stringtranslate.com

Ветряная турбина

Ветряная электростанция Thorntonbank , использующая турбины мощностью 5 МВт REpower 5M в Северном море у побережья Бельгии

Ветряная турбина — это устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в электрическую энергию . По состоянию на 2020 год сотни тысяч крупных турбин в установках, известных как ветровые электростанции , вырабатывали более 650 гигаватт электроэнергии, и ежегодно добавлялось по 60 ГВт. [1] Ветряные турбины становятся все более важным источником прерывистой возобновляемой энергии и используются во многих странах для снижения затрат на энергию и уменьшения зависимости от ископаемого топлива . В одном исследовании утверждалось, что по состоянию на 2009 год ветер имел «самые низкие относительные выбросы парниковых газов, наименьшие требования к потреблению воды и самые благоприятные социальные последствия» по сравнению с фотоэлектрическими , гидро- , геотермальными , угольными и газовыми источниками энергии. [2]

Меньшие ветровые турбины используются для таких приложений, как зарядка аккумуляторов и удаленных устройств, таких как дорожные предупреждающие знаки. Большие турбины могут способствовать внутреннему энергоснабжению, продавая неиспользованную энергию обратно поставщику коммунальных услуг через электросеть . [ 3]

Ветровые турбины производятся в широком диапазоне размеров, с горизонтальной или вертикальной осью, хотя наиболее распространенной является горизонтальная. [4]

История

Ветряные турбины Наштифан в Систане , Иран.

Ветряное колесо Герона Александрийского (10–70 гг. н. э.) является одним из первых зарегистрированных случаев использования ветра в качестве двигателя машины. [5] Однако первые известные практические ветровые электростанции были построены в Систане , восточной провинции Персии (ныне Иран), в VII веке. Эти « Панемоны » были ветряными мельницами с вертикальной осью, которые имели длинные вертикальные приводные валы с прямоугольными лопастями. [6] Сделанные из шести-двенадцати крыльев , покрытых тростниковым матом или тканевым материалом, эти ветряные мельницы использовались для измельчения зерна или забора воды и использовались в мукомольной и сахарной промышленности. [7]

Ветроэнергетика впервые появилась в Европе в Средние века . Первые исторические записи об их использовании в Англии датируются XI и XII веками; есть сообщения о том, что немецкие крестоносцы привезли свои навыки изготовления ветряных мельниц в Сирию около 1190 года. [8] К XIV веку голландские ветряные мельницы использовались для осушения районов дельты Рейна . Усовершенствованные ветряные турбины были описаны хорватским изобретателем Фаусто Веранцио в его книге Machinae Novae (1595). Он описал ветряные турбины с вертикальной осью и изогнутыми или V-образными лопастями.

Иллюстрация ветряной турбины для выработки электроэнергии, установленной Йозефом Фридлендером на Международной электротехнической выставке в Вене в 1883 году.
Ветряная турбина Джеймса Блайта , вырабатывающая электроэнергию, сфотографирована в 1891 году.

Первая ветряная турбина, вырабатывающая электроэнергию, была установлена ​​австрийцем Йозефом Фридлендером на Венской международной электротехнической выставке в 1883 году. Это была ветряная мельница Халладея для привода динамо-машины . «Ветряной двигатель» Халладея диаметром 6,6 м (22 фута) Фридлендера был поставлен компанией US Wind Engine & Pump Co. из Батавии , штат Иллинойс . Ветряная мельница мощностью 3,7 кВт (5 л. с.) приводила в действие динамо-машину на уровне земли, которая подавала электричество в ряд батарей . Батареи питали различные электроинструменты и лампы, а также молотилку. Ветряная мельница Фридлендера и ее принадлежности были установлены на видном месте у северного входа в главный выставочный зал (« Ротунда ») в венском Пратере . [9] [10] [11]

В июле 1887 года шотландский академик Джеймс Блайт установил машину для зарядки аккумуляторов, чтобы осветить свой загородный дом в Мэрикирке , Шотландия. [12] Несколько месяцев спустя американский изобретатель Чарльз Ф. Браш смог построить первую автоматически управляемую ветряную турбину после консультации с профессорами местного университета и его коллегами Джейкобом С. Гиббсом и Бринсли Колебердом и успешного получения чертежей для рецензирования на производство электроэнергии. [13] Хотя турбина Блайта считалась неэкономичной в Соединенном Королевстве, [13] производство электроэнергии ветряными турбинами было более рентабельным в странах с широко разбросанным населением. [8]

Первая автоматически управляемая ветровая турбина, построенная в Кливленде в 1887 году Чарльзом Ф. Брашем. Она была высотой 60 футов (18 м), весила 4 тонны (3,6 метрических тонны) и питала генератор мощностью 12 кВт . [14]

В Дании к 1900 году насчитывалось около 2500 ветряных мельниц для механических нагрузок, таких как насосы и мельницы, производивших предполагаемую совокупную пиковую мощность около 30 мегаватт (МВт). Самые большие машины находились на 24-метровых (79 футов) башнях с четырехлопастными роторами диаметром 23 метра (75 футов). К 1908 году в Соединенных Штатах работало 72 ветряных электрогенератора мощностью от 5 киловатт (кВт) до 25 кВт. Во время Первой мировой войны американские производители ветряных мельниц производили 100 000 фермерских ветряных мельниц каждый год, в основном для перекачивания воды. [15]

К 1930-м годам использование ветряных турбин в сельской местности пошло на спад, поскольку система распределения распространилась и на эти районы. [16]

Предшественник современных горизонтально-осевых ветровых генераторов был в эксплуатации в Ялте , СССР, в 1931 году. Это был генератор мощностью 100 кВт на 30-метровой (98 футов) башне, подключенный к местной распределительной системе 6,3 кВ. Сообщалось, что он имел годовой коэффициент мощности 32 процента, что не сильно отличается от современных ветровых машин. [ необходима цитата ]

Осенью 1941 года первая ветряная турбина мегаваттного класса была синхронизирована с коммунальной сетью в Вермонте . Ветряная турбина Смита-Патнэма проработала всего около пяти лет, прежде чем одна из лопастей отломилась. [17] Устройство не ремонтировалось из-за нехватки материалов во время войны. [18]

Первая ветровая турбина, подключенная к коммунальной сети, которая работала в Великобритании, была построена компанией John Brown & Company в 1951 году на Оркнейских островах . [13] [19]

Однако в начале 1970-х годов антиатомные протесты в Дании подтолкнули механиков-ремесленников к разработке микротурбин мощностью 22 кВт, несмотря на спад в отрасли. [20] Организация владельцев в ассоциации и кооперативы привела к лоббированию правительства и коммунальных служб и обеспечила стимулы для более крупных турбин на протяжении 1980-х годов и позже. Местные активисты в Германии, зарождающиеся производители турбин в Испании и крупные инвесторы в Соединенных Штатах в начале 1990-х годов затем лоббировали политику, которая стимулировала промышленность в этих странах. [21] [22] [23]

Утверждалось, что расширение использования энергии ветра приведет к усилению геополитической конкуренции за критически важные материалы для ветровых турбин, такие как редкоземельные элементы неодим , празеодим и диспрозий . Однако эта точка зрения была критически отвергнута из-за неспособности объяснить, что большинство ветровых турбин не используют постоянные магниты, и из-за недооценки силы экономических стимулов для расширенного производства этих минералов. [24]

Плотность энергии ветра

Плотность ветровой энергии (WPD) — это количественная мера энергии ветра, доступной в любом месте. Это средняя годовая мощность, доступная на квадратный метр площади омета турбины, и рассчитывается для разных высот над землей. Расчет плотности ветровой энергии включает влияние скорости ветра и плотности воздуха. [25]

Ветровые турбины классифицируются по скорости ветра, на которую они рассчитаны, от класса I до класса III, где от A до C относятся к интенсивности турбулентности ветра. [26]

Эффективность

Сохранение массы требует, чтобы масса воздуха, входящего и выходящего из турбины, была одинаковой. Аналогично, сохранение энергии требует, чтобы энергия, отдаваемая турбине входящим ветром, была равна энергии комбинации энергии в исходящем ветре и энергии, преобразованной в электрическую энергию. Поскольку исходящий ветер все еще будет обладать некоторой кинетической энергией, должна быть максимальная доля входной энергии, которая доступна для преобразования в электрическую энергию. [27] Соответственно, закон Беца дает максимально достижимое извлечение энергии ветра ветровой турбиной, известное как коэффициент Беца, как 16 ⁄ 27 (59,3%) скорости, с которой кинетическая энергия воздуха поступает в турбину. [28] [29]

Максимальная теоретическая выходная мощность ветряной машины, таким образом, в 16 ⁄ 27 раз больше скорости, с которой кинетическая энергия воздуха достигает эффективной площади диска машины. Если эффективная площадь диска равна A, а скорость ветра v, максимальная теоретическая выходная мощность P равна:

,

где ρ — плотность воздуха .

