Расчет лопастей ветрогенератора


Расчет ветрогенератора - методика самостоятельного расчета мощности вертикального ветрогенератора

Ветрогенераторы как источник электроэнергии не так давно завоевали популярность у жителей загородных участков. Перед установкой необходимо сделать расчет ветрогенератора для своей местности. Этот экологически чистый прибор для выработки электричества бывает двух видов:

  • с горизонтальной осью
  • с вертикальной осью

Последние более эффективны и технологичны. Единственным минусом вертикальных ветрогенераторов является их высокая цена. Часто такие приборы окупаются в течение пятнадцати лет. Поэтому ветрогенераторы используют как дополнительный источник энергии. Установить их можно своими руками.

Как выбрать ветрогенератор

Если грамотно подойти к вопросу покупки вертикального ветрогенератора, можно увеличить его производительность и сократить срок окупаемости. Сначала следует рассмотреть разные виды вертикальных ветрогенераторов:

  • ортогональные генераторы, которые не нуждаются в направляющих механизмах. Они имеют несколько лопастей параллельно основной оси. Работа такого генератора не зависит от направления ветра
  • ветрогенераторы с ротором Дарье. Они имеют две-три лопасти на плоском винте. Главное достоинство конструкции в том, что ее можно монтировать на уровне земли
  • генераторы с ротором Савониуса. Они очень эффективны, так как работа винта может быть проведена на низких скоростях, что существенно снижает расход аккумулятора
  • устройства с большим количеством лопастей на оси. Это более усовершенствованная версия ортогонального прибора. Они очень эффективны, но и цены на них ощутимо выше
  • приборы с геликоидным ротором. Они также произошли от ортогонального прибора. Благодаря своей сложной технологии лопасти на оси оказывают небольшую нагрузку на катушку. Это повышает срок эксплуатации генератора. Но и на них цена очень высока

Самыми популярными ветрогенераторами являются ортогональные и с ротором Савониуса. Почти каждый ветрогенератор с вертикальной осью работает на неодимовых магнитах. Они достаточно эффективны, при этом стоимость не слишком высока. Чтобы не переплатить при выборе ветрогенератора, можно сделать правильные расчеты своими руками.

Что нужно рассчитать при выборе генератора

Когда вы решили приобрести такой полезный прибор, как ветрогенератор, нужно учитывать следующие параметры:

  • мощность ветрогенератора на неодимовых магнитах. Если в вашей местности нет сильных ветров, вам нужен генератор с маленькой мощностью
  • направление ветра. Если ветра часто меняют направление, вам подойдет только вертикальный ветрогенератор с подвижными лопастями
  • марка. От производителя напрямую зависит цена прибора. Следует помнить, что импортный товар всегда дороже российских аналогов

Конечно, в первую очередь нужно высчитать мощность.

Как сделать расчет ветрогенератора самостоятельно

Чтобы рассчитать мощность ветрогенератора для вашей местности, воспользуйтесь специальными формулами. Сначала нужно рассчитать количество энергии, которую сможет выработать генератор в течение года в вашей местности. Для этого нужно выполнить ряд действий:

  • произвести расчет. На основе результатов будут выбраны длина лопастей и высота башни
  • провести анализ скорости ветра в вашей местности. Это можно сделать своими руками с помощью специального прибора, наблюдая за ветром несколько месяцев, или запросить результаты с местной метеостанции

Методика расчета мощности ветреного потока своими руками подразумевает использование формулы — P*= krV 3S/2, . В этой формуле используются следующие обозначения:

  • r — плотность воздуха, которая при нормальных условиях составляет 1,225 кг/м3
  • V — скорость потока в м/с
  • S — площадь потока в квадратных метрах
  • k — коэффициент эффективности турбины ветрогенератора в значении 0,2-0,5

С помощью этих расчетов вы сможете выявить подходящую мощность для вашей местности. На упаковке ветрогенератора указано, при каком потоке ветра его работа эффективнее всего. Как правило, это значение находится в промежутке 7-11 м/с.

Ветрогенераторы (от ортогонального до Савониуса) являются оптимальным источником дополнительной или основной электроэнергии в частном доме. Если вы сделаете правильный расчет ветрогенератора своими руками, то сможете приобрести подходящий под вашу местность агрегат.

Длина лопасти ветрогенератора

Ветрогенератор представляет собой механизм, преобразующий энергию ветра в электрическую. Функционирует он следующим образом: потоки воздуха движутся на лопасти, которые начинают вращаться вокруг оси и приводят ее в движение. Она, в свою очередь, передает его на генератор, где и вырабатывается электрическая энергия.

Одними из важных элементов ветрогенератора являются его лопасти. Именно от них в первую очередь зависит мощность устройства, его способность работать даже в слабоветренную погоду. Они определяют техпараметры ветрогенератора, его геометрические размеры.

Складывающиеся лопасти ветрогенератора на станине Источник greenbelarus.info

Есть ли смысл вкладывать деньги в это устройство?

Да, но только в местах, где средняя (в течение года) скорость ветра составляет от 8 метров в секунду. Лопасти некоторых больших по размерам ветрогенераторов способны приходить в движение, даже если скорость ветра составляет всего 4 м/с. При этом максимальный коэффициент полезного действия достигается при скорости ветра в 12 м/с.

Мощность устройства, имеющего три лопасти, рассчитывается по следующей формуле:

- P=0,6·(¶r2)v3
где,
1. P – расчетная мощность, кВТ;
2. r – расстояние от центральной точки ротора до конца лопасти, м;
3. v – средняя скорость, м/с;
4. ¶=3,14. 

Установка ветрогенераторов осуществляется в пустынных местах, долинах, в морях: везде, где со стабильным постоянством дует ветер. 

Что брать во внимание, приступая к созданию лопасти для ветряного генератора?

  • Чем больше длина лопастей, тем медленней они вращаются, но при этом требуют для запуска ветра меньшей силы. Естественно, что и ветровое колесо будет вращаться небыстро.
  • Ветряное колесо легче запускается с большим количеством лопастей, их количество влияет на отзывчивость под воздействием потоков ветра. При этом понижается скорость вращения и мощность ветрогенератора. По этой причине не делают подобные устройства с 5-6 лопастями.
  • Шумность работы ветроколеса зависит от его диаметра и скорости вращения. Этот фактор требуется брать во внимание при подборе лопастей ветрогенератора, который планируется смонтировать не далеко от населенного пункта.
  • Чем выше будет расположено ветроколесо генератора тока, тем больше электрической энергии можно будет получить от него. Оптимальная высота в пределах от 6 до 15 метров. По этой причине ветроколеса домашних генераторов монтируются на крышах домов либо на высоком прочном шесте.

