показано на рис. 1 B и C , где следы турбин выше по потоку отклоняются от турбин ниже по потоку.Следы воздействуют на турбины, расположенные ниже по потоку, более непосредственно при 330 °, чем при 325 °. В результате для отклонения следа от турбин, расположенных ниже по потоку, требуются более значительные отклонения следа при 330 °, чем при 325 °. Следовательно, ожидаемое увеличение мощности выше для 325 °, где сценарий частичного следа наиболее заметен.

При более высокой скорости ветра u∞ = 7-8 м⋅с-1 с ​​330 ° ± 5 ° общая мощность увеличилась с 1,86 МВт до 2,11 МВт, что на 13% больше (Рис. 3 D ). Процентное увеличение меньше в случаях с более высокой скоростью ветра в результате уменьшения эффекта следа на этих скоростях.

Поток, непосредственно падающий вдоль трассы колонны ветряной электростанции под углом 335 ° ± 5 °, имел место в значительной степени только при скорости ветра между u∞ = 7-8 м⋅с-1. В этих условиях выработка электроэнергии шести турбин увеличилась на 7%. Ветряные электростанции обычно располагаются в местах со средней скоростью ветра около 8 м⋅с-1 (10). Таким образом, для ветряных электростанций с аналогичным шагом в продольном направлении и прямым выравниванием в среднем ожидается увеличение мощности на 7%, наблюдаемое в этих ветровых условиях.

Управление по кильватерному следу также значительно уменьшило изменчивость суммы выработки энергии шестью турбинами, измеренной здесь как стандартное отклонение во временном ряду данных, усредненных за 1 мин (таблица 1).Уменьшение SD суммы мощности связано с уменьшением эффекта следа между турбинами. Это проявляется в заметном уменьшении процента времени, в течение которого турбины не производят мощность (сбой) при всех ветровых условиях. Стоит отметить, что все рассматриваемые здесь ветровые условия превышают скорость включения турбин Vestas V80 и, следовательно, без эффектов следа скорость отключения будет 0% для всех случаев ветровых условий. Высокие коэффициенты отключения в случае базового управления являются результатом падения скорости столкновения с данной турбиной ниже скорости включения.В результате рулевого управления в следе процент времени, в течение которого скорость снижается ниже значения включения для турбин по ветру, заметно снизился.

Модель низкого порядка способна предсказать влияние рыскания на тенденции выработки энергии в полевом эксперименте на основе калибровки с использованием только исторических данных (рис. 3 C и D ). Как и ожидалось, выработка мощности турбинной (т. Е. Самой наветренной турбины) была снижена из-за работы с несоосностью рысканья.Однако выработка энергии турбинами со второй по пятую, и особенно шестой турбиной, находящейся дальше всего по ветру, значительно увеличилась. Имеются расхождения в случае низкой скорости ветра, показанном на рис. 3 C , в результате нелинейности скорости включения и динамического меандрирования следа, не зафиксированных в модели. Однако качественное совпадение с тенденциями прогнозирования модели способствует использованию данной модели для управления в реальном времени произвольными ветряными электростанциями в масштабе коммунальных предприятий.

Самым большим источником ошибок в существующей структуре моделирования является функциональная зависимость мощности от угла несоосности рысканья.В настоящем подходе предполагалось, что производство мощности как функция рыскания соответствует экспериментальному результату в аэродинамической трубе cos2 (γ) (50). Хотя эта модель довольно хорошо работает в случае низкой скорости ветра, показанном на рис. 3 C , она неточна для случая более высокой скорости ветра, показанного на рис. 3 D . В результате, вероятно, существует функциональная зависимость показателя косинуса от скорости набегающего ветра, а также ранее описанная зависимость от типа турбины (44) и сдвига и поворота в пограничном слое атмосферы.

Результаты увеличения мощности статистически значимы (P <0,05) по двухвыборочному критерию Колмогорова – Смирнова. Подробности статистических экспериментов приведены в документе Materials and Methods . Однако статистический тест не исследует доминирующие причины неопределенности, которыми являются условия притока атмосферного пограничного слоя, включая скорость и направление ветра, а также ограниченное количество уникальных дней экспериментальной кампании по рысканью. Полный набор данных доступен по адресу https: // purl.stanford.edu/rn821pp7681.

Обсуждение

Мы демонстрируем статистически значимый полевой эксперимент по управлению в следе, увеличивающий выработку энергии многотурбинной ветровой электростанцией для ветровых условий, которые демонстрируют потери в следе. В то время как влияние управления в спутном следе на годовое производство энергии зависит от конкретной площадки (например, ниже 0,3% на этой ветряной электростанции), этот эксперимент служит доказательством концепции потенциала управления в спутном следе для значительного снижения потерь в спутном следе, которые сокращают годовое производство энергии. ветропарков (13).Управление рулевым управлением в спутной струе также уменьшило прерывистость выработки мощности. Поскольку вспомогательные услуги частотного регулирования требуются в масштабе времени в минутах (26), SD в отношении временных рядов производства электроэнергии, усредненных за 1 минуту, имеют отношение к планированию энергосистемы. Это демонстрирует, что управление в спутном следе может снизить непостоянство ветровой энергии и, таким образом, повысить надежность этого компонента энергосистемы. Прогресс в нашем понимании физики ветряных электростанций в сочетании с улучшениями в моделировании, проектировании и оптимизации управления еще больше повысит ценность этой технологии возобновляемых источников энергии и ее способность обеспечивать недорогую и надежную энергию для устойчивой сети.