Эффективность передачи энергии ветра на ротор (включая трение и сопротивление лопастей ротора ) входит в число факторов, влияющих на конечную цену ветроэнергии. [30] Дальнейшая неэффективность, такая как потери в редукторе , генераторе и преобразователе, снижает мощность, вырабатываемую ветровой турбиной. Чтобы защитить компоненты от чрезмерного износа, извлекаемая мощность поддерживается постоянной выше номинальной рабочей скорости, поскольку теоретическая мощность увеличивается как куб скорости ветра, что еще больше снижает теоретическую эффективность. В 2001 году коммерческие турбины, подключенные к коммунальным услугам, вырабатывали от 75% до 80% предела Беца мощности, извлекаемой из ветра, при номинальной рабочей скорости. [31] [32]

Эффективность может немного снизиться с течением времени, одной из основных причин является пыль и остатки насекомых на лопастях, которые изменяют аэродинамический профиль и существенно снижают аэродинамическое качество аэродинамического профиля . Анализ 3128 ветряных турбин старше 10 лет в Дании показал, что у половины турбин не наблюдалось снижения, в то время как у другой половины наблюдалось снижение производительности на 1,2% в год. [33]

В целом, более стабильные и постоянные погодные условия (особенно скорость ветра) приводят к среднему повышению эффективности на 15% по сравнению с эффективностью ветряной турбины в нестабильных погодных условиях, что позволяет увеличить скорость ветра до 7% в стабильных условиях. Это происходит из-за более быстрого восстановления следа и большего увлечения потока, которые происходят в условиях более высокой атмосферной стабильности. Однако было обнаружено, что следы ветряных турбин восстанавливаются быстрее в нестабильных атмосферных условиях, чем в стабильной среде. [34]

Различные материалы оказывают различное влияние на эффективность ветряных турбин. В эксперименте Университета Эге три ветряные турбины, каждая с тремя лопастями диаметром один метр, были построены с лопастями, изготовленными из разных материалов: стекло и стекло/углеродная эпоксидная смола , стекло/углерод и стекло/полиэстер. При испытании результаты показали, что материалы с большей общей массой имели больший момент трения и, следовательно, меньший коэффициент мощности. [35]

Скорость воздуха является основным фактором, влияющим на эффективность турбины. Вот почему важно выбрать правильное место. Скорость ветра будет высокой вблизи берега из-за разницы температур между сушей и океаном. Другой вариант — разместить турбины на горных хребтах. Чем выше будет ветряная турбина, тем выше будет средняя скорость ветра. Ветрозащита также может увеличить скорость ветра вблизи турбины. [36]

Типы

Три основных типа: VAWT Savonius , HAWT с башней; VAWT Darrieus , как они выглядят в действии.

Ветровые турбины могут вращаться как вокруг горизонтальной, так и вокруг вертикальной оси, причем первая является более старой и более распространенной. [37] Они также могут иметь лопасти или быть без лопастей. [38] Вертикальные конструкции размером с домашнее хозяйство производят меньше энергии и менее распространены. [39]

Горизонтальная ось

Компоненты горизонтальной осевой ветровой турбины (редуктор, вал ротора и тормозной узел) поднимаются на место
Компания One Energy в городе Финдли, штат Огайо, собирает одну из своих ветряных турбин с прямым приводом на постоянных магнитах.
Ротор безредукторной ветровой турбины устанавливается. Эта конкретная турбина была предварительно изготовлена ​​в Германии , перед отправкой в ​​США для сборки .
Ветровые турбины с горизонтальной осью вращения (HAWT) на ветряной электростанции Scroby Sands, Англия
Береговые ветровые турбины с горизонтальной осью в Чжанцзякоу , Хэбэй , Китай

Большие трехлопастные горизонтально-осевые ветровые турбины (HAWT) с лопастями, обращенными против ветра от башни ( т. е.  лопастями, обращенными к входящему ветру), производят подавляющее большинство энергии ветра в мире сегодня. [4] Эти турбины имеют вал главного ротора и электрический генератор наверху башни и должны быть направлены на ветер. Маленькие турбины направлены простым флюгером , в то время как большие турбины обычно используют датчик ветра, соединенный с системой рыскания. Большинство из них имеют коробку передач, которая превращает медленное вращение лопастей в более быстрое вращение, которое больше подходит для привода электрического генератора. [40] Некоторые турбины используют другой тип генератора, подходящий для более медленной скорости вращения. Им не нужна коробка передач, и они называются турбинами с прямым приводом, что означает, что они соединяют ротор напрямую с генератором без коробки передач между ними. Хотя генераторы с прямым приводом на постоянных магнитах могут быть более дорогими из-за необходимости использования редкоземельных материалов, эти безредукторные турбины иногда предпочтительнее редукторных генераторов, поскольку они «исключают редукторный повышающий преобразователь, который подвержен значительной накопленной усталостной нагрузке крутящего момента, связанным с этим проблемам надежности и расходам на техническое обслуживание». [41] Существует также механизм псевдопрямого привода, который имеет некоторые преимущества по сравнению с механизмом прямого привода на постоянных магнитах. [42]

Большинство турбин с горизонтальной осью имеют роторы, расположенные против ветра от опорной башни. [43] Машины, расположенные по ветру, были построены, потому что им не нужен дополнительный механизм для удержания их на одной линии с ветром. При сильном ветре лопасти, расположенные по ветру, также могут быть спроектированы так, чтобы изгибаться больше, чем лопасти, расположенные против ветра, что уменьшает их площадь омета и, следовательно, их сопротивление ветру, снижая риск во время штормов. Несмотря на эти преимущества, конструкции, расположенные против ветра, являются предпочтительными, потому что пульсирующее изменение нагрузки от ветра, когда каждая лопасть проходит позади опорной башни, может привести к повреждению турбины. [44]

Турбины, используемые в ветряных электростанциях для коммерческого производства электроэнергии, обычно трехлопастные. Они имеют низкую пульсацию крутящего момента , что способствует хорошей надежности. Лопасти обычно окрашены в белый цвет для видимости с самолетов в дневное время и имеют длину от 20 до 80 метров (от 66 до 262 футов). Размер и высота турбин увеличиваются с каждым годом. Сегодня морские ветряные турбины строятся мощностью до 8 МВт и имеют длину лопасти до 80 метров (260 футов). Конструкции мощностью от 10 до 12 МВт находились в стадии подготовки в 2018 году [45] , а прототип «15 МВт+» с тремя 118-метровыми (387 футов) лопастями планируется построить в 2022 году. [ требуется обновление ] [46] Средняя высота ступицы горизонтально-осевых ветряных турбин составляет 90 метров. [47]

Вертикальная ось

Вертикально-осевые ветровые турбины (или VAWT) имеют вал главного ротора, расположенный вертикально. Одним из преимуществ такого расположения является то, что турбина не должна быть направлена ​​на ветер, чтобы быть эффективной, [48] , что является преимуществом на участке, где направление ветра сильно изменчиво. Это также является преимуществом, когда турбина встроена в здание, поскольку она по своей природе менее управляема. Кроме того, генератор и редуктор можно разместить вблизи земли, используя прямой привод от роторного узла к наземному редуктору, что улучшает доступность для обслуживания. Однако эти конструкции производят гораздо меньше энергии в среднем по времени, что является серьезным недостатком. [39] [49]

Вертикальные конструкции турбин имеют гораздо более низкую эффективность, чем стандартные горизонтальные конструкции. [50] К основным недостаткам относятся относительно низкая скорость вращения с вытекающим из этого более высоким крутящим моментом и, следовательно, более высокой стоимостью приводного механизма, изначально более низкий коэффициент мощности , вращение аэродинамического профиля на 360 градусов в потоке ветра во время каждого цикла и, следовательно, высокодинамичная нагрузка на лопасть, пульсирующий крутящий момент, создаваемый некоторыми конструкциями ротора в приводном механизме, а также сложность точного моделирования потока ветра и, следовательно, проблемы анализа и проектирования ротора перед изготовлением прототипа. [51]

Когда турбина установлена ​​на крыше, здание обычно перенаправляет ветер через крышу, и это может удвоить скорость ветра на турбине. Если высота башни турбины, установленной на крыше, составляет примерно 50% от высоты здания, это близко к оптимуму для максимальной энергии ветра и минимальной турбулентности ветра. Хотя скорость ветра в пределах застроенной среды, как правило, намного ниже, чем на открытых сельских участках, [52] [53] шум может быть проблемой, а существующая конструкция может не выдерживать дополнительную нагрузку.

