Ветрогенератор как работает: Ветрогенераторы: принцип действия, типы, применение, эффективность работы — Альтер Эйр

Удивительные ветрогенераторы — Энергетика и промышленность России — № 21 (353) ноябрь 2018 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 21 (353) ноябрь 2018 года

Объединяет их лишь одно: рабочей силой является движение воздушных масс. О некоторых оригинальных агрегатах мы и хотим рассказать в этом материале.

Ветрогенераторы становятся все более популярными. Их используют не только как дополнительный источник электричества, но зачастую и как основной, например, при обустройстве загородного дома. Тому способствует удобство эксплуатации и вполне хороший эстетичный вид ветряков. К тому же это вполне экологичные конструкции, не требующие затрат на природные ресурсы: ветер бесплатен. К тому же нынче промышленность выпускает контроллеры энергии, обеспечивающие работу даже при слабом ветре, собирающие энергию «порциями», и конструкции с автоматически изменяющимся углом атаки лопастей в зависимости от направления и силы ветра.

В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС: пропеллерные, где вращающийся вал расположен горизонтально относительно направления ветра и с самым высоким КПД, барабанные и карусельные, в которых вал, вращающий лопасти, расположен вертикально и которые монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах).

Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра. Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести установки из строя.

Достоинства ВЭС – простота конструкции, экономичность и возобновляемость источника энергии. Кроме того – доступность (ветер дует везде) и независимость источника энергии (например, от цен на топливо).

Недостатки – зависимость от ветра, шумность и необходимость использования больших площадей (в случае постройки крупных электростанций). Кроме того, стартовая стоимость и дальнейшее использование – вполне затратны (необходимы накопители энергии, которые имеют ограниченный срок эксплуатации).

Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок, их число растет в скандинавских странах и Греции.

В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий.

Это касается, в первую очередь, так называемых «традиционных» ветряков. Но среди всего разнообразия установок есть и оригинальные, не вписывающиеся в обычные представления о них.

Дерево-ветрогенератор

Например, французская группа инженеров создала искусственное дерево, способное генерировать электричество с помощью ветра. Устройство производит энергию даже при небольшом движении воздуха.

Идея пришла автору изобретения Жерому Мишо-Ларивьеру, когда он наблюдал шелест листьев в безветренную погоду. Устройство использует небольшие пластины в форме скрученных листьев, которые преобразуют ветряную энергию в электрическую. Причем независимо от направления движения воздуха. Дополнительное преимущество «дерева» заключается в его полностью бесшумной работе.

На создание 8‑метрового прототипа инженеры потратили три года. Энергогенерирующее «дерево» установлено в коммуне Плюмер-Боду на северо-западе Франции.

Новая установка, Wind Tree, эффективнее обычного ветрогенератора, поскольку вырабатывает энергию даже при скорости ветра всего 4 м / с.

Мишо-Ларивьер надеется, что «дерево» будет использовано для питания уличных фонарей или зарядных станций для электромобилей. В будущем он планирует усовершенствовать установку и подключить ее к энергоэффективным домам. Идеальное электрогенерирующее «дерево», по словам изобретателя, должно иметь листья из натуральных волокон, «корни» в виде геотермального генератора и «кору» с фотоэлементами.

Биоразлагаемые лопасти

Ахиллесова пята быстрорастущей индустрии ветроэнергетики – физические компоненты ветрогенераторов, которые изготавливаются из нефтяных смол и в конечном итоге оказываются на свалках.

Чем больше ветрогенераторов, тем больше выбрасывается использованных лопастей. Чтобы положить конец этой расточительности, исследовательской группе UMass Lowell был выделен грант для решения этой проблемы путем создания биоразлагаемых лопастей.

Для конструирования новых ветрогенераторов они планируют использовать «полимеры на биологической основе», примером которых является растительное масло.

Кроме всего прочего, рассматривается возможность замены нефтяных смол устойчивыми. Ученые надеются найти новый материал, который обладает теми же свойствами, что и ныне используемый.

Одна из трудностей состоит в том, что необходимо проверить, могут ли эти экологичные лопасти выдерживать суровые погодные условия и при этом иметь конкурентоспособные цены.

Использование биоразлагаемых лопастей сделает индустрию еще более «зеленой» за счет сокращения отходов.

Крылья стрекозы

Несколько исследователей из Франции попробовали сделать ветряную турбину еще эффективней за счет изменения ее компонентов. Насекомые, а именно стрекозы, вдохновили их на создание гибких лопастей. Ветровая турбина на сегодняшний день работает только при оптимальных скоростях ветров, но новый био-дизайн может дать способ обойти этот факт.

Исследователи построили прототипы с обычными жесткими лопастями, умеренно гибкими лопастями и очень гибкими лопастями турбины. Последний дизайн оказался слишком гибким, но умеренно гибкие лопасти превосходят жесткие, создавая на целых 35 % больше мощности. Кроме того, они продолжали работать в условиях слабого ветра и не были подвержены повреждениям при сильном ветре.

Теперь ученым предстоит найти оптимальный материал, который не был бы слишком гибким, но и не являлся жестким.

Воздушная ветроэнергетика

Воздушная ветроэнергетика (Airborne Wind Energy, сокращенно AWE) запускает в небеса летающие ветряные электростанции – дирижабли, «воздушные змеи», дроны и прочие летательные аппараты, оснащенные ветряными турбинами или приводящие в действие наземные генераторы с помощью своих «поводков».

Летающие ветрогенераторы не требуют фундаментов и значительных транспортных издержек. При этом они работают с хорошим «коммерческим» ветром – на высотах в несколько сотен метров ветер стабильнее и сильнее. Поэтому коэффициент использования установленной мощности воздушных ветряных электростанций достигает 70 %.

Например, это шотландский ветроэнергетический проект Kite Power Systems, технологии которого обеспечивают выработку энергии с помощью «воздушных змеев», парящих на высоте до 450 м.

А ветроэнергетическая система Airborne Wind Energy System использует для добычи энергии следующую схему. Автономный самолет, привязанный к основанию, летает по восьмерке на высоте от 200 до 450 метров. Когда самолет движется, он тянет тросик, который приводит в действие генератор. Как только трос намотан до установленной длины (~750 м), самолет автоматически опускается на более низкую высоту. Затем он поднимается и повторяет процесс. Самолет взлетает с платформы, летает и приземляется автономно, используя набор сенсоров, которые обеспечивают информацию для безопасного выполнения задачи.

Ветрогенератор закрытого типа

Компания «Оптифлейм Солюшенз», реализующая в рамках «Сколково» проект по созданию нового поколения малых и средних ветрогенераторов закрытого типа, создала предсерийный образец ветроустановки для подготовки к промышленному производству.

Традиционные ветрогенераторы открытого типа обладают высоким уровнем потенциальной опасности и поэтому располагаются преимущественно в нежилых зонах на удалении. Ветрогенераторы закрытого типа, оснащенные турбиной наподобие самолетной, можно размещать в любых местах, например на крышах жилых или коммерческих зданий.

Установочная мощность образца – 1 / 2 кВт. Он протестирован в аэродинамической трубе и в реальных условиях. В дальнейшем планируется создать и более мощные разработки.

Вместо обычного двух- или трехлопастного вентилятора здесь используется осевая турбина самолетного типа. Это повышает КПД и снижает стоимость изготовления, т. к. сами лопатки существенно меньше вентиляторных. Конструкция имеет внешний направляющий аппарат, который дополнительно повышает КПД и служит защитой от птиц, а также имеются внешний и внутренний обтекатели, служащие защитой в случае разрушения лопаток.

В итоге получен ветрогенератор с рекордно низкой стоимостью генерации кВт-часа, который принципиально возможно размещать в жилой зоне, в том числе – на крышах городских домов. Обычный ветряк там ставить невозможно, так как в пределах десяти диаметров от него должно быть свободное пространство.

По сравнению с обычными ветрогенераторами данная конструкция безопасна в рабочем состоянии для обслуживающего персонала и летающих животных. Также оно работает при более низком уровне шума и не является значительной угрозой для безопасности людей и строений в округе. При аварии обычного ветрогенератора массивные лопасти, двигающиеся с большой скоростью, как правило, разрушают всю конструкцию при повреждении одной из них.

Безредукторный ветроагрегат

В проекте безредукторного ветроагрегата энергия вырабатывается «кончиками» лопастей. Здесь отсутствует традиционный вал от пропеллера к генератору, а электричество снимается с обода пропеллера.

Его ротор в форме ферромагнитного обода закреплен на крыльях ветроколеса. По конструкции он прост, легко изготавливается и монтируется. Но размещение постоянных магнитов на концах крыльчатки намного утяжеляет ее, что снижает общий КПД установки. Зато агрегат удобен в эксплуатации, потому что простая конструкция не требует излишнего внимания. Такие ветрогенераторы могут работать везде при любых климатических условиях.

«Водонапорная башня»

Самый фантастический проект представили американцы. С дальнего расстояния этот ветрогенератор похож, скорее, на водонапорную башню. Лишь поблизости можно увидеть медленное вращение лопастей.

Такую гигантскую турбину собирается серийно выпускать компания в Аризоне под руководством инженера Мазура. По его расчетам, она одна должна поставлять столько электроэнергии, что ее хватит для мегаполиса в 750 тысяч домов. В 2007 году инженер поставил себе цель – многократно увеличить КПД ветрогенератора на вертикальной оси и приближался к своей цели все эти годы.

Изобретатель работал в двух направлениях: первое – сделать как можно больший захват лопастями воздушного потока и второе – свести к нулю трение опоры ветролопастей. Огромных размеров вертикальный ротор должен выполнить первую задачу, а вращающаяся турбина на магнитной подушке – вторую.

О второй задаче надо сказать более подробно. Вращение без трения достигается за счет магнитной левитации. Весь вертикальный роторный блок при вращении поднимается на своей оси и совершенно не касается нижнего опорного подшипника. Он установлен только для старта, для разгона турбины. Как только она набирает обороты, становится как бы невесомой и отрывается от подшипника. В результате трение сводится к нулю, если не считать трения самой турбины о воздух.

Гигантская турбина очень чувствительна и реагирует на малейшее дуновение ветерка. Такая способность подниматься во время вращения за счет магнитной левитации давно занимала ученые и изобретательские умы планеты. Это такое явление, при котором любая вещь или предмет, имея вес, отрывается от поверхности и парит в пространстве без всякого применения отталкивающей силы.

В проекте Мазура виден «плавающий» ротор на магнитной подушке, а вместо генератора установлен линейный синхронный двигатель. Ветрогенератор на магнитной подушке множеством лопастей максимально захватывает воздушный поток. По предположению, такая турбина будет вырабатывать электроэнергию по сказочно мизерной цене.

Это, конечно, лишь часть необычных для традиционного взгляда проектов. Некоторые из них, например, относящиеся к воздушной ветроэнергетике, уже успешно используются. Некоторым – еще предстоит найти свое место в истории. Понятно одно – на традиционных ветряках ветроэнергетика вовсе не заканчивается, она, как и любое направление техники, неуклонно продолжает развиваться.

Ветропарки: защита климата в ущерб живой природе? | Анализ событий в политической жизни и обществе Германии | DW

Угольная электрогенерация, фрекинг для добычи природного газа, бурение нефтяных скважин… Такие темы  сегодня все чаще выводят на улицы защитников окружающей среды. Но и возобновляемые источники энергии также могут быть весьма спорными — даже с точки зрения экоактивистов.

Рассказывая о том, что рядом с ее домом планируют вырубить лес под новый ветропарк, Габриэле Нихаус-Юбель (Gabriele Niehaus-Uebel), по ее собственным словам, ощущает бессилие, беспомощность и ярость. Она — лидер гражданской инициативы по борьбе со строительством 20-турбинной ветряной электростанции в федеральной земле Гессен.

Акция в защиту Хамбахского леса

Хотя планы по строительству этого объекта предусматривают вырубку менее двух процентов леса, Габриэль говорит, что это все равно разрушит «ранее нетронутую экосистему». Она сравнивает лесной массив в Гессене с уникальным Хамбахским лесом недалеко от Кельна, уже много лет находящимся под угрозой вырубки: концерн RWE планирует расширить свой угольный карьер. «Экологи и активисты там сражаются за каждое дерево, и об этом постоянно пишут в СМИ. Здесь у нас хотят вырубить 200 квадратных километров — и нигде ни слова об этом не говорят», — возмущается Нихаус-Юбель.

Использование энергии ветра будет расти

Спор по поводу целесообразности строительства ветряных электростанций в Германии идет уже много лет. «У ветроэнергетики всегда было много противников, — говорит генеральный секретарь Всемирной ветроэнергетической ассоциации (WWEA) Штефан Гзенгер (Stefan Gsänger). — И это нормально в условиях любых изменений, происходящих демократическим путем».  

Как говорится на сайте объединения, возглавляемого Нихаус-Юбель, эта группа —  лишь одна из примерно 1000 гражданских инициатив, выступающих против строительства ветропарков. Между тем ветроэнергетика позволяет частично удовлетворить растущий мировой спрос на электроэнергию. По оценкам экспертов, в ближайшие двадцать лет использование этого источника энергии возрастет на 30 процентов, снижая при этом темпы изменения климата.

У ветропарков есть немало противников

Специалисты WWEA утверждают, что ветряные турбины, введенные в эксплуатацию до конца 2018 года, способны удовлетворять около шести процентов мирового спроса на электроэнергию. При этом, как сообщает Международное агентство по возобновляемым источникам энергии, доля производства энергии на возобновляемых источниках вырастет с 25% в 2017 году до 85% к 2050 году — в основном за счет использования энергии солнца и ветра. И учитывая глобальные масштабы этих изменений, недооценивать влияние ветряных электростанций на окружающую среду было бы крайне недальновидно.

Опасность для птиц и летучих мышей

Особую опасность ветровые турбины представляют для птиц и летучих мышей. У хищных птиц, к примеру, при необычайной остроте зрения, есть и «мертвая зона»: наклоняя при поиске добычи голову вниз, они не видят того, что находится прямо по курсу, и если птица летит в сторону ветрогенератора, столкновение с его лопастями почти неизбежно. А летучие мыши становятся жертвами ветряка, даже с ним не сталкиваясь: приблизившись к нему менее чем на 100 метров, животные попадают в зону низкого давления и погибают от внутреннего кровоизлияния, вызванного резким расширением легких. 

На юге Испании — в провинции Эстремадура — из-за ошибок на этапе планирования ветропарки были построены на пути миграций огромного количества перелетных птиц через Гибралтар. Этот факт, говорится в докладе испанского отделения орнитологического сообщества SEO BirdLife, может негативно отразиться на популяциях птиц всего северного полушария и угрожать отдельным редким видам, таким, как испанский королевский орел.

В ряде других исследований, впрочем, утверждается, что от столкновения с ветряными турбинами птицы гибнут гораздо реже, чем от других причин, связанных с деятельностью человека. В США, к примеру, чаще всего птицы становятся жертвами домашних кошек, сотни миллионов птиц ежегодно врезаются в окна высотных зданий и лобовые стекла движущихся автомобилей, десятки миллионов гибнут на линиях электропередач.

Однако испанские орнитологи из SEO BirdLife настаивают на том, что подобные исследования несовершенны, поскольку их выводы основаны на небольших размерах выборки. «Нельзя упускать из виду и тот факт, что даже невысокая смертность может иметь решающее значение для видов, находящихся под угрозой исчезновения, или с очень низким уровнем размножения», — говорится в отчете группы.

Как минимизировать опасность от ветряков для живой природы?

За пределами Европы — в Южной Африке — местное отделение орнитологического сообщества BirdLife недавно отпраздновало победу: благодаря его усилиям, в горном массиве Грут Винтерхоек примерно в 120 км от Кейптауна было отменено строительство ветропарка, появление которого могло бы стать угрозой для редких видов птиц. Южноафриканское отделение координирует работу Целевой группы по вопросам энергетики, созданной в соответствии с Конвенцией ООН по сохранению мигрирующих видов диких животных (CMS). Одной из ее задач является определение территорий, где можно строить объекты возобновляемой энергетики без вреда популяциям птиц.

Многие эксперты сходятся во мнении, что правильное расположение ветропарков и технологические усовершенствования в большинстве случаев позволят минимизировать опасность ветрогенераторов для биологического разнообразия. Довольно эффективным, на их взгляд, может стать выборочное отключение турбин в местах массового скопления перелетных птиц.

Выборочное отключение турбин уменьшает вероятность столкновения птиц с лопастями

Исследование 2012 года, опубликованное в ведущем международном журнале в области биологии и охраны природы Biological Conservation, зафиксировало 50-процентное снижение смертности стервятников на 13 ветряных электростанциях в Кадисе, на юге Испании, после того, как турбины стали выключать в момент приближения к ним птиц. Производство электроэнергии при этом снижалось всего на 0,7 процента в год.

Эксперты Американского института изучения природы ветра (AWWI) проанализировали случаи гибели птиц от столкновения с ветряными турбинами и пришли к выводу, что уменьшение скорости вращения лопастей при низкой скорости ветра может сократить число смертельных случаев на 50-87 процентов.

Кому должны принадлежать ветрогенераторы?

И хотя экологам не всегда удается предотвратить строительство ветропарков и свести к нулю их опасность для птиц и летучих мышей, эксперты убеждены в том, что отношение к ним будет более позитивным, если к дискуссиям, связанным с использованием альтернативных источников энергии, привлекать жителей тех регионов, где устанавливаются ветрогенераторы.

Позитивное отношение к ветровой электрогенерации можно сформировать, если «максимально вовлекать к обсуждению этой темы всех, на чью жизнь влияет строительство ветряных электростанций, и изначально гарантировать им максимально возможные права собственности и преимущества», — уверен генеральный секретарь Всемирной ветроэнергетической ассоциации (WWEA) Штефан Гзенгер.

В развивающихся странах, таких, как, к примеру, Мали, возобновляемые источники энергии играют особенно важную роль в преодолении бедности, и передача их в собственность местным общинам может изменить ситуацию к лучшему, убежден Гзенгер. «У людей была бы не только энергия, но и контроль над ней», — объясняет он.