Как функционирует генератор: принцип превращения вращательного движения в электрическую энергию?

Ветер приводит в круговое движение лопасти, которые обеспечивают вращение ветроколеса. Оно в свою очередь передает движение на турбину. Воздействуя на мультипликатор, она начинает вырабатывать электрическую энергию в пропорциональном соотношении к силе воздействующего на лопасть ветра. Чем больше эта сила, тем большее количество электрической энергии вырабатывается.

При этом нужно учесть, что наибольшим КПД обладают генераторы, у которых нет мультипликатора. Он ускоряет движение оси, но при этом сам потребляет энергию. Но в определенной местности, где потоки ветра слабые, их нужно ставить, даже жертвуя частью производительности.

Виды лопастей

Он зависит от типа ветрегенератора. В зависимости от его конструкции лопасти могут быть разными. В настоящее время зачастую применяются следующие их виды:

  • Крыльчатые. Монтируются на устройствах с вертикальной и горизонтальной осями вращения. Производятся из жестких прочных материалов.
  • Парусные. Могут иметь крыльчатую форму. Производятся из мягких материалов.
  • Плоские. По форме похожи на лопасти, которыми оснащаются и мельницы. Включают в себя элементы из легких и крепких материалов таких, к примеру, как пластик или фанера.

Какой материал подходит для производства лопастей для ветрогенератора?

Для производства лопастей используются разные материалы. К ним предъявляются следующие требования:

  • Прочность. Свойство не разрушаться и не деформироваться в результате длительного воздействия ветра.
  • Низкий вес. Упрощает транспортировку к месту сборки, монтаж, снижает нагрузку на несущие части конструкции и ее движущиеся элементы. В частности, подшипники, валы, растяжки, редукторы и т.д.
  • Устойчивость к действию факторов окружающей среды - солнечное излучение, осадки, низкие и высокие температуры их резкие перепады.

Оптимальным вариантом для их изготовления являются следующие материалы:

  • легкие металлы;
  • пластик;
  • стекловолокно;
  • композит.

Именно они полностью соответствуют указанным выше требованиям.

Ветрогенераторы комплексные с несколькими лопастями на одной станине Источник energovector.com

Выбор вида

Для горизонтальных ветрогенераторов могут быть применены лопасти разных видов, по той причине, что конструкция этого устройства не позволяет использовать лопасти сложных форм. При этом все стремятся к идеалу, улучшая уже существующие виды. В настоящее время достойны внимания следующие виды лопастей:

  • парусные;
  • твердопластинчатые.

Они отличаются один от другого по форме и конструкции и производятся из разных материалов. В основе лежит рамка, на которую натягивается крепкое, устойчивое к воздействию факторов окружающей среды полотно. Установка производится так, чтоб одна из сторон рамки не была закрыта полотном. В результате выходит лопасть трехугольной формы, одна из боков которой не прикреплена к основанию.

Приводит колесо во вращение она следующим образом: поток ветра наполняет материю и создает в парусе необходимое давление. Лопасть начинает вращение и воздействует соответствующим образом на шток, который и передает вращательное движение на колесо. Этот вариант является самым оптимальным для создания домашнего ветрогенератора по той причине, что не требует постоянного ухода и контроля за состоянием крыльчатки и в частности ткани.

Электростанция с трехлопастными ветрогенераторами Источник strana-rosatom.ru

Расчет длинны лопасти ветрогенератора

Лопасти в ветрогенераторе являются одной из основных частей. От их размеров и формы зависит мощность генерирующего ток мотора и обороты. Желающие поставить ветрогенератор или ферму этих устройств в первую очередь сталкиваются с вопросом – какой длинны лопасти подобрать? Их оптимальная форма с учетом вида этих изделий и аэродинамики уже давним давно разработана. По этой причине для заказчика важной является именно длина лопасти, которая определяет мощность будущей конструкции.

При выборе важно учитывать, что количество оборотов ветроколеса в минуту зависит от его диаметра и длинны лопасти. Важным показателем также является быстроходность ветроколеса – отношение скорости перемещения конца лопасти к скорости ветрового потока, на нее воздействующего. Этот показатель указывает на то, сколько оборотов в единицу времени выполнит ветроколесо при определенной скорости ветра.

Поэтому ветрогнераторы с одинаковой быстроходностью могут иметь разные по размерам ветроклесо и лопасти. Это надо учитывать при определении, какой длинны лопасти нужно купить для ветроклеса определенных размеров, чтобы генератор делал требуемое число оборотов в минуту.

Как вращаются лопасти под действием ветра?Источник alternativenergy.ru
Генератор электрического тока бензиновый для частного дома – какой лучше выбрать для дома и дачи, разновидности, выбор, запуск

Генераторы могут иметь разную мощность. При этом для обеспечения токов с требуемыми характеристиками на выходе им необходимо, чтобы ветроколесо вращалось с определенной скоростью. Если эта характеристика отличается от количества оборотов ветроколеса в минуту при среднегодовой скорости движения ветра, в вашем регионе, то нужно устанавливать редуктор, повышающий их число.

Важное значение имеет и количество лопастей. Конечно, две лопасти обеспечивают минимальный вес конструкции, снижают ее упругость, но при этом минимальная скорость ветра, при которой они буду начинать вращение, будет достаточно высокой. Поэтому в местах, где часто дуют сильные ветра, могут устанавливаться и двухлопастные ветрогенераторы, если нет, следует рассмотреть вариант ветрогенератора с тремя и с большим количеством лопастей.

Домашние ветрогенераторы Источник winder.ua

Также нужно понимать, что на длину лопасти влияет и материал ее изготовления, обуславливающий вес одного изделия, его прочность, способность не гнуться при очень сильных ветровых нагрузках. Чем длиннее лопасть, тем больше она будет весить и, естественно, ее труднее будет привести в действие и обеспечивать вращение с определенной скоростью. Конечно, если планируется установить ветрогенератор низкой мощности, подходящий для бытового использования, то этот показатель можно игнорировать.

Некоторые считают, что чем больше лопастей, тем выше скорость вращения ветроколеса. На самом деле это не так, по той причине, что каждая лопасть ометает по ходу движения одну и ту же округлую плоскость и преодолевает одинаковое сопротивление воздуха.

