Источник ветра в городе С. (по мнению некоторых)
Шевелятся… но на фото не видно
Шевелятся… но на фото не видно
Кольская ветроэлектростанция. Фото «ЭЛ5-Энерго»
Ветроэнергетические установки (ВЭУ) — дальние родственники ветряных мельниц. Внешне ветрогенератор напоминает своих мукомольных предков, но в глаза бросается одно важное конструктивное отличие: у старинных мельниц было больше лопастей — четыре, шесть, а то и восемь. Почему же у подавляющего большинства современных ветряков их всего три и как конструкция ветрогенератора связана с олимпийским девизом «Быстрее, выше, сильнее»?
Ветроэнергетическая установка, даже небольшая, выглядит гигантом по сравнению с ветряной мельницей. ВЭУ стараются проектировать и изготавливать настолько высокими, насколько позволяет экономическая целесообразность. Чем выше, тем сильнее и устойчивее захватываемый лопастями ветер — и тем большее энергии вырабатывается.
Китайский ветряк-рекордсмен MingYang Smart Energy MySE 16-260. Фото China Three Gorges Corporation / ctg.com.cn
На сегодня высочайший и крупнейший в мире ветрогенератор установлен в Тайваньском проливе в Китае. Он называется MingYang Smart Energy MySE 16-260, где 16 — мощность установки в мегаваттах, 260 — диаметр вращающейся части в метрах. Сердцевина установки с машинным отделением расположена на высоте 152 метра. С учетом 123-метровой длины лопастей общая высота объекта достигает 275 метров. И это не предел: китайские специалисты трудятся над созданием установок мощностью 18 и 20 мегаватт — еще более крупных и высоких.
Средний «рост» современных ветряков гораздо меньше: обычно высота мачты достигает 70 метров, длина лопасти — 50 метров.
Чем сильнее ветер воздействует на установку, тем больше электроэнергии она выработает. Силу ветра нужно захватить и заставить выполнить полезную работу. Для этого предназначена лопасть, которая вращается воздушным потоком и тем самым генерирует крутящий момент. Эта физическая величина равна произведению силы на радиус вращения, то есть на длину лопасти: М = F*r.
Чем лопасти длиннее и чем их больше, тем больше общий крутящий момент. Значит, тем больше энергии ветра можно собрать и превратить в электричество. Однако количество энергии зависит не только от силы воздействия на лопасти: важна еще и скорость вращения.
Чем быстрее вертится ротор с лопастями, тем больше механической энергии передается генератору, тем больше сила тока и, соответственно, количество производимого электричества. При этом чем больше лопастей у ветряка и чем они длиннее, тем ротор тяжелее и тем труднее ветру его крутить.
Разработчики ветроэнергетических установок нашли сбалансированное решение — ротор с тремя лопастями. Двухлопастные быстро вертятся, но создают малый крутящий момент, и это снижает выработку электроэнергии. Ротор с четырьмя лопастями повышает крутящий момент по сравнению с трехлопастным, но ненамного, при этом замедляет вращение — и показатели работы установки не улучшаются.
Проектируя ветрогенератор, инженеры оперируют многими конструкционными параметрами: длиной лопастей, углом их наклона, формой, материалом и другими. При этом учитывают климатические особенности региона — в первую очередь, ветровые потоки и силу ветра. Всегда имеются ограничения по высоте мачты, мощности установки, размерам лопастей и другим факторам.
— Андрей Бритвин. Эксперт по технологическому развитию в сфере энергетики «Газпром нефти».
Вот одно из ограничений, которое, на первый взгляд, кажется парадоксальным: ВЭУ нужно обязательно защищать от… ветра. Если он слишком сильный, то может опрокинуть установку: его давление пропорционально площади ометаемой поверхности — площади круга, который описывают лопасти ветряка при вращении. Поэтому при слишком сильных порывах ветряк нужно остановить. Тогда давление ветра снижается в десятки раз, поскольку он воздействует на поверхность, равную сумме площади лопастей, — это гораздо меньше, чем площадь описываемого круга.
Пороговой величиной, на которую рассчитывают ВЭУ, стала скорость ветра 25 метров в секунду. По шкале Бофорта это 10 баллов со статусом «сильный шторм». Выше него только «жестокий шторм» (11 баллов, 26–32 метра в секунду) и «ураган» (12 баллов, 33 и более метров в секунду). При достижении скорости ветра 25 метров в секунду у ветрогенератора срабатывает автоматическая система буревой защиты — и вращение лопастей блокируется.
