Kdo řekl, že větrné turbíny nejsou schopny konkurovat ve výkonu jaderným elektrárnám? Podívejte se na největší větrnou turbínu světa Siemens SWT-7.0-154. Na rozsáhlé ploše 18 600 m² tento gigant sám o sobě generuje maximální výkon 7 MW při rychlosti větru 13-15 m/s. Několik stovek těchto větrných turbín – a máte jadernou elektrárnu.
SWT-7.0-154 je vlajkový model společnosti Siemens. V jeho názvu je zakódován vyrobený výkon (7 MW) a průměr rotoru s lopatkami (154 m). Nahradil předchozí vlajkovou loď SWT-6.0-154, od které se v technických specifikacích prakticky neliší, je však vybaven výkonnějšími magnety. Silnější magnetické pole umožňuje generovat více elektřiny se stejným průměrem. Jinými slovy, u tohoto VEN je parametr výkonu na metr čtvereční zametací plochy přibližně o 16,7 % vyšší.
Větrný generátor se zapíná při minimální rychlosti větru 3-5 m/s a generovaný výkon se postupně zvyšuje na maximum 7 MW při rychlosti větru 13-15 m/s. Když rychlost větru dosáhne 25 m/s, generování se zastaví.
Zdálo by se, že při takové rychlosti větru by se lopatky větrné turbíny měly rychle otáčet, ale absolutně tomu tak není. Ve skutečnosti se otáčejí pomalu a plynule, dělají pouze 5-11 otáček za minutu. To znamená, že tři lopatky provedou plnou rotaci asi za 5-12 sekund, v závislosti na rychlosti větru.
Silnější magnetické pole nového modelu také znamená, že se turbína hůře točí. Pro dosažení stejné rychlosti otáčení 5-11 ot./min a maximálního generovaného výkonu (7 MW místo 6 MW) vyžaduje tato turbína zvýšenou rychlost větru: 13-15 m/s místo 12-14 m/s. V souladu s tím je jeho počáteční rychlost generování větru vyšší. Proto se tento obří model nejoptimálněji hodí pro umístění v oblastech s poměrně silným větrem, nejlépe v moři.
Uvnitř turbíny není žádná převodovka (převodovka), jedná se o systém přímého pohonu spojený se synchronním alternátorem s permanentním magnetem. Protože rychlost generátoru určuje napětí a frekvenci proudu, špinavý střídavý proud se převádí na stejnosměrný a poté zpět na střídavý, než je dodáván do sítě.
V oblasti větrné energie dochází v posledních letech k velmi rychlému vědeckotechnickému pokroku. Doslova každý rok se objevují nové modely větrných turbín s větším výkonem a účinností. Velké i malé, určené pro celé vesnice nebo jednotlivé domy, pro vysoké rychlosti větru na moři nebo pro průměrné rychlosti větru nad střechou soukromého domu.
Například světový rekord maximálního vyrobeného výkonu nepatří Siemensu, ale jiné turbíně od jiného německého výrobce Enercon E126, která vyrábí až 7,58 MW. Video ukazuje proces instalace takové turbíny.
Výška stojanu Enercon E126 je 135 m, průměr rotoru 126 m, celková výška včetně lopatek 198 m. Celková hmotnost základu turbíny je 2500 tun a samotného větrného generátoru 2800 tun. Samotný elektrický generátor váží 220 tun, rotor s lopatkami váží 364 tun. Celková hmotnost celé konstrukce se všemi díly je 6000 tun. První instalace tohoto typu byla instalována poblíž Emdenu v Německu v roce 2007, i když v této modifikaci byl maximální výkon menší.
Obří větrné generátory jsou však poměrně drahé. Jedna taková 7 MW větrná turbína bude stát 14 milionů dolarů včetně instalace, pokud si všechny práce objednáte u certifikovaných německých specialistů. Samozřejmě, pokud ovládáte výrobu ve své zemi, naštěstí je kovu dostatek, pak lze náklady několikrát snížit. Kdo ví, možná by takový gigantický národní stavební projekt zaměstnal obyvatele země a pomohl dostat se z ekonomické krize.
Jedna z posledních jaderných elektráren ve výstavbě ve východní Evropě, běloruská JE, dostane dva energetické bloky s reaktory VVER-1200 o výkonu 1200 MW každý. Zdálo by se, že několik stovek větrných turbín Siemens je srovnatelných s jadernou elektrárnou. Náklady na stavbu jsou přibližně stejné, ale „palivo“ je zdarma. Zajímavé je, že běloruská jaderná elektrárna se staví v oblasti, kde je podle klimatických údajů za roky 1962-2000 téměř nejvyšší průměrná roční rychlost větru v Bělorusku. Ale ve skutečnosti je tato „nejvyšší“ průměrná roční rychlost větru jen asi 4 m/s (ve výšce 10 m), což sotva stačí na provoz větrné turbíny na minimální výkon.