Для достижения такого потенциального увеличения мощности глобального парка ветряных электростанций требуется эффективная вычислительная модель. Данная формулировка аналитической модели была выбрана из-за ее вычислительной эффективности, которая облегчает ее использование для управления ветряными электростанциями в масштабе коммунальных предприятий в реальном времени. Вычислительная стоимость предыдущих методов масштабируется как O (NxNy), где Nx и Ny — количество точек сетки, используемых в расчетной области, тогда как стоимость настоящего метода масштабируется как O (Nt), где Nt — количество турбин. .Обычно для каждой турбины ветряной электростанции (34) используется O (10) точек сетки, что приводит к приблизительному масштабированию O (100Nt2). Следовательно, настоящий метод имеет вычислительное сокращение, по крайней мере, на два порядка. Это масштабирование обеспечивает калибровку модели в реальном времени и управление ветровой фермой с помощью только стандартного персонального компьютера. Учитывая, что все ветряные турбины коммунального масштаба сконструированы с контроллерами рыскания, настоящая схема управления может быть напрямую внедрена в любую действующую ветряную электростанцию, таким образом, немедленно увеличивая выработку энергии с этих площадок без дополнительных затрат.

Недавнее моделирование отметило потенциальное влияние направления несоосности рыскания на выработку энергии в упрощенном, выровненном сценарии управления в следе с двумя ветряными турбинами (51, 52). Это наблюдение не было подтверждено во всех других исследованиях управления движением в спутном следе и, вероятно, во многом зависит от компоновки турбины (53). Потенциальная асимметрия в выработке мощности в зависимости от направления отклонения от курса, вероятно, вызвана изогнутым трехмерным следом (42), а также изменением и сдвигом скорости ветра.Недавняя работа предполагает, что эта асимметрия связана с эффектом Кориолиса (37). Эти эффекты являются предметом продолжающейся работы по моделированию (36, 43, 54, 55) и поэтому не были включены в настоящую схему.

Помимо наблюдаемого здесь эффекта перекоса по рысканью на выработку мощности, управление в спутном следе также влияет на неустойчивую нагрузку ветряной турбины и, следовательно, на механическую усталость. Теоретические и численные исследования предсказали, что смещение по рысканью может уменьшить или увеличить механическую усталостную нагрузку на лопасти ветряной турбины в зависимости от направления смещения по рысканью (56).Однако влияние перекоса по рысканью на усталостную нагрузку является функцией конкретной ветряной турбины и системы управления, поскольку недавние исследования показали разные результаты в зависимости от интересующей ветряной турбины (49, 57). Кроме того, смещение по рысканью может уменьшить частичное перекрытие спутного следа, которое, как известно, значительно увеличивает усталостную нагрузку (58). В описанном здесь эксперименте на ветряной электростанции в Альберте частичное перекрытие следа значительно уменьшилось. Хотя усталостная нагрузка ветряной турбины не измерялась в текущем полевом эксперименте, она является предметом будущих работ и контрольно-измерительных приборов на этом полевом участке.В более общем плане, точные прогнозы влияния перекоса по рысканью на усталостную нагрузку всех ветряных турбин в ветряной электростанции, вероятно, потребуются до широкого внедрения управления в спутном следе в качестве оптимальной схемы управления для ветряных электростанций промышленного масштаба. Это является предметом текущей работы в рамках программы A2e Министерства энергетики с использованием инструмента моделирования FAST Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (59).

Материалы и методы

Статистические тесты.

Статистическая значимость результатов экспериментальной оптимизации мощности рыскания проверялась с помощью двухвыборочного теста Колмогорова – Смирнова. Был выбран критерий Колмогорова – Смирнова, поскольку наборы данных являются ненормальными распределениями. Нулевая гипотеза состоит в том, что сумма выработки электроэнергии шестью турбинами из исходных исторических данных и экспериментальных измерений рыскания является одним и тем же распределением. Статистический тест проводится для конкретных условий притока, показанных в Таблице 1. Существует более чем на порядок больше выборок из набора исторических базовых данных, чем для кампании рыскания из-за ограниченной продолжительности полевого эксперимента.Таким образом, значения P вычисляются с использованием случайной выборки из полного распределения, так что базовый набор данных имеет то же количество точек данных, что и данные эксперимента по несовпадению рыскания. Значения P затем усредняются вместе как метод Монте-Карло. Полученные значения P показаны в таблице 2. Все результаты статистически значимы (P <0,05), за исключением притока под углом 320 ° ± 5 ° со скоростью 5–6 м⋅с − 1. Образцы во время экспериментальной кампании по смещению по рысканью не являются строго независимыми, поскольку они могут возникать в аналогичных условиях атмосферного пограничного слоя.Результаты будут аналогичными, если для расчета условных средних используются меньшие интервалы скорости или направления ветра. Полный набор данных доступен по адресу https://purl.stanford.edu/rn821pp7681.