Оригинал статьи и другие материалы читайте на сайте журнала Энергия+:
https://e-plus.media/vse-publikatsii/
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi
«Не обращайте на нас внимания, просто мы сжигаем сотни галлонов авиационного топлива, чтобы ликвидировать обледенение этих ветряков, дарующих экологически чистую энергию!» 🤡
Принцип получения энергии ветрогенератором кажется простым – ветер крутит турбину, она вырабатывает электричество. Но создание максимально эффективных ветряков основано на множестве научных дисциплин, знакомство с которыми поможет выбрать оптимальный источник альтернативной энергии для своего дома. Главный же из них, это гидродинамика – физика движения сплошных сред.
Ветрогенераторы бывают промышленные, такие ветряки устанавливает государство или большие энергетические корпорации для обеспечения электроэнергией промышленных объектов. Промышленные ветровые турбины самые большие и мощные на сегодняшний день, мощность отдельных ветрогенераторов исчисляется мегаваттами, но такие ветряки не ставят по одному, а строят огромные ветропарки в местах где ветер наиболее подходящий для стабильной выработки электро-энергии, например на побережьях, или на открытых возвышенностях. Энергия от ветрогенераторов поступает напрямую в электросети, а стабильность и частоту вращения генераторов обеспечивают различные механизмы, например системы регулирования углов установки лопастей относительно набегающего потока ветра, так чтобы обороты ветроколеса, а значит и генератора были стабильными.
Так-же существуют и коммерческие ветрогенераторы, которые устанавливают с целью продажи электро-энергии, или обеспечения энергией различных производств в тех местах где не хватает собственных мощностей, или электросети отсутствую вовсе. Такие ветро-электро-станции тоже состоят из множества ветрогенераторов различной мощности. Энергия от таких ветрогенераторов может поступать напрямую в электросеть если они вырабатывают стабильное переменное напряжение 220/380 вольт или белее. Или ветрогенераторы используются для зарядки большого массива аккумуляторов, с которого потом энергия преобразуется в переменное напряжение и подаётся в электросеть.
Существуют и обычные бытовые ветряки малой мощности для частного использования, для установки которых не требуется никаких разрешений если высота мачты не превышает 25 метров и ветрогенератор не является помехой для воздушных судов. Такие ветрогенераторы низковольтные и их основная задача заряжать аккумуляторы с напряжением 12/24/48 вольт, а уже из аккумуляторов берётся энергия, которая преобразуется в 220 вольт 50 Гц как в обычной розетке. Ветряки небольшой мощности часто ставят для обеспечения энергией своих частных домов, дач, подсобных хозяйств, или для питания небольших удаленных объектов.
Ветряк большой. С вертолётом для масштаба.
Вроде всё просто: энергия ветра крутит генератор - получаем электричество.
Однако не совсем. Во-первых, сильно зависит от того, какой генератор мы будем крутить. Большинство ветряков оборудованы асинхронными генераторами, а они жрут реактивную мощность из сети. Можно сказать, что и обычные электростанции тоже имеют собственное потребление (которое порой доходит до 20%), но суть в том, что это такая же энергия, как и то, что они производят. Тут же - другой "тип" энергии (как бы это не звучало), так что нужна компенсация реактивной мощности, что как бэ не есть гуд при большом количестве ветряков.
Вторая группа - генераторы синхронные. С ними проблема в том, что мы не контролируем скорость ветра, так что на выходе имеем частоту по воле Аллаха, а в сеть можно лить только 50 Гц (+- 1% в течении 99,5% времени). Выход - частотный преобразователь на каждый ветряк, чего по ряду причин делать не хочется. Генераторы постоянного тока для массового производства энергии в наше время практически не используются и их особенностями можно пренебречь.
Ветроэлектростанция в Ливерпульском заливе.
Вообще про мощности. Ветроэлектростанции имеют мощности до 10 МВт на выходе (больше - рекордная и не серийная фигня). Это много или мало? Московская ТЭЦ-25 (номер взят с потолка для ровного счёта) имеет мощность в 1370 МВт. То есть как 137 ветряков. Не абы каких, а прям топовой мощности, за размахом лопастей в 200 метров.
Думаете, на этом проблемы заканчиваются? Не совсем. Огромные палки создают неслабое локальное давление на почву, что приводит к её преждевременной эрозии. Что не совсем гуд для того, что там растёт. Но в Германии/Дании ветряки ставят в море (и называют оффшорными электростанциями). Вроде бы норм? Тоже нет: опоры серьёзно вибрируют, что не идёт на пользу жителям этих морей, пусть и не самых богатых. Плюс ветряной поток при проходе через вентилятор изменят свой профиль - он расширяется и замедляется (пикрелейтед). Если ветряк один - то пофиг, но когда их сотни, то что-то мне подсказывает, что некий эффект такое будет оставлять. Впрочем, тут у меня нет достаточного количество данных для дальнейших бесед, а EIA затрагивающие эту тему, мне не попадались.
