stringtranslate.com

Маленькая ветряная турбина

Схема небольшой ветряной турбины и отпугивателя.
Микроветряная мельница мощностью 1 кВт, установленная в пригороде Лахора , Пакистан .
Небольшая выходная мощность ветряной турбины
Небольшая выходная мощность ветряной турбины

Малые ветряные турбины , также известные как микроветровые турбины или городские ветряные турбины , представляют собой ветряные турбины , которые генерируют электроэнергию для мелкомасштабного использования . Эти турбины обычно меньше тех, которые используются на ветряных электростанциях . Небольшие ветряные турбины часто имеют пассивные системы отклонения от курса , а не активные. Они используют генератор с прямым приводом и хвостовое оперение, направляющее ветер, тогда как более крупные турбины имеют зубчатые трансмиссии , которые активно направлены против ветра.

Обычно они производят от 500 Вт до 10 кВт, а некоторые - до 50 Вт. Канадская ассоциация ветроэнергетики считает, что небольшие ветряные турбины имеют мощность до 300 кВт [1] , в то время как стандарт IEC 61400 определяет их как имеющие меньшую площадь ротора. площадью более 200 м 2 и генерирующим напряжением ниже 1000 В переменного тока. или 1500 В постоянного тока.

Дизайн

Лезвия

Лопасти небольших ветряных турбин обычно имеют диаметр от 1,5 до 3,5 метров (4 фута 11 дюймов – 11 футов 6 дюймов) и производят 0,5–10 кВт при оптимальной скорости ветра. [1] Большинство небольших ветряных турбин представляют собой ветряные турбины с горизонтальной осью , [2] но ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT) могут иметь преимущества в обслуживании и размещении, хотя они менее эффективны при преобразовании ветра в электричество. [3] Для оптимизации эффективности передаточное число законцовки лопасти (отношение скорости законцовки лопасти к скорости ветра) и аэродинамическое качество должны поддерживаться на оптимальном уровне.

Небольшие наземные ветряные турбины обычно поддерживаются четырьмя растяжками и опорой , используемой для подъема и опускания башни. Доступны полные монтажные комплекты, называемые «башенными комплектами».

Доступен ряд синтетических материалов, включая полимеры, армированные углеродным волокном, нанокомпозиты [4] и E-стекло-полиэстер. [5] Хотя натуральные волокна подвержены изменениям качества, высокому поглощению влаги и низкой термической стабильности, что делает их нежелательными для больших лопастей, небольшие турбины все же могут использовать их преимущества. [6] Можно использовать древесину, и ее тип следует выбирать в зависимости от доступности, стоимости и времени роста, средней плотности, высокой жесткости и прочности на разрыв. Покрытия обычно используются для снижения влажности, и белая эмаль с грунтовкой оказалась особенно эффективной. [7] Ель Ситка (используется в гребных винтах) и пихта Дугласа использовались в лопатках турбин. [8] Непал использовал небольшие лопастные турбины, изготовленные из древесины с покрытием, включая Сал , Саур , Сисау , Уттиш , Туни , Охар , сосну и древесину лакури. [9] Помимо древесины, композиты на основе бамбука также могут использоваться как в больших, так и в малых ветряных турбинах из-за их низкой плотности и способности улавливать углерод , что делает бамбуковые материалы экологически чистыми. Кроме того, по сравнению с древесиной, бамбук имеет более высокую вязкость разрушения, более высокую прочность, более низкие затраты на обработку и быструю скорость роста. Текущие разработки материалов включают бамбуковые ламинаты с использованием смол и гибридные материалы из бамбукового углеродного волокна. [10] Конопля, лен, дерево и бамбук — все эти материалы являются кандидатами на лопасти для небольших турбин. [11]

Размещение

Ветровые турбины, достаточно маленькие, чтобы их можно было удерживать на одной стальной трубе, часто закрепляются с помощью опорной плиты лесов, прикрепленной к бетонному фундаменту. Шарнирная конструкция позволяет легко опускать для обслуживания.