Двухвыборочный статистический тест Колмогорова – Смирнова для нулевой гипотезы о том, что базовые исторические данные о мощности SCADA и экспериментальные данные о мощности отклонения от рыскания являются образцами одного и того же распределения

Благодарности

Мы благодарим TransAlta Corporation и TransAlta Renewables за любезно предоставив исторические эксплуатационные данные ветряной электростанции и для проведения экспериментальной кампании по смещению рыскания на действующих турбинах.М.Ф.Х. финансируется через стипендию для аспирантов Национального научного фонда в рамках гранта DGE-1656518 и стипендию для аспирантов Стэнфордского университета.

Сноски

• Автор: M.F.H. и J.O.D. спланированное исследование; М.Ф.Х. проведенное исследование; M.F.H., S.K.L. и J.O.D. добавили новые аналитические инструменты; M.F.H., S.K.L. и J.O.D. проанализированные данные; и M.F.H., S.K.L. и J.O.D. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

• Размещение данных: данные из этой статьи были депонированы в Стэнфордском цифровом репозитории, https://purl.stanford.edu/rn821pp7681.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1

  0116/-/DCSupplemental.

• Copyright © 2019 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Карта ветряной электростанции Мичиган • Действующие и планируемые ветровые проекты

Карта ветряных электростанций Мичигана предлагает текущие, предложенные, отложенные или отмененные проекты в штате Мичиган.Информация взята из публичных и правительственных отчетов Комиссии по коммунальным услугам штата Мичиган. Этот сайт обновляется по мере поступления информации.

Карта и данные ветряных турбин в Мичигане последнее обновление 16 января 2021 г.

Первая ветряная турбина, установленная в верхнем пальце, была в начальной школе Лейкер недалеко от Пиджеона в 2005 году. ¹

Первыми промышленными ветряными электростанциями были Harvest Wind около Элктона и Michigan Wind 1 около Ubly. Оба были введены в эксплуатацию в 2008 году. ¹

Michigan’s Thumb в настоящее время имеет 758 действующих турбин, вырабатывающих 1368 МВт электроэнергии. 68% от общего числа работают в штате.

Округ Гурон имеет самую большую установленную ветроэнергетическую базу в районе Великих озер.

В районе Верхнего большого пальца проходит 140-мильная линия электропередачи большой емкости.Этот проект называется Thumb Loop, способный передавать электричество до 2800 ветряных турбин. ²

Gratiot Farms Wind Project был запущен 16 декабря 2020 года и включал 60 турбин мощностью 150 мегаватт, которых хватило бы для питания около 58000 жителей.

По состоянию на январь 2021 года в штате Мичиган имеется 1481 действующая турбина мощностью 2549 МВт. Планируется, что к концу 2021 года будет введена в эксплуатацию 1781 турбина мощностью 3102 МВт.Источник: Комиссия по коммунальным услугам штата Мичиган,

По состоянию на май 2020 года Комиссия по коммунальным услугам штата Мичиган в настоящее время отслеживает прогресс по 33 проектам ветряных электростанций. Источник: Комиссия по коммунальным услугам штата Мичиган,

В феврале 2019 года на производство возобновляемой энергии пришлось в общей сложности 3000 МВт. 69% приходилось на энергию ветра, за ней следуют гидроэлектроэнергия (12%), биомасса (7%), свалочный газ (5%), солнечная энергия (4%) и твердые бытовые отходы (3%) — Источник: Отчет о реализации и рентабельности из П.A. 295 Стандарт возобновляемой энергии — 15 февраля 2019 г.

В 2017 году 11,3% всей электроэнергии, произведенной в Мичигане, было произведено за счет возобновляемых источников. — Источник: Отчет о внедрении и рентабельности программы P.A. 295 Стандарт возобновляемой энергии — 15 февраля 2019 г.

По состоянию на апрель 2020 года установленная ветровая мощность Мичигана составляет 2357 МВт. Источник: Американская ассоциация ветроэнергетики

В 2015 году все поставщики электроэнергии Мичигана выполнили — или превысили — 10-процентный стандарт возобновляемой энергии, установленный законодательным органом штата Мичиган.

Новый стандарт возобновляемых источников энергии штата Мичиган вырастет до 12,5% в 2019 и 2020 годах и до 15 процентов в 2021 году, как того требует Государственный закон 342. Цель — 35% к 2025 году. Источник: Отчет о внедрении и экономической эффективности P.A. 295 Стандарт возобновляемой энергии — 15 февраля 2019 г.

По состоянию на апрель 2020 года Мичиган занимает 12-е место в стране по количеству установленных ветряных турбин. Источник: Американская ассоциация ветроэнергетики

По состоянию на апрель 2020 года ветроэнергетика создала от 4000 до 5000 рабочих мест в Мичигане.Источник: Американская ассоциация ветроэнергетики

В Мичигане есть как минимум 27 производственных предприятий, производящих компоненты для ветроэнергетики. Источник: Американская ассоциация ветроэнергетики

Michigan’s Thumb Самая высокая скорость ветра наблюдается с сентября по апрель и составляет в среднем 12,4 мили в час. Летние месяцы с апреля по сентябрь более спокойные, со средней часовой скоростью ветра 9,1 миль в час.