Профиль ветряного потока при прохождении через ветряк.
Ещё есть специфический косяк с тем, что птицы не видят лопасти ветряков. Временами их (птиц) рубит на куски в оптовых количествах, если маршруты перелёта проходят через поля электростанций. Это можно поправить вертикальной осью пропеллера, но об это позже.
Как отмечалось выше - главная проблема ветра в невозможности контроля. Ветер есть - энергия есть. Ветра нет - пичалька. Частично фиксится установкой ветряков в прибрежной зоне, за счёт того что например бризы хорошо прогнозируются. Днём дуют туда, вечером - сюда. Но проблемы начинаются, когда ветра слишком много и соответственно энергии больше, чем планируется. Тут в дело вступает специфика электрических сетей как таковых - выработка ВСЕГДА должна равняться потреблению. Большие неравенства чреваты блэкаутом – внезапным вырубанием части сети. Как с этим бороться? В идеале – своевременный диспетчеринг, которой отключат части электростанций, те же ветряки можно просто остановить, что из-за их низкой мощности позволяет получить хорошую степень контроля. Теоретически. В реальности всё не так просто, даже если оставить за скобками политику по приоритетному использованию «зелёной» энергии. Вот например Германия. Много ветряков на побережье на севере – но они гонят энергию на промышленный юг. При том часть этой энергии проходит через Чехию, из-за чего бюрократия сжирает львиную возможность контроля ситуации. Чехи уже научились с этим справляться, но пару неприятных эксцессов было. Например, разок энергетическая сеть Чехии из-за небольшого блекаут развалилась на три независимых так называемых "острова", которые утратили связь друг с другом. Ввиду неслабого размера они были относительно самодостаточны, так что большинство граждан ничего не заметило. Но энергетикам пришлось попотеть, чтобы собрать всё обратно.
Ветряк с вертикальной осью.
Насчёт ветряков с вертикальной осью - такое тоже есть, птицы их видят и всё вроде збс. Но у них проблема с тем, что из-за конструкции момент не постоянен, что вносит ограничения на мощность. Или заставляет делать очень необычные конструкции с закрученными лопастями - к слову, Дуэйн Джонсон в недавнем боевичке "небоскрёб" прыгал как раз через такой) Но они там чудовищного размера, что ИРЛ пока нет (вроде как)
Ещё есть нюанс, что многих людей бомбит с одного вида ветряков. Я иногда слышу мнения, что их надо запретить и снести кхерам, а если и строить, то там, где людей вообще нет. Ну или чисто в каменных джунглях, которые уже не испортить. К слову, в этих Европах проекты ветроэлектростанций часто заворачиваются именно по этому поводу – люди не хотят у себя в горах/лесах видеть такие НЁХ.
Свежий даташит сименса
Я тут прошёлся в основном по проблемам ветряков, но их главного достоинства никто не отменял - не смотря ни на что они таки экологичнее почти всего остального, и почти полностью автономны. Так что на моё имхо их стоит строить там, где есть мощные и плюс-минус постоянные воздушные потоки (а не где попало). А в случае переизбытка энергии - решительно вырубать их нахер, не слушая вопли функционеров «экологических партий». Намного проще и экологичнее вырубить пару ветряков, чем регулировать мощность блока угольной электростанции, переводит его (блок) в не оптимальный режим работы.
Источник: https://vk.com/wall-162479647_70497
Автор: Борис Плавник. Альбом автора: https://vk.com/album-162479647_268306185
Личный хештег автора в ВК - #Плавник@catx2, а это наше Оглавление Cat_Cat (31.12.2019)
Опубликован очередной выпуск ежегодного доклада инвестиционного банка Lazard Levelized Cost of Energy Analysis (LCOE 13.0). Доклад посвящён сравнению экономики разных технологий выработки электроэнергии.
«Стоимость возобновляемой энергии продолжает снижаться», — пишут авторы. Некоторые технологии (например, ветровые и солнечные), которые несколько лет назад стали конкурентоспособными по сравнению с «традиционной» генерацией с точки зрения сравнения новых объектов, теперь показывают LCOE, которая сопоставима с предельными издержками действующих объектов традиционных технологий генерации. Подобный вывод содержался и в прошлогоднем докладе Lazard.