Как видим, чтобы осуществить правильно расчет лопастей, требуется обладать обширными знаниями и располагать определенными данными. Некоторые параметры можно получить расчетным путем, часть попросту можно узнать только после запуска ветряка. При этом для ясности вопроса, некоторые виды ветрогенерирующих устройств не имеют рассчитанной математически модели вращения. По этой причине расчеты могут оказаться в конечном итоге бесполезными. Все равно придется по сто раз дорабатывать и переделывать после монтажа.

Лопасти в ветровом колесе Источник ru.istabreeze.store

Одним из доступных вариантов для выполнения расчетов является онлайн калькулятор. Используя его, можно получить готовый результат в считанные секунды. Пользоваться им очень просто. Для этого необходимо только подставить требуемые данные в определенные окошечка. Но и он не гарантирует идеальной точности проведения расчётов, по той причине, что некоторые очень тонкие величины невозможно получить заранее до монтажа, пока проявятся определенные эффекты. Поэтому зачастую прибегают к экспериментальному выбору размеров.

Зачастую для ориентировочного расчета используется следующая таблица.

Мощность ветроклеса, в ваттах Диаметр ветроколеса при определенном количестве лопастей в метрах
2 3 4 6 8 16
10 2 1,64 1,42 1,16 1 0,72
20 2,82 2,32 2 1,64 1,42 1
30 3,44 2,82 1,44 2 1,72 1,22
40 4 3,28 2,84 2,32 2 1,42
50 4,48 3,68 3,18 2,6 1,24 1,58
60 4,9 4 3,48 2,6 2,44 1,74
70 5,3 4,34 3,76 3,08 2,64 1,88
80 5,66 4,64 4 3,28 2,82 2
90 6 4,92 4,26 3,48 3 2,12
100 6,34 5,2 4,5 3,68 3,16 2,24
300 10,94 8,98 7,76 6,34 5,46 3,88
500 14 11,48 9,94 8,16 7

Советский бензиновый генератор АБ 2 Т 230 м1

Создание лопастей поэтапно

Производят из зачастую из ПВХ трубы. Ее диаметр составляет 11-16 см. Работы выполняются в следующем порядке:

  • труба режется на куски, соответствующие длине лопасти;
  • на отрезок по его длине начерчивается линия в стороны, от которой отменяются отрезки по 22 мм. Ширина лопасти, таким образом, получится 4,4 см;
  • с другой стороны выполнятся та же процедура;
  • концы отрезка с одной из сторон осевой полосы очерчиваются прямолинейно;
  • после этого наносится рисунок очертаний лопасти;
  • далее вырезается непосредственно сама лопасть;
  • один ее конец закругляется, стороны обрабатываются при помощи напильника или наждачной бумаги;
  • далее изделие цепляется к ступице.
Трехлопастной ветрогенератор на воде Источник ecotechnica.com.ua

В итоге должна получиться лопасть со следующими размерами:

  • равные по ширине торцы – 4,4 см;
  • ширина лопасти по средине будет составлять 5,5 см;
  • на расстоянии 0,15 длинны лопасти от ее нижней части ее ширина должна составлять 8,8 см.

Поэтому, используя эти данные, наносим на поверхность заготовки точки, которые соединяются прямыми линиями. После очерчивания можно их заменить плавными переходами. После этого вырезается шаблон, используемый в дальнейшем для изготовления прочих лопастей, так как они должны иметь одинаковые размеры, форму.

Для обеспечения возможности крепления изделия к ступице в ней проделываются специальные отверстия под болты, шурупы или винты. При этом у всех лопастей отверстия должны быть расположены в тех же местах. Это требуется для того, чтобы не был нарушен баланс крыльчатки.

Проверить, имеется ли дисбаланс, можно, установив его на ось и запустив вращение. При обнаружении нужно найти участок, который следует аккуратно подточить, постепенно добиваясь сбалансированного вращения.

Балансировка устанавливаемых на ветроколесо лопастей

Для этого необходимо собрать ветроколесо в закрытой комнате, где нет ветра либо сквозняка и разместить его ось строго горизонтально, а плоскость, в которой будет перемещаться винт, строго вертикально, перпендикулярно уровню оси и земли. После этого лопасти следует провернуть вокруг оси на 360х градусов. Х – это количество лопастей. Например, 3х360=1080 градусов. В идеальном варианте при таком движении лопасти не должны отклоняться ни на один градус.

Конструкция ветрогенератора с парусными лопастями Источник winder.ua

Обслуживание ветрогенератора и уход за ним

Для обеспечения безаварийной работы ветрогенератора требуется надежно закрепить на лопасти. Чем больше их длина, тем прочнее они должны крепиться. Сроки осуществления проверок прописываются в регламенте энергогенерирующей компании, указываются его паспорте и инструкции по использованию.

Общие правила регламентируют такую последовательность проверки лопастей на надежность их крепления:

  • каждый месяц. Осуществляется внешний осмотр, и подтяжку крепежа в узловых соединениях.
  • каждый квартал. Завинчивание резьбовых соединений, если они разболтались. Если, конечно, такие виды соединений имеются в конкретном ветрогенераторе.
  • раз в полугодие. Проверка лопастей на дисбаланс, и осуществления в случае необходимости их балансировки.
  • ежегодно. Проверка состояния и функционирования всего устройства. При необходимости осуществляется ремонт, нанесение лакокрасочных покрытий.

Ветрогенератор для частного дома – устройство, принцип работы, разновидности, самодельный ветряк, правила выбора, монтаж

Заключение

Как видим, подобрать идеально точно лопасти для ветрогенератора достаточно сложная задача, требующая знаний и специальных приспособлений. Но, используя вышеизложенную информацию, можно ориентировочно определить, какой длины нужны лопасти для ветрогенератора определенной мощности, способного эффективно работать в той или иной местности. Вы гарантировано сможете подобрать самый оптимальный вариант.

Лопасти для ветрогенератора

Интерес к использованию альтернативных источников электроэнергии постоянно растёт. В ряде случаев возможно и целесообразно использовать для этих целей энергию ветра. Но приспособить в качестве генератора имеющийся асинхронный двигатель – это только часть проблемы. Ибо требуется ещё оптимально спрофилировать лопасти движителя. Специалистам по турбоэнергетике или поршневым самолётам решить эту задачу, естественно, проще – этому их учили в институтах. Остальным же следует знать, что неверно разработанный профиль винта  ветродвигателя «украдёт» у него немалую толику мощности, поскольку часть давления ветра будет бесполезно путаться в неграмотно изготовленных лопастях.

