Скільки потрібно вітрогенераторів для цілого міста?

Сьогодні у всьому світі говорять про потребу переходу на альтернативну енергетику. За допомогою альтернативної енергетики як сонячної, так і вітрової, ми можемо використовувати відновлювальні природні ресурси, які не шкодять навколишньому середовищу та на це не потрібні витрати, що йдуть на видобуток, переробку та транспортування.

Далі розкаже “zhytomyr.name”

Як працює вітрогенератор?

Для того, щоб отримати енергію вітру, потрібен вітрогенератор. Його ще називають вітроенергетичною установкою і він може перетворювати потік вітру спочатку на механічну енергію, обертаючи вал, а вже потім електрогенератор перетворює механічну в електричну енергію. Коли вітер своєю силою змушує рухатись вітроколеса, ми отримуємо електроенергіію від цього виду енергії, що відновлюється.

Сучасні вітрогенератори мають вітряні аеродинамічні колеса та великий рівень ККД, який ще називають у цій галузі коефіцієнтом використання енергії вітру. На жаль, ми не можемо використати весь об’єм енергії, яка проходить через колесо. За законом Беца, максимальний рівень використання енергії вітру 0,59, а сучасна енергетична установка досягає позначки 0,5. Якщо це перевести в ККД, то це буде біля 84 відсотків, це дуже добрий результат. Так, наприклад, парова турбіна - 30%, газова - 34%. 

!

Чому вітрогенератор має три лопаті?

Робота вітрогенератора залежить від важливого параметру - це швидкість ходу вітряного колеса, тобто відношення швидкості кінця його лопаті до швидкості вітру. 

За результатами досліджень було з’ясовано, що найбільш ефективно працюють вітряні колеса, що мають швидкість ходу (відношення) на рівні 6-7. Такі значення мають вітроколеса з трьома лопатями. Також є ВЕУ з однією та двома лопатями. 

Часто в таких агрегатах використовується система перетворення частоти обертання (редуктор) між вітроколесами та електрогенератором. Виходить, що вітряне колесо робить 18-20 обертів на хвилину, а за допомогою редуктора стає тисяча обертів. Це оптимізує роботу вітроколеса та генератора. Але є нюанс, редуктор зменшує коефіцієнт ККД всієї установки. Тому краще користуватися такими вітряними агрегатами, які не мають редукторів. Завдяки сучасним інноваціям, більше застосовують можливості силової електроніки, коли управляють якістю електричного струму та нові типи генераторів, що дають можливість не користуватися редукторами. 

!!

Показники вітроагрегатів

Основною проблемою підвищення ефективності вітроагрегату є підвищення самого коефіцієнту використання енергії за допомогою вітроколеса. Це є широкою сферою для застосування нових матеріалів та інноваційних технологій при виробництві лопатей для вітряних агрегатів. 

На початку становлення вітряної енергетики лопаті робили дерев’яними або металевими. У них були жорсткі характеристики, які не давали колесу ефективно працювати. Пізніше почали їх виготовляти з полімерів, склопластику та інших нових матеріалів, але при цьому вітряне колесо робилося практично вручну. Треба було ретельно відшліфовувати поверхню, для того, щоб вітроколесо не мало такої жорсткості і якісніше перетворювало енергію вітру. Використання синтетичних матеріалів дозволило виготовляти ефективні лопаті. Вони стали гнучкі та пружні та дуже гладенькі. Але ручне виготовлення вимагає багато зусиль. У майбутньому планують робити лопаті, навіть дуже великі, за допомогою цифрового проектування, тобто 3D-моделювання. Це дозволить задіяти роботів для виготовлення лопатей, які тоді будуть робитись однаковими, збалансованими та повністю готовими для використання. 

Матеріали, з яких роблять лопаті, підбирають в залежності від очікуваних навантажень. Вони мають бути електропровідним, забезпечуючи тим самим захист вітряного агрегата від блискавок, щоб вони могли пропустити через себе високу напругу та погасити її в основі агрегату. Саме тому матеріали та сама конструкція мають бути адаптовані під умови, в яких вони будуть використовуватись. 