В то время как сокращение удельных расходов продолжается, темпы снижения замедлились, особенно в случае наземной ветроэнергетики, отмечают авторы. За последние пять лет стоимость единицы энергии (LCOE) в солнечной энергетике промышленного масштаба снижалась намного быстрее (около 13 процентов в год), чем в ветроэнергетике (около 7 процентов в год).
По данным нынешнего доклада, стоимость энергии ветра находится в интервале $28-$54 за мегаватт-час, солнечной энергии $32-$44. Это несколько ниже, чем в прошлом году.
Угольная и атомная энергия намного дороже — $66-$152 и $118-$192 за мегаватт-час, соответственно.
Таким образом, по расчётам Lazard, самая дорогая новая солнечная или ветровая электростанция (верхняя граница интервала LCOE для солнца и ветра — $54/МВт*ч) дешевле, чем самая дешевая новая угольная (нижняя граница интервала LCOE для угля — $66/МВт*ч). Другими словами, в строительстве новой угольной генерации нет экономического смысла.
Также привлекает внимание, что нижняя граница LCOE для высокоэффективных парогазовых электростанций ($44/МВт*ч) соответствует верхней границе стоимости солнечной генерации.
Расчёты в докладе построены на основе американских данных, где коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) для солнечных и ветровых электростанций весьма высок. В то же время нельзя не отметить также и высокую стоимость капитала, применённую в докладе – 8% для долгового финансирования и 12% для собственного капитала. Напомню, солнечная и ветровая энергетика весьма эластичны по процентной ставке.
Используемые допущения, на основе которых проведен расчёт LCOE, открыты и публикуются в соответствующем разделе доклада.
Следует подчеркнуть, что Lazard исследует LCOE, стоимость единицы энергии «на микроуровне». «Системные факторы», такие как, например, интеграционные расходы в докладе не учитываются. При этом следует учитывать, что интеграционные расходы возникают для любых новых объектов, независимо от технологий генерации, а дополнительные затраты, связанные с нестабильностью и переменчивостью выработки, или передачей энергии солнечных и ветровых электростанций в расчёте на единицу энергии в среднем невысоки. По этому вопросу можно посмотреть, например, позицию Международного энергетического агентства.
Вывод, который можно сделать из доклада Lazard – что солнечная и ветровая энергетика являются самыми дешевыми технологиями генерации – неоднократно подтверждался в последние годы, как результатами конкурсных отборов, так и расчётами других специалистов. Например, совсем недавно глава NextEra, одной из крупнейших энергетических компаний США, приводил расчёты сравнительной экономики разных технологий. Из них следует, что даже если солнечные и ветровые электростанции оснащаются краткосрочными накопителями энергии, что делает их выработку «почти твёрдой» (near-firm), близкой по характеристикам с «традиционной» генерацией, они все равно будут дешевле не только угольного или атомного электричества, но даже и газового.
Такую задачу поставил Little.Bit пикабушникам. И на его призыв откликнулись PILOTMISHA, MorGott и Lei Radna. Поэтому теперь вы знаете, как сделать игру, скрафтить косплей, написать историю и посадить самолет. А если еще не знаете, то смотрите и учитесь.
В соответствии со свежим отчетом «Electric Insights» британской энергетической компании Drax, установленная мощность электростанций, работающих на основе возобновляемых источников энергии в Великобритании, достигла 41,9 ГВт. Мощность тепловых электростанций, работающих на ископаемом топливе снизилась до 41,2 ГВт. Таким образом, впервые в истории мощности ВИЭ превзошли тепловую генерацию по данному показателю. Это показано на графике выше.
Самым крупным сектором ВИЭ в Соединенном Королевстве является ветроэнергетика, установленная мощность которой превысила 20 ГВт. Солнечная энергетика Туманного Альбиона достигла внушительных 13 ГВт мощности. На третьем месте находится электроэнергетика, работающая на основе биологического сырья (3,2 ГВт).
Тепловые электростанции, разумеется, вырабатывают (пока) больше электроэнергии. Например, в 3-м квартале структура генерации выглядела следующим образом:
ВИЭ выработали 28,2%. С учётом атомной энергетики безуглеродные технологии электроэнергетики производят более 50% электричества в стране.
Тренд на дальнейшую декарбонизацию энергетического сектора продолжится. Напомню, что к 2025 году в Великобритании будут закрыты все угольные электростанции. При этом в стране строятся и проектируются большие объемы офшорных ветровых электростанций.
http://renen.ru/uk-renewables-capacity-overtakes-fossil-fuel...