Как определить фактическую мощность ветрогенератора

Зная усреднённую за несколько лет скорость ветра в данной местности можно установить этот показатель и самостоятельно. В дальнейшем именно он определит, какие лопасти для ветрогенератора потребуются, их количество и длину. Для конкретного случая скорости ветра в 4м/с (усредненная скорость ветра) данные параметры приведены в таблице:

Сообразуясь с примерными габаритами ветрогенератора и местом его установки, можно установить и диаметр круга вращения лопастей.

Выбор материала лопастей и их профиля

Аэродинамической трубы в распоряжении умельцев, скорее всего, нет, поэтому придётся поверить в то, что оптимальная форма лопасти для ветрогенератора значительно увеличит его кпд. Проблема непростая, но решаемая. Наиболее точно профиль лопасти может быть спроектирован по программе, которую можно найти вот здесь http://seiger.pp.ua/match/ru/. В результате расчётов будет получен так называемый крыльчатый профиль лопасти, у которой внешняя и внутренняя стороны будут иметь РАЗНУЮ площадь. При этом создаётся перепад давлений, обуславливающий возникновение аэродинамической силы вращения лопастей.

Оптимальные параметры профиля лопастей ветрогенератора  зависят также и от материала, выбранного для их изготовления. Практически возможные варианты – полихлорвиниловая труба, алюминий, стекловолокно.

Рассмотрим особенности получения лопасти из ПВХ-трубы. Шаблон для профиля лопасти представлен на рис. 1.

рис. 1

рис. 2

Дальше всё более-менее просто: по  шаблону вырезается из плотной бумаги необходимый профиль и накладывается на стенку трубы. В зависимости от диаметра трубы из одного её куска можно получить несколько лопастей (см. рис. 2). Труба разрезается при помощи электролобзика, места разрезов и острые края тщательно зашлифовываются.

Более надёжным (но и весьма трудоёмким) является процесс изготовления лопастей из стекловолокна. Оптимальность такого варианта обьясняется наилучшим соотношением прочности получаемой лопасти к её массе. Для изготовления лопасти для ветрогенератора потребуется изготовить деревянную матрицу (её профили шаблона приведены на рис.3). Такая лопасть будет состоять из двух частей. Матрицу натирают воском, наносят на её рабочую поверхность слой эпоксидной смолы, на которую укладывают лист стеклоткани. Затем  сразу же наносится новый слой эпоксидной композиции, поверх которого вновь укладывается стеклоткань. В результате должен получиться трёх- четырёхслойный «бутерброд».  В таком положении  конструкция должна сохнуть около суток, после чего половинка лопасти готова. Далее то же самое проделывается и с обратной стороны матрицы. Обе половины лопасти склеиваются между собой эпоксидным клеем.

рис. 3

Наилучшей прочностью как на разрыв, так и на изгиб, будут обладать лопасти, изготовленные из алюминия. Однако такие лопасти будут массивнее, а, следовательно, и более инерционными. Их профили представлены на рис. 4 и 5. В качестве шаблона для изготовления лопастей удобно принять лист фанеры (см. рис.6).

рис. 4

рис. 5

рис. 6

Балансировка лопастей для ветрогенератора

Для исключения биения лопастей ветрогенератора при их вращении необходимо выполнить их балансировку. Потребуется несложный стенд, который необходимо установить в просторном и закрытом помещении, в котором отсутствуют сквозняки.

Внешний вид такого стенда приведен на рис. 7. Суть и смысл балансировки заключается в том, чтобы при свободном вращении лопастей в сборе, колесо всегда останавливалось в произвольном положении: это будет означать, что масса конструкции, находящаяся вверху оси вращения, равна массе, находящейся внизу этой оси. Проворот колеса обычно выполняют вручную, так, чтобы угловая скорость вращения позволяла лопасти для ветрогенератора вращаться не менее минуты. В противном случае необходимо облегчить ту часть колеса, которая после остановки оказывается внизу.

рис. 7

В заключение отметим, что в Интернете имеется достаточно предложений по заказу и продаже готовых ветрогенераторов. Приводим некоторые из доступных ссылок:

  • electroveter.ru;
  • windturbines.ru;
  • windgen.ru;

Видео с рассказом о тонкостях изготовления лопастей для ветрогенератора

   «Прикол» заключается в том, что Вы можете построить любой из 26 профилей NACA, приведенных в таблице. Ничего кроме циркуля и линейки не понадобится! Для этого нужно знать, что «хорда» - это максимальная ширина профиля. Все размеры даны, именно, от нее. Мне кажется, что это здорово!

  Но оставим в покое профиль лопасти. Любой аэродинамический профиль будет работать лучше, чем плоская и тонкая пластинка. Одни будут работать значительно лучше, другие – почти так же. О том, как это работает пойдет речь дальше. А сейчас – об угле атаки лопасти и как его рассчитать.

    Шаг винта, или уголы наклона (атаки) сечений лопасти.

С углом атаки проблем меньше всего. Он легко считается и зависит только от радиуса и шага. Геометрический шаг винта – это расстояние, которое пройдет винт за один оборот в плотной среде, типа мягкого сливочного масла или маргарина. Аналогично для любого сечения лопасти. Графически это может выглядеть так.

  Угол наклона сечения лопасти это arctg от отношения геометрического шага к длине окружности, которую оно описывает. Данные, в таблице справа, именно так и посчитаны.
  Хорошая статья о расчете ветроколес была написана Евгением Васильевичем Бойко (sam-stroy.info). На редкость короткое и хорошее изложение материала. Поэтому, двинемся дальше.

    Попробуем рассчитать геометрический шаг ветроколеса.

  А теперь сложим то, что мы уже знаем. Попробуем рассчитать шаг трех лопастного ветроколеса, диаметром 1 метр, для скорости ветра 10 м/с.

  Трех лопастное ветроколесо имеет коэффициент быстроходности 5. Значит кончики лопастей будут двигаться со скоростью 10м/с*5 = 50м/с. Длина окружности – 3,14м, значит угловая скорость 50м/с / 3,14м = 16 об./сек. За одну секунду лопасти сделают 16 полных оборотов. За то же время, они пройдут в воздухе - 10 метров. Поэтому геометрический шаг лопастей должен быть 0,625м. В нашем случае, геометрический шаг винта не зависит от скорости ветра. Поэтому пересчитав для 5м/с и 20м/с – получим тот же результат, 0,625м. Шаг увеличится только если увеличить размер ветроколеса. Так, для диаметра 2м., расчетный шаг - 1,25м.