Подтипы конструкции с вертикальной осью включают в себя:

Ветряная турбина Дарье

Турбины «Eggbeater» или турбины Дарье были названы в честь французского изобретателя Жоржа Дарье. [54] Они имеют хорошую эффективность, но создают большую пульсацию крутящего момента и циклическую нагрузку на башню, что способствует низкой надежности. Они также обычно требуют внешнего источника питания или дополнительного ротора Савониуса для начала вращения, поскольку пусковой крутящий момент очень низок. Пульсация крутящего момента уменьшается за счет использования трех или более лопастей, что приводит к большей прочности ротора. Прочность измеряется площадью лопасти, деленной на площадь ротора.

Жиромилл

Подтип турбины Дарье с прямыми, а не изогнутыми, лопастями. Циклотурбинная разновидность имеет переменный шаг для уменьшения пульсации крутящего момента и является самозапускающейся. [55] Преимуществами переменного шага являются высокий пусковой крутящий момент; широкая, относительно плоская кривая крутящего момента; более высокий коэффициент полезного действия ; более эффективная работа при турбулентных ветрах; и более низкое отношение скоростей лопастей, что снижает изгибающие напряжения лопастей. Могут использоваться прямые, V-образные или изогнутые лопасти. [56]

Ветряная турбина Савониуса

Вертикальная ось турбины типа «Савониус».

Это устройства тягового типа с двумя (или более) черпаками, которые используются в анемометрах, вентиляционных отверстиях Флеттнера (обычно встречаются на крышах автобусов и фургонов) и в некоторых высоконадежных низкоэффективных турбинах. Они всегда самозапускаются, если есть по крайней мере три черпака. [57]

Twisted Savonius — это модифицированный Savonius с длинными винтовыми ковшами для обеспечения плавного крутящего момента. Он часто используется в качестве ветряной турбины на крыше и даже был адаптирован для кораблей . [58]

Воздушная ветровая турбина

Воздушные ветровые турбины состоят из крыльев или небольшого самолета, привязанного к земле. [59] Они полезны для достижения более быстрых ветров, выше которых могут работать традиционные турбины. Существуют прототипы, работающие в Восточной Африке. [60]

Плавающая ветряная турбина

Это морские ветровые турбины, которые поддерживаются плавучей платформой. [61] Благодаря тому, что они плавают, их можно устанавливать на большей глубине, что позволяет размещать их больше. Это также позволяет им быть дальше от видимости с суши и, следовательно, меньше беспокоиться о визуальной привлекательности. [62]

Нетрадиционные типы

  • Ветровая турбина встречного вращения
    Ветровая турбина встречного вращения
  • Ветряная турбина с вертикальной осью вращения в открытом море
    Ветряная турбина с вертикальной осью вращения в открытом море
  • Ветряная турбина на фонарном столбе
    Ветряная турбина на фонарном столбе

Проектирование и строительство

Компоненты горизонтально-осевой ветровой турбины
Внутренний вид башни ветряной турбины, на котором видны распорные тросы

Конструкция ветряной турбины представляет собой тщательно продуманный баланс стоимости, вырабатываемой энергии и усталостной долговечности.

Компоненты

Ветровые турбины преобразуют энергию ветра в электрическую энергию для распределения. Обычные турбины с горизонтальной осью можно разделить на три компонента:

Гондола ветряной турбины

Ветряная турбина мощностью 1,5 ( МВт ) типа, часто встречающегося в Соединенных Штатах, имеет башню высотой 80 метров (260 футов). Сборка ротора (лопасти и ступица) имеет диаметр около 80 метров (260 футов). [68] Гондола , в которой находится генератор, составляет 15,24 метра (50,0 футов) и весит около 300 тонн. [69]

Мониторинг и диагностика турбин

Из-за проблем с передачей данных, структурный мониторинг состояния ветряных турбин обычно выполняется с использованием нескольких акселерометров и тензодатчиков, прикрепленных к гондоле для контроля коробки передач и оборудования. В настоящее время для измерения динамики лопастей ветряных турбин используются цифровая корреляция изображений и стереофотограмметрия . Эти методы обычно измеряют смещение и деформацию для определения местоположения дефектов. Динамические характеристики невращающихся ветряных турбин были измерены с использованием цифровой корреляции изображений и фотограмметрии. [70] Трехмерное отслеживание точек также использовалось для измерения вращающейся динамики ветряных турбин. [71]

Технологии

Развитие размеров и мощности ветровых турбин, 1990–2016 гг.

Как правило, эффективность увеличивается с длиной лопаток турбины. Лопасти должны быть жесткими, прочными, долговечными, легкими и устойчивыми к усталости. [72] Материалы с такими свойствами включают композиты, такие как полиэстер и эпоксидная смола, в то время как стекловолокно и углеродное волокно использовались для армирования. [73] Строительство может включать ручную укладку или литье под давлением. Модернизация существующих турбин более крупными лопатками снижает задачу и риски перепроектирования. [74]

По состоянию на 2021 год самая длинная лопасть составляла 115,5 м (379 футов), вырабатывая 15 МВт. [75]

Лопасти обычно служат около 20 лет, что соответствует типичному сроку службы ветряной турбины. [76]

Материалы лезвий

Ниже описаны материалы, обычно используемые в лопастях ветряных турбин.

Стекло и углеродные волокна

Конвой турбинных лопаток проходит через Эденфилд , Англия.

Жесткость композитов определяется жесткостью волокон и их объемным содержанием. Обычно в качестве основного армирования в композитах используются волокна E-стекла. Обычно композиты стекло/эпоксидная смола для лопастей ветряных турбин содержат до 75% стекла по весу. Это увеличивает жесткость, прочность на растяжение и сжатие. Перспективным композитным материалом является стекловолокно с модифицированными составами, такими как S-стекло, R-стекло и т. д. Другие стекловолокна, разработанные Owens Corning, — это ECRGLAS, Advantex и WindStrand. [77]

Углеродное волокно имеет большую прочность на разрыв, большую жесткость и меньшую плотность, чем стекловолокно. Идеальным кандидатом для этих свойств является лонжеронная крышка, структурный элемент лопасти, который испытывает высокую растягивающую нагрузку. [73] 100-метровая (330 футов) лопасть из стекловолокна может весить до 50 тонн (110 000 фунтов), в то время как использование углеродного волокна в лонжероне экономит от 20% до 30% веса, около 15 тонн (33 000 фунтов). [78]

Гибридные подкрепления

Вместо того, чтобы делать арматуру лопасти ветряной турбины из чистого стекла или чистого углерода, гибридные конструкции меняют вес на стоимость. Например, для 8-метровой (26 футов) лопасти полная замена на углеродное волокно сэкономит 80% веса, но увеличит стоимость на 150%, в то время как 30% замена сэкономит 50% веса и увеличит стоимость на 90%. Гибридные армирующие материалы включают E-стекло/углерод, E-стекло/арамид. Самая длинная на данный момент лопасть от LM Wind Power изготовлена ​​из гибридных композитов углерода/стекла. Необходимы дополнительные исследования оптимального состава материалов [79]

Нанотехнологичные полимеры и композиты

Добавление небольшого количества (0,5 вес. %) наноармирования ( углеродных нанотрубок или наноглины) в полимерную матрицу композитов, волокнистую прослойку или межслойные слои может улучшить усталостную прочность, прочность на сдвиг или сжатие, а также трещиностойкость композитов на 30–80%. Исследования также показали, что включение небольших количеств углеродных нанотрубок (УНТ) может увеличить срок службы до 1500%. [80]

Расходы

По состоянию на 2019 год капитальные затраты на ветряную турбину составляли около 1 миллиона долларов за мегаватт номинальной мощности , хотя эта цифра варьируется в зависимости от местоположения; например, такие цифры варьировались от полумиллиона в Южной Америке до 1,7 миллиона долларов в Азии. [81]

Для лопастей ветряных турбин, хотя стоимость материала для гибридных стекловолоконных/углеродных лопастей намного выше, чем для полностью стекловолоконных лопастей, затраты на рабочую силу могут быть ниже. Использование углеродного волокна позволяет создавать более простые конструкции, которые используют меньше сырья. Основной производственный процесс при изготовлении лопастей — это наложение слоев. Более тонкие лопасти позволяют сократить количество слоев и, таким образом, трудозатраты, а в некоторых случаях и приравниваются к стоимости рабочей силы для лопастей из стекловолокна. [82]

Затраты на установку в открытом море значительно выше. [83]

Материалы, не являющиеся лезвиями

Детали ветряных турбин, кроме лопастей ротора (включая ступицу ротора, редуктор, раму и башню), в основном изготовлены из стали. Меньшие турбины (а также мегаваттные турбины Enercon) начали использовать алюминиевые сплавы для этих компонентов, чтобы сделать турбины легче и эффективнее. Эта тенденция может усилиться, если удастся улучшить усталостные и прочностные свойства. Предварительно напряженный бетон все чаще используется в качестве материала башни, но по-прежнему требует много арматурной стали для соответствия требованиям прочности турбины. Кроме того, повышающие редукторы все чаще заменяются генераторами с переменной скоростью, для которых требуются магнитные материалы. [72]