№

Адаптація вітрогенератора

В енергетиці є поняття адаптаційних заходів. Коли запускають вітряну установку, мають врахувати кліматичні умови, які можуть вплинути на роботу агрегату. Особливо це важливо в арктичних районах Землі, не тільки через низьку температуру, а ще й через те, що можуть обмерзати лопаті, вітер може бути різким з поривами. Тому будівництво в умовах вічного холоду потребує спеціальних технологій. Проводячи адаптацію під умови використання, ми закладаємо відразу додатково витрати при виготовленні вітряного агрегату. Але завдяки цим діям, він буде працювати тривалий час навіть у суворих умовах клімату та вироблятиме більше потрібної енергії. Є і інший шлях - це зупинка вітряного агрегату під час екстремальних погодних умов, і як наслідок - зменшення вироблення енергії. Тим більше його прийдеться перезапускати.

Якщо вітер уривчастий з різкими поривами, то це може вплинути на характер перетворення енергії вітру, тому що вітряне колесо під поривами може крутитись сильніше, або навпаки слабкіше. Тоді відбуваються коливання напруги та обертів, а це погано впливає на якість постачання електроенергії. Зараз вже є спеціальні електротехнічні комплексні установки, які компенсують параметри електричного струму. Їх називають системи повного перетворення електроенергії. Вони інвертують первинну неякісну енергію в постійний струм, а потім конвертують знову у змінний струм, який має  необхідні параметри для електричної системи.

!"№;

Електроенергія вітряного генератора

Вітряний генератор, який має діаметр шість метрів, працює з потужністю 2 кіловати. А у приватних будинках встановлюється потужність електричного обладнання 10 кіловат. Але всі вони працюють не одночасно. Є певний графік постачання енергії. Тому у ситуації з автономним або приватним енергопостачанням, наприклад, вітряний агрегат з потужністю 10 кіловат з середнім показником швидкості вітру біля 5 метрів на секунду, може забезпечувати електричною енергією приватний будинок. Звісно, що має бути і акумулятор енергії, щоб була можливість перерозподілу енергії в період розбіжності між приходом та споживанням. 

Для створення енергомережі з великою потужністю вітряні генератори встановлюють поруч один з одним, тим самим утворюючі вітряний парк. 

Мережі вітропарки мають потужність, що вимірюється у сотнях мегават. Цього показника достатньо для забезпечення електрикою цілого міста. 

!"%:

Найголовніше для вітроагрегату - вітер

Використовувати ефективно енергію вітряного потоку можна лише там , де його швидкість за рік на висоті дахів будинків досягає 5 метрів на секунду. Зрозуміло, що там, де вітру мало, встановлювати вітряні агрегати просто не раціонально, бо вони будуть простоювати. Також, важливо, який розмір має вітряне колесо, що є головною характеристикою потужності потоків вітру. Вітер, який має швидкість 10 метрів на секунду видає приблизну потужність біля 300 ват з одного квадратного метру. Тобто, якщо нам потрібно 3 кіловати енергії, то діаметр вітряного колеса має бути не менше 20 метрів, бо бо буде задіяна тільки половина всієї енергії. 

Існують різні види роботи вітроелектростанцій для створення електричної енергії. У великих вітряних парках вони, зазвичай, працюють разом з мережею та дають стільки енергії, скільки може дозволити потік вітру. 

::

Акумулює енергію системний оператор

Він має дбати про те, щоб було створено певне резервування потужностей, яке буде потрібно використати у разі нестачі енергії від вітряної станції. Якщо мова йде про роботу в автономній енергетичній системі, у якій вітроагрегат це основне генеруюче обладнання, тоді в ній треба застосовувати спеціальні системи, які будуть акумулювати енергію, а потім у разі нестачі передати її до мережі. Можна застосовувати електрохімічні акумулятори, а також і інші. Коли потрібні великі обсяги акумулювання, більше 1000 мегават на годину, можна використовувати гідроакумулюючі електричні станції, що будуть споживати енергію, коли її багато, а віддавати, коли її буде мало. 