  Не может быть все так просто, скажете Вы. Здесь что то не то.

  Действительно, расчет правильный, а результат не верный. Просто мы не все учли. Но это дело легко поправить : )

  Прежде всего, воздух не мягкое масло, даже не маргарин. В связи с малой плотностью воздуха лопасти ветроколеса в нем проскальзывают. Для самолетов, это называется поступью воздушного винта. Считается это тяжело, но важно знать, что с увеличением нагрузки на ветроколесо проскальзывание увеличивается.

  Второе. Наш расчет основан на неправильной модели. Мы считали, что лопасть режет воздух, как нож масло. То есть, если на метровое ветроколесо с шагом 0,625м, которое принудительно вращается со скоростью 16 об./сек, подать поток воздуха со скоростью 10м/с, то оно будет прекрасно вращаться, нарезая воздух как ломтики масла. Идиллия нарушается тем, что при этом никакой работы производится не будет (не считая потерь на трение).

    Ищем ошибку и корректируем расчет.

  Ошибка (неточность:) заключалась в том, что воздух за ветроколесом не останавливается. Он продолжает двигаться, хоть и немного медленнее. С этой разницы скоростей и получается энергия, которая вращает  ветроколесо. Таким образом, ветроколесу, совершенно безразлично какая скорость воздушного потока "на него набегает". Его будет интересовать только разница до и после.

    Скорость воздушного потока за абстрактным ветроколесом.

  В начале попробуем "списать" правильный результат. Для этого ищем одну из ключевых фраз в теории ветродвигателей. Она будет приблизительно такая - "Режим оптимальной работы ветроколеса (максимальное КПД) достигается тогда, когда скорость воздушного потока за ветроколесом составляет ОДНУ ТРЕТЬ от скорости ветра".

   Быстренько пересчитаем шаг винта под новую скорость. На входе - Vвх=10м/с, на выходе Vвых = Vвх / 3 = 10м/с / 3 = 3,(3)м/с. Разницу до и после - 6,(6)м/с ветроколесо проходит за 16 оборотов. Значит шаг лопасти должен быть - 0,42м.

   Но, опять же, при шаге 0,42м и 16 об./сек, лопасть нарезает воздух как масло и никакой полезной работы не производит.

   Перечитываем теорию. Там написано, что то типа - "При оптимальной работе лопасти, осевое смещение сечения должно равняться одной третьей скорости ветрового потока". Человеческим языком это означает, что шаг лопасти необходимо рассчитывать из расчета одной третьей скорости ветра.

   Таким образом, для нашего ветряка, шаг должен быть 0,21м.

     На практике.

   На практике лопасти, шаг которых выбран из расчета одной третьей от скорости ветра, работают достаточно хорошо. Здесь речь идет о тонких профилях, которые используют кинетическую энергию набегающего потока воздуха. Такие ветроколеса можно отнести к классу медленно вращающихся. Человеческим языком это означает, что ветроколесо, которое мы рассчитали, при скорости ветра 10м/с будет вращаться медленнее, чем 16 об./сек. На это есть много причин, но главная из них - профиль сечения лопасти. Что бы увеличить скорость вращения и одновременно Коэффициент Использования Энергии Ветра, необходимо применить профильные лопасти. В них профиль сечения немного напоминает профиль крыла самолета.

  Только не надо думать, что я изготавливаю лопасти из сплошного куска дерева или пластмассы. Все значительно проще. Это пустотелые лопасти. Сечение похоже на сечение №7 (рис. вверху). При этом, полукруглая часть профиля сформирована из тонкого пластика, нижняя - из прозрачной клеящей ленты, в быту называемой "скотч". От того, как сильно натянута лента, зависит радиус скругления верхней части профиля. Фотографии таких лопастей будут на следующих страницах.

  Почему я применяю объемные лопасти? Причина очень простая. У них выше КПД или КИЭВ. Для плоской лопасти (1 или 4) этот коэффициент около 15% (совпадает с КПД паруса яхты). Для объемных лопастей, он может достигать 30 - 40%. Что бы понять, откуда берется такая разница, необходимо иметь минимальное представление об аэродинамике и о том, как работает крыло самолета. Опять же. Если мне удастся обойтись минимумом формул, то я попробую рассказать об этом на следующей странице.

Продолжение.

P.S.

  Отличный материал о ветроустановках найден на сайте Томского Политехнического Университета (tpu.ru). Теория и расчет описаны как учебное пособие для ВУЗ-ов. Найдено на страничке канд.тех.наук Матвеевой Анастасии Александровны. Учебное пособие (Gorodov R.V. Renewable energy sources.)- в котором, при наличии времени, легко разобраться или в популярной форме.

  Очень коротко о воздушных винтах (хоть и для самолета) можно прочитать в статье "Практическая Аэродинамика"  на сайте aerochayka.ru

Перевозка лопастей ветрогенератора по Нижнему Новгороду и России

Для транспортировки компрессора понадобится спецтехника с высокой грузоподъемностью. Компания Central Trans предоставит вам выбор таких транспортных средств в любой день недели. Доставка таких объектов является одной из самых тяжелых, и создающих активную нагрузку на грузовик и крепления.

В некоторых городах энергию добывают с помощью ветряных установок. Для добычи энергии используются разные варианты ветровых генераторов, которые превосходят другие виды генераторов своей мощностью благодаря форме. Использование вращения от ветра делает этот источник энергии малозатратным. Их устанавливают на островах, в полях или на мелководьях. Представленные устройства помогают существенно экономить на дизельном топливе.

Обращайтесь в компанию Central Trans, если вам потребовалась оперативная перевозка лопасти ветряка. Мы доставим груз в любую точку России без срыва оговоренных изначально сроков. Лопасти ветрогенератора перевозят наши лучшие водители. В расчет стоимость включается длина, вес, модель лопасти, дорога по которой грузовик будет совершать транспортировку.

Рекорд по транспортировке лопасти опубликовала компания Mammoet и дала комментарий по этому поводу. Длина составила 88,4 метров. Не смотря на, то, что перевозка осуществлялась по сложному маршрут производитель услуги использовал важные правила транспортировки, как вертикально положение, и благодаря этому получилось успешно доставить груз. А данный проект стал отличной рекламой.