Чтобы начать выработку электроэнергии, небольшие ветряные турбины должны достичь определенной скорости ветра, называемой скоростью включения. Эта скорость обычно составляет около 4 метров в секунду (8,9 миль в час), [12] но некоторые турбины могут работать на более низких скоростях. [13] Чтобы избежать препятствий, турбины часто размещают на башнях на высоте не менее 9 м (30 футов) над чем-либо в пределах 150 м (490 футов). [14] Лучшие места для турбин находятся вдали от крупных препятствий с наветренной стороны, поскольку исследования в аэродинамической трубе показывают, что значительные негативные последствия от близлежащих препятствий могут достигать 80-кратной высоты препятствия с подветренной стороны, [15] хотя это крайний случай. Другой вариант размещения небольшой турбины — использование модели, основанной на фактических измерениях ветра, для прогнозирования того, как близлежащие препятствия повлияют на местные ветровые условия в потенциальном месте расположения турбины, учитывая размер, форму и расстояние до препятствий. [16]

Небольшие турбины на крыше можно установить на крыше, но они могут столкнуться с такими проблемами, как вибрация и турбулентность, вызванные выступом крыши, которые могут повлиять на выработку электроэнергии. Этим турбинам часто приходится с трудом вырабатывать значительное количество электроэнергии, особенно в городских районах. [17]

Электропроводка

Схема подключения высокого уровня для автономной гибридной ветро/фотоэлектрической системы.

Генераторы для небольших ветряных турбин обычно представляют собой трехфазные генераторы переменного тока , и существует тенденция использования индукционного типа , хотя в некоторых моделях используются однофазные генераторы или генераторы постоянного тока . [18] [19]

После пропускания трехфазного провода переменного тока через контактное кольцо до приемного конца трехфазный выпрямитель используется для преобразования переменного тока в выпрямленный постоянный ток для зарядки аккумуляторов, особенно в солнечных гибридных энергосистемах . Выпрямитель следует монтировать на радиаторе для охлаждения с возможностью добавления компьютерного вентилятора , который активируется биметаллическим термовыключателем для активного охлаждения.

Трехфазный выпрямитель, используемый на городской ветряной турбине, установленной на крыше.

Конец постоянного тока выпрямителя затем подключается к батареям. Это соединение должно быть как можно более коротким, чтобы избежать потерь мощности, обычно с шунтирующим цифровым ваттметром между ними для мониторинга. Затем батареи подключаются к инвертору , который преобразует энергию обратно в переменный ток постоянной частоты для подключения к сети и конечного использования.

Резисторы используются в качестве отводящей нагрузки, защищающей турбину в случае сильного ветра.

Динамическое торможение — это метод, используемый для регулирования скорости турбины путем сброса избыточной энергии через резистивную нагрузку во время сильного ветра для предотвращения повреждений. Контроллер, активируемый, когда батареи достигают определенного напряжения, включает нагрузку с помощью соленоида или твердотельного реле , последнее из которых имеет дополнительное преимущество «отключения при отказе». Правильная настройка контроллера важна для предотвращения паразитных колебаний , которых можно добиться с помощью функции задержки или использования штатного ШИМ-контроллера заряда с функцией отклонения.

Кабель, устойчивый к ультрафиолетовому излучению и колебаниям температуры, например, солнечный кабель , следует использовать в тех случаях, когда проводка подвергается воздействию непогоды. Сечение провода во всей системе должно соответствовать величине тока, проходящего через него. Сопротивление провода, линейно увеличивающееся с его длиной, не должно создавать падения напряжения более 2-5% от общего падения напряжения.

Рынки

Япония

В июле 2012 года вступил в силу новый «зеленый» тариф , одобренный министром промышленности Японии Юкио Эдано, который обещает увеличить производство ветровой и солнечной энергии в стране. Страна стремится увеличить инвестиции в возобновляемую энергетику отчасти в ответ на радиационный кризис на Фукусиме в марте 2011 года. [20] Зеленый тариф распространяется на солнечные панели и небольшие ветряные турбины и требует от коммунальных предприятий выкупать электроэнергию, произведенную из возобновляемых источников. источников по установленным правительством ставкам.

Малая ветроэнергетика (турбины мощностью менее 20 кВт) будет субсидироваться по меньшей мере в размере 57,75 иен (около 0,74 доллара США за кВтч). [21]

Великобритания

Объекты недвижимости в сельских или пригородных районах Великобритании могут выбрать ветряную турбину с инвертором для подачи электроэнергии в местную сеть. Британская схема сертификации микрогенерации (MCS) предоставляет льготные тарифы владельцам квалифицированных небольших ветряных турбин. [22]

Соединенные Штаты

Небольшая ветряная башня в сельской местности Индианы, США.

По данным Американской ассоциации ветроэнергетики (AWEA), в 2008 году небольшие ветряные турбины мощностью 100 кВт и менее добавили в общей сложности 17,3 МВт генерирующих мощностей в США. Этот рост представляет собой увеличение внутреннего рынка малых ветряных турбин на 78%. В «Исследовании глобального рынка малых ветровых электростанций 2009 года», проведенном AWEA, этот рост объясняется увеличением объемов производства благодаря частным инвестициям, финансирующим расширение электростанций, а также ростом цен на электроэнергию и осведомленностью общественности о ветровых технологиях, способствующих продажам в жилых домах.