В одном взгляды сторонника строительства ветряных электростанций Штефана Гзенгера и их активного противника Габриэле Нихаус-Юбель сходятся: если ветрогенераторы передать в собственность людям и позволить им принимать участие в решении всех важных вопросов, связанных с эксплуатацией, это поможет уменьшить негативное воздействие ветряных электростанций на окружающую среду. Ведь люди, которым принадлежит земля, любят и ценят ее больше, чем кто-либо другой.

______________

Подписывайтесь на наши каналы о России, Германии и Европе в | Twitter | Facebook | YouTube | Telegram 

 Смотрите также:

• Альтернативные ландшафты Германии

  Дисен-ам-Аммерзе (Бавария) • На прошлой июльской неделе мы опубликовали этот снимок из Баварии в нашей рубрике «Кадр за кадром» — причем, руководствуясь чисто эстетическими соображениями: не смогли пройти мимо столь живописного ландшафта. Публикация этого пейзажа с солнечными батареями вызвала оживленное обсуждение в соцсетях — о пользе и вреде возобновляемых источников энергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Лемвердер (Нижней Саксония) • Поэтому сегодня продолжим тему солнечных панелей и ветряков на немецких просторах. На возобновляемые источники в Германии уже приходится более 40 процентов всего объема вырабатываемой электроэнергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Ульм (Баден-Вюртемберг) • При этом официальная немецкая статистика в этих данных учитывает энергию ветра, солнца, воды, а также получаемую разными путями из биомассы и органической части домашних отходов.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Якобсдорф (Бранденбург) • В 2018 году на наземные (оншорные) и морские (офшорные) ветроэнергетические установки и парки в Германии пришлась почти половина всего объема произведенной возобновляемой энергии — 41 % и 8 % соответственно.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Пайц (Бранденбург) • Доля солнечных электростанций в этом возобновляемом энергетическом «коктейле» достигла 20 %.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Юнде (Нижняя Саксония) • Ровно столько же, то есть 20 % пришлось на использование биомассы в качестве альтернативного источника электрической энергии. Еще три процента дает использование органической части домашних отходов.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Хаймбах (Северный Рейн — Вестфалия) • Оставшиеся семь процентов возобновляемой энергии приходятся на ГЭС. Возможности для строительства гидроэлектростанций в Германии ограничены, но используются эти ресурсы уже очень давно. Эту электростанцию в регионе Айфель построили в 1905 году. Оснащенная современными турбинами, она исправно работает до сих пор.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Халлиг Хооге (Шлезвиг-Гольштейн) • Для полноты картины приведем расклад по всем источникам в Германии за 2018 год: АЭС — 13,3 %, бурый уголь — 24,1 %, каменный уголь — 14,0 %, природный газ — 7,4 %, ГЭС — 3,2 %, ветер — 20,2%, солнце — 8,5 %, биомасса — 8,3 %.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Гарцвайлер (Северный Рейн — Вестфалия) • В 2038 году в Германии намерены полностью отказаться от сжигания бурого угля для получения электроэнергии. Последний атомный реактор, согласно решению федерального правительства, должны вывести из эксплуатации в 2022 году. В прошлом году на АЭС и бурый уголь пришлось более 37 %, которые необходимо будет чем-то замещать.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Сиверсдорф (Бранденбург) • По данным на конец 2018 года в Германии насчитывалось более 29 тысяч наземных ветроэнергетических турбин. В прибрежных морских водах Германии расположено еще около 1350 ветряков, однако более четырех десятков из них еще не были подключены в энергетическую сеть.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Северное море (Шлезвиг-Гольштейн) • Серьезную проблему представляет необходимость строительства новых энергетических трасс для транспортировки энергии из северных регионов, где ветер дует чаще и сильнее (здесь много таких турбин), к потребителям в западные и южные части Германии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Лебус (Бранденбург) • Эти планы вызывают протесты жителей в тех густонаселенных регионах, по которым линии электропередач должны проходить. В некоторых местах люди требуют убирать высоковольтные ЛЭП под землю.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Рюген (Мекленбург — Передняя Померания) • Планы установки новых ветроэнергетических турбин в разных регионах все чаще наталкиваются в Германии на сопротивление со стороны населения. Соответствующие судебные иски часто имеют успех, что уже заметно сказывается на годовых показателях роста отрасли — тем более, что подходящие места становится находить все труднее.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Вормс (Рейнланд-Пфальц) • Согласно данным службы Deutsche WindGuard, в 2018 году в Германии было введено в эксплуатацию всего 743 новых ветряка. При этом предыдущий 2017 год оказался рекордным в истории развития этого вида возобновляемой энергии в ФРГ: почти 1849 новых установок.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Дассов (Мекленбург — Передняя Померания) • Всего в Германии сейчас насчитывается около тысячи гражданских инициатив, выступающих против строительства новых ветряков. Их сторонники считают, что эти установки разрушают жизненное пространство птиц и летучих мышей, уродуют ландшафты, а инфразвук и прочий постоянный шум этих установок вредит здоровью людей, живущих по соседству.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Восточная Фризия (Нижняя Саксония) • Эти инициативы требуют, в частности, в качестве альтернативы рассматривать газовые и паровые электростанции, повышать эффективность угольных станций, а также пересмотреть решение парламента и правительства Германии об отказе от атомной энергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Зауэрланд (Северный Рейн — Вестфалия) • Представители отрасли обычно указывают на недоказанность негативного влияния инфразвука на здоровье. Что касается гибели птиц из-за ветровых установок, специалисты называют разные цифры, максимум — до 200 тысяч в год в целом по Германии. Для сравнения: в результате столкновений со стеклами окон и фасадов погибает около 18 миллионов птиц в год.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Сиверсдорф (Бранденбург) • Летучих мышей гибнет более 100 тысяч в год (по некоторым оценкам, втрое больше) — не только от столкновений с лопастями, но и из-за травм, получаемых в результате завихрений воздуха, когда они пролетают рядом. Много гибнет во время сезонной миграции. Эксперты требуют учитывать эти факторы — в частности, отключать ветряки в часы особой активности летучих мышей.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Бедбург-Хау (Северный Рейн — Вестфалия) • Правила выбора мест для ветряков регулируются земельными законами. Например, в Северном Рейне — Вестфалии минимальное расстояние до жилых построек составляет 1500 метров, в Тюрингии — 750 метров. В Баварии это расстояние вычисляется по формуле «Высота установки х 10», то есть, например, два километра между жилыми зданиями и двухсотметровым ветряком.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Ренцов (Мекленбург — Передняя Померания) • Дискуссии о развитии возобновляемых источников энергии часто ведутся в Германии эмоционально и будут продолжаться в обозримом будущем. Чтобы повысить готовность населения видеть в окрестностях такие установки, предлагается, в частности, отчислять дополнительную часть доходов конкретным регионам на различные нужные и полезные для местных жителей проекты.

  Автор: Максим Нелюбин

FAQ по ветрякам | Atmosfera™. Альтернативные источники энергии. Солнце. Ветер. Вода. Земля.

В каких случаях уместно использовать ветровую установку?

Ветряную электростанцию следует использовать в местах, где имеются перебои в обеспечении электроэнергией или отсутствует централизованное электроснабжение при условии достаточного ветрового потенциала (среднегодовая скорость ветра не менее 3,5 м/с) и отсутствия высоких зданий или деревьев.

Как определить среднегодовую скорость ветра в том месте, где будет установлен ветряк?

Чтобы получить подобную информацию, требуется проведение исследования. Репрезентативные результаты можно получить только через 1 год. Имейте ввиду то, что большинство ветровых электростанций достигают своей номинальной мощности пот скорости ветра около 7-10 м/с.

Необходимо ли разрешение для установки ветряка для частных лиц?

Никаких разрешений или лицензий получать не нужно. Вы ведь не получаете разрешение на установку дизельного генератора. Тут точно та же ситуация.

Как должна быть расположена ось ветроколеса: горизонтально или вертикально? Какое оптимальное количество лопастей должен иметь ветрогенератор?

Существует множество вариантов конструкции ветровых установок, но в настоящее время 95% всех выпускаемых в мире ветрогенераторов – трехлопастные с горизонтальной осью.

Каковы основные критерии для объективного сравнения ветрогенераторов, выпускаемых различными производителями?

К таким критериям относятся: — безопасность эксплуатации ветрогенератора — коэффициент использования ветра — годовое количество энергии, вырабатываемое в год при заданной среднегодовой скорости ветра, и, соответственно, соотношение стоимости ветрогенератора к годовой выработки электроэнергии — какова необходимая периодичность сервисного обслуживания — надежность работы, характеризуемая, в частности, сроком гарантийного обслуживания — срок эксплуатации ветрогенератора — время выполнения заказа — продолжительность серийного выпуска

Чем Ваш ветрогенератор лучше других? Почему мы должны отдать предпочтение именно ему перед другими?

1. Наши ветрогенераторы успешно эксплуатируются уже свыше 11 лет, показывая надежную работу. 2. Коэффициент использования ветра составляет 51% (Для сравнения: у лучших зарубежных образцов этот коэффициент составляет 49 – 52%, отечественных – 38%)

Можно ли приобрести ветроустановку отдельно без мачты? Мачту изготовить на месте.

Да, такой вариант возможен. Но в этом случае мачта должна соответствовать требованиям нашей конструкторской документации. И в этом случае контроль за изготовлением лежит на покупателе и мы не предоставляем гарантии на ВЭУ.

Что означает следующая формулировка: «Мощность генератора составляет 800 Вт, а мощность ветроустановки – 3 кВт»?

Установленная мощность генератора ветроустановки “ВЭУ-08» — 800 Вт. Благодаря энергоблоку содержащему в себе интеллектуальное зарядное устройство (которое в свою очередь заряжает блок аккумуляторных батарей от ветрогенератор и солнечных фотоэлектрических панелей) и инвертор, максимальная выходная мощность одной системы составляет 5кВт. Системы могут быть объединены, что позволит увеличить выработку электроэнергии.

Чем нужно руководствоваться при выборе мощности ветрогенератора для загородного дома?

Для загородного дома будет достаточно ветрогенератора мощностью 1,5-6 кВт. Многое зависит от того, при какой скорости ветра ветроустановка выдает заявленную мощность, а также от скорости ветра в данном регионе. Если один ветрогенератор выдает мощность 2кВт при скорости ветра, например, 8м/с, а другой 5кВт при 12м/с, то в регионах со среднегодовой скоростью ветра до 7м/с первая установка будет вырабатывать больше электроэнергии за год. Это происходит из-за больших потерь мощности на втором ветрогенераторе при малых скоростях ветра.

Как происходит регулирование мощности ветрогенератора и что происходит с ВЭУ при высоких скоростях ветра?

Регулирование мощности ветрогенератора при скоростях ветра выше расчетной, происходит наиболее прогрессивным способом, за счет изменения угла установки лопастей с помощью компактного регулятора оборотов аэродинамического типа. Остановка ветроколеса осуществляется с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение. Эти системы являются ноу-хау и были запатентованы.

Почему скорость вращения ветроколеса Вашего ветрогенератора 320 об/мин? У других производителей этот показатель выше.

При данной скорости вращения ветроколеса энергия малых ветров используется наиболее полно. На малых оборотах аэродинамический шум от лопастей значительно ниже. Существуют ВЭУ с частотой вращения ветроколеса 400…500 об/мин и диаметром ветроколеса 4-5 м, в этой ситуации стартовая скорость работы ВЭУ значительно выше. Уровень шума также существенно возрастает.

Что означает тихоходное ветроколесо Вашего ветрогенератора?

Одной из характеристик ветрогенераторов является быстроходность ветроколеса. Она определяется соотношением скорости движения конца лопасти к расчетной скорости ветра. Для современных ветроколес эта цифра лежит в пределах от 4 до 12. При прочих равных условиях, чем больше скорость вращения ветроколеса, тем выше эта цифра. Преимущество наших ветрогенераторов, более тихоходных ветроколес, состоит в том, что они начинают работать при малых ветрах, создают меньше шума, а также износ деталей таких ВЭУ минимален.

Что происходит с ветрогенератором при штормовом ветре?

При скорости ветра более 25 м/с ветроколесо останавливается с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение, таким образом нагрузка на ветроколесо снижается. Это наиболее безопасный вариант защиты ВЭУ. Другие варианты уменьшения скорости вращения, связанные с созданием противодействующего момента за счет торможения генератором являются потенциально опасными как для ВЭУ, так и для жизни.

Как осуществляется грозовая защита?

Установка имеет соответствующее стандартам и нормативам заземление.

Какими аккумуляторными батареями Вы рекомендуете комплектовать Вашу ветроустановку?

Мы рекомендуем герметичные необслуживаемые аккумуляторные батареи с емкостью не менее 200А*час. Тип и емкость аккумуляторных батарей определяются ветровым потенциалом местности и пожеланиями заказчика.

Существуют ли какие-либо требования к месту установки аккумуляторных батарей?

Для установки аккумуляторных батарей необходимо отапливаемое вентилируемое помещение с температурой выше 0оС площадью 1 м2. Такой шкаф (по желанию заказчика) может поставляться совместно с ветрогенератором. В нем так же может быть размещен дизельный, бензиновый или газовый генератор.

Можно ли комбинировать ветрогенераторы с другими источниками энергоснабжения?

Ветрогенераторы могут быть сопряжены с солнечными батареями, а также с дизельный, бензиновый или газовый генераторами.

Зачем нужен инвертор?

Инвертор служит для преобразования постоянного тока с аккумуляторов в переменный 220(380)В 50 Гц, пригодный для подключения электроприборов.

Почему Ваши установки не имеют мультипликатора?

Мультипликатор увеличивает скорость вращения ветроколеса до скорости вращения быстроходного электрогенератора – от 1500 об/мин. Нашему электрогенератору на постоянных магнитах достаточно той скорости, с которой вращается ветроколесо – 300 об/мин.

Какой уровень шума, производимого Вашими установками?

Ветряные установки создают определенный шум, как и все источники энергии. Шумовые характеристики ветряной установки 10 кВт — примерно 40 дБА непосредственно под установкой во время работы на средних оборотах, что отвечает требованиям европейских нормативных документов. Для сравнения, шум городских дорог 70-80 дБА, а звук от работающего дизель-генератора — 90-110 дБА.

Безопасно ли жить рядом с работающим ветрогенератором?

Да, малые ветряные установки (до 100 кВт) совершенно безопасны для окружающих. Только кротов отпугивают.

Нуждается ли установка в сервисном обслуживании?

ВЭУ-08 является необслуживаемым ветрогенератором и в сервисном обслуживании не нуждается.

Какой уход требуется ветряной установке для нормальной работы?

Наши ветряные установки довольно надежны. Потребуется минимальный уход: проверка надежности закрепления лопастей, смазка движущихся частей. Проверка, не повреждены ли соединительные кабели.

Можно ли застраховать ветряную установку?

Все ветряные установки от 2 до 20 кВт продаются со страховым полисом на 1 год.

Можно ли приобрести ветрогенератор в кредит?

Такая возможность имеется, обращайтесь за консультациями к менеджеру по работе с клиентами.

Какие сроки поставки ветряной установки?

Стандартные сроки поставки ветряных установок: 60 рабочих дней после внесения предоплаты. Если продукция имеется на складе, сроки поставки сокращаются до 5 дней.

Как производится монтаж ветроустановки, какое оборудование необходимо, нужен ли подъемный кран?

Для монтажа ветрогенератора применяется специальное устройство подъема оборудования (принцип «лебедки»). Данное приспособление упрощает монтаж ветроустановки, т.к не требуется подъемный кран. Установка монтируется двумя специалистами в течении 2-3 часов. Возможны два варианта монтажа: 1. Монтаж производителем 2. Шеф-монтаж.

Какая стоимость монтажа ветряной установки (ветряной электростанции)?

Стоимость монтажа ветряного генератора зависит от многих факторов и составляет 10-20% от суммарной стоимости.

Можно ли смонтировать ветряную установку самостоятельно?

Малые ветряные установки (до 2 кВт) вполне можно смонтировать и подключить самостоятельно. Для больших ветряных электростанций, от 5 до 20 кВт, потребуется участие бригады монтажников. Чаще всего монтаж ветряной электростанции проводит организация осуществляющая продажу ветряных электростанций.

Каков порядок проектирования места для установки ветрогенератора?

Для определения подходящего участка для установки ветрогенератора возможен выезд наших специалистов на место. Данные по ветру обычно определяются по справочникам, а также анализом измерений ближайших метеостанций.

Существует ли демонстрационная площадка для практического ознакомления с работающими ветрогенераторами?

Работающие ветрогенераторы можно увидеть и получить исчерпывающую консультацию по техническим вопросам на сайте www.AVANTE.com.ua

Какая площадь необходима для установки ВЭУ?

Монтаж опоры осуществляется на фундамент, состоящий из трех бетонных блоков по 1.2 м3 каждый (высота 1,2 м, диаметр 0.9 м). В дно ям забиваются уголки — заземлители, соединяющиеся с закладными с помощью шины.

Каким образом Ваша ветроустановка ориентируется на ветер?

Горизонтальные ветряки ориентируются за счет флюгера. Ветер сам доворачивает ветрогенератор в нужную сторону. Вертикальные ветрогенераторы не нуждаются в ориентации по веру и работают при любом и даже резко изменчивом ветре. Данная разработка защищена патентным свидетельством.

Каков расчетный срок службы ветряных генераторов?

Срок службы ветряного генератора в зависимости от условий эксплуатации составляет от 15 до 25 лет.

Сказывается ли работа ветрогенераторов на работе ТВ и радиоприемников?

Нет

Чем отличается ветроагрегатор с вертикальной осью вращения (вертикальный ветрогенератор) от горизонтальной? Коковы преимущества и недостатки ветрогенераторов вертикальных?

Основные плюсы вертикальных ветрогенераторов по сравнению с горизонтальными это их бесшумность. Так же надо учитывать повышенную долговечность механизмов из за отсутствия нагрузки на вал. Следует так же учесть более слабый ветер необходимый для старта турбины (1.2м/с по сравнению с 2.5м/с у горизонтальных) Недостаток ветрикальных ветряков один — это цена. Цена вертикальных ветряных генераторов выше примерно в полтора-два раза. Вертикальные ветряные генераторы могут использоваться в городских условиях и крепиться непосредственно на здания и жилые помещения.