Транспортировка лопастей может осуществляться только опытными специалистами. Поскольку речь идет о дорогом и высокотехнологичном компоненте. Последствия ударов, толчков и вибрации могут привести к потере его функциональности.

Детали малых и средних агрегатов можно перевозить на длинномерных автоприцепах в количестве от одной до трех. Большие лопасти перемещают частями, чтобы впоследствии собрать их на месте монтажа.

  • Большой автопарк, включающий погрузчики для подъема и закрепления массивных объектов, мощные седельные тягачи, краны-манипуляторы, низкорамные тралы, модульные прицепы;
  • Квалифицированные инженеры, которые обеспечат доставку промышленного и энергетического оборудования;
  • Строгое соблюдение нормативных регламентов – как отечественных, так и европейских;
  • Разработка маршрута, исключающего завышенные расходы на горючее.

При оглашении клиенту стоимости учитываются следующие параметры:

  • Сложность всей конструкции;
  • Количество компонентов;
  • Масса;
  • Протяженность пути.

Вы можете быть уверены, что ваш груз придет в безопасности и в оговоренный срок. Компания Central Trans предлагает качественную транспортировку лопастей ветрогенератора по низкой стоимости.

Для оформления заявки позвоните по номеру 8 (800) 551-74-90. Наши сотрудники ответят на все интересующие вас вопросы. Консультации предоставляются бесплатно для всех видов юридических лиц. Мы работаем без выходных.

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения. Ротор Дарье

Компания "Тотал Инжиниринг" совместно с ИП Макушев В.С. и специалистами  ООО "НИК" выполнили разработку конструкции ветрогенераторной установки с вертикальной осью вращения.

Заказчик работ - ООО "НИК".

Задача разработки:

- выбор аэродинамической схемы ротора;

- определение параметров профиля лопасти;

- разработка конструкции лопастей, несущих балок, колонны с подшипниковыми узлами;

- выполнение необходимых расчетов на прочность.

ЭТАП-1

На данном этапе была выполнена разработка опытно-экспериментального образца ветрогенераторной установки с расчетной номинальной мощностью 10 кВт.

Параметры турбины: диаметр - 5000 мм, высота лопастей - 6000 мм

Целью данного этапа являлось проверка выбранной аэродинамической схемы ротора, проведение прочностных испытаний и снятие рабочих характеристик.

При разработке конструкции ротора были проведены необходимые прочностные расчеты конструкции

 

Разработка конструкции, расчеты на прочность

 

 

Контрольная сборка конструкции

В результате проведения испытаний аэродинамическая схема ротора, профиль лопасти признаны оптимальными.

Расчетные данные подтверждены испытаниями.

Сняты необходимые электрические характеристики установки.

 

ЭТАП-2

Цель данного этапа - оптимизация конструкции лопастей, разработка тихоходного синхронного генератора с постоянными магнитами, подготовка к серийному изготовлению ветрогенераторных установок различной номинальной мощности.

Результат работ по этапу 2:

- разработана конструкция лопасти из композитных материалов;

- разработана технология серийного изготовления лопастей на производственных мощностях ООО "НИК";

- разработана необходимая технологическая оснастка для изготовления лопастей;

- разработана конструкция синхронного генератора на постоянных магнитах.

 

 


Все  права защищены. Правообладателем материалов проекта является ООО "НИК".

 


Мегаконструкции. Самые большие ветрогенераторы / Хабр


Siemens SWT-7.0-154

Кто говорил, что ветряки не способны конкурировать по мощности с атомными электростанциями? Посмотрите на самую большую в мире ветроэлектрическую установку Siemens SWT-7.0-154. С площадью ометания 18 600 м² этот гигант в одиночку генерирует максимальную мощность 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. Несколько сотен таких ветряков — и вот вам атомная электростанция.

SWT-7.0-154 — это флагманская модель компании Siemens. В её названии зашифрованы генерируемая мощность (7 МВт) и диаметр ротора с лопастями (154 м). Она пришла на смену предыдущему флагману SWT-6.0-154, от которого практически не отличается по техническим спецификациям, но оснащён более мощными магнитами. Более сильное магнитное поле позволяет генерировать больше электроэнергии при том же диаметре. Другими словами, в этой ВЭН параметр снимаемой мощности с квадратного метра площади ометания выше примерно на 16,7%.

Ветрогенератор включается в работу на минимальной скорости ветра 3-5 м/с, а генерируемая мощность поступательно растёт до максимальной 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. При достижении скорости ветра 25 м/с генерация прекращается.

Казалось бы, на таких скоростях ветра лопасти ВЭУ должны вращаться быстро, но это совершенно не так. На самом деле они вращаются неторопливо и степенно, делая всего 5-11 оборотов в минуту. То есть полный оборот три лопасти совершают примерно за 5-12 секунд, в зависимости от скорости ветра.

Более сильное магнитное поле в новой модели означает также и то, что эту турбину труднее раскрутить. Для достижения той же скорости вращения 5-11 оборотов в минуту и максимальной генерируемой мощности (7 МВт вместо 6 МВт) этой турбине требуется повышенная скорость ветра: 13-15 м/с вместо 12-14 м/с. Соответственно, и начальная скорость ветрогенерации у неё выше. Вот почему данная модель-гигант наиболее оптимально подходит для размещения на территориях с относительно сильными ветрами, лучше всего в море.

Внутри турбины нет редуктора (коробки передач) — здесь работает система прямого привода, подключенная к синхронному генератору переменного тока с постоянными магнитами. Поскольку скорость генератора определяет напряжение и частоту тока, то «грязный переменный ток» преобразуется в постоянный ток, а затем преобразуется обратно в переменный ток перед подачей в сеть.

В последние годы в области ветряной энергетики происходит очень быстрый научно-технический прогресс. Буквально каждый год появляются новые модели ВЭУ большей мощности и эффективности. Большие и маленькие, рассчитанные на целые посёлки или отдельные дома, на большую скорость ветра в море или на среднюю скорость ветра над крышей частного дома.

Например, мировой рекорд по максимальной генерируемой мощности принадлежит вовсе не Siemens, а другой турбине ещё одного немецкого производителя Enercon E126, которая выдаёт до 7,58 МВт. На видео показан процесс установки такой турбины.

Высота стойки Enercon E126 — 135 м, диаметр ротора — 126 м, общая высота вместе с лопастями — 198 м. Общий вес фундамента турбины — 2500 тонн, а самого ветрогенератора — 2800 тонн. Только электрогенератор весит 220 тонн, а ротор вместе с лопастями — 364 тонны. Общий вес всей конструкции со всеми деталями — 6000 тонн. Первая установка подобного типа была установлена около немецкого Эмдена в 2007 году, хотя в той модификации максимальная мощность была меньше.