Před instalací byste měli zkontrolovat roční mapu větru v oblasti nasazení s údaji o průměrném měrném výkonu proudění větru v nadmořské výšce 100 m a výše. Bylo by dobré vypracovat takové mapy pro celé území republiky, abychom našli nejoptimálnější místa pro stavbu větrných turbín. Je třeba mít na paměti, že rychlost větru silně závisí na výšce, což je dobře známo obyvatelům výškových budov. Normální televizní předpovědi počasí uvádějí rychlost větru ve výšce 10 m nad zemí, ale u větrné turbíny by měla být rychlost měřena ve výšce 100-150 m, kde je vítr mnohem silnější.
Takoví obři jsou tedy nejoptimálněji vhodní pro instalaci v moři, několik kilometrů od pobřeží, ve vysoké nadmořské výšce. Pokud například nainstalujete takové instalace podél severního pobřeží Ruska s krokem 200 metrů, pak maximální výkon pole bude 690,3 GW (pobřeží Severního ledového oceánu je 19724,1 km). Rychlost větru by tam měla být přijatelná, jen při vylévání základů se budete muset vypořádat s permafrostem.
Pravda, z hlediska provozní stability nebudou větrné turbíny nikdy srovnatelné s jadernými elektrárnami nebo vodními elektrárnami. Zde musí energetici neustále sledovat předpověď počasí, protože generovaný výkon přímo závisí na rychlosti větru. Vítr by neměl být příliš silný a ne příliš slabý. Bylo by dobré, kdyby větrné turbíny produkovaly v průměru alespoň třetinu maximálního výkonu.
První taková zařízení se začala objevovat na konci 19. století a dnes nabyla zvláštního významu. Větrné elektrárny (WPP) se stávají perspektivním zdrojem obnovitelné energie, nelze se jim vyhnout v odlehlých a těžko dostupných oblastech a také tam, kde v blízkosti nejsou žádné hlavní sítě. Pochopíme, jak funguje větrná turbína, jak funguje větrná elektrárna a jaká existují provozní omezení a zda se vyplatí pořídit větrnou elektrárnu do soukromé domácnosti.
Jak fungují větrné generátory?
Lidstvo používá větrnou energii po tisíce let, staví větrné mlýny. Na stejném principu funguje větrná farma; pouze zařízení nevykonává mechanickou práci, ale slouží k výrobě elektřiny. Je třeba rozlišovat mezi větrným generátorem nebo větrnou turbínou – jedná se o větrnou elektroinstalaci, jediné zařízení a větrnou elektrárnu, mnoho větrných turbín spojených do jedné sítě.
Hlavními součástmi struktury jsou následující prvky:
- Rotor s aerodynamicky tvarovanými lopatkami.
- Převodovka (reduktor), která slouží jako převodový článek mezi rotorem a generátorem.
- Kryt, který slouží jako ochrana mechanických, elektrických a elektronických součástí systému větrné farmy.
Když se vítr pohybuje lopatkami připevněnými k podpěře; začnou se otáčet a roztáčet rotor generátoru. Takto vyrobená elektřina jde nejprve do střídače, kde se proud přemění ze stejnosměrného na střídavý, poté je dodávána do baterie, kde je k dispozici spotřebiteli.
Typy větrných elektráren
Moderní větrné turbíny na výrobu elektřiny se liší designem, velikostí, typem a modifikacemi. Mohou být klasifikovány podle následujících vlastností:
- Typ větrné turbíny. Je určeno směrem osy otáčení, vertikální nebo horizontální. Zařízení s horizontální osou otáčení jsou častější, protože jsou produktivnější. Vertikální analogy mají o něco menší produkci elektřiny, ale jsou stabilnější v kritických povětrnostních podmínkách.
- Počet lopatek. Otáčení provádí listová vrtule, zařízení se dvěma, třemi nebo více listy.
- Technické vlastnosti vrtule (způsob řízení listu). Hlavním parametrem je stoupání vrtule; závisí na úhlu lopatek vzhledem k rovině otáčení. Rozteč lopatek může být pevná nebo variabilní. První možnost je praktičtější: zařízení se snadněji ovládá a je méně náchylné k poruchám.
- Materiál čepele. Pevné pracovní lopatky jsou vyrobeny z polymerních kompozitů. Plachtění – vyrobeno z netkaných vrstvených materiálů, stejně jako plátno nebo plachta. Listy plachet jsou schopny změnit pracovní plochu; Jsou levnější, ale mají také nižší pevnost než polymerní produkty.