Как работает гелиосистема в ночное время?

Поскольку ночью отсутствует солнечное излучение, необходимое для работы солнечного коллектора, гелиосистема не способна повышать температуру в баке накопителе за счет работы коллектора. В ночное время для дополнительного нагрева может быть задействован электрический ТЭН или иной источник тепловой энергии (газовый, электрический или твердотопливный котел).

Что такое площадь апертуры и абсорбции?

Площадь апертуры это площадь с максимальной проекцией, на которую падает солнечное излучение. Площадь абсорбции рассчитывается как произведение ширины и длинны абсорбера. Для вакуумных трубчатых коллекторов с круглым абсорбером, учитывается проекция цилиндра вакуумной трубки на поверхность.

Какой расход воды на ГВС у частных лиц?

Руководствоваться нормами потребления, описанными в СНиП и ДСТУ (100 литров на человека), не всегда целесообразно, поскольку они, как правило, существенно отличаются от фактических данных. Реальное потребление составляет 50-80 л/сутки на человека, если это частные дома, или 30-50 л/сутки — если многоквартирные. Для предварительных расчетов берется величина 50 литров на человека в сутки.

Как лучше ориентировать и размещать гелиосистему относительно сторон света?

Оптимальная ориентация солнечного коллектора – строго на юг. При ориентации гелиосистемы на восточное или западное направление, производительность снижается на 20-25%.

Под каким углом устанавливаются солнечные коллекторы к горизонту?

Как правило, оптимальный угол установки солнечного коллектора для круглогодичной системы равен широте местности, где находиться объект. Для Киева это 50°. Если гелиосистема проектируется с приоритетом на летнее использование то угол установки должен быть на 10-15° меньше широты местности установки (г.Киев — 35-40°). При зимнем приоритете, соответственно, на 10-15° больше широты местности (г. Киев — 60-65°).

Возможна ли установка гелиосистемы в уже существующих зданиях с действующими системами отопления и нагрева воды, или гелиосистему можно закладывать только на этапе проектирования и устанавливать во время строительства объекта?

Гелиосистема устанавливается не только на этапе строительства объекта, но и в эксплуатируемых зданиях. Она с легкостью интегрируется в любые системы отопления и нагрева воды, работает со всеми типами водогрейных котлов, при этом, либо не требует изменений действующих тепловых схем вовсе, либо эти изменения минимальны. Нужно помнить, закладка гелиосистемы на этапе проектирования и строительства позволяет снизить стоимость монтажных работ и более эффективно реализовать тепловую схему с самого начала.

Что такое режим стагнации, почему он происходит, как влияет на систему?

Стагнация (фр. stagnation, от лат. stagno — делаю неподвижным, останавливаю; лат. stagnum — стоячая вода). Режим, при котором прекращается проток теплоносителя по контуру гелиосистемы. Отсутствие расхода в гелиоконтуре может возникнуть по нескольким причинам:

• отсутствует электроснабжение на циркуляционном насосе (до 30 минут), при высокой солнечной активности.
• выход из строя циркуляционного насоса.
• засорение контура сторонними элементами.
• воздушная пробка в контуре.
• разгерметизация контура, низкое давление.
• не правильно настроенный или вышедший из строя контроллер.
• действия третьих сил (например, случайное перекрытие запорной арматуры на контуре).

При высокой солнечной инсоляции, отсутствие расхода, приводит к росту температуры коллектора до наступления теплового равновесия, когда выработка тепловой энергии соответствует тепловым потерям в текущий момент времени, при этом, как правило, температура стагнации намного превышает температуру кипения теплоносителя. Режим стагнации в гелиосистеме, сопровождается повышением давления и ростом температуры (в зависимости от коллектора и может достигать 250С). При высокой температуре, теплоноситель в коллекторе начинает превращаться в пар. При этом, возникающее избыточное давление компенсируемое расширительным баком, который обязательно устанавливается в любой системе с закрытым контуром. Солнечные коллекторы от компании ATMOSFERA и другие компоненты гелиосистем рассчитаны на работу при высоких температурах в режиме стагнации. Но следует учесть, что при многократно перегреве теплоносителя может деградировать (вплоть до образования твердых фракций), его химический состав меняется и приводит к менее эффективной работе системы или выходу ее из строя. При частых режимах стагнации особенно тщательно нужно следить за состоянием и характеристиками теплоносителя. Для предотвращения наступления режима стагнации часто используют системы утилизации избыточного тепла. Фаза процесса стагнации описаны ниже:

I фаза – Температурное расширение теплоносителя Данная фаза продолжается то начала первичного парообразование, рост давления в системе происходит за счет температурного расширения теплоносителя (для пропиленгликоля 8,48%). Давление при этом повышается на 1 Атм.

II фаза — Парообразование теплоносителя Температура теплоносителя достигает температуры кипения (зависит от давления в системе). Образуется пар, давление возрастает еще на 1 Атм.

III фаза — Кипение теплоносителя в коллекторе Обильное парообразование, до полного вытеснение жидкого теплоносителя из теплообменника коллектора. Сопровождается ростом давления и температуры.

IV фаза — Режим устойчивого перегрева Собственно режим стагнации – режим теплового равновесия. Тепловые потери на коллекторе равны производительности коллектора.

V фаза — Режим конденсации Температура паровой смеси опускается (на коллектор поступает меньше солнечной энергии – затенение, изменение условий окружающей среды) и достигает температуры конденсации (температуры фазового перехода), теплоноситель переходи опять в жидкое состояние.

Как влияет снег на производительность гелиосистемы?

Вакуумные коллекторы имеют преимущество — очень низкие теплопотери, что дает возможность улавливать и собирать тепло даже при экстремально низких температурах (до -30С°). Но в случае со снегом это играет свою отрицательную роль — ввиду низких теплопотерь снег на трубках оттаивает очень плохо. Однако, вакуумный солнечный коллектор прозрачен для снега, так как между трубками есть расстояние в несколько сантиметров. Вакуумные солнечные коллекторы могут быть засыпаны снегом только в периоды сильного снегопада с налипанием мокрого снега, что случается достаточно редко. Проблема решается грамотным монтажом, чисткой или установкой дополнительных систем оттаивания снега. Плоские коллекторы за счет собственных конвективных потерь самоочищаются от снега — снег тает на поверхности коллектора.

Гелиосистемы предназначены для небольших или крупных потребителей тепловой энергии? Можно ли использовать гелиосистемы для больших объемов воды, которые используются в многоквартирных жилых домах, школах, гостиницах, бассейнах?

Конечно! Гелиосистема – универсальна, она идеально подходит, как для частного коттеджного строительства, так и для объектов с большими тепловыми нагрузками. Мощность гелиосистемы, легко регулируется, она прямо пропорциональна количеству солнечных коллекторов в системе – чем их больше, тем больше произведенной тепловой энергии на выходе, это позволяет подобрать систему под любой объект с любым потреблением. Срок окупаемости объектов с большим потреблением значительно меньше, поскольку в таких системах дополнительного оборудования меньше, а генерирующего (солнечные коллекторы) больше.

До какой температуры нагревает воду гелиосистема?

Производительность гелиосистемы зависит от многих условий: окружающей среды (поступление солнечной энергии, влажность, сила ветра, температура) и применяемого оборудования (технические параметры солнечных коллекторов, изоляции трубопровода, размещение в пространстве и т.д.), поэтому для каждого конкретного случая она будет отличаться. Если говорить о среднестатистических данных для территории Украины, то в тепловое время года — с мая по сентябрь гелиосистема может быть основным источником нагрева воды и подогревать воду до температуры 55°C  — 60°C (при необходимости может довести воду до кипения). В зимний период гелиосистема служит источником предварительного нагрева с температурой нагрева до 30°C.

Какие коллекторы более эффективны, вакуумные или плоские?

К счастью (или к сожалению) однозначного ответа на этот вопрос нет. Производительность каждого коллектора зависит, не только от его технических параметров (оптического КПД, и 2-х температурных коэффициентов), но и от притока солнечной радиации, температуры окружающей среды и теплоносителя внутри коллектора. Именно поэтому, сравнивать коллекторы между собой корректно только при конкретных условиях окружающей среды. Вакуумный коллектор более производителен при использовании в зимнее время года и в целом в круглогодичном цикле, в то же время в летний период (при небольших перепадах температур) плоский коллектор может показывать более высокую эффективность. Наряду с более низкой стоимостью плоский коллектор является идеальным решением при замещении сезонных нагрузок в летний период года (в летних лагерях, базах отдыха, санаториях и т.д.), а вакуумный коллектор, если нужен больший уровень комфорта при круглогодичном цикле.

Может ли гелиосистема обеспечить 100% потребности в горячем водоснабжении и отоплении для жилья?

К сожалению нет. Гелиосистема может заместить 100% потребности в горячей воде с мая по сентябрь, в зимнее время эта величина будет составлять 30-40%. В течении года замещение гелиосистемой потребности в ГВС может достигать 70-75%. Это связано с тем, что в первую очередь производительность гелиосистемы зависит от притока солнечного излучения, которое меняется, как в течении дня, так и течении года. При этом разница между зимней и летней солнечной активностью составляет 5 раз. Следует помнить, что увеличение количества коллекторов в гелиосистеме в зимнее время не приведет к росту температуры, поскольку в этот период года преобладает рассеянное излучение. В тоже время летом (когда преобладает прямое излучение) не пропорциональная система, в которой потребление существенно меньше производительности коллекторов, накладывает дополнительные требования к системе утилизации тепла во избежание закипания теплоносителя внутри коллекторов.

Эффективна ли гелиосистема в зимнее время?

Конечно! Гелиосистемы работают даже при очень низких температурах — до -30°C если используется теплоноситель на основе пропиленгликоля, и до -50°C если на основе глицерина. Естественно, производительность гелиосистемы в зимнее время снижается (в той или иной мере в зависимости от конструкции и применяемого оборудования), но они не теряют своей работоспособности и продолжают нагревать воду.

Работает ли гелиосистема при рассеянном солнечном излучении, при облачной погоде?

Селективное (поглощающее) покрытие солнечного коллектора улавливает широкий спектр солнечного излучения, от ультрафиолетового до инфракрасного, эта особенность позволяет работать коллектору даже при рассеянном излучении и вырабатывать тепловую энергию даже при пасмурной погоде.

Каков срок службы и гарантии на гелиосистемы?

Срок службы гелиосистем составляет от 25 до 50 лет. При этом гарантия на солнечные коллекторы составляет до 15 лет. Такие длительные сроки эксплуатации и гарантии на гелиосистемы обусловлены применением только качественных комплектующих от ведущих мировых производителей. Более полную информацию по условиям и срокам гарантийных обязательств на все комплектующие вы можете получить в соответствующем пункте гарантийного талона.

Из чего состоит гелиосистема, какие основные узлы?

1. Коллекторное поле, из вакуумных или плоских коллекторов
2. Рама для солнечных коллекторов
3. Воздухоотводчик
4. Насосная группа
5. Бак накопитель (косвенного нагрева)
6. Расширительный бак
7. Термосмесительный клапан
8. Теплоноситель
9. Контроллер
10. Соединитель коллекторов

Что такое солнечная радиация и солнечная инсоляция?

Это тождественные понятия. Солнечная радиация — это энергия излучения, испускаемого солнцем в результате реакции ядерного синтеза. Следует отметить, что данный термин является калькой с английского (Solar radiation) и является синонимом «солнечной инсоляции». Солнечная инсоляция — облучение поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией) или поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность. Инсоляцией называют облучение поверхности, пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент времени центр солнечного диска. Измеряется в Вт×час/м².

Что такое солнечная постоянная?

Солнечная константа (или солнечная постоянная) — это количество солнечного электромагнитного излучения (солнечной радиации) на единицу площади, измеренной на внешней поверхности земной атмосферы, перпендикулярной к лучам, на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца. Солнечная постоянная включает в себя все виды солнечного излучения, а не только видимый свет. По данным внеатмосферных измерений, солнечная постоянная составляет 1367 Вт×час/м². Солнечная постоянная не является неизменной во времени величиной. Известно, что на её значение влияют два основных фактора: расстояние между Землей и Солнцем, изменяющееся в течение года по причине эллиптичности орбиты Земли (годичная вариация 6,9% — от 1,412 кВт/м² в начале января до 1,321 кВт/м² в начале июля).

Что такое солнечный коллектор?

Солнечный коллектор является основной частью гелиосистемы, и предназначен для преобразования поглощенного солнечного излучения в тепловую энергию.

Что такое боросиликатное стекло и почему оно применяется в солнечных коллекторах?

У боросиликатного стекла коэффициент теплового расширения очень мал. Это позволяет стеклу не трескаться при резких изменениях температуры. Этим обусловлено его применение в гелиотехнике, где необходима термическая стойкость, поскольку суточные перепады температур на коллекторе могут достигать 250 °C.

Зачем нужно бариевое напыление на трубках вакуумных коллекторов?

Бариевое напыление, находящееся в нижней части вакуумной трубки служит для индикации наличия вакуума между колбами. Барий (Ba, атомный номер 56) это редкоземельный элемент в чистом виде, практически, не встречается, поскольку мгновенно окисляется под воздействием кислорода. При наличии вакуума между колбами бариевое напыление имеет зеркальный стальной оттенок, при разгерметизации трубки и попадании воздуха, бариевое напыление выпадает в осадок и становится мутновато-молочного оттенка.

Нуждается ли гелиосистема в периодическом техобслуживании?

Компания ATMOSFERA рекомендует проводить ежегодный сервисный осмотр и диагностику гелиосистем (впрочем, как и любых других инженерных систем, установленных на вашем объекте). Диагностика включает в себя проверку работоспособности всех элементов системы, проверку герметичности контуров, отработку алгоритмов управления, при необходимости замену расходных частей. Особое внимание необходимо уделить элементам с ограниченным сроком эксплуатации. Например, магниевые аноды в баках накопителях, как правило, меняют раз в год (частота зависит от характеристик воды). Также следует обратить внимание на теплоноситель гелиоконтура — в зависимости от режимов эксплуатации его замена требуется каждые 5-7 лет.

Какой срок окупаемости гелиосистем?

На текущий момент, срок окупаемости гелиосистем составляет от 3 лет. Эта величина зависит не только от производительности системы, ее стоимости, и режима ее использования, но и от потребителя, который ее использует. Поскольку стоимость энергоресурсов для юридических и физических лиц отличаться в 3-5 раз, естественно, при прочих равных условиях (размера системы и места установки) срок окупаемости гелиосистемы, установленной для юридического лица, будет в 3-5 раз меньше, нежели для физического. Чем больше гелиосистема, тем меньше в процентном соотношении нужно дополнительного оборудования (трубы, изоляция, баки накопители), соответственно, срок окупаемости уменьшается.

Существует ли упрощенный алгоритм примерного расчета затрат на установку солнечной водонагревательной системы?

В разделе «Коммерческие предложения» вы можете ознакомиться с предварительными предложениями для различных типов систем с различным потреблением тепла. Из представленного списка систем вы сможете выбрать самый подходящий именно для вас вариант. Для более точного расчета системы, с учетом особенностей вашего объекта, вы можете заполнить опросный лист, и в течении суток наши менеджеры подготовят для вас персонализированное предложение.

Можете ли вы дать координаты ваших клиентов, у которых уже установлено ваше оборудование? Мы хотели бы получить отзывы от пользователей ваших солнечных водонагревателей.

Политика нашей компании не предусматривает передачу третьим лицам информации о наших клиентах, эта информация строго конфиденциальна. Это правило продиктовано многолетним опытом и действует во избежание причинения беспокойства и лишних хлопот нашим клиентам. В тоже время, понимая интерес, мы стараемся организовать в каждом регионе несколько объектов с возможностью их посещения или получения объема данных о работе системы. Всю необходимую информацию и условия уточняйте у региональных дилеров и представительств компании ATMOSFERA.

Насколько прочны вакуумные и плоские коллекторы?

В конструкции вакуумных и плоских солнечных коллекторов применяются ударопрочные и боросиликатные стекла. Коллекторы предназначены для эксплуатации в условиях внешней окружающей среды и выдерживают высокие механические воздействия вплоть до попадания града диаметром 40 мм.

Как влияет загрязнение и обледенение на производительность гелиосистемы?

Действительно, мощность гелиосистемы может снижаться на 5-7% в зависимости от степени загрязненности поверхности солнечного коллектора грязью, пылью или смогом. При полном обледенении производительность падает на 25%. Однако, эти потери производительности носят кратковременный характер, поскольку солнечный коллектор самоочищается в условиях окружающей среды (дождь, снег, ветер) и не требует дополнительных действий по своей очистке. В тоже время, никаких ограничений по дополнительной очистке солнечных коллекторов нет, и она безусловно положительно скажется на производительности солнечной системы.

Какие есть способы утилизации избыточного тепла?

Лучшим способом утилизации тепла служит правильно спроектированная система с отсутствием этого самого избытка тепла. Также, существуют аппаратные решения (функция «выходной день») и алгоритмы работы контроллера, которые позволяют сбрасывать тепло в ночное время непосредственно через гелиоконтур. Помимо этого можно использовать дополнительные конструктивные элементы системы:

Что такое солнечный инвертор?

Солнечный (или фотоэлектрический) инвертор — это устройство, преобразующее постоянный ток в переменный. Постоянный ток может подаваться на инвертор с аккумуляторных батарей (автономные инверторы) или солнечных панелей (сетевые инверторы). Получаемый с инвертора переменный ток может использоваться как непосредственно для энергоснабжения потребителей (бытового или промышленного оборудования), так и для передачи в энергосеть общего пользования (например, для продажи по зеленому тарифу). Компания Атмосфера представляет широкий ассортимент сетевых, автономных и гибридных инверторов для фотоэлектрических станций от ведущих мировых производителей.

Что такое фотомодуль?

Фотомодуль – специальное полупроводниковое устройство, выполняющее преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию. Компания Атмосфера поставляет широкий ассортимент кристаллических фотомодулей от ведущих мировых производителей.

Что лучше поликристалл или монокристалл?

Теоретический КПД монокристаллического фотоэлемента выше чем у поликристаллического, но общий КПД фотомодуля отличается от КПД фотоэлемента и на него влияет качество сборки. Поэтому у одного производителя эффективно поликристаллических фотомодулей не сильно отличается от эффективности монокристаллических.