Впрочем, ветрогенераторы-гиганты — довольно дорогое удовольствие. Один такой ветряк на 7 МВт обойдётся в $14 млн вместе с установкой, если заказывать все работы у сертифицированных немецких специалистов. Конечно, если освоить производство в своей стране, благо металла хватает, то стоимость вполне можно снизить в несколько раз. Кто знает, может такой гигантский проект национальной стройки занял бы население страны и помог выбраться из экономического кризиса.

Одна из самых последних строящихся в Восточной Европе атомных станций — Белорусская АЭС — получит два энергоблока с реакторами ВВЭР-1200 мощностью по 1200 МВт. Казалось бы, несколько сотен ветряков Siemens сравнятся с атомной электростанцией. Стоимость строительства примерно одинаковая, зато «топливо» бесплатное. Что интересно, Белорусскую АЭС как раз строят в районе, где

по климатическим данным за 1962-2000 годы

почти самая высокая среднегодовая скорость ветра в Беларуси. Но в реальности эта «самая большая» среднегодовая скорость ветра — всего лишь около 4 м/c (на высоте 10 м), чего едва хватит для запуска ВЭУ на минимальной мощности.

Перед установкой следует сверяться с годовой картой ветров в районе дислокации с данными средней удельной мощности ветрового потока на высоте 100 м и выше. Хорошо бы составить такие карты для всей территории страны, чтобы найти места наиболее оптимального строительства ВЭУ. Нужно иметь в виду, что скорость ветра сильно зависит от высоты, что хорошо известно жителям высотных домов. В обычных прогнозах погоды по ТВ сообщают скорость ветра на высоте 10 м над землёй, а для ветровой турбины следует измерять скорость на высоте 100-150 м, где ветры гораздо сильнее.

Так что наиболее оптимально такие гиганты подходят для установки в море, в нескольких километрах от побережья, на большой высоте. Например, если установить такие установки вдоль северного побережья России с шагом 200 метров, то максимальная мощность массива составит 690,3 ГВт (побережье Северного Ледовитого океана составляет 19724,1 км). Скорость ветра там должна быть приемлемая, только при заливке фундаментов придётся иметь дело с вечной мерзлотой.

Правда, по стабильности работы ВЭУ никогда не сравнятся с АЭС или ГЭС. Здесь энергетикам приходится постоянно следить за прогнозом погоды, потому что генерируемая мощность напрямую зависит от скорости ветра. Ветер должен быть не слишком сильным и не слишком слабым. Хорошо, если в среднем ВЭУ будут выдавать хотя бы треть от максимальной мощности.

Мощность ветряной турбины - Как рассчитать? - Новости и статьи

Ветряная турбина, известная в народе как «ветряная мельница», используется для преобразования кинетической энергии ветра в электричество.

Он состоит из фундамента, башни и гондолы с несущим винтом, который чаще всего снабжен тремя лопастями (лопасти могут устанавливаться под соответствующим углом к ​​ветровому потоку с помощью следящего механизма), и его средней скоростью вращения в рабочих условиях составляет 15-20 об/мин. В гондоле находятся все механизмы силовой установки, такие как медленно и быстро вращающиеся валы, шестерни, тормоза, генератор, трансформатор, системы смазки, подшипники.Кроме того, гондола может вращаться на 360 градусов, что позволяет ее автоматическую регулировку всегда перпендикулярно ветру.

Дующий ветер ударяет в лопасти турбины, приводя их в движение (в этот момент кинетическая энергия ветра переходит в механическую энергию лопастей), ротор соединен с медленно вращающимся валом, который вращается во время движения лопасти. Тихоходный вал соединяется с шестерней, а затем с быстроходным валом и генератором.

Мощность ветряной турбины – это мощность, получаемая на клеммах генератора и передаваемая в энергосистему.Мощность находится по формуле:

P = 0,5 * ρ * A * v 3 * η м * η el * Cp

и зависит от следующих величин:
  • ρ плотность воздуха - величина, принятая для данных атмосферных условий: температуры и высоты над уровнем моря (в данном примере: ρ = 1,22 [кг/м 3 ]),
  • скорости ветра: v [м/с],
  • поперечного сечения ветрового потока А [м 2 ], рассчитываемый по формуле: А = (π * D 2 ) / 4, где D - диаметр окружности, охватываемой лопастями, то есть длина двух лопастей,
  • КПД генератора, преобразователей, трансформаторов η el = ок.85%,
  • механический КПД редуктора, ротора и вспомогательных устройств
  • коэффициент энергии ветра Cp [-],
Теоретически максимальный коэффициент использования ветра Cp равен 0,593, и в основе этого предположения лежит закон Беца (он гласит, что Cp = 0,593, если отношение скорости ветра перед ротором v 1 к скорости ветра за ротором колесо v 2 составляет 1/3, т.е. когда ротор замедляет ветер до 1/3 от его первоначального значения).На практике, однако, значение коэффициента использования ветра составляет 20 - 40%.

Ветродвигатель может работать только в определенном диапазоне скорости ветра, от 4 до 25 м/с. Запуск турбины при скорости ветра ниже 4 м/с неэкономичен, а при скорости ветра выше 25 м/с из соображений безопасности турбина автоматически останавливается гидравлическим аварийным тормозом. Ветряные электростанции достигают своей номинальной мощности при скорости ветра от 12 до 16 м/с, что для польских условий означает довольно сильный ветер.Для подачи электроэнергии в электросеть ветропарк должен работать в определенных условиях, особенно при непрерывном ветровом потоке, поэтому наилучшее место для ветропарка — это большое открытое пространство. Здания или высокие леса рядом с ветряными турбинами вызывают руление ветром, что, в свою очередь, значительно снижает эффективность турбины.


Пример расчета:

Данные:
Плотность воздуха: ρ = 1,22 кг/м 3 , среднегодовая скорость ветра в Польше v = 7 м/с, η el = 85%, η м = 95%, Cp = 0,593, длина лопасти = 20 м

  1. Рассчитываю сечение ветрового потока:
А = (π * D 2 ) / 4 = (3,14 * (2 * 20) 2 ) / 4 = 1256 м 2
  1. Зная данные А, можно рассчитать мощность ветряка Р:
P = 0,5 * ρ * A * V 3 * η M * η EL * CP = 0,5 * 1,22 * 1256 * 7 3 * 0,95 * 0, 85 * 0,593 = 125,837 W = 125,837 кВт .