Z hlediska velikosti lze větrné elektrárny rozdělit do tří skupin:
- Výška průmyslových instalací, které tvoří pobřežní, pobřežní nebo pobřežní elektrárny, dosahuje až 200 m (rozpětí lopatek až 120 m). Takové větrné elektrárny, známé z působivých fotografií a natáčení, generují stovky megawattů elektřiny, která stačí na napájení stovek domácností.
- Střední větrné turbíny jsou určeny k napájení malých objektů: farem, soukromých domů. Vyrábějí maximálně 100 kW elektřiny, kterou lze využít jako doplňkový, záložní nebo hlavní zdroj energie.
- Nejmenší zařízení mají výkon ne více než 20-300 W. Kompaktní větrné elektrárny jsou vhodné pro dobíjení baterií; všude tam, kde se elektřina používá pravidelně a v malých množstvích.
Větrná farma pro soukromý dům: na co musíte myslet před nákupem
Myšlenka využití čisté energie doslova z ničeho nic je atraktivní pro majitele soukromých pozemků a dceřiných pozemků. Malé vzdušné elektrárny však nejsou vždy efektivní a je důležité si předem uvědomit, zda taková instalace ospravedlní pořizovací náklady. Kompaktní větrná farma se stane nákladově efektivní pouze v regionech s určitým zatížením větrem. Kromě toho musí být splněny některé další podmínky.
Větrné vyhlídky: výběr místa
Sny o malé stanici schopné zásobovat dům nebo pozemek mohou zůstat sny, pokud se v oblasti často nevyskytují větrné dny. Přijatelná ekonomická efektivita je zajištěna následujícími podmínkami:
- Vítr fouká mnoho dní. Pokud si nejste jisti povětrnostními podmínkami ve vaší oblasti, mapa zatížení větrem vám pomůže odstranit vaše pochybnosti. Ukazuje, kde větry vanou více či méně stabilně a kde jsou oblasti bezvětří. Kromě větrné mapy můžete také nahlédnout do archivu místní meteorologické stanice.
- Kvalita větru. Obecně platí, že aby se větrná farma stala ekonomicky životaschopnou, musí minimální průměrná roční rychlost větru začínat od 4-4,5 m/s (14,4-16,2 km/h).
- Stabilita větru. Ani za stabilního větrného počasí nebude vždy vyrobeno dostatek elektřiny. Produktivita je velmi závislá na změnách rychlosti větru. Je-li vítr nárazový a jeho síla kolísá v rozmezí 10 %, bude výroba elektřiny kolísat v rozmezí 25 %.
Místo pro instalaci větrného generátoru musí také splňovat určité podmínky; důležité jsou následující faktory:
- Otevřený prostor. Vítr vyvine maximální rychlost ve stepi, poblíž pobřeží, na kopci (například na vrcholu kopce).
- Žádné překážky. Návratnost větrné farmy se snižuje, pokud je instalována v blízkosti budov a stromů. Myslete dlouhodobě: mladé krátké stromy porostou, ale větrný mlýn ne.
Majitelé, jejichž náklady na elektřinu jsou neslušně vysoké nebo jejichž elektrické vedení se nachází daleko, uvažují o instalaci větrné elektrárny pro soukromý dům. I když chcete investovat peníze do větrného generátoru (a to je nákladná investice s nízkou návratností), musíte se ujistit, že jsou splněny následující podmínky:
- Je zde dostatek místa pro instalaci větrné turbíny.
- Místní správa umožňuje instalaci domácích větrných elektráren.
- Nebudete mít problémy se svými sousedy.
Větrný mlýn bude muset být umístěn daleko od sousedů a ti budou muset být předem informováni o vašich plánech, aby se v budoucnu vyhnuli hádkám a soudním sporům. Nejde jen o bezpečnost, ale také o hluk, který provozní zařízení vydává.
Standardní (velká) jednotka při plném zatížení generuje hluk 34-45 dB, což odpovídá hluku auta jedoucího po dálnici. Kompaktní zařízení nevydává větší hluk než klimatizace. Doporučená vzdálenost od velké větrné turbíny k obytným budovám je 30-40 m, pak hluk nezpůsobí nepohodlí.
Velikost a výkon: jak porovnat různé větrné turbíny
Otázka velikosti větrné elektrárny je pro budoucího majitele nesmírně důležitá, neboť úzce souvisí s výkonem větrné turbíny. Přísně vzato, nejprve se musíte rozhodnout, jak výkonnou instalaci potřebujete, abyste nepřeplatili přebytek energie (pokud se nechystáte prodávat elektřinu).
Nejprve musíte zjistit, kolik energie vaše domácnost ročně spotřebuje. Můžete vzít spotřebu za poslední rok nebo vypočítat průměr za posledních několik let. Případně můžete vzít spotřebu za jeden měsíc a vynásobit 12. Výsledné číslo lze použít při výběru vhodného modelu větrné turbíny.