Тонконпленочные фотоэлементы лучше работают в пасмурную погоду, правда ли это?

Больших различий в выработке тонкопленочных и кристаллических элементов при пасмурной погоде нет, но рабочие напряжения тонкопленочных фотомодулей выше и даже при пасмурной погоде напряжение на тонкопленочных фотомодулях будет выше минимального рабочего напряжения системы. Это значит, что в то время когда система с кристаллическими фотомодулями отключится из-за недостатка напряжения – система на тонкопленочных фотомодулях продолжит работать.

Могу ли я полностью обеспечить свой дом электроэнергией от солнечных панелей?

Увы, приток солнечной энергии на фотомодули не постоянен во времени и для обеспечения гарантированного электроснабжения всех потребителей необходимо установить фотомодули с запасом для обеспечение требуемой зимней выработки и добавить к системе аккумуляторы. Стоимость такой станции для среднего домохозяйства составит десятки тысяч долларов и при условии отключения от электросети станция имеет шансы не окупится. Компания Атмосфера предлагает полностью автономные станции для электропитания объектов к которым нет возможности провести электричество, резервные станции для аварийного электропитания и сетевые станции для экономии электроэнергии и продажи ее в сеть по зеленому тарифу.

Из чего состоят солнечные электростанции?

Основными компонентами солнечных электростанций являются фотомодули, вырабатывающие постоянный ток и инверторы, преобразующие постоянный ток в переменный. Для автономных и резервных станций необходимы аккумуляторные батареи для накопления электрической энергии и контроллеры заряда управляющие процессом заряда АКБ.

Мощность фотомодуля это сколько он выработает в час?

Теоретически, мощность фотомодуля это произведение напряжения в точке максимальной мощности на ток в точке максимальной мощности. На практике это мгновенное значение, которое можно получить из фотомодуля при идеальных условиях.

Сколько выработает фотомодуль?

Приблизительная годовая выработка 1Вт кристаллического фотомодуля составит 1кВт*ч, 1Вт тонкопленочного фотомодуля – 1,3кВт*ч. Более точные данные и детализацию за определенный период времени можно получить используя специализированное ПО.

Работает ли это?

Да! Тепловой насос просто транспортирует тепло из одного места в другое. Ваш холодильник работает по такому же принципу. Если Вы поставите бутылку с водой в холодильник, через некоторое время, она охладится. Притронувшись к задней стенке холодильника, и Вы почувствуете тепло, которое холодильник забрал у бутылки. Используя этот же принцип, тепловой насос перемещает тепло из земли в Ваш дом, а Солнце снова восстанавливает это тепло.

Как тепло перемещает из моего участка в дом?

Земля имеет свойство впитывать солнечное тепло. Это тепло извлекается из коллектора, уложенного на Вашем участке. Вода с незамерзающей жидкостью циркулирует в коллекторе, абсорбируя тепло из окружающего его грунта. Коллектор в доме подсоединен к тепловому насосу, который передает тепло в систему отопления и нагревает бытовую воду.

Если температура в коллекторе понизится ниже нуля, тепловой насос не будет работать и извлекать тепло?

Нет, при нуле замерзает вода. Тепловая энергия есть во всем, температура чего выше -273 °C. Геотермальный тепловой насос будет работать вплоть до -10 °C в коллекторе. В Украине укладка горизонтального коллектора на глубину около метра есть оптимальной.

Какой тип установки мне выбрать?

Доступная площадь возле здания определяет метод поглощения тепла. Коллектор может быть уложен в грунт или погружен в скважину. Также он может быть уложен на дно водоёма. Если места для горизонтальной укладки недостаточно и бурить очень дорого, можно установить воздушный тепловой насос. Его эффективность ниже, но установить его можно где угодно.

Насколько эффективен тепловой насос?

Тепловой насос функционирует от электросети, используя затраченную энергию гораздо эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Значение КПД у него в несколько раз больше единицы. Например, расходуя 1 кВт электроэнергии, Вы получите 3-4 кВт тепла. Таким образом, получаете 2-3 кВт тепла бесплатно из окружающей среды.

Где в доме нужно размещать тепловой насос?

Можно размещать в подсобном помещении, кладовке, подвале, или даже в гараже.

Насколько он шумен?

Тепловой насос шумит как обычный бытовой холодильник.

Какой тип отопления выбрать?

Можно использовать как радиаторную систему, так и напольное отопление. Наиболее эффективным сочетанием является тепловой насос с напольным отоплением. В таком случае КПД будет максимально возможным. В коммерческих зданиях тепловой насос лучше подключить к системе воздушного распределения.

Будет ли он отапливать в самое холодное время года?

Да. Тысячи этих систем были установлены в разных точках Европы, в том числе и в Скандинавии, где зимы очень суровые. Мы спланируем наиболее подходящую систему для Вас.

Можно ли получить необходимое количество горячей воды?

Мы сделаем правильный подбор исходя из пикового количества потребляемой горячей воды в самый холодный день в году. Тепловые насосы производят не такую горячую воду как газовые котлы. Вместо производства горячей воды, которой можно обжечься, Вам нужно будет добавлять меньше холодной воды, чем Вы привыкли. Цель в том, чтобы не вырабатывать слишком горячую воду и таким образом экономить Ваши деньги. Ведь выработка неадекватно горячей воды приводит к уменьшению эффекта теплового насоса.

Можно использовать тепловой насос в качестве кондиционера летом?

Да. Можно приобрести тепловой насос с блоком охлаждения, что абсолютно уберет потребность в кондиционировании и горячей воде в летний период. Технически это реализуется с помощью фанкойлов или приточной вентиляции.

Могу ли я отапливать бассейн?

Да. Мы можем разработать установку с подогревом бассейна.

Сэкономит ли это мне деньги?

Да, сравнивая с любой топливной системой, тепловой насос в несколько раз экономичнее в эксплуатации.

В чем экологическая безопасность теплового насоса?

Насос не производит вредных выбросов, воздейстие коллектора минимально, хладагент R407C, циркулирующий в агрегате, нетоксичен и безвреден для озонового слоя.

Откуда тепловой насос извлекает тепло ?

Солнце – мощнейший источник энергии, оно нагревает воздух, воду, земную поверхность и глубины. Тепловой насос извлекает эту накопленную солнечную энергию.

Как производится управление работой теплового насоса?

Системный мониторинг реализуется микропроцессорными средствами автоматики, автоматизированная система управления обеспечивает безопасный и эффективный режим работы теплового насоса и дополнительного оборудования. Подробное описание функций можно найти в инструкциях пользователей.

Что можно сказать о надежности системы?

Срок эксплуатации земляного коллектора зависит от уровня кислотности почвы и может достигать 50-100 лет, при повышенном же «pH» — приблизительно 30 лет. Непосредственно в самой установке единственной движущей частью является компрессор, срок службы которого составляет 15 лет, и который можно легко и дешево заменить по истечении срока его эксплуатации.

Насколько сложно обслуживание установки?

В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют специальных навыков и описаны в инструкциях к конкретным моделям.

Как дизайн установки вписывается в интерьер дома?

Тепловой насос компактен — серийные установки имеют размер 600x600x1650 и 600x600x850 мм. По желанию заказчика корпус может быть выполнен в дереве.

Совместим ли тепловой насос с уже имеющейся в наличии у заказчика отопительной системой?

Тепловой насос совместим с практически любой циркуляционной теплопроводной отопительной системой, независимо от вида котла.

Украинский стартап Sirocco Energy разработал ветрогенератор, который генерирует энергию в городских условиях

Украинская команда Sirocco Energy разработала ветрогенератор, который превращает силу ветра в энергию не далеко в поле, а там — где она нужна людям, в городах. Это может существенно ускорить движение Украины в направлении чистой энергетики.

Как ЕС помогает Украине в борьбе за климат

Сейчас уровень альтернативной энергии в структуре украинской энергетики составляет около 4%. Но уже в 2035 году эта доля, согласно Энергетической стратегии Украины, должна возрасти до 25%.

Для достижения этой цели в Украине ежегодно финансируются проекты, которые приближают Украину к «зеленому» будущему.

Климатические Инновационные Ваучеры в рамках финансируемой ЕС программы FINTECC, реализуемой Европейским банком реконструкции и развития (ЕБРР), дают украинским компаниям возможность получить грантовое финансирование для проектов, связанных с сокращением использования энергии, выбросов парниковых газов и интенсивности производства. НПО Greencubator отвечает за внедрение и администрирование схемы ваучеров.

В 2016 году Украина стала первой страной Европы, где была запущена программа Климатических инновационных ваучеров. Программа предоставляет возможность для украинских компаний получить безвозвратное финансирование на проекты, связанные с сокращением потребления энергии, уменьшением выбросов парниковых газов, сокращением ресурсоемкости производства.

За последние 2 года 30 компаний в Украине, которые работают над уменьшением вредного воздействия на окружающую среду, получили грантов на общую сумму 966 тыс. евро. Каждая компания получила грант от 20 до 50 тыс. евро для развития своей бизнес идеи.

Мы пообщались с одним из победителей программы — компанией Sirocco Energy, создателями плоского ветрогенератора, который можно устанавливать на открытых участках между многоэтажками, вблизи бизнес-центров, супермаркетов и т. д.

Как возникла идея ветряка

По словам главного операционного директора Sirocco Energy Тараса Водяного, идея создать такое устройство появилось у Александра Приймака.

«Если мы говорим об использовании ветряных мельниц в поле, то там есть один поток, в котором одно направление. В городских и пригородных условиях, этот поток разбивается среди объектов. Таким образом, в одном потоке ветра много маленьких потоков с различным направлением. Именно поэтому, если мы ставим в городе маленькую версию большого трех-лопастного ветряка, то он там или не крутится вообще, или работает неэффективно. Кроме того, такие ветряки нельзя ставить рядом с людьми из-за вибрации, ультразвука, аэродинамического шума «, — объясняет Тарас.

Александр долго вынашивал идею, как сделать ветряк, который будет лишен этих недостатков, изучал опыт компаний, производящих ветряки. Со своей идеей осенью 2016г. изобретатель попал в финал конкурса ClimateLaunchpad в Одессе совместно со своим партнером Тарасом. ClimateLaunchpad — это крупнейший в мире конкурс бизнес-идей в сфере чистых технологий, часть Climate-KIC, еще одной программы, которая финансируется Европейским Союзом. И хотя они не выиграли конкурс, однако смогли увидеть к своему проекту значительный интерес и получить первый грант. За эти деньги команда сделала первый прототип.

• Taras Vodianyi, Chief Operating Officer, Sirocco Energy

• Olexander Pryimak, Engineer at Sirocco Energy

• The urban wind turbine prototype

• Olexander Pryimak, Engineer at Sirocco Energy

В чем особенность ветряка Sirocco Energy

«За счет большего количества и другого принципа движения лопастей, наша установка работает значительно стабильнее и эффективнее в городских условиях. Лопасть едет по треку, а не вращается вокруг своей оси, поэтому уровень вибрации в разы меньше, чем у традиционных ветряков. Значительно меньше и аэродинамического шума, поэтому мы можем использовать установки рядом с людьми и вблизи городов», — объясняет Водяной.

Часто люди интересуются разницей эффективности между ветряками и солнечными панелями. И хотя стоимость установки солнечной электростанции может быть вдвое дешевле, однако ветровая установка Sirocco Energy генерирует примерно вдвое больше энергии при той же номинальной мощности.

Еще важный нюанс: если ветряк, скажем, при скорости ветра 3 м/с генерирует 100 кВт / ч, то уже при скорости в 4 м/с — он будет генерировать ориентировочно 180 кВт. А это 80% разницы. Этого количества энергии достаточно для удовлетворения нужд средней однокомнатной квартиры в течении 18 дней. Поэтому если на объекте можно найти место, где этот «дополнительный» метр в скорости, то установка окупится почти вдвое быстрее, отмечает Тарас.

По его словам, эффективность хороших лопастных ветряков составляет около 30-40%: «Наша установка по результатам симуляции показывает результат 52% эффективности. Это фантастический результат. Мы сначала сами не могли поверить и несколько раз проверяли расчеты, но это так», — объясняет он.

Также Sirocco Energy устанавливает метеостанции для тестирования скорости ветра на объектах клиентов на 3-12 месяцев как отдельную услугу.

Как удалось попасть в Программу Климатических инновационных ваучеров

«Мы подавались на Программу Климатических инновационных ваучеров с инновациями, которые могут помочь в борьбе с изменениями климата в мире. Грант, который мы выиграли, поможет ускорить запуск продукта», — объясняет главный операционный директор Sirocco Energy.

Программа Климатических инновационных ваучеров от Greencubator не только оказывала финансовую поддержку, но и помогала разработке быстрее выйти на международный рынок.

«Тогда, для нас это было невероятно нужно, потому что благодаря гранту мы смогли привлечь крутых специалистов в плане разработки, симуляции и адаптации нашего продукта», — объясняет Тарас.

• Mykola Pogorelov, Welding Engineer, Sirocco Energy

• Olexander Pryimak, Engineer at Sirocco Energy

• Olexander Pryimak, Engineer at Sirocco Energy

• The Sirocco Energy workshop

Благодаря программе команда разработала ветряную установку мощностью 5 кВт и готова запустить производство. Тем временем Sirocco Energy тестирует свою продукт в Украине.

За два года существования Программы Климатических инновационных ваучеров украинский бизнес продемонстрировал огромный потенциал для реализации идей по снижению вредного воздействия на окружающую среду. Таким образом, благодаря инновациям и поддержке, которую они получили, украинские компании выводят на европейский и мировой рынок новые экологические технологии, тем самым внося непосредственный вклад в борьбу с изменением климата.

Автор: Ульяна Букатюк

Статья на Espresso.tv

Правильное расположение ветрогенератора

В регионах с высокой скоростью ветра, в прибрежных зонах и на объектах, где в зимний период солнечная электростанция «не справляется», для автономного энергоснабжения используют ветрогенераторные станции – «ветрогенераторы», (сокращённо ВГ). Но на большей территории нашей страны средняя скорость ветра составляет всего 4-5м/сек., тогда как ветрогенератору для выработки «номинальной мощности» требуется 10-12м/сек.. Именно поэтому нет никаких сомнений в важности правильной и продуманной установки устройства, достичения точки, где винт его окажется в зоне с максимальной скоростью ветра.

Мощность ветрогенератора и зависимость от скорости ветра и высоты мачты

Почему же так важно «не потерять» ни одного метра в секунду? Определим зависимость мощности ветрогенератора от скорости ветра. 

1. Кинетическая энергия воздуха, движущегося ламинарно (без завихрений)  W=1/2mV2, где m — масса воздуха, V – его скорость.

2. Массу воздуха, проходящего за время t и площадь S можно выразить следующим образом: m=VtSρ, где: S – площадь, описываемая винтом ВГ, ρ – плотность воздуха.

3. Чтобы определить мощность (P), делим энергию на время, подставляем выражение для массы, получаем: P=1/2V3Sρ.

4. Если теперь умножить выражение на КПД устройства в целом, включающее в себя коэффициент преобразования лопастей винта, коэффициент полезного действия редуктора и генератора (ƞ), получим реальную мощность «ветряка»: P=1/2V3Sρ ƞ. На практике обычно значение  ƞ лежит в пределах 0,4-0,5.

Как видно из расчета, мощность ВГ пропорциональна третей степени скорости ветра, то есть увеличение скорости в 2 раза даст увеличение мощности в 8 раз!

Таким образом, скорость ветра и отсутствие турбулентностей (завихрений) должны иметь решающее значение при выборе места установки ветрогенератора. Из этих соображений идеально подходят: 

• берег крупного водоема;
• вершина горы или возвышенности;
• центр протяженного поля. 

Увы, в реальной жизни мало кто имеет на своем участке моря, поля и горы.  Поэтому принцип только один – чем выше установка, тем лучше. В идеале, Ветрогенератор должен быть выше не менее, чем на 6 (шесть) метров окружающих его предметов (дома, деревьев, строений, возвышенностей), чтобы оказаться в зоне ламинарного движения воздуха.

Приведем простой пример, который можно легко проверить в on-line калькуляторе для расчета на нашем сайте. Рассмотрим модель пятилопастного ветрогенератора HY-1000, стоящий в «бесконечном» поле вблизи Санкт-Петербурга:

• При высоте мачты 5 метров максимальная выработка достигается в сентябре и составляет 1,38кВтч/сутки;
• Если увеличить высоту мачты до 10 метров, получим 2,43 кВтч/сутки;
• Увеличим высоту до 20 метров и получим уже – 3,12 кВтч/сутки. 

Вывод напрашивается сам собой —  часто вместо увеличения мощности ветрогенератора достаточно увеличить высоту мачты.

Решающая роль места установки «ветряка» в эффективности энергосистемы

Очень велик соблазн приделать мачту ветрогенератора к дому для увеличения высоты всей конструкции. Несмотря на очевидные плюсы, данный подход имеет ряд минусов:

Во-первых, установка издает звуки, и звуки эти отлично могут быть переданы по мачте на конструкцию дома, что со временем будет раздражать его жителей. Во-вторых, если здание находится в черте города, могут потребоваться дополнительные согласования в надзорных органах.

Стоит также обратить внимание на конструкцию самой мачты. Если горизонтальные линейные размеры мачты сравнимы или превышают размеры ВГ, то, собственно, сама мачта может являться источником турбулентности.

Очень показательный пример, когда мачта по сути мешает работать системе, плюс частично затеняет солнечные батареи, представлен на фотографии.

          

Особое внимание нужно уделить выбору сечения кабеля. Так как ВГ находится на мачте, а контроллер заряда где-то в доме, длина линии может быть значительной, равно как и падение напряжения. Это может привести к снижению эффективности заряда аккумуляторных батарей. Из этих соображений, площадь сечения кабеля должна быть достаточно большой, чтобы данный эффект был незначителен. Для расчёта площади сечения кабеля следует обратиться к правилам, описанным в статье Расчёт сечения провода.

В отличие от монтажа солнечных батарей, установка «ветряка» часто влечет за собой капитальные строительные работы, такие как бетонирование основания, монтаж свай для растяжек, сварочные работы. Тем не менее, правильно выполненный монтаж обеспечит надежную и эффективную работу системы, и максимальную выработку энергии на протяжении всего срока эксплуатации.