Современные турбины используют несколько тонн меди для генераторов, кабелей и т.п. [84] По состоянию на 2018 год мировое производство ветряных турбин использует 450 000 тонн (990 миллионов фунтов) меди в год. [85]

Поставка материалов

Завод по производству ветряных турбин Nordex в Джонсборо, Арканзас , США

Исследование тенденций потребления материалов и требований к ветроэнергетике в Европе, проведенное в 2015 году, показало, что более крупные турбины потребляют больше драгоценных металлов, но меньше материалов на кВт вырабатываемой энергии. Расход материалов и запасы на тот момент сравнивались с входными материалами для различных размеров наземных систем. Во всех странах ЕС оценки на 2020 год удвоили значения, потребленные в 2009 году. Этим странам необходимо будет расширить свои ресурсы, чтобы удовлетворить предполагаемый спрос на 2020 год. Например, ЕС имел 3% мировых поставок плавикового шпата , и к 2020 году ему потребуется 14%. В глобальном масштабе основными странами-экспортерами являются Южная Африка, Мексика и Китай. То же самое касается других критически важных и ценных материалов, необходимых для энергетических систем, таких как магний, серебро и индий. Уровни переработки этих материалов очень низки, и сосредоточение внимания на этом может снизить предложение. Поскольку большинство этих ценных материалов также используются в других новых технологиях, таких как светодиоды (LED), фотоэлектрические элементы (PV) и жидкокристаллические дисплеи (LCD), ожидается, что спрос на них будет расти. [86]

Исследование Геологической службы США 2011 года оценило ресурсы, необходимые для выполнения обязательства США по поставке 20% электроэнергии из энергии ветра к 2030 году. Оно не учитывало требования к малым турбинам или морским турбинам, поскольку они не были распространены в 2008 году, когда проводилось исследование. Распространенные материалы, такие как чугун, сталь и бетон, увеличатся на 2–3% по сравнению с 2008 годом. В год потребуется от 110 000 до 115 000 метрических тонн стекловолокна, что на 14% больше. Использование редкоземельных металлов не увеличится значительно по сравнению с имеющимися поставками, однако необходимо учитывать редкоземельные металлы, которые также используются для других технологий, таких как батареи, которые увеличивают свой глобальный спрос. Требуемая земля составит 50 000 квадратных километров на суше и 11 000 на море. Это не будет проблемой в США из-за их огромной площади и потому, что ту же землю можно использовать для сельского хозяйства. Более серьезной проблемой будет изменчивость и передача в районы с высоким спросом. [87]

Постоянные магниты для ветровых турбинных генераторов содержат редкоземельные металлы, такие как неодим (Nd), празеодим (Pr), тербий (Tb) и диспрозий (Dy). Системы, использующие магнитные турбины с прямым приводом, требуют большего количества редкоземельных металлов. Поэтому увеличение производства ветровых турбин увеличит спрос на эти ресурсы. К 2035 году спрос на Nd, по оценкам, увеличится на 4000–18000 тонн, а на Dy — на 200–1200 тонн. Эти значения составляют от четверти до половины текущего производства. Однако эти оценки весьма неопределенны, поскольку технологии быстро развиваются. [88]

Зависимость от редкоземельных минералов для компонентов сопряжена с риском расходов и волатильности цен, поскольку Китай является основным производителем редкоземельных минералов (96% в 2009 году) и сокращает свои экспортные квоты. [87] Однако в последние годы другие производители увеличили производство, а Китай увеличил экспортные квоты, что привело к увеличению поставок, снижению затрат и повышению жизнеспособности крупномасштабного использования генераторов с переменной скоростью. [89]

Стекловолокно является наиболее распространенным материалом для армирования. Его спрос вырос из-за роста строительства, транспорта и ветровых турбин. Его мировой рынок может достичь 17,4 млрд долларов США к 2024 году по сравнению с 8,5 млрд долларов США в 2014 году. В 2014 году Азиатско-Тихоокеанский регион произвел более 45% рынка; сейчас Китай является крупнейшим производителем. Отрасль получает субсидии от китайского правительства, что позволяет ей экспортировать более дешевую продукцию в США и Европу. Однако ценовые войны привели к антидемпинговым мерам, таким как тарифы на китайское стекловолокно. [90]

Ветряные турбины на всеобщем обозрении

Ветрогенератор Nordex N50 и центр для посетителей Lamma Winds в Гонконге , Китай

Несколько местностей использовали привлекающую внимание природу ветряных турбин, размещая их на публичной демонстрации, либо с центрами для посетителей вокруг их оснований, либо с смотровыми площадками подальше. [91] Ветряные турбины, как правило, имеют обычную конструкцию с горизонтальной осью, тремя лопастями и вырабатывают электроэнергию для питания электрических сетей, но они также выполняют нетрадиционные функции демонстрации технологий, связей с общественностью и образования. [92]

Малые ветровые турбины

Небольшая вертикальная осевая ветровая турбина Quietrevolution QR5 Gorlov в Бристоле , Англия. Диаметром 3 м и высотой 5 м, номинальная мощность в сети составляет 6,5 кВт.

Малые ветровые турбины могут использоваться для различных целей, включая жилые дома, подключенные к электросети или нет, телекоммуникационные вышки, морские платформы, сельские школы и клиники, удаленный мониторинг и другие цели, требующие энергии там, где нет электросети или где сеть нестабильна. Малые ветровые турбины могут быть всего лишь пятидесятиваттным генератором для использования на лодке или караване . Гибридные солнечные и ветровые установки все чаще используются для дорожных знаков, особенно в сельской местности, поскольку они позволяют избежать необходимости прокладывать длинные кабели от ближайшей точки подключения к сети. [93] Национальная лаборатория возобновляемой энергии Министерства энергетики США (NREL) определяет малые ветровые турбины как те, которые меньше или равны 100 киловаттам. [94] Малые установки часто имеют генераторы с прямым приводом, выход постоянного тока , аэроупругие лопасти и пожизненные подшипники и используют флюгер для направления на ветер. [95]

Расстояние между ветровыми турбинами

На большинстве горизонтальных ветровых электростанций часто выдерживается расстояние около 6–10 диаметров ротора. Однако для больших ветровых электростанций расстояния около 15 диаметров ротора должны быть более экономичными, принимая во внимание типичные затраты на ветровую турбину и землю. К такому выводу пришли в ходе исследования [96], проведенного Шарлем Менево из Университета Джонса Хопкинса [97] и Йоханом Мейерсом из Университета Лёвена в Бельгии, на основе компьютерного моделирования [98] , которое учитывает детальное взаимодействие между ветровыми турбинами (следы), а также со всем турбулентным пограничным слоем атмосферы.

Недавние исследования Джона Дабири из Калифорнийского технологического института показывают, что вертикальные ветровые турбины можно размещать гораздо ближе друг к другу, если создать чередующийся рисунок вращения, позволяющий лопастям соседних турбин двигаться в одном направлении по мере их приближения друг к другу. [99]

Работоспособность

Рабочие осматривают лопасти ветряных турбин.

Обслуживание

Ветровые турбины нуждаются в регулярном техническом обслуживании , чтобы оставаться надежными и доступными . В лучшем случае турбины доступны для выработки энергии в 98% случаев. [100] [101] Также было обнаружено, что нарастание льда на лопастях турбин значительно снижает эффективность ветряных турбин, что является распространенной проблемой в холодном климате, где происходят обледенение облаков и ледяные дожди . [102] Удаление льда в основном выполняется с помощью внутреннего нагрева или, в некоторых случаях, с помощью вертолетов, распыляющих чистую теплую воду на лопасти. [103]

Современные турбины обычно имеют небольшой бортовой кран для подъема инструментов для обслуживания и мелких компонентов. Однако большие, тяжелые компоненты, такие как генераторы, коробки передач, лопасти и т. д., редко заменяются, и в таких случаях требуется внешний кран большой грузоподъемности . Если у турбины сложный подъездной путь, контейнерный кран можно поднять внутренним краном, чтобы обеспечить более тяжелый подъем. [104]

Переоснащение

Установка новых ветровых турбин может быть спорной. Альтернативой является переоснащение, при котором существующие ветровые турбины заменяются на более крупные и мощные, иногда в меньшем количестве, сохраняя или увеличивая мощность. [105]

Снос и переработка

Некоторые ветряные турбины, которые не используются, перерабатываются или восстанавливаются. [106] [107] 85% материалов турбин легко повторно используются или перерабатываются, но лопасти, изготовленные из композитного материала, сложнее в обработке. [108]