Около 4,2 миллиарда долларов было инвестировано в ветроэнергетические проекты в штате Мичиган.Источник: Американская ассоциация ветроэнергетики

В то время как регион большого пальца штата Мичиган возглавляет район Великих озер с мощностью более 1368 МВт, последние завершенные проекты в округе Гратиот Мичиган будут включать 400 турбин мощностью 823,8 МВт.

В настоящее время для случайного посетителя нет текущих туров. Тем не менее, во время специальных мероприятий, таких как Cheeseburger в Кейсвилле или Harbour Beach Mariners Festival, DTE, как известно, устраивает туры. Проверьте каталог событий на предмет потенциальных туров в верхнем пальце.

Конкретные подробности по каждой из ветряных электростанций в районе Большого Пальца и Мичигана можно найти по ссылкам ниже.

Рост энергии ветра в США

Управление энергетической информации США (EIA) ожидает, что новые проекты ветроэнергетических мощностей в США в следующем году будут близки к годовому рекордному уровню добавлений, установленному в последний раз в 2012 году.Прирост ветровых мощностей в Соединенных Штатах к июню 2019 года составил 3,7 гигаватт (ГВт). О ветровых проектах сообщалось в ОВОС посредством обследований и в Предварительной ежемесячной инвентаризации электрогенераторов ОВОС. Операторы ожидают, что к концу 2019 года будет подключено еще 8,5 ГВт, а к 2020 году — еще 14,3 ГВт.

Совокупная установленная в США мощность ветровой энергии на суше превышала 100 гигаватт (ГВт) на конец сентября 2019 года, по данным U.Предварительная ежемесячная инвентаризация электрогенераторов S. Energy Information Administration (EIA). Более половины этого количества было установлено с начала 2012 года. Самые старые ветряные турбины, все еще работающие в Соединенных Штатах, были введены в эксплуатацию еще в 1975 году.

Мичиган больше не лидирует в ветроэнергетике

К концу сентября 2019 года в 41 штате была установлена ​​как минимум одна ветряная турбина.Наибольшая установленная мощность была в Техасе — 26,9 ГВт, за ним следуют Айова, Оклахома и Канзас. На эти четыре штата приходилась половина всей установленной ветроэнергетики США. По оценкам, к концу 2020 года в Соединенных Штатах будет около 122 ГВт ветровой мощности.

По оценкам Министерства энергетики США на 2019 год, ветровая энергия обеспечивает около 6% от общего количества энергии.С. Производство электроэнергии. Они также подсчитали, что в производстве находится 80 гигаватт промышленных ветряных электростанций. Этого достаточно, чтобы привести в действие 24 миллиона домов. Штатами с наибольшим производственным использованием ветра являются Айова и Южная Дакота (30%), на двенадцать других штатов приходится примерно 10% от общего использования.

Коммерческие ветряные электростанции обычно строятся разработчиками ветроэнергетики с использованием частного финансирования. Министерство энергетики отметило, что перед запуском ветроэнергетического проекта разработчик оценит ветровые ресурсы на конкретном участке путем сбора метеорологических данных, определения доступа к линиям электропередачи и анализа воздействия на окружающую среду и население.Местное зонирование также имеет огромное значение для возможности разместить ветряную турбину на любом участке.

По оценкам, к концу 2020 года в Соединенных Штатах будет около 122 ГВт ветровой мощности.

Ветряные электростанции в Мичигане сгруппированы в трех округах, где ветер довольно постоянный и сильный. Это графство Гурон в верхнем пальце. Графство Гратиот в центре Мичигана и округ Тускола, также находящееся в округе Мичиган.

Опрошенные источники

1. AWEA Ветряные проекты США в Интернете и производственные мощности
2. Detroit Free Press
3. Weatherspark.com
4. «Картографические сервисы и данные доступны из базы данных ветряных турбин США, предоставленной Геологической службой США, Американской ассоциацией ветроэнергетики и Национальная лаборатория Лоуренса Беркли ».
5. Комиссия по коммунальным услугам штата Мичиган — Отчет о внедрении и рентабельности закона П.A. 295 Стандарт возобновляемой энергии 15 февраля 2019 г.
6. Сегодня в энергетике — Управление энергетической информации США

Ветряная станция — Сделай сам

Выбор правильного места для ветряного растения — или даже просто выбор генератора подходящего размера — можно почти невозможно, если вы не знаете, сколько ветра ожидать и с какого направления он, вероятно, придет. В конце концов, мощность, которую будет производить такая силовая установка, составляет на самом деле относится к квадрату ветра скорость и, следовательно, небольшая разница в скорости может сделать большое изменение количества вырабатываемой электроэнергии.(Для Например, ветер со скоростью 15 миль в час на самом деле даст около вдвое на энергии больше, чем при затяжке со скоростью 10 миль в час.)

Конечно, есть — это ряд ​​коммерческих имеются системы контроля ветра. Многие из них отличные продукты, но они, как правило, довольно дорого. На самом деле, я очень не хотел тратить 100 долларов или больше (в некоторых случаях намного больше), необходимых для покупки качественный чашечный анемометр, поэтому я решил построить самодельную ветряную станцию ​​ сам — и анемометр, и флюгер.

Две части системы имеют много общего в их конструкция, и оба могут быть установлены на одной и той же трубе из ПВХ стоять. Анемометр, однако это всего лишь бит сложнее, чем флюгер, так что начнем с него.