Читать другие статьи..

как работает, достоинства и недостатки

Как работает вертикальный ветрогенератор

Данные установки преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения приводного вала. Вертикальная ось ветровой турбины соединена с ротором, работающим также в вертикальном положении. Ротор и генератор расположены в нижней части башни.

Лопасти ветряка присоединены прямо к центральной оси, соединенной с ротором генератора. Генератор располагается в нижней части установки, иногда даже на уровне земли.

Таким образом, при вращении лопастей винта ротор генератора также приходит в движение и, следовательно, появляется возможность выработки электроэнергии.

Видео: работа генератора с вертикальной осью вращения

Рассматриваемые ветряки не нуждаются в дополнительном оборудовании, которое определяет направление ветра и корректирует положение ветряка в соответствие с ним. На ветрогенераторах с горизонтальной осью вращения в качестве подобного устройства выступает специальная хвостовая лопасть.

Кроме того, эти турбины более устойчивы к турбулентности, чем стандартные горизонтальные.

Перечислим некоторые из доступных на сегодняшний день моделей таких генераторов: Giromill, ротор Дарье, ветряные мельницы с вращающимися парусами и турбины Савониуса.

Преимущества

• Основным достоинством является ортогональное расположение оси ротора, позволяющее размещать устройство вблизи поверхности земли. Соответственно, ветрогенератор и передаточный механизм расположены на этой же высоте и не требуют сооружения высоких конструкций для их установки.

• Кроме того, турбина не обязательно должна быть ориентирована по направлению ветра, что делает её очень простой в эксплуатации.

• Применение вертикальных ветрогенераторов даёт высокий эффект при их установке на верхней части холмов, столовых гор, по линии горных хребтов и в других местах, где вблизи поверхности земли присутствуют турбулентные потоки воздуха.

• В местах, где запрещено размещение высотных ветровых турбин, могут быть расположены вертикальные. При этом, вы сэкономите денежные средства и время, которые потребовались бы вам для получения соответствующих согласований для разработки и монтажа высоких башенных установок ветряков с горизонтальным расположением вала.

• Также, неоспоримым преимуществом устройств с вертикальным валом является их возможность поворота в любом направлении вместе с ветром.

Недостатки

• Одним из недостатков вертикальных турбин является их низкая эффективность в зоне постоянных ветров. Это происходит из-за высокой силы сопротивления, действующей с противоположной стороны, при попытке захватить движущийся поток воздуха.

  Поэтому, на равнинах и других местах с преобладающими постоянными ветровыми потоками наилучшим вариантом являются горизонтальные ветроустановки. Они позволяют наиболее полно использовать энергию ветра в данных районах.

  При наличии же турбулентных потоков у поверхности земли рекомендуется применять ортогональные ветроустановки.

• Другим минусом вертикальных ветроустановок является возможность разрушения лопастей винта. Это вызвано тем, что при вращении вокруг главной оси, на них постоянно воздействуют центробежные силы. То есть, со временем, лопасти сгибаются, трескаются и разрушаются. При их поломке вся машина выходит из строя.
• Если разместить ветряк рядом со зданием, то он не будет работать, так как находится в мертвом воздушном пространстве.

Вывод

Вертикальные ветроустановки существуют в течение тысяч лет, но из-за плохой надежности и эффективности они не пользуются популярностью. Однако, их продолжают выпускать и по сей день.

Производители утверждают, что данные устройства могут уловить ветер любого направления, что, по сути, также верно и для горизонтальных турбин.

По сравнению с горизонтальными установками, рассматриваемые модели обладают меньшим коэффициентом полезного действия.

Vortex Bladeless: безлопастные ветряные турбины

Документ представлен Испанским ведомством по патентам и товарным знакам

Компания Vortex Bladeless S.L. разработала и вывела на рынок ветрогенераторы, работающие без лопастей, валов, подшипников и других механизмов, изнашиваемых при трении.

Данная технология основана на аэроупругом резонансе, позволяющем использовать феномен формирования вихрей.

Безлопастные ветротурбины в основном состоят из вертикального неподвижного цилиндра на упругом стержне, встроенном в землю.

Движение верхней части ограничено магнитной силой, так как именно здесь возникает максимальная амплитуда колебаний.

Этот цилиндр улавливает энергию ветра, вступающую в резонанс благодаря аэродинамическому эффекту, называемому сходом вихря, и затем преобразует механическую энергию в электричество с помощью генератора переменного тока.

Инновация, вдохновленная обрушением Такомского висячего моста

В 1940 г. на шоссе № 16 в штате Вашингтон через пролив Такома-Нэрроуз был построен третий по длине в мире висячий мост. Спустя четыре месяца после открытия моста он начал колебаться и обрушился. Столь драматическое обрушение такой конструкции вошло во все учебники как пример, объясняющий работу некоторых типов аэродинамического резонанса, вызванных ветром.

В 2002 г. Давид Х. Яньес узнал об этом событии на курсе инженерно-строительного дела в Вальядолидском университете и подал первый патент на механизм, способный оптимизировать аэродинамический резонанс такого типа и генерировать электроэнергию.

Этот механизм представлял собой вертикальную тонкую конструкцию с круглым сечением, колеблющуюся в плоскости, перпендикулярной направлению ветра.

Такая конструкция была способна работать без каких-либо валов, зубчатых передач, подшипников или других подобных устройств. Таким образом, механизм не нуждался в смазочных материалах и затратах на техническое обслуживание, а сроки окупаемости были сведены к минимуму.

Эта конструкция могла генерировать ветряную энергию без необходимости лопастей, которые до сих пор использовались в ветрогенераторав.

Лишь спустя несколько лет – в 2010 г. – Давид Х. Яньес и Рауль Марин Юнта получили патент ES2374233B1, владельцем которого стала совместно основанная ими компания «DEUTECNO S.L.».

Затем благодаря поддержке фонда «Repsol» и нескольким выигранным наградам была основана компания «Vortex Bladeless S.L.», которая успешно прошла два раунда инвестиций.

В настоящее время компания работает над производством первой предсерийной партии из 100 малогабаритных агрегатов, что достаточно, чтобы представить продукт на рынке.

Этапы разработки технологии

Первый этап заключался в изучении феномена аэродинамики.

Испытания в аэродинамической трубе Института микрогравитации Университета Игнасио да Ривы, UPM. (фото: Vortex Bladeless)

Такой тип аэродинамического резонанса обычно считается проблемой, и существует множество способов его предотвращения. Однако информации о методах оптимизации этого феномена не так много.

Благодаря поддержке таких транснациональных корпораций, как «Altair Engineering, Inc», и таких организаций, как Барселонский суперкомпьютерный центр, конструкция была оптимизирована для максимизации производительности установки.

На втором этапе основное внимание уделялось обеспечению контроля взаимодействия конструкции с ветром с целью увеличения диапазона скоростей, в котором возникает резонанс.

На третьем этапе был разработан генератор, способный эффективно преобразовывать колебательную энергию в электричество.

В настоящее время проект находится на четвертом и последнем этапе, на котором после выпуска «минимально жизнеспособного продукта» компания готовится к производству, индустриализации и выпуску продукции на рынок.

Первые экспериментальные испытания в «CEDER CIEMAT» в Сории. (фото: предоставлено компанией)

Международное признание

Проект вызвал необычайный интерес на международном уровне. Особую заинтересованность продемонстрировали в Азии, Америке и Европе (именно в таком порядке).

В частности, было получено огромное число предложений о сотрудничестве с различными предприятиями и учреждениями как в промышленности, так и в науке.

Например, одна из трех крупнейших ветроэнергетических компаний в мире предложила осуществить совместный проект по анализу потенциала применения этой идеи на габаритных установках.

Общественные организации также приняли идею на ура. В социальной сфере проекту также был оказан теплый прием.

Такие учреждения, как «SEO Birdlife», ООН, Европейская комиссия, а также множество национальных и международных кооперативов, ассоциаций и учреждений оказывают проекту содействие и делятся своими мнениями.

Охрана: «Vortex Bladeless» в ногу с промышленной собственностью

Начиная с первого патента ES2374233B1, обеспечивающего охрану изобретения как по всей Европе, так и в Америке (в США и Мексике), и продолжая патентами EP15771650, WO2017174161A1, WO2018149942A1 и др., в основе проекта всегда лежала охрана инноваций и всего предприятия с помощью механизмов промышленной собственности (патентов и товарного знака «Vortex Bladeless»).

Фактически, эволюция компании и этапы ее развития отражены в разных семействах ее патентов.

На каждом раунде инвестиций и на каждом конкурсе, на котором был представлен проект, критически важным считалась степень охраны технологии. К счастью, поскольку этот тип ветряных турбин является «первым в своем роде», не составило труда получить признание «новизны» и «изобретательского уровня», требуемого всеми патентными ведомствами мира, куда была подана заявка на обеспечение охраны.

Хотя в настоящее время все технологии Vortex Bladeless защищены, компонент охраны остается в стратегии компании: особое внимание уделяется производственным процессам и их применению в различных областях.

• Название МСП: Vortex Bladeless S.L.
• Сектор: ветроэнергетика
• Адрес: Calle Zagreb, 4, 28232, Las Rozas de Madrid, Мадрид, Испания
• Контактное лицо: Давид Х. Яньес Вильяреаль
• Контактный телефон: + 34 659169417
• Веб-сайт: vortexbladeless.com

Ветряная турбина — Energy Education

Рисунок 1. Ветряная турбина. ^[1]

Ветряные турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными. ^[2]

Детали турбины

Рисунок 2. Иллюстрация компонентов ветряной турбины (щелкните, чтобы увеличить). ^[3]

Современные ветряные турбины бывают разных размеров, но все типы обычно состоят из нескольких основных компонентов: ^[4]

• Лопасти ротора — Лопасти ротора ветряной турбины работают по тому же принципу, что и крылья самолета.Одна сторона лезвия изогнута, а другая плоская. Ветер быстрее течет по изогнутому краю, создавая разницу в давлении с обеих сторон лезвия. Лопасти «толкаются» воздухом, чтобы уравновесить разницу давлений, в результате чего лопасти вращаются. ^[5]
• Гондола — Гондола содержит комплект шестерен и генератор. Поворотные лопасти связаны с генератором шестернями. Шестерни преобразуют относительно медленное вращение лопастей в скорость вращения генератора примерно 1500 об / мин. ^[5] Затем генератор преобразует энергию вращения лопастей в электрическую энергию.
• Башня — лопасти и гондола установлены на вершине башни. Башня сконструирована таким образом, чтобы удерживать лопасти ротора от земли и при идеальной скорости ветра. Башни обычно находятся на высоте 50-100 м над поверхностью земли или воды. Морские башни обычно крепятся к дну водоема, хотя исследования по разработке башни, плавающей на поверхности, продолжаются. ^[2]

Визуализация турбины

MidAmerican Energy Company имеет отличное видео о конструкции ветряной турбины , для просмотра нажмите здесь.

Видео ниже, созданное UVSAR, подробно показывает детали турбины.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Как работает ветряная турбина: энергия ветра: возобновляемые источники энергии

Энергия ветра включает преобразование энергии ветра в электричество с помощью ветряных турбин.Ветряная турбина обычно имеет три лопасти, похожие на пропеллеры, которые называются роторами . Ротор прикреплен к высокой башне. В среднем высота ветряных башен в жилых районах составляет около 20 метров. Причина, по которой башня такая высокая, заключается в том, что ветер сильнее, над землей, и здесь меньше ударов.

Турбины с вертикальной и горизонтальной осью, используемые для производства электроэнергии в жилых домах

Ветер возникает из-за атмосферных изменений: изменения температуры и давления заставляют воздух перемещаться по поверхности земли.Все это запускается солнцем. Таким образом, энергия ветра — это еще одна форма солнечной энергии.

Ветряная турбина улавливает ветер, который затем производит возобновляемый источник энергии. Ветер заставляет вращаться ротор; когда ротор вращается, движение лопастей приводит в действие генератор, который вырабатывает энергию. Движение лопастей при повороте составляет кинетической энергии. Именно эту силу мы преобразуем в электричество.

Как электричество производится из турбин?

Энергия ветра преобразуется в электричество с помощью магнитов, проходящих мимо неподвижных катушек проволоки, известных как статор .Когда магниты проходят через статор, происходит выработка электроэнергии переменного тока. Затем он преобразуется в электричество постоянного тока. Он может заряжать аккумуляторы, которые хранят электрическую энергию, или может питаться от сетевого инвертора для подачи энергии в электрическую сеть.

Преимущества ветроэнергетики

Энергия ветра — это чистый источник энергии, на который мы можем положиться в долгосрочном будущем. Ветряная турбина производит надежную, экономичную и экологически чистую энергию. Это доступный, чистый и экологичный.Одной ветряной турбины может хватить для выработки энергии в домашнем хозяйстве.

Поскольку ветер является экологически чистым и возобновляемым источником энергии, турбины вырабатывают энергию без использования ископаемого топлива. То есть без образования парниковых газов, радиоактивных или токсичных отходов.

Сколько стоит энергия ветра?

Сегодня этот возобновляемый источник энергии — один из наиболее экономичных вариантов. Фактически, это самая дешевая из всех крупномасштабных альтернатив на рынке.Только в 2018 году ветряные электростанции Австралии произвели примерно 33,5 процента от общего объема чистой энергии в стране, создав 71,5 процента электроэнергии страны.

Из-за такой доступности стоимость ветровой энергии продолжает оставаться надежным и стабильным вариантом для Австралии. Короче говоря, отдельная турбина стоит от 7 000 до 20 000 долларов за установку, в зависимости от конкретного типа.

Турбинная установка

Вы можете установить ветряные турбины на собственности, на лодках или караванах.Будет ли это жизнеспособным, полностью зависит от количества ветровых ресурсов, имеющихся в вашем районе. Первое, что вам нужно сделать, это узнать среднюю скорость в вашем районе. Хотя использование свободно доступных данных дает представление, самый надежный метод — это чтение с вашего сайта.

Средняя скорость ветра должна быть выше 5 м / с (18 км в час), чтобы установка ветряной турбины была целесообразной. Идеальные места для установки ветряных турбин:

за городом
• ,
• на фермах, или
• на побережье

В основном в любом месте вдали от населенных пунктов.Чем больше построек вокруг установки, тем меньше ветра. Установка ветряной турбины — большая работа, требующая времени. Это может быть очень рентабельным способом выработки энергии, если средняя скорость ветра достаточно высока.

Подходит ли вам ветровая энергия, поскольку является возобновляемым источником энергии?

В большинстве загородных жилых районов солнечные батареи — лучший выбор, чем ветряные турбины. Узнайте больше о ветровой энергии и солнечной энергии или прочитайте наше руководство: Подходит ли вам ветровая энергия?

Причины отказов ветряных генераторов: многокритериальный подход к устойчивому производству энергии | Возобновляемые источники энергии: ветер, вода и солнечная энергия

Устойчивое экономическое развитие тесно связано с доступностью энергии.Большая часть мировых потребностей в коммерческой энергии удовлетворяется за счет ископаемых видов топлива в сочетании с негативным воздействием на окружающую среду. Для борьбы с глобальным потеплением и другими экологическими проблемами, связанными с этим ископаемым топливом, многие страны, включая Индию, все чаще переходят на возобновляемые источники энергии. Такие источники энергии обычно зависят от потоков энергии через экосистему Земли от солнечного излучения и геотермальной энергии Земли. Возобновляемые источники энергии могут многократно удовлетворить нынешний мировой спрос на энергию, поскольку их потенциал огромен.Они могут повысить разнообразие рынков энергоснабжения, обеспечить долгосрочное устойчивое энергоснабжение и сократить выбросы в атмосферу на местном и глобальном уровнях (REN21 2010). Они также могут предоставить коммерчески привлекательные варианты для удовлетворения конкретных потребностей энергетических услуг (особенно в развивающихся странах и сельских районах) и создать новые возможности для трудоустройства. Возобновляемая энергия, производимая из устойчивых природных источников, будет способствовать устойчивому развитию. Они предлагают многообещающую альтернативу и / или дополнение к традиционным источникам энергии в развивающихся странах.Среди различных возобновляемых источников энергии энергия ветра вносит значительный вклад в установленную мощность энергосистемы Индии и становится одним из конкурирующих вариантов уменьшения загрязнения. Поскольку энергия ветра является возобновляемой и экологически чистой, быстро развиваются системы преобразования энергии ветра в электричество. Однако в реальности внедрение ветровой энергии сталкивается с некоторыми препятствиями.

Целью настоящего исследования является выявление ошибок, которые влияют на нормальную работу WTG, и подготовку многокритериальной структуры принятия решений с использованием AHP для определения их приоритетности.В исследовании рассматриваются пять основных ветроэнергетических площадок с разным географическим расположением, разных производителей WTG и разной мощности WTG. Однако нормальная работа WTG сталкивается с несколькими ошибками, действующими в полевых условиях. Приоритизация этих ошибок обязательно должна включать несколько критериев. Восприятие и опыт заинтересованных сторон должным образом включены в эту схему приоритезации, поскольку они являются ключевыми фигурами любых инициатив по любым инициативам по обновлению или замене компонентов WTG для здоровой работы.Кроме того, такой процесс приоритезации также должен учитывать несколько критериев, таких как влияние устранения ошибок на работу турбины, финансовые трудности при устранении ошибок и влияние устранения ошибок на технико-экономические показатели. В этом документе всесторонне рассмотрены все эти аспекты при ранжировании ошибок в выбранной ветроэлектростанции.