Интерес к переработке лезвий различается на разных рынках и зависит от законодательства об отходах и местной экономики. Проблема переработки лезвий связана с композитным материалом, который сделан из стекловолокна с углеродными волокнами в эпоксидной смоле, который не может быть переформован для формирования новых композитов. [109]

Отходы ветряных электростанций менее токсичны, чем другой мусор. Лопасти ветряных турбин составляют лишь часть всех отходов в США, согласно данным Ассоциации ветряной промышленности , Американской ассоциации ветряной энергетики . [110]

Несколько коммунальных предприятий, стартапов и исследователей разрабатывают методы повторного использования или переработки лопастей. [108] Производитель Vestas разработал технологию, которая может отделять волокна от смолы, что позволяет повторно использовать их. [111] В Германии лопасти ветряных турбин перерабатываются в коммерческих целях как часть альтернативной топливной смеси для цементного завода. [108] В Соединенном Королевстве проект будет испытывать резку лопастей на полосы для использования в качестве арматуры в бетоне с целью сокращения выбросов при строительстве High Speed ​​2. [ 112] Использованные лопасти ветряных турбин были переработаны путем включения их в качестве части опорных конструкций пешеходных мостов в Польше [113] и Ирландии. [114]

Сравнение с другими источниками питания

Преимущества

Ветровые турбины являются одним из самых дешевых источников возобновляемой энергии наряду с солнечными панелями. [115] Поскольку технологии, необходимые для ветровых турбин, продолжали совершенствоваться, цены также снизились. Кроме того, в настоящее время нет конкурентного рынка для ветроэнергетики (хотя он может появиться в будущем), поскольку ветер является свободно доступным природным ресурсом, большая часть которого не используется. [116] Основная стоимость малых ветровых турбин — это процесс покупки и установки, который в среднем составляет от 48 000 до 65 000 долларов за установку. Обычно общий объем собранной энергии превышает стоимость турбин. [117]

Ветровые турбины являются чистым источником энергии, [118] используют мало воды, [2] не выделяют парниковых газов и не производят отходов во время работы. Более 1400 тонн (1500 коротких тонн) углекислого газа в год можно устранить, используя турбину мощностью в один мегаватт вместо одного мегаватта энергии из ископаемого топлива. [119]

Недостатки

Ветряные турбины могут быть очень большими, достигая высоты более 260 м (850 футов) с лопастями длиной 110 м (360 футов) [120] , и люди часто жалуются на их внешний вид.

Воздействие ветроэнергетики на окружающую среду включает воздействие на дикую природу, но может быть смягчено при реализации надлежащих стратегий. [121] Тысячи птиц, включая редкие виды, были убиты лопастями ветряных турбин, [122] хотя ветряные турбины вносят относительно незначительный вклад в антропогенную смертность птиц. Ветряные электростанции и атомные электростанции ответственны за от 0,3 до 0,4 смертей птиц на гигаватт-час (ГВт·ч) электроэнергии, в то время как электростанции на ископаемом топливе ответственны за около 5,2 смертей на ГВт·ч. Для сравнения, обычные угольные генераторы вносят значительно больший вклад в смертность птиц. [123] Исследование зарегистрированных популяций птиц в Соединенных Штатах с 2000 по 2020 год показало, что наличие ветряных турбин не оказало существенного влияния на численность популяции птиц. [124]

Энергия, получаемая ветряными турбинами, изменчива и не является «диспетчерским» источником энергии; ее доступность зависит от того, дует ли ветер, а не от того, требуется ли электричество. Турбины можно размещать на хребтах или обрывах , чтобы максимально использовать доступ ветра, но это также ограничивает места, где их можно разместить. [116] Таким образом, энергия ветра не является особенно надежным источником энергии. Однако она может стать частью энергетического баланса , который также включает энергию из других источников. Также разрабатываются технологии для хранения избыточной энергии, которая затем может компенсировать любой дефицит поставок. [125]

Ветряные турбины оснащены мигающими огнями , которые предупреждают самолеты, чтобы избежать столкновений. [126] Жители, живущие вблизи ветряных электростанций, особенно в сельской местности, жалуются, что мигающие огни являются раздражающей формой светового загрязнения . [126] Подход к смягчению светового загрязнения включает в себя системы обнаружения света самолетов (ADLS), с помощью которых огни включаются только тогда, когда радар ADLS обнаруживает самолет в пределах пороговых значений высоты и расстояния. [126]

Записи

Éole, крупнейшая ветровая турбина с вертикальной осью вращения , в Кап-Ша, Квебек , Канада