Сердце моего самодельного анемометра — небольшой электрический двигатель — с постоянными магнитами и обмотками — что также может работать как генератор. Часто можно удалить отличные примеры мотора размером с анемометр / генераторы а из детских игрушек — после получения разрешение подростка, о котором идет речь, конечно, но устройство Radio Shack, которое я указал идеально подходит для деталей из ПВХ-труб, которые мы будем использовать.

Превратить маленький моторчик в генератор, который даст показания пропорциональны скорости ветра, все, что вам нужно сделать, это дать силовой установке «крылья», чтобы ловить ветерок. DC Затем амперметр измерит мощность двигателя, и вы сможете откалибруйте датчик для чтения в миль в час.

Силовая установка, указанная в списке материалов, подойдет плотно в пределах 3/4 «- 1/2» переходника чашки из ПВХ Schedule 40… но вам придется вырезать выемки в гнезде фитинга, чтобы приспосабливайте язычки проводов, выходящие из нижняя часть мотора / генератора. Муфта 3/4 дюйма Schedule 40 из ПВХ затем можно надеть на двигатель и чашку редуктор, вмещающий остальную часть генератора. Теперь измельчите кончики восьмистороннего пластикового фитинга вниз, пока они заподлицо с муфтой 3/4 дюйма, зацементируйте блок в ПВХ. корпус универсальным клеем и герметизируйте узел силиконовый клей.Остерегайтесь уплотнения на оси.

Чтобы вода не протекала вокруг двигателя / генератора. вал, вырежьте шайбу диаметром 1/4 дюйма из куска войлока и Проделайте иглой отверстие в центре материала. Наденьте шайбу на вал генератора и , затем смажьте его смазкой для швейной машины. (Быть Убедитесь, что масло не попало на наконечник вала ! )

Узел прядильщика

Два разделенных пополам шарика для настольного тенниса служат «парусами», которые вращаются. самодельный датчик ветра.После долгих экспериментов я обнаружил, что сферы легче всего разделить разрезанием по шву бритвенным ножом. Не прокалывайте поверхности, просто делайте постепенно более глубокий надрез, пока не сможете разделите мяч, осторожно сжимая его.

Полусферические паруса соединены с центральным спиннер на секции плечиков длиной 3 1/2 дюйма. стержень в каждую чашку, прорежьте две выемки в кромке пластик — прямо напротив друг друга — и клей вешалку на место с помощью универсального цемента.

Пока клей застывает, найдите диаметр 1 1/2 дюйма, Бутыль с рецептом длиной 2 1/2 дюйма и четыре сверла 7/64 дюйма отверстия — с интервалом 90 ° — в стороны флакона в точках чуть выше дна. потом просверлил отверстие 5/64 дюйма точно в центре бутылки основание, используя отливку нижней части «синица» в качестве ориентира для позиционирование сверла.

Затем поверните флакон вертикально и вставьте «парус». рычаг «в каждое из отверстий 7/64».Установите настольный теннис половинки мяча, чтобы они ловили ветер (либо движение по часовой или против часовой стрелки будет достаточно), и установите их так, чтобы каждый из них находился на одинаковом расстоянии от бутылки, но не загораживает центральное отверстие 5/64 дюйма.

Эпоксидная смола будет удерживать вешалки на месте внутри контейнер, но, прежде чем заливать клей во флакон, вам следует установить сверло 5/64 дюйма (слегка покрытое масло, чтобы эпоксидная смола не прилипала к () 5/64 «отверстие для центрального отверстия для вал двигателя / генератора.Я только что просверлил соответствующий отверстие в крышке бутылки — чтобы бит оставался выровненным вверх — смешал небольшое количество быстросхватывающейся эпоксидной смолы, налил его на глубину 1/4 дюйма, а затем надвинул крышку на положение для поддержки «дальнего конца» сверла. Через пять минут времени схватывания, мне удалось аккуратно удалить сверлить и отложить сборку до полного высыхания полностью. Утром после заливки эпоксидной смолы можно прикрепить спиннер к мотору.Просто пропустите рецепт блок баллона над валом генератора — посадка должна быть аккуратным — и проверить устройство на баланс и прямоугольность, вращая его. Сдвиньте его полностью вниз на вал двигателя, нанесите каплю цианоакрилатного клея (Crazy Клей, Permabond или Eastman 910, например) к наконечник вала, а затем вытащите флакон обратно. пока он не будет заподлицо с концом вала.

Wire It Up

Припаяйте калибровочный потенциометр 1000 (1 кОм) поперек клеммы 0-1 миллиамперметра, использующие только центральный терминал стеклоочистителя (одинокий, напротив другого два) и любой из оставшихся разъемов.Теперь заверните каждую провод от «отправителя» вокруг клеммы на счетчике (пока не паяйте!). Когда это будет сделано, поверните потенциометр, используя небольшую отвертку, до упора. в одном направлении и дать отправителю вращение. Если игла не может двигаться, поверните ручку до упора в другое направление и повторите тест. (Если счетчик идет не в ту сторону, переключите провода на счетчике терминалы.) При правильном вращении теперь должно получиться около полумасштабное чтение. Если это так, вы можете заполнить конструкции, припаяв провода к клеммам на метр.