Есть несколько исследований в области возобновляемых источников энергии, использующих несколько критериев для анализа различных аспектов, представляющих интерес Хана в его исследовании «Надежность ветряных турбин».Очевидно, что частота отказов установленных в настоящее время ветряных турбин (WT) почти постоянно снижалась в первые годы эксплуатации. Это верно для старых турбин мощностью менее 500 кВт и для класса 500/600 кВт. Однако группа мегаваттных WT показывает значительно более высокий процент отказов, который также снижается с возрастом. Но, включая сейчас все больше и больше мегаваттных моделей новейшего поколения, частота отказов в первый год эксплуатации снижается. Флеминг (2011) полагает, что мы описываем наши исследования существующих данных диспетчерского управления ветряными турбинами и сбора данных (SCADA) для разработки методов обнаружения и диагностики неисправностей.Наша конечная цель — иметь возможность использовать данные, записанные в SCADA, для заблаговременного предупреждения о сбоях или проблемах с производительностью. Для работы, описанной здесь, мы использовали данные, полученные от управляющей усовершенствованной исследовательской турбины (CART) в Национальном центре ветроэнергетики (NWTC) в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL). Ряд измерений турбины используется для разработки алгоритмов обнаружения аномалий. Были исследованы методы классификации, такие как кластеризация и анализ главных компонентов.

Среди проблем, отмеченных в опубликованном Министерством энергетики отчете «20% энергии ветра к 2030 году» (EERE 2030), являются улучшение характеристик ветряных турбин и снижение эксплуатационных расходов и затрат на техническое обслуживание. После капитальных затрат на ввод в эксплуатацию ветряных генераторов наибольшие затраты связаны с эксплуатацией, техническим обслуживанием и страхованием (Zaheer et al. 2009; Musial 2007). Снижение затрат на техническое обслуживание и эксплуатацию может значительно сократить срок окупаемости и дать толчок для инвестиций и повсеместного признания этого чистого источника энергии.Традиционно системы мониторинга состояния ветряных турбин были сосредоточены на обнаружении отказов в главном подшипнике, генераторе и редукторе, некоторых из наиболее дорогостоящих компонентов ветряной турбины (Crabtree 2010; Sheng et al. 2009; Wiggelinkhuizen et al. 2008). .

Согласно Lin et al. (2016), в их исследовании рассматриваются три основные конфигурации и статистический анализ отказов ветряных турбин в Китае. В этой статье суммируются отказы компонентов ветряных турбин, таких как преобразователи частоты, генераторы, редукторы, системы шага, системы рыскания, лопасти, тормозные системы и подсинхронные машины.Хотя существует множество типов отказов и различных причин, мы можем выделить четыре основные причины этих отказов: отсутствие основных технологий; низкое качество из-за ценовой конкуренции; стандарты проектирования и различия климата ветряных электростанций; и отсутствие обязательной сертификации качества и внешних факторов, таких как строительство ветряных электростанций, электрические сети и техническое обслуживание. Наконец, с целью повышения надежности был предложен метод управления надежностью в отношении проектирования, производства и обслуживания ветряных турбин.

Отказы ветряных турбин равносильны серьезным финансовым потерям. Следовательно, создание и применение стратегий, повышающих надежность их компонентов, важно для успешного внедрения таких систем. Два широко используемых метода — это анализ вибрации и мониторинг масла. Это автономные системы, требующие установки датчиков и оборудования. Система диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), основанная на данных, использует данные, уже собранные контроллером ветряной турбины, и является экономичным способом мониторинга для раннего предупреждения сбоев и проблем с производительностью.В документе также рассматривается обработка другого типа данных, поступающих от ветряных турбин: данных, полученных с помощью систем SCADA, установленных сегодня во многих ветряных электростанциях. Они содержат измерения различных переменных, таких как скорость ветра, температура подшипников и масла, напряжение и производимая мощность. Записи этих систем постоянны и доступны для каждой ветряной турбины на ферме, поэтому их потенциально можно использовать для мониторинга ветряных электростанций. Таким образом, использование этих измерений, которые могли бы привести к эффективному онлайн-плану структурного мониторинга здоровья (SHM), кажется привлекательной возможностью (Yang et al.2013).

Кроме того, из-за наличия таких данных для каждой отдельной ветряной турбины, можно было бы изучить новые подходы в области SHM, рассматривая всю ферму как население. Изучение потенциала популяционного подхода к обнаружению повреждений в этом случае может относиться к принятию стратегий, которые могут определять состояние ветряной турбины в соответствии с измерениями, полученными от других ветряных турбин на ферме.

В Papatheou et al. (2015) был изучен потенциал использования данных SCADA для мониторинга состояния ветряных турбин.Кривая мощности каждой отдельной ветряной турбины в ветряной электростанции создается методом машинного обучения с использованием данных SCADA, собранных с ветряной турбины. Построенная кривая мощности каждой ветряной турбины затем используется для прогнозирования кривых мощности других ветряных турбин. Остаточная ошибка между фактической и прогнозируемой производимой мощностью затем использовалась для мониторинга состояния ветряных турбин. Мониторинг состояния, диагностика неисправностей и надежность основных компонентов и подсистем ветряных турбин, таких как лопасти (Yang et al.2015), трансмиссии (Ян и др., 2015), силовые преобразователи (Чжоу и др., 2015), коробки передач (Юн и др., 2015; Ду и др., 2015) и подшипники (Минг и др., 2015; Гербер и др. 2015), были хорошо охвачены отобранными взносами. Кроме того, он также использует датчики / сигналы для диагностики неисправностей ветряных турбин, такие как датчики деформации (Yang et al. 2015; Yoon et al. 2015), вибрации (Yang et al. 2015a, b; Du et al. 2015; Gerber et al. 2015), акустической эмиссии (Ming et al. 2015) и данных SCADA (Long et al; Papatheou et al.2015).

В связи с этим в настоящем исследовании используется система SCADA для сбора данных, которые, по мнению исследования, являются наилучшим возможным вариантом для выявления очень важных ошибок (исследование определяет пять важных ошибок) из многих, что помогает поддерживать работоспособность WTG. В очень хорошем состоянии. Он также решает задачи диспетчерского управления путем автоматического запуска, остановки и сброса турбин в случае ошибок / колебаний. Система мониторинга состояния на основе данных SCADA считается более дешевым решением, чем система условного мониторинга (CMS) (Antoniadou et al.2015). В этой статье мы описываем наше исследование существующих данных SCADA ветряных турбин для разработки методов обнаружения и диагностики ошибок с использованием многокритериального подхода к их приоритетности. Поскольку существующая проблема приоритизации ошибок включает в себя множество критериев и качественных оценочных суждений для их измерения, считается, что МАИ является правильным инструментом для применения.

Структура процесса аналитической иерархии (AHP)

AHP была впервые разработана Томасом Саати в 1970-х годах.Основная цель AHP заключалась в разработке теории и методологии моделирования неструктурированных проблем в экономических, технических, социальных и управленческих науках (Saaty 1996). AHP не только поддерживает лиц, принимающих решения, позволяя им структурировать сложность и выносить суждения, но и позволяет им учитывать как объективные, так и субъективные соображения в процессе принятия решений (Forman 1990). Это мощный и гибкий процесс принятия решений с помощью взвешенной оценки, который помогает людям расставлять приоритеты и принимать наилучшее решение, когда необходимо учитывать как качественные, так и количественные аспекты решения.

Анализ ошибок с рамкой AHP

Используя существующую литературу, относящуюся к ошибкам WET и ​​дальнейшее обсуждение со специалистами в области ветроэнергетики и управления энергией, была разработана структура анализа ошибок, как показано на рис. 1. Пять группы ошибок и четыре важных критерия считаются важными для правильной работы WET в любой ветряной электростанции. Поскольку анализ должен выполняться с использованием AHP, структура подготавливается в иерархической структуре, как показано на рисунке.Также указаны ключевые параметры для каждой из групп ошибок. Рамочная работа состоит из трех уровней, включающих цель, критерии и ошибки (альтернативы). Поскольку работа в рамках исследования основана на модели MCDM, группы ошибок (которым должен быть назначен приоритет на основе нескольких критериев) представляют собой альтернативы решения. Пять категорий ошибок, охватываемых исследованием, и различные параметры, используемые при их оценке, кратко обсуждаются ниже в контексте WET.

Рис.1

Структура AHP для анализа ошибок

Ошибка отказа датчика превышения скорости (OSFE)

Эта ошибка имеет особое значение почти для всех WTG с разным рейтингом, учитывая безопасность и исправность работы WTG в любом географическом месте.В этом исследовании предлагается провести оценку неисправности датчика превышения скорости на основе мнения заинтересованных сторон. Для более удобного процесса сбора мнений будет использоваться матрица попарного сравнения. Это включает в себя подготовку последовательности вопросов, включая инструкции и описание цели исследования. Некоторые из размеров, которые влияют на этот тип ошибки, включают неисправность или разницу в оборотах в минуту (об / мин) между ротором ветряной турбины и генератором.

Кроме того, во время полевых исследований было замечено, что неэффективное обслуживание датчиков и использование некачественных датчиков приводит к неисправностям, которые, в свою очередь, влияют на работу WTG. Более того, считается, что OSFE предотвращает устранение других ошибок. Отсутствие опытного или неподготовленного оператора также может привести к надежной работе WTG.

Ошибка отказа модуля измерения температуры (TMFE)

Эта ошибка существенна в контексте географического положения ввиду разной температуры, которая влияет на рабочую температуру турбин.Если температура окружающей среды быстро меняется из-за непрерывной работы WTG, срок службы трансмиссионного масла может сократиться, что повлияет на производительность турбин. Если температура внутри гондолы меняется, это влияет на различные компоненты, такие как контактное кольцо и подшипник рыскания. Очень важно заменить датчик как можно раньше, чтобы поддерживать безопасную рабочую температуру.

Ошибка считывания скорости вращения ротора (RSRE)

Несмотря на значительные технологические усовершенствования, которые были достигнуты, прерывистый характер ветроэнергетики остается препятствием для внедрения технологии.Эта ошибка возникает из-за множества параметров, которые возникают в роторе и генераторе ветряной турбины. Колебание напряжения или изменение скорости между высокоскоростным валом и низкоскоростным валом изменяет вращение ветряных турбин. Другие параметры, такие как отказ энкодера, отказ датчика и отказ программного обеспечения, также влияют на работу WTG.

Ошибка температуры дискового тормоза (DBTE)

Эта ошибка играет важную роль при работе WTG в условиях изменчивого ветра.Когда происходят внезапные изменения направления ветра (например, порывистый ветер), это приводит к беспорядочному вращению ветряных турбин, что может повлиять на датчик, расположенный рядом с диском. Эта ошибка возникает там, где наблюдается максимальное изменение колебаний ветра.

Ошибка частой остановки сети (FGSE)

Эта ошибка не контролируется специалистами ветряной электростанции; он полностью контролируется властью государства, принимающей и распределяющей людей. Это также происходит при сильном ветре / изменении напряжения в сети / выходе из строя из-за отказа сети и т. Д.Эта ошибка может возникать из-за поломки / обслуживания / замены компонентов в энергопринимающей станции в рамках аварийного или регулярного технического обслуживания.

Целью настоящего документа является определение приоритета вышеупомянутых пяти групп ошибок в выбранных ветряных электростанциях на основе следующих четырех критериев:

а. Влияние устранения ошибок на характеристики турбины (IETP ): Препятствием для потенциальных инвесторов в ветроэнергетику является экономика ветроэнергетики.Было отмечено, что частота отказов установленных в настоящее время WTG почти постоянно снижалась в первые годы эксплуатации. Это актуально для старых турбин (до класса 500/600 кВт). Однако группа мегаваттных (МВт) WTG показывает значительно более высокую интенсивность отказов, которая также снижается с возрастом.

Но, включая сейчас все больше и больше мегаваттных моделей WTG новейшего поколения, а также улучшенные версии ветряных турбин, такие как безредукторные генераторы для ветряных турбин большей мощности, частота отказов в первый год эксплуатации снижается.Более высокая интенсивность барьеров, вероятно, создаст более серьезную проблему для кластеров ветряных электростанций в отношении эффективного метода использования энергии ветра. Хотя непрактично добиться устранения всех ошибок, связанных с внедрением турбинной технологии, для повышения производительности, следует попытаться уменьшить количество ошибок до как можно более низкого значения. Воздействие каждой из пяти групп ошибок, вероятно, будет различным в зависимости от их значимости и контекста.

г.Финансовые трудности при устранении ошибок (FDER): . Финансовые ресурсы, необходимые для устранения / уменьшения ошибки, являются еще одним важным критерием при ранжировании барьеров. Финансовые трудности могут быть в виде огромных капиталовложений, затрат на импорт компонентов, затрат на ремонт / замену компонентов, отсутствия технологической модернизации, налоговых затрат и т. Д. Финансовые ошибки сопровождаются экономическими препятствиями, вызванными неопределенностью при покупке. контракты. Владелец ветряной турбины с определенным рейтингом может легко перекрестно проверить трудности, с которыми он сталкивается с точки зрения финансирования, при устранении этой ошибки в кластерах ветряных электростанций и между ними.

г. Влияние устранения ошибок на технико-экономические показатели (IETP) : Несмотря на значительные технологические усовершенствования, которые были достигнуты, прерывистый характер ветроэнергетики остается препятствием для внедрения технологии для здоровой работы WTG как государственными коммунальными предприятиями, так и частными производителями. . Это влияет как на технологические, так и на экономические показатели (технические характеристики и экономические улучшения). Хотя устранение этого неудобства остается долгосрочной задачей для исследователей и производителей WTG, его уменьшение может быть достигнуто за счет комбинации технических, экономических и институциональных решений.

г. Влияние устранения ошибки на социально-экономические выгоды (IREB) : Эта ошибка важна в ситуациях, например, если есть положение об исправлении ошибки местными жителями, которые получат выгоду. Тем самым общество получает выгоду с точки зрения экономии. Местным властям могут быть предложены различные формы компенсации (в том числе финансовые) за проекты, представляющие местный интерес, которые не могут быть реализованы из-за схем ветроэнергетики.Кроме того, при наличии заинтересованности местным властям и гражданам в соответствующей области может быть предоставлен приоритет при приобретении прав собственности на ветряные электростанции. Для улучшения восприятия преимуществ ветроэнергетики для окружающей среды и устойчивости можно организовать кампании по просвещению и повышению осведомленности общественности через сотрудничество с местными властями, образовательными учреждениями и неправительственными организациями (НПО) в области устойчивой энергетики и окружающей среды (Европейская энергетическая конференция, 1999 г. ).

Составление вопросников для сбора данных

Сбор данных осуществлялся с помощью структурированного вопросника с участием различных заинтересованных сторон, работающих в ветроэнергетике в качестве «Руководителя службы», инженеров по эксплуатации и техническому обслуживанию, сменных инженеров, инженеров систем мониторинга состояния, Разработчики WET, исследователи и т. Д. Во время подготовки анкеты данные, используемые для выявления ошибок и критериев, в основном собираются путем общего обзора существующей литературы, отчетов по странам и обсуждений с экспертами в данной области.Затем мнения и оценочные суждения для ранжирования были получены от различных заинтересованных сторон WET.

Анкета, разработанная для исследования, признала критические параметры в каждой группе ошибок, чтобы облегчить ранжирование экспертами. Для более удобного сбора мнений использовалась матрица парных сравнений. Значения измерялись по шкале от 1 до 9, чтобы облегчить попарное сравнение пяти барьерных групп по каждому из четырех критериев и еще четырех критериев по отношению к цели, как того требует AHP.Было проявлено достаточно осторожности, чтобы избежать какой-либо предвзятости. Всего в интервью приняли участие 15 человек. Опрошенные были выбраны из ядра сообщества WET, исследователей / академических экспертов (Махеш и Рупеш, 2013).

В настоящем исследовании были выбраны пять основных ветроэнергетических участков с различным географическим расположением, а именно. Тамил Наду, Гуджарат, Раджастан, Махараштра и Карнатака. Выбор этих мест основан на их вкладе в совокупный рост и процентной доле ветроэнергетики по всей Индии.Тамил Наду является ведущим штатом с долей 37,59%, за ним следуют Гуджарат, Махараштра, Раджастхан и Карнатака с 16,66, 15,86, 14,09 и 11,21% соответственно.

Основная цель этого исследования — определить приоритетность пяти групп ошибок на основе всех четырех важных критериев с помощью AHP. Однако было проведено первоначальное ранжирование всех пяти групп ошибок по каждому из четырех индивидуальных критериев, но это только подчеркнуло необходимость многокритериального подхода, поскольку разные ошибки ранжирования были получены по разным критериям.Таким образом, подтверждается приоритетность групп ошибок путем одновременного рассмотрения воздействия всех влияющих факторов для получения плодотворных результатов. Именно по этой причине в данном исследовании используется инструмент MCDM, такой как AHP.

Как работает энергия ветра

Современные ветряные турбины — это эволюция традиционных ветряных мельниц. А собрание ветряных турбин в одном месте называется ветром ферма.

Современная ветряная турбина состоит из четырех основных частей:

• фундамент
• башня
• гондола
• лезвие в сборе

Турбина установлена ​​в железобетонном фундаменте , размеры которого зависят от размера турбины.Фундамент — это прочная конструкция, предназначенная для того, чтобы турбина выдерживала очень сильный ветер. Он всегда находится ниже уровня земли и не виден после завершения строительства.

Башни обычно строятся из трубчатой ​​стали, хотя некоторые турбины имеют решетчатые башни (больше похожие на пилон для передачи электроэнергии).

Стальные башни обычно окрашивают в светлый цвет, используя своего рода неотражающую краску. Это поможет им лучше слиться с фоном.

Гондола — это большой корпус в верхней части башни. Он содержит генератор и другие важные компоненты, такие как редуктор и оборудование управления.

Анемометр и флюгер, которые, соответственно, измеряют скорость и направление ветра, находятся наверху гондолы.

Большинство ветряных турбин имеют три лопасти , или (реже) две лопасти, которые вращаются вокруг центральной ступицы на горизонтальной оси. Лезвия изготавливаются из различных материалов, таких как стекловолокно, углеродное волокно или древесный ламинат.

Турбина с длинными лопастями может улавливать больше энергии ветра и, следовательно, вырабатывать больше электроэнергии, чем турбина с более короткими лопастями.

Производство электроэнергии

Ветряные турбины вырабатывают электроэнергию, используя естественную энергию ветра. Лопасти ветряной турбины похожи на крыло самолета: когда воздух проходит мимо лопасти, он вызывает подъемную силу, которая создает вращающую силу.