См. также Список самых мощных ветряных турбин

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Мировая мощность ветроэнергетики составляет 650,8 ГВт, кризис из-за коронавируса замедлит рынки в 2020 году, возобновляемые источники энергии станут основой программ экономического стимулирования" (пресс-релиз). WWEA. 16 апреля 2020 г. Получено 1 сентября 2021 г. Мощность ветроэнергетики во всем мире достигла 650,8 ГВт, в 2019 году было добавлено 59,7 ГВт
  2. ^ ab Эванс, Аннет; Стрезов, Владимир; Эванс, Тим (июнь 2009 г.). «Оценка показателей устойчивости для технологий возобновляемой энергии». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 13 (5): 1082–1088. Bibcode : 2009RSERv..13.1082E. doi : 10.1016/j.rser.2008.03.008. ISSN  1364-0321.
  3. ^ "Установка и обслуживание малой ветровой электрической системы". Energy.gov . Получено 22 мая 2023 г. .
  4. ^ ab Righter, Robert W. (2011). Windfall: ветроэнергетика в Америке сегодня . Норман: University of Oklahoma Press. ISBN 978-0-8061-4192-3.
  5. ^ «Изобретения Герона включают дозатор святой воды и эолипил». exploreable.com . Получено 19 мая 2023 г. .
  6. ^ аль-Хассан, Ахмад Й.; Хилл , Дональд Р. (1992). Исламская технология: иллюстрированная история. Cambridge University Press. стр. 54. ISBN 978-0-521-42239-0.
  7. ↑ Хилл, Дональд , «Машиностроение на средневековом Ближнем Востоке», Scientific American , май 1991 г., стр. 64–69. ( см. Хилл, Дональд , «Машиностроение», архивировано 25 декабря 2007 г. на Wayback Machine )
  8. ^ ab Morthorst, Poul Erik; Redlinger, Robert Y.; Andersen, Per (2002). Ветроэнергетика в 21 веке: экономика, политика, технологии и меняющаяся электроэнергетическая промышленность . Houndmills, Basingstoke, Hampshire: Palgrave/UNEP. ISBN 978-0-333-79248-3.
  9. ^ "Austrian was First with Wind-Electric Turbine Not Byth or de Goyon". WIND WORKS . 25 июля 2023 г. . Получено 26 августа 2023 г. .
  10. ↑ Windkraft, IG (2 августа 2023 г.). «Сенсация: Österreicher baute bereits vor 140 Jahren das erste Windrad». www.igwindkraft.at (на немецком языке) . Проверено 26 августа 2023 г.
  11. ^ "Die Internationale elektrische Ausstellung Wien 1883: unter besonderer Berücksichtigung der Organization, sowie der baulichen und maschinellen Anlagen / von ER Leonhardt" . www.e-rara.ch . 1884 год . Проверено 26 августа 2023 г.
  12. ^ «Этот месяц в истории физики». www.aps.org . 4 июня 2023 г. . Получено 4 июня 2023 г. .
  13. ^ abc Price, Trevor J. (2004). «Блит, Джеймс (1839–1906)». Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-ред.). Oxford University Press. doi :10.1093/ref:odnb/100957. (Требуется подписка или членство в публичной библиотеке Великобритании.)
  14. ^ Пионер ветроэнергетики: Чарльз Ф. Браш. Датская ассоциация ветроэнергетики. Архивировано из оригинала 8 сентября 2008 года . Получено 28 декабря 2008 года .
  15. ^ "Причудливые старинные приспособления производят воду из ветра на плато Западного Техаса". Архивировано из оригинала 3 февраля 2008 года.
  16. ^ "История ветроэнергетики". Управление энергетической информации США (EIA) . Получено 21 мая 2023 г.
  17. ^ «Маловероятное рождение современной возобновляемой энергии на вершине горы в Вермонте – 75 лет назад сегодня». Стэнфордская юридическая школа . 19 октября 2016 г. Получено 21 мая 2023 г.
  18. ↑ Райхер, Дэн (19 октября 2016 г.). «Рейхер: 75-летие дедушкиной ручки». Вермонтская общественность . Проверено 6 июня 2023 г.
  19. ^ «Крошечные острова, большая энергия: как Оркнейские острова, Шотландия борется с изменением климата». Pulitzer Center . Получено 19 мая 2023 г.
  20. ^ «Марширующие активисты: транснациональные уроки для датского антиядерного протеста». Портал «Окружающая среда и общество» . 21 июня 2017 г. Получено 20 мая 2023 г.
  21. ^ "WindExchange: Политика и стимулы в области ветроэнергетики". windexchange.energy.gov . Получено 20 мая 2023 г. .
  22. ^ Гессен, Николь (ноябрь 2021 г.). «Видимые ветры: производство новых возможностей видимости энергии ветра в Западной Германии, 1973–1991 гг.». Centaurus . 63 (4): 695–713. doi :10.1111/1600-0498.12420. ISSN  0008-8994. S2CID  245544055.
  23. ^ Оуэнс, Брэндон Н. (2019), «Испанское ветроэнергетическое чудо», История ветроэнергетики: столетие инноваций, изменивших глобальный энергетический ландшафт , IEEE, стр. 223–235, doi : 10.1002/9781118794289.ch15, ISBN 978-1-118-79430-2, S2CID  240648577 , получено 20 мая 2023 г.
  24. ↑ Overland, Indra (1 марта 2019 г.). «Геополитика возобновляемой энергии: развенчание четырех возникающих мифов». Energy Research & Social Science . 49 : 36–40. Bibcode : 2019ERSS...49...36O. doi : 10.1016/j.erss.2018.10.018 . ISSN  2214-6296.
  25. ^ "NREL: Динамические карты, данные ГИС и инструменты анализа – Карты ветра". Nrel.gov. 3 сентября 2013 г. Получено 6 ноября 2013 г.
  26. ^ Приложение II Классификация ветровых турбин МЭК . Оценка ветровых ресурсов и микроразмещение, Наука и техника. 2015. С. 269–270. doi :10.1002/9781118900116.app2. ISBN 978-1-1189-0011-6.
  27. ^ Калмыков, Александр (2017). Основы ветроэнергетики . Academic Press. С. 17–24. ISBN 978-0-12-809451-8.
  28. ^ "Физика ветровых турбин Кира Грогг Карлтонский колледж, 2005, стр. 8" (PDF) . Получено 6 ноября 2013 г.
  29. ^ Бец, А. (2013) [20 сентября 1920 г.]. «Максимум теоретически возможной эксплуатации ветра с помощью ветрового двигателя». Ветротехника . 37 (4): 441–446. Bibcode : 2013WiEng..37..441B. doi : 10.1260/0309-524X.37.4.441. ISSN  0309-524X.
  30. ^ "Wind Energy Basics". Бюро по управлению земельными ресурсами . Архивировано из оригинала 9 мая 2019 года . Получено 23 апреля 2016 года .
  31. ^ "Enercon E-family, 330 кВт - 7,5 МВт, спецификация ветряной турбины" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 мая 2011 г.
  32. ^ Бертон, Тони; Шарп; Дженкинс; Боссани (12 декабря 2001 г.). Справочник по ветроэнергетике. John Wiley & Sons. стр. 65. ISBN 978-0-471-48997-9.
  33. ^ Виттруп, Санне (1 ноября 2013 г.). «11 års vinddata afslørede overraskende produktionsnedgang» [данные о ветре за 11 лет показывают удивительное снижение производства]. Ingeniøren (на датском языке). Архивировано из оригинала 25 октября 2018 года.
  34. ^ Хан, Синсин; Лю, Дэю; Сюй, Чан; Шэнь, Вэнь Чжун (2018). «Влияние атмосферной стабильности и топографии на производительность ветряных турбин и свойства следа в сложных условиях рельефа». Возобновляемая энергия . 126. Elsevier BV: 640–651. Bibcode : 2018REne..126..640H. doi : 10.1016/j.renene.2018.03.048. ISSN  0960-1481. S2CID  115433440.
  35. ^ Оздамар, Г. (2018). «Численное сравнение влияния материала лопасти на эффективность ветряной турбины». Acta Physica Polonica A. 134 ( 1): 156–158. Bibcode : 2018AcPPA.134..156O. doi : 10.12693/APhysPolA.134.156 .
  36. ^ Гаристо, Дэн (30 июля 2021 г.). «Ветрозащита может повысить мощность ветряных электростанций». Физика . Т. 14. С. 112.
  37. ^ "Wind Energy Basics". Американская ассоциация ветроэнергетики. Архивировано из оригинала 23 сентября 2010 года . Получено 24 сентября 2009 года .
  38. ^ Стинсон, Элизабет (15 мая 2015 г.). «Будущее ветряных турбин? Никаких лопастей». Wired .
  39. ^ ab Paul Gipe (7 мая 2014 г.). "Новости и статьи о ветровых турбинах бытового размера (малых)". Wind-works.org . Архивировано из оригинала 28 августа 2022 г. . Получено 29 сентября 2016 г. .
  40. ^ "Как работает ветряная турбина - Текстовая версия". Energy.gov . Получено 26 мая 2023 г. .
  41. ^ Байуотерс, Г.; Маттила; Костин; Стоуэлл; Джон; Хоскинс; Линч; Коул; Кейт; К. Баджер; Б. Фримен (октябрь 2007 г.). "Northern Power NW 1500 Direct-Drive Generator" (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии. стр. iii.
  42. ^ Neves, CGC; Flores Filho, AF; Dorrel, DG (2016). «Проектирование псевдопрямого привода для ветроэнергетических установок». Международная конференция Азиатского союза магнитных обществ (ICAUMS) 2016 г. стр. 1–5. doi :10.1109/ICAUMS.2016.8479825. ISBN 978-1-5090-4383-5. S2CID  52934155.
  43. ^ "Горизонтальная осевая ветровая турбина - обзор | Темы ScienceDirect". www.sciencedirect.com . Получено 21 мая 2023 г. .
  44. ^ Бортолотти, Пьетро; Капила, Абхинав; Боттассо, Карло Л. (31 января 2019 г.). «Сравнение конструкций ротора ветровой турбины мощностью 10 МВт для направления ветра и направления ветра». Wind Energy Science . 4 (1): 115–125. Bibcode :2019WiEnS...4..115B. doi : 10.5194/wes-4-115-2019 . ISSN  2366-7443. S2CID  197548612.