Калибровка анемометра

Хороший коммерческий анемометр предоставит вам чрезвычайно точная основа для калибровки вашего устройства, но вы можете подобраться довольно близко, используя автомобильный спидометр. Временно установите отправителя на пятиметровую кусок пластиковой трубы — при этом клей не нужен точка — и пусть друг будет управлять семейным экипажем пока вы держите спиннер на ветру.Ваш водитель спуститесь на один уровень (и безлюдный) на 25 Миль в час, чтобы вы могли настроить регулятор для получения метра чтение «1». Сделайте пару проходов туда и обратно, чтобы компенсировать направление ветра, а также обтекаемость и неточность скорости. Тогда пусть ваш помощник управляйте автомобилем со скоростью 20, 15, 10 и 5 миль в час, чтобы вы могли заметить те чтения. (Если хотите, вы можете позже сделать новая лицевая панель для счетчика, который правильно показывает Миль в час.) И, как только вы установили счетчик в центре подходящая доска, ваш анемометр будет готов.

Конструкция флюгера

Флюгер моего самодельного датчика ветра центр состоит из «паруса», который соединен с поворотным выключатель, который, в свою очередь, подключен к серии ламп расположены по кругу. При изменении направления ветра вал будет вращаться и касаться различных контактов, тем самым зажигая соответствующие лампы, пока они не осядут на новое направление ветра.

Механические компоненты инструмента достаточно аналогично тем, которые используются в конструкции анемометра: вешалка для одежды, пластиковый флакон и детали из ПВХ-труб. В ветрозащитные части инструмента, однако, сделаны из стали, а не из шариков для настольного тенниса. Самый лучший бесплатно источник подходящего металла выброшен сталь банка для напитков. (Большинство банок для напитков сейчас производятся из алюминия и работать не будет.Однако все консервированные чаи бывают в стальных контейнерах, как и , некоторые колы.)

Используя открывалку, снимите верхнюю и нижнюю часть банки и затем разрежьте его по шву парой консервной банки. До тебя попытаться сплющить металл, отрезать «губы», где крышки были присоединены к корпусу банки. Операция может вовлекать удаление как минимум полдюйма с каждого конца контейнер, из-за конусов, скрученных в банку стороны.

На этом этапе вы заметите, что сталь по-прежнему не хочет оставаться в квартире. Не отчаивайтесь, проблема будут исправлены в кратчайшие сроки. Во-первых, используйте консервированную миску, чтобы вырежьте из металла форму хвоста стрелы. Потом, чтобы укрепить хлипкий лист, сформируйте три продольных выступов в детали, положив лопатку на длина плечиков и раздвижная короткая секция 2 X 2 по металлу прямо над проволокой.Давление будет создать бороздки в патрубке.

Теперь отрежьте прямую часть плечиков шириной 12 дюймов. длины, и удалите ее краску наждачной бумагой. Как только это готово, закрепите опорный стержень в центральном пазу в лопасти, используя припой с кислотным сердечником и горелку. ( Никогда паять в области с недостаточной вентиляцией, и всегда избегать вдыхания паров, образующихся при нагрев металла, припоя и флюса!)

Чтобы вес хвоста не смещался сбоку давление на подшипник, вам необходимо создать противовес.Я сделал один, заполнив декоративный наконечник карниза с припоем и заглубление короткого кусок вешалки в еще расплавленный свинец. (Провод необходимо, конечно, отшлифовать и рассчитать время, если оно должно быть приклеено к вести правильно.) используется для обеспечения необходимого противовеса, в том числе приваривать гайки или шайбы к секции плечиков.

Какой бы подход вы ни использовали, хвостовая часть и противовес будут должны быть установлены в корпус, который формируется из другого рецептурного флакона размером 1 1/2 ‘X 2 1/2 дюйма — в установить идеальный баланс.Просверлите два отверстия диаметром 7/64 дюйма (одно на каждый помощник бутылки), чтобы принять «свободные» концы детали плечиков и уравновесить стержни в отверстиях, регулировка длины «штанги» противовеса по уровню Ассамблея.

Вал переключателя будет установлен в бутылку с таблетками на много так же, как вал двигателя был установлен для анемометр. Просверлите отверстие 15/64 дюйма в литейной лапке на дно бутылки, поместите сверло с масляным покрытием в положение и залить эпоксидной смолой на глубину достаточно, чтобы закрепить хвостовое оперение и штанги противовеса.

Установка коммутатора

Я считаю, что 14- или 16-жильный телефонный кабель самый простой. материал для подключения поворотного переключателя. Припой один провод к каждой из 13 клемм в нижней части переключатель, но обязательно запишите цвета, и соответствующие номера клемм, когда вы идете.

Теперь установите переключатель в трубу из ПВХ Schedule 40 диаметром 3/4 дюйма. муфта.К сожалению, овальная форма щитка переключателей немного больше внутреннего диаметра муфты, поэтому вам придется разрезать (ножовкой) на 3/8 дюйма шириной, 5/8 дюйма глубиной выемки на каждой стороне муфты для обеспечения зазора. Кроме того, чтобы уменьшить трение вращения, вы должны снимите указательный шарик, расположенный под металлом переключателя монтажный кронштейн.