Вращающиеся лопасти вращают вал внутри гондолы, который входит в редуктор.Коробка передач увеличивает скорость вращения генератора, который использует магнитные поля для преобразования энергии вращения в электрическую. В некоторых турбинах используется технология прямого привода, которая соединяет вращающуюся ступицу непосредственно с генератором. Электроэнергия от генератора поступает по кабелям к трансформатору, а затем на подстанцию ​​ветряной электростанции, где преобразуется в напряжение, подходящее для энергосистемы или местной сети. Электросеть или местная сеть передает электроэнергию в дома и на предприятия.

В ветряных турбинах

для определения наилучшего положения турбины используются анемометр и флюгер наверху гондолы. Когда ветер меняет направление, двигатели поворачивают гондолу и лопасти вместе с ней лицом против ветра (это движение называется рысканием). Лопасти также имеют «наклон» или угол, чтобы гарантировать, что от ветра извлекается оптимальная мощность.

Как работает оффшорная ветроэнергетика?

Узнайте, как увеличилась мощность турбин

West of Duddon Sands была первой ветряной электростанцией такого типа, запущенной компанией в 2014 году. Расположенный в Ирландском море, у британского побережья, он имеет 108 ветряных турбин, которые вырабатывают в общей сложности 388,8 МВт мощности по 3,6 МВт каждая. Длина окружности лопаток каждой турбины (также называемой ротором) достигает 120 метров.

С тех пор в энергетике ветряных турбин произошел прорыв. На морской ветряной электростанции Wikinger, , расположенной в Балтийском море у побережья Германии и работающей с конца 2017 года, каждая из 70 турбин обеспечивает мощность 5 МВт и имеет диаметр 135 метров.В результате общая установленная мощность составляет 350 МВт, что всего на 30 меньше, чем к западу от Даддон-Сэндс, но с меньшим количеством ветряных турбин на 38.

Еще более значительными являются усовершенствования, внесенные в East Anglia ONE, — крупномасштабный морской ветроэнергетический проект, действующий с 2020 года. Имея 102 турбины, каждая с единичной мощностью 7 МВт и диаметром ротора 154 метра, Восток Anglia ONE — это крупнейших оффшорных ветряных электростанций в мире, из которых обеспечивают мощность 714 МВт. Это означает, что с шестью турбинами меньше, чем к западу от Даддон-Сэндс, East Anglia ONE обеспечивает почти вдвое большую мощность.

На ветряной электростанции Saint-Brieuc, первом крупном морском ветроэнергетическом проекте группы в Бретани, будут установлены турбины мощностью 8 МВт, каждая с диаметром ротора 167 метров. В результате общая установленная мощность составит 496 МВт с 62 турбинами.

Однако наибольшую мощность юнитов мы найдем в Vineyard Wind 1 и Baltic Eagle. Vineyard Wind 1, — первая морская ветряная электростанция, разработанная компанией в США, будет иметь установленную мощность 800 МВт, обеспечиваемую ветряными турбинами мощностью 13 МВт и 220-метровыми роторами.Между тем, Baltic Eagle и будут построены рядом с Wikinger, в Германии, и будут иметь мощность 476 МВт, вырабатываемую 52 турбинами с роторами 174 метра и мощностью 9,5 МВт.

Скрыть информацию

Разработка новых типов фундаментов, позволяющих размещать эти установки дальше от берега, и постоянное развитие мощности и конструкции ветряных турбин — лишь некоторые из достижений, которые мы увидим в ближайшие годы. . Эти достижения, несомненно, предвещают долгое и процветающее будущее для оффшорных ветряных электростанций.

Развитие ветроэнергетики в Европе

Энергетика будущего

Как работает ветровая энергия?

В США 8% наших генерирующих мощностей генерируют ветровые турбины — это больше, чем любой другой возобновляемый ресурс, — а энергия ветра выросла более чем в три раза за последнее десятилетие. Более половины этой емкости приходится всего на пять штатов: Техас, Айова, Оклахома, Калифорния и Канзас. По данным Американской ассоциации ветроэнергетики, по всей стране насчитывается более 56 000 ветряных турбин, которые обеспечивают мощность ~ 96 000 мегаватт, что достаточно для питания более 15 миллионов домов.Министерство энергетики прогнозирует, что к 2050 году мощность ветровой энергии увеличится до более чем 400 гигаватт.

Как вы можете участвовать в растущей активности ветроэнергетики? Многие электроэнергетические компании позволяют подключаться к ветровым и другим возобновляемым источникам энергии, если вы заплатите немного больше за «зеленый» вариант. Больше потребителей, подписывающихся на зеленую энергию, означает, что эти коммунальные предприятия будут работать над ее получением. Давайте посмотрим, как работают ветряные турбины, и рассмотрим возможные плюсы и минусы.

Как работают ветряные турбины?

На самом деле энергия ветра начинается с Солнца. Чтобы подул ветер, Солнце сначала нагревает участок земли вместе с воздухом над ним. Этот горячий воздух поднимается вверх, поскольку данный объем горячего воздуха легче, чем такой же объем холодного воздуха. Затем более холодный воздух врывается, чтобы заполнить пустоту, оставленную этим горячим воздухом, и вуаля: порыв ветра.

Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии описывает ветряную турбину как «противоположность вентилятора».Проще говоря, турбина забирает энергию ветра и преобразует ее в электричество. Так как же это сделать?

Во-первых, ветер оказывает давление на длинные тонкие лопасти, обычно 2 или 3 из них, заставляя их вращаться, подобно тому, как ветер толкает парусную лодку по воде. Затем вращающиеся лопасти заставляют ротор или конический колпачок на турбине, а также внутренний вал вращаться со скоростью около 30-60 оборотов в минуту.

Конечная цель состоит в том, чтобы вращать набор магнитов в генераторе, который будет генерировать напряжение в катушке с проволокой благодаря электромагнитной индукции.Однако генераторы требуют более высоких оборотов, поэтому коробка передач обычно соединяет этот вал с более низкой скоростью с валом с более высокой скоростью, увеличивая скорость вращения примерно до 1000–1800 оборотов в минуту. Эти коробки передач дороги и тяжелы, поэтому инженеры стремятся разработать больше генераторов с «прямым приводом», которые могут работать на более низких скоростях.

»Читать далее« Как работает энергия ветра? » на QuickAndDirtyTips.com

Чего ожидать и почему

При разработке большинства современных ветроэнергетических проектов основное внимание уделялось первым расходам; Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (O&M) были в основном неизвестны.Теперь, когда в эксплуатации находятся сотни моделей турбин, иногда на одном объекте, сложность эксплуатации и технического обслуживания возрастает, что делает важным понимание общих видов отказов и способов подготовки к их устранению.

За последние несколько лет проекты ветроэнергетики стали заметными элементами ландшафта Северной Америки и коммунальной инфраструктуры. Несмотря на переменную производственную нагрузку на сеть, ветер доказал свою значимость в обеспечении недорогой поставки энергии.

Согласно отчету Американской ассоциации ветроэнергетики (AWEA) «Рыночный отчет за второй квартал 2014 года», включая текущее производство и множество новых проектов, пиковая мощность ветроэнергетики в США должна превысить номинальную мощность 75 000 МВт к концу 2015 года. Доля ветра в вырабатываемой в США электроэнергии неуклонно растет: 4,1% в 2013 году по сравнению с 3,5% в 2012 году и 2,9% в 2011 году. Это эквивалентно 14 средним ядерным реакторам или 53 средним объектам угольной генерации.Это много энергии, независимо от источника.

Развитие сектора нового поколения

Первые ветряные электростанции были установлены в Калифорнии в 1980-х годах, но только в 1999 году отрасль достигла порогового уровня в 2000 МВт. Примерно в то же время были приняты первые государственные стандарты портфеля возобновляемых источников энергии (RPS), что привело к взрывному росту. Сочетание федеральной налоговой льготы на производство (PTC) и политики штата RPS увеличило отрасль в 25 раз с 1999 г. В течение 2012 г.Компания S. wind Industry установила более 13 000 МВт, и аналогичная сумма находится в стадии строительства на период 2014–2015 годов, чтобы воспользоваться преимуществами продления PTC в 2013 году.

Конечно, неизвестно, что произойдет в будущем в отношении стимулирования роста со стороны федерального правительства и правительства штата, но все еще существует множество растущих рынков, которые могут извлечь выгоду из этого недорогого источника энергии, особенно на распределенной основе вблизи крупных потребителей электроэнергии. на северо-востоке и побережье Мексиканского залива.Коммунальные предприятия продолжают инвестировать в ветроэнергетику, потому что они заинтересованы в страховании от неустойчивых цен на топливо и будущего регулирования выбросов углерода. Есть также закрытые рынки, включая юго-восток США, которые вполне могут продолжать становиться более конкурентоспособными по мере увеличения масштабов турбин и падения цен.

Чтобы взглянуть на эффект PTC и других инвестиционных стимулов, которые были доступны для ветряных и других новых энергетических инициатив, важно рассмотреть природу рынка электроэнергии сегодня по сравнению с тем, каким он был, когда сегодняшние ядерные и угольные источники развивались в 60-70-е годы.

Многие регионы США в настоящее время более или менее дерегулированы либо на уровне производства, либо на уровне потребителей, либо на обоих уровнях, но во время большого бума строительства энергетики, начавшегося 50 лет назад, большинство коммунальных предприятий были государственными / частными предприятиями с собственностью инвесторов, но с доходами, жестко контролируемыми различные коммунальные комиссии. Для строительства протяженных линий электропередачи, крупных угольных площадок и всего парка ядерной энергетики средства были собраны в основном за счет частных инвестиций, но с доходностью, основанной на значительном повышении ставок для потребителей энергии.

Когда рынок энергии ветра развивался, сценарий менялся, и Конгресс США в 1992 году выбрал схему налоговых льгот на производство как лучший способ стимулировать развитие этой новой технологии, избегая при этом увеличения затрат для потребителей. С тех пор ветроэнергетика находится на американских горках из-за истечения срока действия PTC и повторных разрешений, что является бременем для инвестиций в новые производственные мощности, где циклы подъема и спада разрушительны.

Когда истечет срок действия PTC, U.В южной ветроэнергетике количество установок сократилось на 75–93% в год. Тем не менее, по данным Министерства энергетики США (DOE), количество ветряных турбин и связанных с ними компонентов, установленных в последние годы, резко возросло.

При этом стоимость энергии ветра резко упала, и энергия ветра является конкурентоспособной по стоимости во многих регионах страны. В США имеется широкий портфель источников энергии, и разумным путем было бы обеспечить сбалансированное сочетание для обеспечения недорогой, надежной и производимой на региональном уровне электроэнергии в обозримом будущем.

Это расширение возможностей производства электроэнергии также открыло прекрасные возможности для корпоративного роста и развития персонала. Например, Shermco Industries занимается тестированием, ремонтом и реконструкцией электрических систем и оборудования для коммунальных и промышленных предприятий с 1974 года, задолго до развития жизнеспособной энергии ветра. Сегодня компания значительно расширилась, отчасти для того, чтобы воспользоваться преимуществами развивающихся энергетических рынков, и теперь у нее 16 офисов и более 1100 сотрудников в США.С. и Канада. Без постоянных инвестиций в энергетическую инфраструктуру у нас не было бы такой возможности. И мы не одни. Согласно статистике AWEA, в настоящее время существует более 50 500 рабочих мест, непосредственно связанных с производством, строительством, эксплуатацией и техническим обслуживанием ветроэнергетики.

Все это введение может показаться немного далеким от планирования технического обслуживания, но понимание некоторых решений, которые были приняты в отношении ветроэнергетических проектов, поможет объяснить, почему эксплуатация и техническое обслуживание (O&M) является таким критическим и часто недофинансируемым сегментом отрасли.Чтобы структурировать ветроэнергетический проект так, чтобы он обеспечивал разумную прибыль инвесторам, финансовая модель проекта должна была быть тщательно исследована и построена, и предоставление оборудования с наименьшей стоимостью, которое соответствовало спецификациям, казалось правильным решением.

Финансовые реалии повлияли на дизайн

Чтобы добиться этой финансовой эффективности, производители турбин разработали оборудование, которое должно быть недорогим, легким, но с высокими коэффициентами выходной мощности. В отличие от традиционных электрических машин, которые были спроектированы очень консервативно, ветряные турбины часто немного ближе к краю критериев проектирования.Поэтому вместо того, чтобы разрабатывать большие, сверхмощные машины и уменьшать их в размерах и увеличивать мощность, они с самого начала прилагали все усилия для достижения оптимального соотношения мощности и веса.

Это было эффективно по большей части, но, как мы увидим, есть некоторые проблемы, которые необходимо решить командам O&M. Другие компоненты турбины также были затронуты, особенно коробки передач, используемые в большинстве традиционных конструкций.

Эта финансовая стратегия также повлияла на надежность обслуживания баланса оборудования на многих фермах, где короткий срок службы трансформаторов и зачастую ненадежные подземные системы сбора энергии увеличили время простоя и количество обращений в службу поддержки.Но это уже другая статья. По сравнению с традиционными объектами производства электроэнергии риск распространяется на многие генераторы, поэтому общий эффект этих недостатков конструкции меньше, чем в случае отказа одной паровой турбины мощностью 300 МВт. Тем не менее, сложно содержать предприятие, где финансовые ожидания позволяли выделить небольшой бюджет на замену основных компонентов.

Так чего же ожидать, если вы обнаружите, что отвечаете за ветряную электростанцию, особенно за генератор (рис. 1)? В этой статье рассматривается, что на самом деле означает «ожидаемый срок службы ветряной турбины», какие отказы можно ожидать и когда, как сбои часто устраняются в настоящее время, а также некоторые варианты планирования успешных будущих проектов.

1. Снятие и замена ветряного генератора. Предоставлено: Shermco Industries

Давайте начнем с обзора компонентов турбины и того, как надежность генератора соотносится с общей производительностью турбины.

Зависимость срока службы турбины от срока службы компонентов

Что на самом деле означает «продолжительность жизни» для этих сложных машин? Большинство ветроэнергетических проектов основывают свои финансовые прогнозы на 20-летней модели, а ветровые турбины спроектированы так, чтобы соответствовать или превосходить это ожидание, основанное на ветровых нагрузках, как определено в стандарте IEC6140-1.Это не означает, что каждый компонент будет надежно работать в течение 20 лет без обслуживания, ремонта или замены, что 30-летний расчетный срок службы паротурбинной установки означает, что ничего не нужно будет заменять.

Однако при надлежащем техническом обслуживании и отличной операционной команде надежное и прибыльное производство может быть достигнуто в течение всего срока службы оборудования, который, вполне возможно, будет намного дольше, чем 20 лет. Помните, что событие с окончанием срока службы, достигшее или превышающее расчетную ожидаемую продолжительность, не является неудачей.

В традиционной приводной передаче ветряной турбины лопасти приводят в движение низкоскоростной главный вал с высоким крутящим моментом, напрямую соединенный с коробкой передач с повышением скорости, а высокоскоростной выходной вал соединен с генератором переменного тока. Электрический выход генератора затем подключается к коллекторной системе либо напрямую, либо через электронный преобразователь. Для управления шагом лопастей, рысканием турбины, тормозами и другими компонентами требуется множество дополнительных устройств. У этих компонентов также могут быть проблемы с ожидаемым сроком службы, но они обычно считаются компонентами, подверженными нормальному техническому износу.

Таким образом, для достижения ожидаемого срока службы в 20 лет наибольшие усилия сосредоточены на основных компонентах. Конечно, башня и фундамент также имеют решающее значение, но хорошие инженерные практики позволили избежать всех, кроме нескольких структурных отказов. Лопатки также имели некоторую историю ранних отказов, но качество, кажется, резко улучшилось, и, похоже, не возникло никаких проблем с системной надежностью на новых турбинах, несмотря на очень небольшое количество недавних отказов.

Главные валы, как правило, представляют собой поковки очень большого размера и имеют несколько проблем, помимо повреждений из-за отказов коренных подшипников — редкость при ранних отказах, но становится все более распространенным после нескольких лет эксплуатации.Как и большинство отказов подшипников, этот ремонт может быть относительно недорогим, если его выявить на ранней стадии. Тем не менее для ремонта обычно требуются большие краны и незапланированные простои.

Коробки передач

являются наиболее дорогостоящими и проблемными компонентами, и некоторые из отказов, по-видимому, связаны с проблемами проектирования и производства и существуют во всем парке. Опять же, раннее выявление неисправностей может снизить эксплуатационные расходы, но некоторые редукторы просто не прослужат 20 лет независимо от уровня обслуживания.Доступно множество обновлений, и с каждой версией разрабатываются новые инженерные решения для общих видов отказов. На надежность коробки передач выделяется много времени и средств на техническое обслуживание, и, опять же, коробки передач, используемые в турбинах новой конструкции, кажутся намного более надежными.

Наконец, мы можем взглянуть на генератор и электронику, поддерживающую его работу. Используются несколько типов генераторов, в основном работающих на 575 или 690 В переменного тока. Некоторые конструкции работают при более высоких напряжениях, но это исключения.Наиболее распространенным типом генератора является индукционный генератор с двойным питанием и электронным приводом, питающий ротор с фазным ротором через сборку токосъемника. В этих конструкциях обмотки ротора могут сами генерировать мощность выше определенных оборотов в минуту, а общая номинальная мощность генератора рассчитывается на основе выходных сигналов как статора, так и ротора. Затем мощность объединяется системой управления и отправляется на повышающий трансформатор для передачи на подстанцию. Эти конструкции генераторов обычно представляют собой выход с фиксированной частотой, генерирующий синхронизированные с сетью 60 Гц.

В некоторых новых конструкциях используются роторы с постоянными магнитами, чтобы избежать необходимости во внешнем возбуждении. Многие турбины также используют индукционные генераторы с короткозамкнутым ротором. В обеих этих схемах выходной сигнал преобразуется независимо от частоты с помощью блока преобразователя биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) AC / DC-DC / AC, а затем синхронизируется с сетью. В обеих этих конструкциях нет узлов контактного кольца / угольной щетки, которые необходимо обслуживать, но большие электронные блоки могут быть проблематичными.Также доступно несколько моделей с прямым приводом, в которых многополюсный генератор приводится в действие на низкой скорости (от 17 до 18 об / мин), а производимая энергия полностью преобразуется. Все эти новые конструкции предназначены для повышения надежности и удобства обслуживания.