В 2019 году большая часть спроса на небольшие ветряные турбины в США приходилась на выработку электроэнергии в отдаленных местах, а также на цели оценки площадки для крупномасштабных ветроэнергетических установок. [23]

Малая ветроэнергетика США также извлекает выгоду из глобального рынка, поскольку контролирует около половины мировой доли рынка. Американские производители получили 77 миллионов долларов из 156 миллионов долларов, которые были потрачены во всем мире на небольшие ветряные турбины. В 2008 году в мире было установлено в общей сложности 38,7 МВт малых ветроэнергетических мощностей. [24]

В Соединенных Штатах стоимость установки бытовых ветряных турбин мощностью 2–10 кВт обычно составляет от 12 000 до 55 000 долларов США ( 6 долларов США за ватт), хотя в 19 штатах существуют льготы и скидки, которые могут снизить покупную цену для домовладельцев на до 50 процентов, до 3 долларов за ватт. [25] По оценкам американского производителя Southwest Windpower, турбина окупится за счет экономии энергии через 5–12 лет. [26] [27]

Доминирующими моделями на рынке, особенно в США, являются ветряные турбины с горизонтальной осью . [ нужна цитата ]

Чтобы позволить потребителям принять обоснованное решение при покупке небольшой ветряной турбины, IEA Wind Task 27 в сотрудничестве с IEC TC88 MT2 разработал метод потребительской маркировки. В 2011 году IEA Wind опубликовало Рекомендуемую практику, в которой описаны испытания и процедуры, необходимые для нанесения маркировки. [28]

Хорватия

Гибридная система, ветряные турбины мощностью 2400 Вт, солнечные модули мощностью 4000 Вт, остров Жирье , Хорватия [29]

Хорватия является идеальным рынком для небольших ветряных турбин из-за средиземноморского климата и множества островов, не имеющих доступа к электросети. В зимние месяцы, когда меньше солнца, но больше ветра, небольшие ветряные турбины являются отличным дополнением к изолированным объектам возобновляемой энергетики ( GSM , станции, пристани и т. д.). Таким образом, солнечная и ветровая энергия обеспечивают стабильную энергию в течение всего года.

Германия

В Германии «зеленый» тариф для малых ветряных турбин всегда был таким же, как и для больших. Это основная причина, по которой сектор малых ветряных турбин в Германии развивался медленно. Напротив, небольшие фотоэлектрические системы в Германии получали выгоду от высокого зеленого тарифа, иногда превышающего 50 евроцентов за киловатт-час.

В августе 2014 года в немецкий закон о возобновляемых источниках энергии были внесены изменения, что также повлияло на зеленые тарифы на ветряные турбины. За эксплуатацию небольшой ветровой турбины мощностью менее 50 киловатт тариф составляет 8,5 евроцента сроком на 20 лет.

Из-за низкого зеленого тарифа и высоких цен на электроэнергию в Германии экономическая работа небольшой ветряной турбины зависит от большого уровня собственного потребления электроэнергии, производимой небольшой ветряной турбиной. Частные домохозяйства платят в среднем 28 центов за киловатт-час электроэнергии (включая НДС 19%).

В рамках закона Германии о возобновляемых источниках энергии 2014 года в августе 2014 года была введена плата за электроэнергию, потребляемую собственными силами. Постановление не распространяется на малые электростанции мощностью менее 10 киловатт. При сумме 1,87 евроцента комиссия невелика. [30]

Производство

Строительство своими руками

Некоторые любители построили ветряные турбины из комплектов, компонентов или с нуля. Ветряные турбины, сделанные своими руками, обычно представляют собой турбины меньшего размера (на крыше) мощностью примерно 1 кВт или меньше. [31] [32] [33] [34] Эти небольшие ветряные турбины обычно представляют собой наклонные или фиксированные/ оттяжные башни. [35] [36]

Строительство ветряных турбин «Сделай сам» или «Сделай сам» стало популярным благодаря таким журналам, как OtherPower и Home Power . [37]

Такие организации, как Practice Action , разработали ветряные турбины своими руками, которые могут быть легко построены сообществами в развивающихся странах, и предоставляют конкретные документы о том, как это сделать. [38] [39]

Местное производство

Конструкции небольших ветряных турбин, сделанных своими руками, относятся к началу 1970-х годов и получили дальнейшее развитие в конце 1970-х годов в Соединенных Штатах и ​​Европе. [40]

Небольшие ветряные турбины местного производства, будучи небольшими, недорогими, социально интегрированными, адаптированными к местному контексту и основанными на открытом обмене знаниями, были созданы или связаны с перспективами подходящей или промежуточной технологии , веселой технологии, развитие , открытый дизайн и открытое производство .