Узел в сборе

После того, как вы закончили электромонтаж и монтаж, позволил эпоксидной смоле застыть за ночь, вы можете приступить к нанесению части вместе, продев кабель в сцепления и вставки переключателя в пазы.Когда устройство установлено, проверьте, чтобы вал был выровнен точно, иначе это приведет к шатанию и заеданию.

Для герметизации корпуса оберните верхнюю часть изолентой. (разрез) части муфты и заполните выемки силиконовым герметиком для защиты контактов от влага. (Не применяйте клея с силой в переключить отверстия, иначе вы рискуете помешать устройству операция.) Пока у вас есть герметик, закройте другой конец корпуса переключателя, но избегайте попадания материал на валу или подшипнике.

Затем, чтобы завершить сборку лопатки, сдвиньте виала / хвост / уравновешивающее тело над валом переключателя и вниз, пока он не коснется деталей внутри. Затем поместите каплю цианоакрилатного клея на конце вала, сдвиньте вытащите флакон, пока он не будет заподлицо с концом вала, и дайте клею высохнуть.

Индикатор

Двенадцать ламп расположены по кругу, как часы. на часах — для считывания направления ветра. Хотя вы можете использовать несколько разных типов лампы, я указал готовые комплекты, которые идут с присоединенными выводами для облегчения электромонтажа.

Просверлите дюжину отверстий (по кругу со скоростью ветра метр) достаточно большой, чтобы вместить лампочки, проскользните лампы в отверстия и подсоедините по одному проводу от каждого лампочку к источнику питания.Затем припаяйте другой провод от каждый световой сигнал к одному из контактов переключателя. Обратитесь к таблица цветовых кодов (вы ее сделали, не так ли?) и последовательно подключите лампы к контактам переключателя. Это не имеет значения, с чего вы начнете, но вы должны поддерживать надлежащий порядок. Наконец, прикрепите провод стеклоочистителя. от переключателя к одной ноге источника питания.

Флюгер может быть установлен с помощью тройника второй вертикальной кусок трубы от крепления анемометра (как показано на фото), но не забудьте установить его примерно на фут выше анемометр, чтобы одно устройство не мешало поток ветра к другому.

Перед тем, как приклеить флюгер поверх 3/4 «ПВХ. стойке, необходимо сориентировать сборку. Сначала поверните лопатку, чтобы он указывает на север. Тогда просто попросите кого-нибудь проверить дисплей, чтобы увидеть, какая лампа горит. Просто поверните переключатель корпус (без поворота самой лопасти) до севера загорится лампа, а затем приклейте муфту к трубе в эта позиция.

Введение в работу датчиков ветра

Переместите флюгер и анемометр в разные места. периодически и записывать — на регулярной основе — показания, которые вы получаете на каждом сайте.Обратите внимание на скорость и направление ветра не реже двух раз в день в среднем двухнедельный период.

Начните с проверки вершин холмов, а затем переходите к полям, которые не закрыты деревьями, холмами или зданиями. (Если оборудование установлено дальше 100 футов от счетчика и лампы, используйте провод не менее 18-го калибра, чтобы не допустить убытков.) В общем, на хорошем участке ветряка будет ветерок со скоростью более 10 миль в час три раза в неделю или чаще.Но имейте в виду, что один удар на 20 миль в час произведет больше мощности чем три зефира со скоростью 10 миль в час (помните «квадратичный закон» ветровая энергия?).

Если вы ведете тщательный учет, ваши измерения энергии ветра оборудование поможет вам принять оптимальные решения о том, где вы должны поставить ветряное растение и , как большой генератор, который вам действительно нужен. Кроме того, я думаю вы обнаружите, что внимание, которое устройство заставит вас платить за погоду поможет вам сделать бесчисленные других мудрых решения — в отношении таких вещей, как где поставить курятник или где разместить деревья для ветрозащитный экран — вокруг вашего дома.

Перечень материалов

АНЕМОМЕТР

(1) мотор (Радиорубка No 273-213)
(1) 0-1 миллиамперметр (артикул 270-1752)
(1) Управление сопротивлением 1000 (1 K) (R.S. No. 271-333)
(1) Переходник для чашки из ПВХ от 3/4 «до 1/2» Schedule 40
(1) Муфта из ПВХ 3/4 «, сортамента 40
(1) плечики
(2) мячи для пинг-понга (настольного тенниса)
(1) 1-1 / 2 «-диаметр, 2-1 / 2» -дюймовая бутылочка для рецепта быстросхватывающаяся эпоксидная смола 3/4 дюйма Schedule 40 Соединение для труб из ПВХ или стальных труб проволока силиконовая прокладка универсальная цементная войлочная шайба цианоакрилатный клей

ВЕТРОВОЙ ЛОСОСЬ

(12) 6-вольтовые лампы (R.С. № 272-1144)
(1) Трансформатор на 6 В (A.S.273-1384)
(1) 12-позиционный поворотный переключатель (номер позиции 275-1385)
(1) Рецептурный флакон диаметром 1-1 / 2 дюйма, глубиной 2-1 / 2 дюйма
(1) Муфта из ПВХ 3/4 «, сортамента 40
(1) плечики
(т) банка для напитков стальная
(t) 3/4 «График
40 ПВХ «Т»
14- или 16-жильный соединительный провод
быстросхватывающаяся эпоксидная смола
Припой 50/50
силиконовое уплотнение
изолента
цианоакрилатный клей

Первоначально опубликовано: март / апрель 1981 г.