  45. ^ "MHI Vestas запускает первую в мире* ветряную турбину мощностью 10 мегаватт". CleanTechnica . 26 сентября 2018 г.
  46. ^ «Самая большая в мире ветряная турбина демонстрирует несоразмерную силу масштаба». 22 августа 2021 г.
  47. ^ "Информационный листок по ветровой энергии". Центр устойчивых систем . Получено 21 мая 2023 г.
  48. ^ "Ветровая турбина с вертикальной осью вращения - обзор | Темы ScienceDirect". www.sciencedirect.com . Получено 22 мая 2023 г. .
  49. ↑ Майкл Барнард (7 апреля 2014 г.). «Ветровые турбины с вертикальной осью вращения: великолепные в 1890 г., также победители в 2014 г.». CleanTechnica .
  50. ^ Хау, Э., Ветровые турбины: основы, технологии, применение, экономика. Springer. Германия. 2006
  51. ^ Майкл С. Брауэр; Николас М. Робинсон; Эрик Хейл (май 2010 г.). «Неопределенность моделирования ветрового потока» (PDF) . AWS Truepower. Архивировано из оригинала 2 мая 2013 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  52. ^ Пигготт, Хью (6 января 2007 г.). «Скорость ветра в городе — реальность против базы данных DTI». Scoraigwind.com . Получено 6 ноября 2013 г.
  53. ^ «Городские ветровые турбины» (PDF) .
  54. ^ Мёллерстрём, Эрик; Гипе, Пол; Бёрскенс, Йос; Оттермо, Фредрик (1 мая 2019 г.). «Исторический обзор ветровых турбин с вертикальной осью мощностью 100 кВт и выше». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 105 : 1–13. Bibcode : 2019RSERv.105....1M. doi : 10.1016/j.rser.2018.12.022 . ISSN  1364-0321. S2CID  117471815.
  55. ^ Эрик Эгглстон и сотрудники AWEA. «Что такое ветровые турбины с вертикальной осью вращения (VAWT)?». Американская ассоциация ветроэнергетики. Архивировано из оригинала 3 апреля 2005 г.
  56. ^ Марлофф, Ричард Х. (1 января 1978 г.). «Напряжения в шипах лопаток турбины, подверженных изгибу». Experimental Mechanics . 18 (1): 19–24. doi :10.1007/BF02326553. ISSN  1741-2765. S2CID  135685029.
  57. ^ "Ветряная турбина Савониуса - обзор | Темы ScienceDirect". www.sciencedirect.com . Получено 23 мая 2023 г. .
  58. ↑ Роб Варнон (2 декабря 2010 г.). «Derecktor conversioning boat into hybrid Passenger Ferry» (Переделка судна Derecktor в гибридный пассажирский паром). Connecticut Post . Архивировано из оригинала 4 декабря 2010 г. Получено 25 апреля 2012 г.
  59. ^ Керубини, Антонелло; Папини, Андреа; Вертечи, Рокко; Фонтана, Марко (1 ноября 2015 г.). «Воздушные ветроэнергетические системы: обзор технологий». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 51 : 1461–1476. Bibcode : 2015RSERv..51.1461C. doi : 10.1016/j.rser.2015.07.053. hdl : 11382/503316 . ISSN  1364-0321.
  60. ^ "После шаткого старта воздушная ветроэнергетика медленно набирает обороты". Yale E360 . Получено 2 июня 2023 г.
  61. ^ «Итак, что же такое плавучий морской ветер?». www.greentechmedia.com . Получено 2 июня 2023 г. .
  62. ^ «США только что начали строить плавучие ветряные турбины – как они работают?». Всемирный экономический форум . 16 декабря 2022 г. Получено 2 июня 2023 г.
  63. ^ ab ""Wind Turbine Design Cost and Scaling Model", Технический отчет NREL/TP-500-40566, Декабрь, 2006, стр. 35, 36" (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Получено 6 ноября 2013 г. .
  64. ^ Навид Гударзи (июнь 2013 г.). «Обзор развития ветровых турбинных генераторов по всему миру». Международный журнал динамики и управления . 1 (2): 192–202. doi : 10.1007/s40435-013-0016-y .
  65. ^ Навид Гударзи; Вэйдун Чжу (ноябрь 2012 г.). «Обзор развития ветровых турбинных генераторов по всему миру». Международный конгресс и выставка машиностроения ASME 2012. 4 – Доклад №: IMECE2012-88615: 1257–1265.
  66. ^ "Hansen W4 series". Hansentransmissions.com. Архивировано из оригинала 15 марта 2012 года . Получено 6 ноября 2013 года .
  67. ^ Гарднер, Джон; Харо, Натаниэль и Хейнс, Тодд (октябрь 2011 г.). «Активное управление приводом для улучшения захвата энергии ветряными турбинами» (PDF) . Университет штата Бойсе. Архивировано из оригинала (PDF) 7 марта 2012 г. . Получено 28 февраля 2012 г. .
  68. ^ Бауэр, Лукас. "GE General Electric GE 1.5s - 1,50 МВт - Ветровая турбина". en.wind-turbine-models.com . Получено 23 мая 2023 г.
  69. ^ "Гондолы | Как они производятся?". Windpower Engineering & Development . Получено 23 мая 2023 г.
  70. ^ Baqersad, Javad; Niezrecki, Christopher; Avitabile, Peter (2015). «Прогнозирование динамической деформации ветровой турбины по всему полю с использованием смещений оптических целей, измеренных с помощью стереофотограмметрии». Механические системы и обработка сигналов . 62–63: 284–295. Bibcode : 2015MSSP...62..284B. doi : 10.1016/j.ymssp.2015.03.021.
  71. ^ Lundstrom, Troy; Baqersad, Javad; Niezrecki, Christopher; Avitabile, Peter (4 ноября 2012 г.). «Использование высокоскоростных методов стереофотограмметрии для извлечения информации о форме из данных о работе ветряной турбины/ротора». В Allemang, R.; De Clerck, J.; Niezrecki, C.; Blough, JR (ред.). Topics in Modal Analysis II, Volume 6. Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series. Springer New York. стр. 269–275. doi :10.1007/978-1-4614-2419-2_26. ISBN 978-1-4614-2418-5.
  72. ^ ab Ancona, Dan; Jim, McVeigh (2001), Ветряная турбина – Материалы и технический паспорт , CiteSeerX 10.1.1.464.5842 
  73. ^ ab Watson, James; Serrano, Juan (сентябрь 2010 г.). "Композитные материалы для ветровых лопастей". Wind Systems . Архивировано из оригинала 11 ноября 2017 г. Получено 6 ноября 2016 г.
  74. ^ Джосси, Фрэнк (4 февраля 2021 г.). «Разработчики ветроэнергетических установок модернизируют новые проекты с помощью более крупных и качественных лопастей». Energy News Network . Получено 2 июня 2023 г.
  75. ^ Вендитти, Бруно (3 июня 2022 г.). «Анимация: крупнейшие ветряные турбины мира». Visual Capitalist . Получено 20 мая 2023 г.
  76. ^ «Что происходит с лопастями ветряных турбин, срок службы которых истек?». www.ny1.com . 19 августа 2022 г. Получено 4 июня 2023 г.
  77. ^ "Материалы и инновации для крупных лопастных конструкций: исследовательские возможности в технологии ветроэнергетики" (PDF) . windpower.sandia.gov . Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2017 г. . Получено 27 февраля 2018 г. .
  78. ^ "Лопасти ветряных турбин: стекло против углеродного волокна". www.compositesworld.com . Получено 12 ноября 2016 г. .
  79. ^ Врис, Эйзе де. «Турбины года: лопасти ротора». www.windpowermonthly.com .
  80. ^ Пандуранга, Рагху; Аламуди, Яссер; Ферра, Аззеддин (2019). «Наноинженерные композитные материалы для лопастей ветряных турбин». 2019 Advances in Science and Engineering Technology International Conferences (ASET) . стр. 1–7. doi :10.1109/ICASET.2019.8714217. ISBN 978-1-5386-8271-5. S2CID  155109369.
  81. ^ "IntelStor ожидает, что цены на ветряные турбины вырастут на 5% в течение следующих двух лет". Windpower Engineering & Development . 22 октября 2019 г.
  82. ^ Онг, Ченг-Хуат и Цай, Стивен В. (1 марта 2000 г.). «Использование углеродных волокон в конструкции лопастей ветряных турбин» (PDF) . energy.sandia.gov .
  83. ^ «Наземная и морская ветроэнергетика: в чем разница?». National Grid Group . Получено 23 мая 2023 г.
  84. ^ Frost and Sullivan, 2009, цитируется в Wind Generator Technology, Eclareon SL, Мадрид, май 2012; www.eclareon.com; Доступно на Leonardo Energy – Ask an Expert; "Ask an expert | Leonardo ENERGY". Архивировано из оригинала 26 ноября 2012 года . Получено 12 декабря 2012 года .
  85. ^ «Быстрые темпы роста ветроэнергетики стимулируют спрос на медь». Riviera Maritime Media .
  86. ^ Ким, Джунбеум; Гийом, Бертран; Чунг, Джинвук; Хванг, Ёнву (1 февраля 2015 г.). «Потребление и требования к критически важным и драгоценным материалам в ветроэнергетической системе в ЕС 27». Applied Energy . 139 : 327–334. Bibcode : 2015ApEn..139..327K. doi : 10.1016/j.apenergy.2014.11.003. ISSN  0306-2619.
  87. ^ ab Wilburn, David R. (2011). Ветроэнергетика в Соединенных Штатах и ​​материалы, необходимые для наземной ветровой турбинной промышленности с 2010 по 2030 год (Отчет о научных исследованиях 2011-5036) (PDF) . USGS . Получено 15 января 2023 г. .
  88. ^ Бухгольц, Питер; Бранденбург, Торстен (1 января 2018 г.). «Тенденции спроса, предложения и цен на минеральное сырье, имеющие отношение к переходу на возобновляемые источники энергии: ветроэнергетика, солнечная фотоэлектрическая энергия и хранение энергии». Chemie Ingenieur Technik . 90 (1–2): 141–153. doi :10.1002/cite.201700098. ISSN  1522-2640.