Вообще говоря, опыт работы с надежностью широкого круга производителей, владельцев, сторонних групп по эксплуатации и техническому обслуживанию и специализированных сервисных организаций разнообразен и неоднороден. В отличие от традиционных предприятий по производству ископаемого топлива, где работает всего несколько моделей генераторов, на некоторых ветряных установках имеется 400 или более отдельных турбин — часто от нескольких производителей.Есть преимущество в том, что риск распределяется между несколькими машинами, так как простои при техническом обслуживании турбин часто влияют только на небольшой процент результатов проекта. С другой стороны, на таком большом количестве турбин, безусловно, сложнее управлять даже обычными работами по техническому обслуживанию, особенно с учетом того, что они находятся на высоте 300 футов в воздухе.

Даже если все основные компоненты турбины нуждаются в замене (а это было бы очень необычно), часто это всего лишь двухдневная работа, в отличие от недель, требуемых для полного капитального ремонта традиционного генератора.Конечно, для паровых и газотурбинных генераторов существуют десятилетия эксплуатации, процедур и стратегий технического обслуживания. Команды Wind O&M часто все еще разрабатывают опыт для определения и поддержки стратегий, и эта задача усложняется из-за множества производителей и моделей по сравнению с традиционными генераторами. Также имейте в виду, что тестирование и обслуживание этих машин часто выполняется без особого надзора — после подъема по 300-футовой лестнице. Опытный и надежный персонал имеет решающее значение во всех аспектах обслуживания ветроэнергетических проектов.

Производители оригинального оборудования для ветряных турбин (OEM) добились больших успехов в разработке новых, более крупных конструкций, которые являются более надежными, и, похоже, они решают как проблемы технического обслуживания, так и проблемы, связанные с безопасностью, в своих новых конструкциях. Статистика показывает, что по-прежнему происходит слишком много отказов, особенно связанных с техническим обслуживанием, но по мере того, как режимы отказов становятся более понятными, строятся более надежные машины. Согласно исследованиям, посвященным традиционным промышленным и коммунальным приложениям, двигатели и генераторы мощностью более 100 кВт имеют срок службы от 25 до 38 лет, поэтому не менее 20 лет для ветряного генератора действительно кажется разумной целью.

Режимы отказа ветрогенератора

Понимание общих режимов отказа и того, что можно сделать для продления срока службы генератора, имеет решающее значение для обеспечения надежности, необходимой владельцам проекта. Большинство конструкций генераторов, используемых в ветряных турбинах, задуманы и часто производятся в Европе с использованием систем изоляции, которые отражают исторические материалы и процессы. Выявлено несколько распространенных видов отказов, многие из которых можно проследить до идентифицируемых первопричин.Однако конкретные сбои по-прежнему трудно идентифицировать, поскольку незначительные сбои могут привести к катастрофическим сбоям в электроснабжении, не связанным напрямую с основной причиной. Кроме того, редко можно было получить данные о выравнивании, вибрации или качестве электроэнергии на отдельных неисправных машинах. Ниже приведены примеры общих режимов отказа для этих типов генераторов.

Изоляция ротора. Повреждение изоляции обмотки ротора чаще всего проявляется в двух формах. Чаще всего это нарушение работы поддерживающих материалов — бандажей (рис. 2), стяжек, клиньев и т.п. — в зависимости от условий превышения скорости или электрических сил нагрузки.

2. Неисправность бандажа ротора из-за превышения скорости. Предоставлено: Shermco Industries

Некоторые более ранние машины изначально проектировались для работы с синхронизацией с частотой 50 Гц, а не с частотой 60 Гц, применяемой в Северной Америке, и считалось, что результирующее увеличение скорости вращения не было полностью учтено.

Электрические отказы, другой общий режим, могут быть связаны с теми же механическими недостатками и возникающими в результате вибрацией и истиранием, но поскольку все роторы с обмоткой возбуждаются цепями управления IGBT, следует учитывать, что повреждение также было вызвано типичным повышенным Эти приводы часто создают электрические напряжения, особенно если в цепи возбуждения есть отказавшие фильтры, которые не регистрируются системой SCADA.

Некоторые обмотки ротора также работают при более высоких напряжениях, чем статоры — до 3000 В переменного тока — и очень важно, чтобы система изоляции учитывала некоторый уровень выносливых напряжений, а также кратковременные диэлектрические свойства. По генераторам с постоянными магнитами пока не собрано достаточно данных относительно отказов ротора, так как большинство из них все еще работают по гарантии производителей генераторов, но некоторые из более старых конструкций (<1 МВт) показали, что части магнитов могут отсоединяться. , что приводит к катастрофическим отказам обмоток статора.

Выводы ротора. Было много проблем с выводами ротора в конструкции индукционного генератора с двойным питанием (DFIG). Они пропускают ток возбуждения от коллекторных колец к обмоткам, и любая энергия, генерируемая ротором, возвращается обратно таким же образом. При выходе из строя подшипника они могут подвергаться сильному нагреву, а также вибрации и, конечно же, плохому электрическому соединению или несущим конструкциям на обоих концах. Хорошая новость заключается в том, что большинство этих отказов можно отремонтировать на вышке, используя улучшенную изоляцию проводов и поддерживающие материалы.Тем не менее, это очень распространенный вид отказа, и целые автопарки были модернизированы, чтобы избежать незапланированных событий.

Подшипники. Неисправности подшипников являются серьезной причиной простоев генератора и, возможно, их проще всего предотвратить. Правильная смазка, центровка, контроль состояния (теплового и вибрационного), а также эффективное управление индуцированными токами вала являются ключом к долговечности подшипников.

Однако поддержание парка ветряных турбин с десятками критически важных подшипников в каждой может оказаться непростой задачей.Системы автоматической смазки помогли решить проблемы с недостаточной смазкой, но сами системы смазки необходимо обслуживать и должным образом регулировать, а циклический характер ветряной генерации не подходит для смазывания строго по времени. Отверстия для выхода израсходованной смазки должны быть свободными, а сама смазка не должна отделяться в резервуаре автоматической смазки.

У большинства генераторов есть терморегулятор на подшипниках, но можно нанести большой ущерб, прежде чем будет создано достаточно тепла, чтобы сработать датчики.Многие новые турбины также включают мониторинг вибрации, но есть десятки тысяч турбин, которые не были модернизированы.

Наведенный ток на валу продолжает создавать проблемы с сокращением срока службы подшипников. Щетки заземления требуют тщательного ухода, и техник может легко забыть о них. Изолированные подшипники или корпуса подшипников также помогли, но эти системы также необходимо регулярно проверять для обеспечения постоянной эффективности. Многие конечные пользователи теперь выбирают керамические гибридные подшипники, несмотря на гораздо более высокую стоимость.Они оказались хорошим решением и не требуют специальных процедур обслуживания.

Обмотки статора. Нарушения изоляции обмотки статора также можно разделить на несколько категорий, но большинство из них относятся к нормальным промышленным режимам отказа, за исключением потери магнитных клиньев. Этот режим будет рассмотрен отдельно. Поскольку большинство статоров работают при низких напряжениях, частичный разряд не играет большой роли в этих отказах, но особенно там, где начальное напряжение возбуждения подается от привода IGBT индукцией от обмоток статора, всегда есть возможность повреждения от пикового напряжения.В большинстве этих обмоток используется слюда как часть систем изоляции прядей и грунтовых стен, но в большинстве также используется полиэфирная (ПЭТ) пленка, которая обычно непопулярна среди разработчиков генераторов в Северной Америке.

Коллекторные кольца. Коллекторные кольца (контактные кольца генератора), металлические / угольные щетки, оснастка и держатели щеток вместе составляют сборный узел для генераторов конструкции DFIG. Как и в аналогичных промышленных применениях, они со временем изнашиваются и считаются заменяемыми компонентами.Однако, чтобы свести к минимуму техническое обслуживание, они часто оснащаются длинными щетками, которые в течение своего срока службы производят много токопроводящей пыли. Очень важно регулярно проверять эти области и соблюдать хороший режим очистки, чтобы избежать пробоев. Обычно они не являются фатальными для оборудования, но они немедленно выводят турбину из строя, и никогда не бывает хорошо иметь вспышки дуги в башне.

Магнитные клинья. В большинстве новых и более крупных турбин, установленных в течение и после 2008 года, используются более крупные и надежные генераторы (2 МВт и больше) с предварительно сформированными обмотками статора с изоляцией из слюды и хорошо спроектированными механическими компонентами.Кроме того, было модернизировано большинство старых конструкций мощностью 1,5 и более МВт с исправлением многих недостатков более ранних конструкций. Однако во многих более новых более крупных конструкциях в заклинивании обмотки статора используются композиты с высоким содержанием железа для сглаживания магнитных полей и повышения эффективности генератора.

Все это хорошо в теории, но по разным причинам, включая материалы, производственные процессы и требования к применению, эти клинья имеют тенденцию расшатываться, что приводит к нескольким плохим результатам.Они могут создавать токопроводящую пыль, циркулирующую по обмоткам, что в конечном итоге приведет к электрическому сбою. Они могут разбиться на более крупные части и пробить стену земли, мгновенно создавая эффектное замыкание на землю. И, конечно же, без надлежащей опоры катушки могут расшататься. Кроме того, пластинки пазов могут быть повреждены истиранием при движении клина, что предотвратит дальнейшее восстановление без больших затрат.

Ни один из этих видов отказа (рисунки 3–5) не устраняется легко, и все они требуют снятия генератора с турбины.На сегодняшний день не существует эффективного способа проверки этого режима отказа, кроме визуального осмотра, и, кроме планирования замены, в любом случае мало что можно сделать для надежного решения.

3. Потери в магнитном клине статора. Предоставлено: Shermco Industries

4. Катастрофический отказ из-за потери клина. Предоставлено: Shermco Industries

5.Повреждение паза из-за истирания магнитного клина. Предоставлено: Shermco Industries

Возникновение сбоев

На основе более чем 2 000 генераторов, отремонтированных Shermco с 2005 года, были разработаны некоторые статистические данные, которые пытаются количественно определить частоту различных видов отказов. Это ни в коем случае не показатель общей частоты отказов; скорее, это попытка определить непосредственную причину неудач.

Сравнение этих типов отказов с общей отраслевой статистикой показывает, что на самом деле они довольно похожи, причем наихудшей проблемой являются подшипники (рисунки 6 и 7).Опять же, есть подозрение, что логистика технического обслуживания создала некоторые из этих проблем со смазкой и другими предотвратимыми отказами, но хорошее обучение и надежные методы технического обслуживания улучшают методы технического обслуживания, а производители генераторов находят решения своих собственных проблем надежности.

6. Отказы генераторов в ветроэнергетике и общей промышленности. Источник: Shermco Industries, данные доктора П.Дж.Тавенер «Морские ветряные турбины — надежность, доступность и обслуживание», публикация Института инженерии и технологий (2012)

7. Возникновение видов отказов. Данные представляют 2 068 отказов. Источник: Shermco Industries

Роль технического обслуживания

Надлежащее и хорошо спланированное общее обслуживание, ремонт вышки и восстановление нижней башни — все это играет жизненно важную роль в продлении срока службы текущего парка турбин и снижении общих затрат на производство энергии.Ключевые элементы чистоты и смазки являются стандартными для всех отраслей промышленности, но они особенно важны в удаленных приложениях, поскольку быстрое реагирование ограничено, а катастрофический отказ очень дорог.

У большинства производителей турбин и генераторов есть рекомендации относительно интервалов технического обслуживания, но они могут быть неадекватными, в зависимости от конструкции и местоположения. Ежегодная центровка трансмиссии также является нормальной рекомендацией, но есть турбины, для которых центровка является серьезной проблемой, особенно если базовая конструкция гондолы недостаточно жесткая.Центровка также всегда должна подтверждаться после первоначальной установки гондолы, даже если она была должным образом выполнена на заводе.

Как упоминалось во введении, бюджеты на ЭиТО проектов ветроэнергетики часто недооцениваются на стадии разработки проекта, когда существует большое давление для минимизации затрат без тщательного рассмотрения долгосрочной надежности. По мере того, как увеличивается доля собственности, а не разработчика, более опытные специалисты по управлению активами решают эти проблемы и меняют приоритеты обслуживания для обеспечения долгосрочной надежности.

Расширенное использование систем мониторинга на основе состояния и компьютерных систем управления техническим обслуживанием становится все более распространенным, а прогнозирующее и упреждающее планирование технического обслуживания заменяет некогда распространенные стратегии безотказной работы. В настоящее время проблемные модели турбин часто управляются посредством долгосрочных контрактов на техническое обслуживание с производителями турбин, что перекладывает риск основных компонентов на поиск поставщиков с наименьшими затратами.

Ремонт генераторов на вышке, который теперь включает почти все, что не требует снятия ротора генератора, является довольно обычным явлением и чаще выполняется местным подразделением по эксплуатации и техническому обслуживанию.Конечно, в этом методе есть риск, так как гарантия не распространяется на самостоятельный ремонт, но замена основных мелких компонентов, таких как щетки или электродвигатели вентилятора охлаждающего устройства, является нормальным явлением. Более важные процедуры, такие как замена подшипников и повторное подключение ротора, по-прежнему следует доверить техническим специалистам из-за риска дальнейшего повреждения генератора в случае неточного ремонта. Небольшая экономия на замене подшипников кажется хорошей идеей, но неправильная установка может привести к серьезному отказу как ротора, так и статора, и всегда следует учитывать стоимость этого риска, поскольку большинство специализированных сервисных компаний предоставляют некоторые услуги. уровень гарантии на труд и материалы.

Вот несколько наблюдений за надежностью генератора, если вы рассматриваете возможность самостоятельной эксплуатации и техобслуживания ветроэнергетического проекта.

Многие бизнес-модели используются для общего обслуживания ветровых проектов. У всех есть свои достоинства. Как и при установке многих инженерных сетей, некоторые владельцы проектов хотят сделать все, в то время как другие хотят переложить риск на OEM-производителя оборудования или стороннюю группу по эксплуатации и техническому обслуживанию. Часто владелец управляет высоковольтными системами и межсетевым соединением, а также контролирует ремонт или замену крупных компонентов.Независимо от того, кто несет ответственность, стратегии обслуживания должны быть прозрачными и включать хороший процесс контроля качества заменяемых и восстановленных компонентов (рисунки 8, 9 и 10). Знание исторических режимов отказа для вашей конкретной модели турбины и знание имеющихся процедур для устранения проблемы, будь то OEM или специализированный поставщик услуг, — лучший способ защитить ваши активы от текущих проблем.

8.Типовые OEM-обмотки. Предоставлено: Shermco Industries

9. Новые обмотки при восстановлении. Предоставлено: Shermco Industries

10. Обмотки после ремонта. Предоставлено: Shermco Industries

Понимая, что потеря магнитных клиньев является основной причиной многих преждевременных отказов, убедитесь, что OEM-производитель нашел производственное решение по замене компонентов, а не просто вводит в эксплуатацию новый блок с такой же слабостью, даже если турбина еще на гарантии.Для поставщиков послепродажного обслуживания убедитесь, что они четко понимают проблему и разработали конструкцию системы, которая решает проблемы на долгий срок, а не только на гарантийный период.

Другие виды отказов также могут быть смягчены в процессе восстановления. Общая цель должна заключаться в том, что, если генератор должен сойти с башни для ремонта, это должно произойти только один раз. Убедитесь, что включены все рекомендуемые обновления узла коллектора, подшипников и систем изоляции.

Также очень важно, чтобы генератор правильно транспортировался и хранился перед установкой.Устройство следует тщательно и правильно выровнять во время установки, а также установить базовый набор тестовых значений для определения тенденций вибрации и электрического состояния. Заключение контракта на установку модернизированного генератора с поставщиком услуг является хорошей идеей, поскольку это разрешает многие конфликты, если возникает претензия по гарантии.

Будьте готовы

Проблемы технического обслуживания, которые необходимо решить при разработке плана технического обслуживания ветроэнергетического проекта, в действительности такие же, как и для любой другой крупной электростанции или промышленного объекта.Несмотря на то, что существует множество способов структурировать риск, существует общее мнение о том, как надежность позволяет максимизировать прибыльность проекта при дутье ветра.

Согласно исследованию, проведенному в 2013 году Национальной лабораторией возобновляемой энергии, общие среднегодовые затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание ветроэнергетических проектов составляют 45 долларов США / кВт. При оценке частоты отказов генератора от 2% до 3%, это будет составлять <5% от общей стоимости - небольшая, но все же значительная. Однако незапланированные простои могут повлиять на производство с гораздо более высокими затратами.Если, как предполагалось для некоторых проектов, возникнет необходимость в замене каждого генератора один раз в течение 20-летнего расчетного срока службы турбины, стоимость станет очень значительной.

Реалистичное планирование стратегии технического обслуживания как части процесса разработки проекта может в долгосрочной перспективе сэкономить массу усилий. Важным шагом в этом процессе является согласование с производителем турбины переговоров по эксплуатации и обмену данными о надежности на этапе заключения контракта.

Понимание ожидаемых характеристик оборудования, конечно, хорошо, но получение записей технического обслуживания о том, что произошло, и основных причинах отказов в течение гарантийного периода было бы благом для планирования технического обслуживания на будущее.Генераторы и соответствующая электроника в большинстве ветряных турбин производятся специализированными OEM-производителями, а не самими производителями турбин, поэтому неизбежны многочисленные гарантии и различные мнения о том, что произошло (и, следовательно, о том, кто несет ответственность). Согласуйте, какие постгарантийные варианты будут доступны, и разработайте анализ затрат / окупаемости для каждой рассматриваемой конструкции турбины. Существует общее мнение, что средние затраты на ЭиТО будут возрастать по мере завершения проектов, и некоторые из причин, лежащих в основе этого мнения, будут обсуждаться в обновлении DOE Wind Vision, которое выйдет весной 2015 года.

Знание модели вашего генератора и связанной с ним истории обслуживания — что, вероятно, сломается и почему — является ключом к разработке плана технического обслуживания для вашей конкретной турбины. И OEM-производитель турбин, и производитель генераторов могут помочь в этом, но не забудьте установить партнерские отношения по обслуживанию, которые вам понадобятся для постоянной поддержки.