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ab Руководство по покупке малых ветряных турбин (PDF) (отчет). Канадская ассоциация ветроэнергетики. стр. 3–4. Архивировано из оригинала (PDF) 2 марта 2013 года . Проверено 1 марта 2016 г.
  2. ^ Гайп, Пол. Основы ветроэнергетики: руководство по ветроэнергетическим системам в домашнем и общественном масштабе. Chelsea Green Publishing, 2009. По состоянию на 18 декабря 2010 г. ISBN 1-60358-030-1 ISBN 978-1-60358-030-4.   
  3. ^ Лувсайд. «5 недостатков ветряных турбин с вертикальной осью (VAWT) | Блог Windy». www.luvside.de/en/ . Проверено 11 марта 2021 г.
  4. ^ Тирумалай, Дурай Прабхакаран Рагхавалу; Кале, Сандип А.; Прабакар, К., ред. (2015). Возобновляемая энергетика и устойчивое развитие . ISBN 9781634634649.
  5. ^ Сессарего, Матиас; Вуд, Дэвид (2015). «Многомерная оптимизация лопастей малых ветряных турбин». Возобновляемые источники энергии: ветер, вода и солнце . 2 (1): 9. Бибкод : 2015RWWS....2....9S. дои : 10.1186/s40807-015-0009-x . ISSN  2198-994Х.
  6. ^ Калаги, Ганеш; Патил, Раджашекар; Наяк, Нараян (2016). «Полимерные композиционные материалы, армированные натуральным волокном, для лопастей ветряных турбин» (PDF) . Международный журнал научных разработок и исследований . 1 : 28–37.
  7. ^ Синха, Ракеш; Ачарья, Параш; Фрир, Питер; Шарма, Ранджан; Гимире, Прамод; Мишнаевский, Леон (2010). «Выбор непальской древесины для строительства лопастей небольших ветряных турбин». Ветротехника . 34 (3): 263–276. Бибкод : 2010WiEng..34..263S. дои : 10.1260/0309-524X.34.3.263. ISSN  0309-524X. S2CID  110333693.
  8. ^ Вуд, Дэвид (2011), «Проектирование, производство и испытания лопастей», Малые ветряные турбины , зеленая энергия и технологии, Springer London, стр. 119–143, doi : 10.1007/978-1-84996-175-2_7, ISBN 9781849961745
  9. ^ Мишнаевский, Леон; Фрир, Питер; Синха, Ракеш; Ачарья, Параш; Шреста, Ракеш; Манандхар, Пушкар (2011). «Малые ветряные турбины с деревянными лопастями для развивающихся стран: выбор материалов, разработка, установка и опыт». Возобновляемая энергия . 36 (8): 2128–2138. doi : 10.1016/j.renene.2011.01.034. S2CID  110380390.
  10. ^ Холмс, Джон В.; Бронстед, Повл; Соренсен, Бент Ф.; Цзян, Цзэхуэй; Сунь, Чжэнцзюнь; Чен, Сюхэ (2009). «Разработка композита на основе бамбука как экологически чистого материала для лопастей ветряных турбин». Ветротехника . 33 (2): 197–210. Бибкод : 2009WiEng..33..197H. дои : 10.1260/030952409789141053. ISSN  0309-524X. S2CID  110079336.
  11. ^ Бронстед, Повл; Нейссен, Рожье П.Л., ред. (2013). Достижения в области конструкции и материалов лопастей ветряных турбин . Оксфорд: Издательство Вудхед. ISBN 9780857097286. ОСЛК  864361386.
  12. ^ Руководство по покупке малых ветряных турбин (PDF) (отчет). Канадская ассоциация ветроэнергетики. п. 6. Архивировано из оригинала (PDF) 2 марта 2013 года . Проверено 1 марта 2016 г.
  13. ^ Лулева, Мила (28 октября 2013 г.). «Малогабаритная ветротурбина «Стрекоза» работает при малых скоростях ветра». Зеленый оптимист . Проверено 18 сентября 2015 г.
  14. ↑ Хью Пигготт (6 января 2007 г.). «Измерение скорости ветра в городе». Scoraigwind.com . Проверено 4 декабря 2011 г.
  15. ^ «Измерения в аэродинамической трубе возле препятствия» . Ntrs.nasa.gov. 15 октября 2011 года . Проверено 4 декабря 2011 г.
  16. ^ «Разработка модели следа от препятствий на основе нейронной сети» (PDF) . Проверено 4 декабря 2011 г.[ мертвая ссылка ]
  17. ^ Лик, Джонатан (16 апреля 2006 г.). «Домашние ветряки нанесли смертельный удар». Санди Таймс . ВЕЛИКОБРИТАНИЯ . Проверено 13 июля 2009 г.