  89. ^ Яп, Чуй-Вэй (5 января 2015 г.). «Китай отменяет квоты на экспорт редкоземельных минералов». Wall Street Journal .
  90. ^ "Рынок стекловолокна достигнет 17 миллиардов долларов США к 2024 году". Армированные пластмассы . 60 (4): 188–189. 1 июля 2016 г. doi :10.1016/j.repl.2016.07.006. ISSN  0034-3617.
  91. ^ Янг, Кэтрин (3 августа 2007 г.). «Канадские ветровые электростанции поражают туристов, любящих турбины». Edmonton Journal . Архивировано из оригинала 25 апреля 2009 г. Получено 6 сентября 2008 г.
  92. ^ Рудгард, Оливия (20 февраля 2023 г.). «Несмотря на то, что туризм с ветряными турбинами воспринимается как нечто отвратительное, он набирает обороты». The Japan Times . Получено 2 июня 2023 г.
  93. ^ Anon. "Solar & Wind Powered Sign Lighting". Energy Development Cooperative Ltd. Получено 19 октября 2013 г.
  94. ^ Small Wind Архивировано 15 ноября 2011 г. на сайте Wayback Machine , Национальной лаборатории возобновляемой энергии Министерства энергетики США
  95. ^ Кастеллано, Роберт (2012). Альтернативные энергетические технологии: возможности и рынки. Архивы contemporaines. ISBN 978-2-8130-0076-7.
  96. ^ Мейерс, Йохан (2011). «Оптимальное расстояние между турбинами в полностью развитых пограничных слоях ветряной электростанции». Wind Energy . 15 (2): 305–317. Bibcode : 2012WiEn...15..305M. doi : 10.1002/we.469.
  97. ^ "Новое исследование дает лучшее расстояние между турбинами для крупных ветровых электростанций". Университет Джонса Хопкинса. 18 января 2011 г. Получено 6 ноября 2013 г.
  98. ^ M. Calaf; C. Meneveau; J. Meyers (2010). "Исследование моделирования больших вихрей в полностью развитых пограничных слоях ветряных турбин". Phys. Fluids . 22 (1): 015110–015110–16. Bibcode : 2010PhFl...22a5110C. doi : 10.1063/1.3291077 .
  99. ^ Дабири, Джон О. (1 июля 2011 г.). «Потенциальное увеличение на порядок величины плотности мощности ветряной электростанции с помощью вращающихся в противоположных направлениях вертикально-осевых ветровых турбин». Журнал возобновляемой и устойчивой энергетики . 3 (4): 043104. arXiv : 1010.3656 . doi : 10.1063/1.3608170. S2CID  10516774.
  100. ^ van Bussel, GJW; Zaaijer, MB (2001). "Аспекты надежности, доступности и обслуживания крупных морских ветровых электростанций" (PDF) . Delft University of Technology . стр. 2. Архивировано из оригинала (PDF) 12 апреля 2016 г. . Получено 30 мая 2016 г. .
  101. ^ "Iberwind наращивает 98% доступности с новым рысканием, приростом лопастей". 15 февраля 2016 г. Получено 30 мая 2016 г.
  102. ^ Барбер, С.; Ванг, И.; Джафари, С.; Чокани, Н.; Абхари, Р.С. (28 января 2011 г.). «Влияние образования льда на производительность и аэродинамику ветряных турбин». Журнал солнечной энергетики . 133 (1): 011007–011007–9. doi :10.1115/1.4003187. ISSN  0199-6231.
  103. ^ Nilsen, Jannicke (1 февраля 2015 г.). "Her spyler helikopteret bort et tykt lag med is". Tu.no (на норвежском языке). Teknisk Ukeblad . Архивировано из оригинала 20 января 2021 г. Они работают .. путем подачи горячего воздуха в лопасти ротора, чтобы лед таял, или с помощью нагревательных кабелей на переднем крае лопастей ротора, где лед прилипает. В воду не добавляются химикаты, в отличие от противообледенительной обработки самолетов, которая часто подразумевает обширное использование химикатов. Цена противообледенительной обработки ветряной турбины эквивалентна стоимости двухдневного производства турбины.
  104. ↑ Мортен Лунд (30 мая 2016 г.). «Датская фирма предлагает специальные краны и серийное производство». Ингениёрен . Архивировано из оригинала 31 мая 2016 года . Проверено 30 мая 2016 г.
  105. ^ «Ветроэнергетика помогает подготовить почву для энергетического перехода». Energy.gov . Получено 23 мая 2023 г. .
  106. ↑ Джереми Фуглеберг (8 мая 2014 г.). «Заброшенные мечты о ветре и свете». Atlas Obscura . Получено 30 мая 2016 г.
  107. ↑ Том Грей (11 марта 2013 г.). «Проверка фактов: о тех «заброшенных» турбинах…». Американская ассоциация ветроэнергетики . Архивировано из оригинала 8 июня 2016 г. Получено 30 мая 2016 г.
  108. ^ abc "Лопасти ветряных турбин не должны попадать на свалки". The Equation . 30 октября 2020 г. Получено 23 января 2022 г.
  109. ^ «Лопасти ветряных турбин не подлежат переработке, поэтому они скапливаются на свалках». Bloomberg.com . 5 февраля 2020 г. Получено 7 июня 2023 г.
  110. ^ «Выброшенные на свалку турбины вызывают дебаты о грязной стороне ветра». Bloomberg . 31 июля 2019 г. Получено 6 декабря 2019 г.
  111. ^ Барсо, Тим (17 мая 2021 г.). «Конец отходов ветроэнергетики? Vestas представляет технологию переработки лопастей». Reuters . Получено 23 января 2022 г.
  112. ^ "Новый пилотный проект HS2 заменяет сталь на отслужившие свой срок лопасти ветряных турбин для армирования бетона". High Speed ​​2 . Получено 12 марта 2021 г. .
  113. ^ Мейсон, Ханна (21 октября 2021 г.). «Anmet устанавливает первый пешеходный мост на основе лопастей ветряных турбин из переработанных материалов». CompositesWorld .
  114. ↑ Стоун, Мэдди (11 февраля 2022 г.). «Инженеры строят мосты из переработанных лопастей ветряных турбин». The Verge .
  115. ^ «Возобновляемая энергетика остается конкурентоспособной по стоимости на фоне кризиса ископаемого топлива». www.irena.org . 13 июля 2022 г. . Получено 19 мая 2023 г. .
  116. ^ ab "Преимущества и недостатки ветроэнергетики – идеи чистой энергии". Идеи чистой энергии . 19 июня 2013 г. Получено 10 мая 2017 г.
  117. ^ "WINDExchange: Экономика и стимулы для ветра". windexchange.energy.gov . Получено 19 мая 2023 г. .
  118. ^ Рютер, Геро (27 декабря 2021 г.). «Насколько устойчива ветроэнергетика?». Deutsche Welle . Получено 28 декабря 2021 г. Недавно построенная наземная ветровая турбина производит около девяти граммов CO2 на каждый киловатт-час (кВт·ч), который она вырабатывает... новая морская электростанция в море выбрасывает семь граммов CO2 на кВт·ч... солнечные электростанции выбрасывают 33 грамма CO2 на каждый вырабатываемый кВт·ч... природный газ производит 442 грамма CO2 на кВт·ч, электроэнергия из каменного угля — 864 грамма, а электроэнергия из лигнита или бурого угля — 1034 грамма... на ядерную энергетику приходится около 117 граммов CO2 на кВт·ч, учитывая выбросы, вызванные добычей урана, а также строительством и эксплуатацией ядерных реакторов.
  119. ^ "О ветроэнергетике: информационные листы и статистика". www.pawindenergynow.org . Получено 10 мая 2017 г. .
  120. ^ «Насколько велики лопасти ветряной турбины?». 24 августа 2023 г.
  121. ^ Паризе, Дж.; Уокер, ТР (2017). «Мониторинг птиц и летучих мышей после строительства промышленных ветровых турбин: политическая основа для Канады». Журнал управления окружающей средой . 201 : 252–259. Bibcode : 2017JEnvM.201..252P. doi : 10.1016/j.jenvman.2017.06.052. PMID  28672197.
  122. ^ Хосански, Дэвид (1 апреля 2011 г.). «Энергия ветра: полезна ли энергия ветра для окружающей среды?». CQ Researcher .
  123. ^ «Насколько вредна возобновляемая энергия для птиц? | Статья | EESI». www.eesi.org . Получено 2 июня 2023 г. .
  124. ^ Катович, Эрик (28 декабря 2023 г.). «Количественная оценка воздействия энергетической инфраструктуры на популяции птиц и биоразнообразие». Environmental Science & Technology . 58 (1): 323–332. doi :10.1021/acs.est.3c03899. PMID  38153963. S2CID  266596763.
  125. ^ "Grid-Scale Storage – Analysis". IEA . Получено 2 июня 2023 г. .
  126. ^ abc Льюис, Мишель (29 сентября 2023 г.). «Новая ветровая электростанция в Канзасе прокладывает путь с технологией снижения уровня освещенности». Electrek. Архивировано из оригинала 29 сентября 2023 г.
  127. ^ "Ветроэнергетические установки в Канаде – другие провинции". Фотогалерея электростанций по всему миру . industcards. 5 июня 2010 г. Архивировано из оригинала 4 сентября 2012 г. Получено 24 августа 2010 г.
  128. ^ "MBB Messerschmitt Monopteros M50 - 640,00 kW - Ветряная турбина". wind-turbine-models.com . Архивировано из оригинала 9 июля 2023 г.
  129. ^ "Ming Yang завершает строительство морской турбины мощностью 6,5 МВт". Windpower Monthly . 1 июля 2013 г. Получено 6 июня 2023 г.
  130. ^ «When More is More: Multi-Rotor Turbines». UTM Consultants . 2022. Архивировано из оригинала 8 апреля 2024 г. Получено 31 мая 2023 г.
  131. ^ "Самый высокогорный ветрогенератор". Книга рекордов Гиннесса . 19 июня 2013 г. Получено 6 июня 2023 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Ветряная турбина.