Проект ветряной электростанции Папалот-Крик — Энергетические технологии

Ветряная электростанция Папалот-Крик расположена в округе Сан-Патрисио, в 30 милях к северу от Корпус-Кристи в Техасе, США.

Проект реализован в две фазы и имеет общую установленную мощность 379,85 МВт. Он принадлежит E.ON Climate & Renewables (EC&R).

Стоимость проекта — более 460 млн долларов. После завершения второй фазы в ноябре 2010 года ветряная электростанция имела около 200 турбин. Когда в декабре 2010 года была введена в эксплуатацию фаза II, в рамках всего проекта было подано электричество более чем в 100 000 домов.

EC&R подписала 15-летние и 18-летние долгосрочные соглашения о закупке электроэнергии (PPA) для фазы I и II соответственно с различными организациями.

Ветряная электростанция Papalote Creek — 13-я действующая ветряная электростанция, построенная EC&R в Северной Америке.

«Ветряная электростанция Papalote Creek — 13-я действующая ветряная электростанция, построенная EC&R в Северной Америке».

Детали ветряной электростанции Papalote Creek

Ветряная электростанция Papalote Creek была построена на участке между общинами Одем и Тафт в округе Сан-Антония.Существующие линии электропередачи и сильные ветры в течение года были одними из причин выбора площадки.

Строительство первой фазы Papalote Creek началось в апреле 2008 года и было введено в эксплуатацию в ноябре 2009 года. В нем установлено 109 турбин Vestas V82 с номинальной мощностью 1,65 МВт каждая. Фаза I в настоящее время вырабатывает 179,85 МВт, из которых 115,5 МВт проданы муниципальному поставщику энергии округа CPS Energy.

Около 65% установленной мощности первой очереди было продано еще до установки первой турбины.Электроэнергии, вырабатываемой на этапе I, достаточно для питания 54 000 домов.

Фаза II включала добавление 200 МВт к Papalote Creek I. Строительство этой фазы началось в апреле 2010 года с установки 87 ветряных турбин Siemens 2,3 МВт SWT 2.3-101. Эта фаза обеспечивает электроэнергией 60 000 домов.

Электроэнергия, вырабатываемая на этапе II, покупается Управлением Нижнего Колорадо (LCRA), которое продает оптовую электроэнергию 43 коммунальным предприятиям в Техасе.

Развитие

Фазы I были установлены компанией Mortenson Construction, а электромонтаж выполнялся компанией Sentry Engineering Group из Джорджии.

Контракт на поставку турбин для Фазы II был заключен с компанией Siemens. Контракт предусматривал транспортировку и поставку турбин, а также техническое обслуживание и сервис в течение двух лет.

Технологии

Турбина Vestas V82 имеет диаметр 82 м и рабочую площадь 5 281 м². Это 78 метров в высоту до центра хаба. Он может работать при скорости ветра до 3,5 м / с и при температуре от -30 ° C до 40 ° C.

V82 может управляться на месте с возможностью дистанционного управления с помощью микропроцессорной системы мониторинга турбины.Турбина подходит для больших ветряных электростанций с умеренным и слабым ветром.

Гидравлическая технология активного сваливания сводит к минимуму нагрузки и управление при максимальной производительности. Он также обеспечивает безотказную защиту в периоды слабой и безветренной погоды.

«По оценкам марта 2010 года, Техас является крупнейшим производителем энергии ветра в США».

Ветряная турбина Siemens SWT мощностью 2,3 МВт имеет диаметр 101 м и рабочую площадь 8 000 м². Это 80 м от центра хаба.Турбина больше всего подходит для участков с умеренным ветром. Усовершенствованные лопасти B49 обеспечивают бесшумную работу турбины. Он оснащен автоматической системой смазки, внутренним климат-контролем и генератором. Конструкция турбины позволяет увеличить интервалы обслуживания.

NetConverter, установленная в турбинах Siemens мощностью 2,3 МВт, обеспечивает максимальную мощность при регулировке колебаний напряжения и частоты турбины. Он оснащен встроенным теплообменником для охлаждения.

Рынок электроэнергии Техаса

По оценкам марта 2010 года, Техас является крупнейшим производителем энергии ветра в США.Установленная мощность штата с более чем 40 различными ветроэнергетическими проектами составляет 9 410 МВт. Вторым по величине производителем энергии ветра является штат Айова с установленной мощностью 3 670 МВт.

За последнее десятилетие в Техасе наблюдался колоссальный рост количества ветряных электростанций. Паспортная мощность выросла со 180 МВт в 1999 году до 4296 МВт в 2007 году, что составляет рост более чем на 200%.

Техас также является домом для крупнейшего ветроэнергетического проекта в мире — ветряной электростанции Роско мощностью 741 МВт.

Техас имеет цель произвести 5 000 МВт из возобновляемых источников энергии к 2015 году. Чтобы приспособиться к возросшему энергоснабжению, Комиссия по коммунальным предприятиям одобрила строительство линий электропередачи для передачи до 18 456 МВт ветровой энергии из западного и северного Техаса в столичные районы.