Pak musíte zhruba odhadnout, kolik elektřiny lze skutečně získat z konkrétního modelu větrného generátoru. V konceptech popisujících provoz zařízení je určitý zmatek. Například jmenovitý výkon je ten, který instalace (lopatky) vyvíjí. Tato hodnota se často (a chybně) používá při porovnávání různých modelů.
Chyba je v tom, že skutečný výkon, který se dostane ke spotřebiteli, je výkon střídače (konvertoru); Je to on, kdo přijímá energii z větrné turbíny a baterie. Skutečný výkon se neshoduje s nominálním výkonem, ale mění se v reálném čase po změnách rychlosti větru.
Problém pramení ze skutečnosti, že neexistuje jednotný průmyslový standard pro měření výkonu. To vede k tomu, že výrobci specifikují výstupní výkon při různých rychlostech větru.
Popis videa
Jak funguje větrná elektrárna, je v následujícím videu:
Průměr větrné turbíny, pracovní plocha lopatek a výkon jsou vzájemně propojené parametry. Pracovní plocha je úměrná druhé mocnině průměru a výkon (a tím i produkce energie) je naopak úměrný pracovní ploše. Vzhledem k tomu, že závislost je nelineární, je třeba to vzít v úvahu při porovnávání energetických schopností různých modelů větrných farem. Pokud se například průměry dvou větrných turbín liší 1,5krát, pak je výkon již 2,25krát (1,5×1,5).
Proto budou správné následující metody porovnání dvou větrných mlýnů:
- Pokud se porovná jmenovitý výkon, pak se hodnoty berou při stejných návrhových rychlostech větru.
- Pro posouzení skutečných možností je snazší odhadnout podle průměru větrné turbíny a výroby energie.
Je také důležité pochopit, že zařízení bude v průměru pracovat na třetinu svého navrženého výkonu, což bude přičítáno slabému nebo žádnému větru. To znamená, že pokud pro bezproblémové fungování soukromého domu potřebujete zdroj elektřiny s kapacitou 2-3 kW, pak bude vyžadována větrná farma s kapacitou 5-6 kW.
Abyste předešli zbytečným ztrátám energie, měli byste pečlivě zvolit umístění a velikost podpěry. Je žádoucí, aby konstrukce, na které je větrný generátor namontován, byla o dva až tři metry vyšší než okolní překážky v okruhu 200 (nebo raději více) metrů.
Popis videa
O účinnosti větrných turbín v následujícím videu:
Ceny větrných elektráren pro soukromý dům
Společnosti po celém světě se zabývají výrobou průmyslových, komerčních a domácích větrných generátorů; Největší producenti pocházejí z Dánska, Číny, USA, Německa, Indie a Španělska. Náklady na větrný generátor jsou ovlivněny místem jeho výroby a výkonem.
Zařízení s výkonem nižším než 100 kW jsou klasifikována jako malá větrná energie. Pokud výkon nepřesahuje 1 kW, pak se jedná o mikrovětrné zařízení, které lze použít například na jachtě nebo pro zásobování farmy vodou. Následující typy větrných elektráren jsou vhodné pro soukromé domácnosti nebo jako větrný generátor pro letní sídlo:
- Zařízení má výkon cca 3 kW (48V). Větrný generátor stojí 150-160 tisíc rublů. je schopna zajistit energii chatě průběžně, nebo jako doplňkový zdroj. Obvykle je v ceně stožár a ovladač.
- 5 kW (120V) zařízení. Vhodné pro regiony se stabilním větrem, s jistotou napájí velký dům plný domácích elektrických spotřebičů. Cena se pohybuje v rozmezí 320-360 tisíc rublů.
- 10 kW (240V) zařízení. Cena začíná od 600 do 670 tisíc rublů, zařízení poskytne elektřinu několika venkovským domům nebo farmě. Energie bude dostatek nejen pro potřeby domácnosti, ale i pro použití stavebního nářadí.
Popis videa
O 2,5 kW větrném mlýně pro domácnost v následujícím videu:
Nejdůležitější znaky
Nákup větrné elektrárny pro letní dům, farmu nebo soukromý dům bude dobrým řešením, pokud nemáte možnost připojení k centralizovanému elektrickému vedení, nebo pokud chcete mít záložní zdroj elektřiny. Zařízení bude užitečné (účinné) v oblastech se stálým větrem.
Při porovnávání různých modelů větrných elektráren je nutné spoléhat na správné parametry: nehodnotit nominální, ale skutečný výkon. Před nákupem je důležité zajistit, abyste měli pro větrnou turbínu vhodné umístění a že vaši sousedé nebudou proti větrné turbíně nic namítat.