На сьогоднішній день ринок акумулюючих систем заповнений на 90 відсотків гідроакумулюючими електростанціями. Існує і другий варіант - це повітряне збирання енергії вітру. Так, коли існує певний надлишок енергії від вітроагрегаторів, завдяки системі приводу компресорів повітря закачують в підземну ємкість, а коли потрібно буде виробляти енергію, вмикають повітряну турбіну, яка починає виробляти електричну енергію. Також відомі схеми з використанням індукційних накопичувачів та суперконденсаторів. 

!"№;№"!

Переваги та перспективи вітроенергетики

Опанування енергії вітряних потоків стрімко поширюється по всьому світу. Першими у цій галузі є Китай та Сполучені Штати Америки, але і інші країни починають розвивати цю галузь, яка є дійсно перспективною. “Чиста” енергетика базується на невичерпному природному ресурсі - енергії вітру. У світі все більше і більше стає вітрогенераторів та простежується чітка тенденція до зростання та поширення цієї технології виробництва енергії. 

?

Переваги

Головною перевагою вітряної енергетики є використання відновлювальних ресурсів, а саме вітряних потоків, що подарувала нам природа безкоштовно. Також це є екологічно чистим джерелом енергії, яке мінімально забруднює навколишнє середовище. А те забруднення, що воно несе, наприклад, шумове, можна розрахувати та оптимізувати, обираючи місце розташування. Під дією сонця, в атмосфері у постійному русі знаходяться потоки повітря, які не потрібно ані добувати, ані транспортувати. Це джерело є принципово невичерпним. Також, при роботі такої електричної станції відсутні парникові гази, тому ця технологія є безпечною для екології. Ще один плюс, що не використовується вода, вона просто не потрібна. 

Робота вітрогенераторів дуже допомагає ізольованим територіям, до яких традиційними  способами електроенергію важко доставляти, тому для них вихід тільки автономні джерела електроенергії.

Ще однією перевагою є розподілення системи генерації, тобто встановлюють декілька установок в різних локаціях замість однієї, але великої. Наприклад, якщо відбулась аварія, вийшов з ладу один з агрегатів, то це не завдасть жодного збитку при роботі енергосистеми.

Також серед плюсів є один дуже важливий момент, обслуговування таких станцій потребує мінімального людського ресурсу.

Вітроенергетичний напрямок є дуже перспективним і вже, на сьогоднішній день, вчені встановили потужності вітростанцій у світі, які складають більше 500 мільйонів кіловат, а щороку потужність зростає на 10-15 відсотків.

????

Недоліки

Звісно, що є і недоліки, які пов’язані з тим фактом, що все ж таки це низькопотенційні ресурси, які щоб отримати, треба зводити матеріаломісткі та висотні конструкції. 

До недоліків відносять той момент, що вітроелектростанція дуже залежна від зовнішніх умов в певний час. Вітер може посилюватись або його може не бути взагалі. Щоб забезпечити, у такому випадку, безперебійну подачу електроенергії для споживачів, потрібна продумана система зберігання електричної енергії великих об’ємів, а також розвинена інфраструктура для передачі цих об’ємів.

Щоб спорудити вітрову установку потрібні великі кошти. Можна залучати інвестиції, але це не завжди працює. Починаючи з проектної документації і до процесу будівництва, все це буде коштувати великих сум коштів. 

У світі також є багато противників вітряків, бо вони спотворюють природні ландшафти, порушують їх природну естетику. Тому власникам установок доводиться співпрацювати з спеціалістами з ландшафтного дизайну та архітектури.

Вже зазначалося, що вітряні установки виробляють певний аеродинамічний шум, що може завдавати дискомфорту людям, що мешкають поруч. Тому, в багатьох країнах Європейського Союзу було прийнято рішення, розміщати вітроелектростанції на відстані не менше 300 метрів від будинків мешканців. Також були встановлені максимальні норми допустимого шуму.

Але не дивлячись на ці недоліки, переваги вітряних електричних станцій переважають. Відмітимо, що один вітрогенератор з потужністю 1МВт може заощадити за 20 років роботи 29 тисяч тонн вугілля або 92 тисячі барелів нафти. 

!!!!!!!!

 

Формат публікації
Лонгрід
The website encountered an unexpected error. Please try again later.