  18. ↑ Форсайт, Труди (20 мая 2009 г.). «Технология малого ветра» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Архивировано из оригинала (PDF) 17 марта 2013 года . Проверено 20 сентября 2013 г.
  19. ^ «Ветряная турбина Endurance E-3120-50 кВт от Endurance Wind Power» . AZoNetwork . 13 мая 2010 года . Проверено 20 сентября 2013 г.
  20. ^ «Япония одобряет субсидии на возобновляемые источники энергии взамен ядерной энергетики» . Рейтер . 18 июня 2012 г. Проверено 18 июня 2012 г.
  21. ^ «Япония утверждает льготные тарифы» . Рейтер. 22 июня 2012 г. Проверено 22 июня 2012 г.
  22. ^ «Схема льготных тарифов (FIT)» . МКС . Проверено 29 декабря 2012 г.
  23. ^ Кейси, Тина (19 сентября 2019 г.). «Что случилось с микроветряными турбинами? Они работают!». ЧистаяТехника . Проверено 21 сентября 2019 г.
  24. ^ «Новости EERE: AWEA: Рынок малых ветряных турбин в США вырос на 78% в 2008 году» . Apps1.eere.energy.gov . Проверено 4 декабря 2011 г.
  25. ↑ Шеворы, Кристина (13 декабря 2007 г.). «Домотканое электричество от ветра». Нью-Йорк Таймс . Проверено 4 декабря 2011 г.
  26. ^ "Юго-Западная ветроэнергетика" . Windenergy.com. Архивировано из оригинала 11 января 2012 года . Проверено 4 декабря 2011 г.
  27. ^ «Ветроэнергетика для коммерческих проектов: практические примеры». XZERES . Проверено 18 сентября 2015 г.
  28. ^ "Домашняя страница МЭА по ветру" . Ieawind.org . Проверено 4 декабря 2011 г.
  29. ^ «Какой и какой результат будет достигнут» (на венгерском языке). Венеко . Проверено 18 сентября 2015 г.
  30. ^ "Немецкий портал малых ветряных турбин" . klein-windkraftanlagen.com. 15 июня 2012 года . Проверено 4 февраля 2015 г.
  31. ^ "Страница ветряных турбин, сделанных своими руками, Британского агентства по ветроэнергетике" . Bwea.com. Архивировано из оригинала 4 декабря 2011 года . Проверено 4 декабря 2011 г.
  32. ^ «Общие часто задаваемые вопросы по строительству ветряных турбин и информация для правильного строительства» . Wind-turbine-24v.com . Проверено 4 декабря 2011 г.
  33. ^ «Обзор конструкции ветряных турбин и информация для правильного строительства» . Otherpower.com . Проверено 4 декабря 2011 г.
  34. ^ Ветряная турбина 1 кВт своими руками. YouTube. 7 мая 2015 г. Архивировано из оригинала 24 августа 2015 г. Проверено 18 сентября 2015 г.
  35. ^ «Меньшие ветряные турбины, обычно наклонной или фиксированной конструкции» . Архивировано из оригинала 1 октября 2011 года . Проверено 4 декабря 2011 г.
  36. ^ "Модифицированная ветряная турбина Чиспито" . Greenterrafirma.com . Проверено 4 декабря 2011 г.
  37. ^ «OtherPower и Home Power как популярные журналы по микрогенерации своими руками» (PDF) . Проверено 4 декабря 2011 г.
  38. ^ «Практические действия по созданию информации для строительства ветряных турбин своими руками для развивающихся стран» . Практические действия.org . Проверено 4 декабря 2011 г.
  39. ^ «Основные сведения о небольших ветряных турбинах своими руками и бытовом энергопотреблении» (PDF) . Проверено 4 декабря 2011 г.
  40. ^ Латуфис, Костас К.; Пазиос, Томас В.; Хациаргириу, Никос Д. (март 2015 г.). «Маленькие ветряные турбины местного производства: расширение возможностей сообществ для устойчивой электрификации сельских районов». Журнал IEEE Электрификация . 3 (1): 68–78. дои : 10.1109/MELE.2014.2380073. ISSN  2325-5897. S2CID  868486.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Wikimedia Commons есть СМИ, связанные с ветряными турбинами микрогенерации .