Расчет параметров малой ветроэлектростанции

ВИЭ имеют много преимуществ. Но у них есть и недостатки, которые нельзя не учитывать. Количество производимой и потребляемой в системе электроэнергии в любой момент времени должно балансироваться – возможности ее хранения невелики. Цикличность работы многих возобновляемых источников энергии и непредсказуемость количества вырабатываемой ими энергии вынуждает другие электростанции постоянно менять выработку.Это может создать угрозу безопасности эксплуатации энергосистемы, к которой подключены эти источники.

См. также

Доктор Бартош Полник Универсальная система электропривода, повышающая уровень технической безопасности горных машин

Универсальная система электропривода, повышающая уровень технической безопасности горных машин

В статье представлено состояние знаний в области бывших в употреблении систем электропитания карьерных погрузчиков.Представлены результаты исследования энергопотребления рассматриваемой машины, на основании которых ...

В статье представлено состояние знаний в области бывших в употреблении систем электропитания карьерных погрузчиков. Представлены результаты исследования энергопотребления рассматриваемой машины, на основании которых уточнены технические и технологические предпосылки инновационного решения. Ход дальнейших работ, направленных на развитие вышеуказанного системы электроснабжения и обозначены перспективы развития горных приводов для машин малой механизации в ближайшие годы.

доктор хаб. англ. Павел Пиотровски, M.Sc. Мацей Завистовский Избранные аспекты ветроэнергетики в Польше (часть 1.)

Избранные аспекты ветроэнергетики в Польше (часть 1.)

Развитие ветровой энергетики в Польше – достаточно новое явление с высокой динамикой изменений. В последние годы количество ветроустановок и их мощность росли особенно динамично. Из-за стоимости данной технологии ... 9000 6

Развитие ветровой энергетики в Польше – достаточно новое явление с высокой динамикой изменений.В последние годы количество ветроустановок и их мощность росли особенно динамично. Из-за затрат на эту технологию производства электроэнергии политика данной страны и применимые правила играют значительную роль в ее развитии. Изменение правил остановило растущую тенденцию в прошлом году. С другой стороны, необходимость сокращения выбросов CO2 в Польше означает, что нет пути назад от инвестиций в возобновляемые источники энергии.

доктор хаб. англ. Богуслав Каролевский, инж. Кшиштоф Касперек Концепция строительства небольшой ветряной электростанции

Концепция строительства небольшой ветряной электростанции

В статье о том, как построить небольшой ветропарк мощностью 150 Вт для одного домохозяйства.

В статье о том, как построить небольшой ветропарк мощностью 150 Вт для одного домохозяйства.

Аннотация

В статье представлен анализ работы ветропарков малой мощности (до нескольких кВт). Приведены зависимости, позволяющие определить мощность, заключенную в ветровом потоке с заданным поперечным сечением. Для различных типов турбин определялась мощность, отбираемая турбиной от ветра. Следующие шаги заключаются в определении выходной мощности на клеммах электростанции и количества энергии, вырабатываемой в год.Формулы иллюстрируются расчетными примерами. Показан выбор основных параметров малой ветроэлектростанции.

Аннотация

Расчет параметров малой ветроэлектростанции
В статье представлен анализ работы ветроустановок малой мощности (до нескольких кВт). Приведены соотношения, позволяющие определить мощность, заключенную в потоке ветра на данном поперечном сечении. Для разных типов турбин заданная мощность принимается турбиной от ветра.Следующим шагом является определение мощности на выходных клеммах и количества произведенной энергии за год. Формулы иллюстрированы примерами расчета. Показан выбор основных параметров малой ветроэлектростанции. Для конкретных условий расчет должен быть более конкретным.

Использование возобновляемых источников энергии может оказать негативное воздействие на окружающую среду. Работа ветряных электростанций может создавать шум и вредный ультразвук, портить ландшафт и уничтожать птиц.Производство, установка и использование устройств, используемых для получения возобновляемой энергии, требует потребления энергии, произведенной из других источников.

Одним из основных обвинений в адрес традиционной энергетики является ее парниковый эффект из-за образования двуокиси углерода. Однако некоторые специалисты считают, что глобальное потепление — это естественный процесс, протекающий циклично и не связанный с деятельностью человека. Кроме того, количество углекислого газа можно уменьшить за счет озеленения, т.е.путем посадки деревьев и кустарников.

Необходимо развивать использование РЭС , искать новые более дешевые источники энергии, оптимизировать их структуру и работу, но не идеализировать их роль. Вам необходимо тщательно проанализировать как преимущества, так и недостатки отдельных источников.

В связи с проблемами взаимодействия электростанции с энергосистемой растет интерес к маломощным ветряным электростанциям, предназначенным для индивидуальных домохозяйств. Эти электростанции работают на отдельную нагрузку, без подключения к сети.

Простая компоновка достигается прямым подключением турбины - часто с вертикальной осью, не требующей выравнивания по ветру и отсутствия шума - к тихоходному дисковому генератору. Описания конструкции таких генераторов и результаты измерений созданных моделей представлены в [3, 4, 5, 6, 7]. При изменении скорости турбины изменяется как величина, так и частота напряжения на выходе такого генератора. Самое дешевое решение – поставить ТЭНы, которые нагревают воду в баке. Регулятор нагрузки используется для адаптации нагрузки к изменениям параметров напряжения.

Использование малой электростанции дает хороший экономический эффект. Вырабатывая энергию для собственных нужд, вы не платите поставщикам электроэнергии. Включая все компоненты (передача, развитие сети и т. д.), плата составляет более 0,6 злотых за кВтч. В настоящее время получить такую ​​высокую ставку при продаже электроэнергии в сеть не представляется возможным.

Номинальная мощность ВЭУ

Для более мощных установок необходимо проверить ветровые условия.Упрощенная процедура обычно используется для малых электростанций.

Мощность, содержащаяся в воздушном потоке, выражается соотношением [10]:

где:

ρ - плотность воздуха (принято r = 1,225 в [кг/м3]),

ρ - площадь, через которую проходит воздушный поток,

В - скорость воздушного потока в рассматриваемом месте (скорость ветра).

Сила ветра пропорциональна площади А, через которую течет поток, и третьей степени скорости ветра.Если известна скорость ветра на определенной высоте h 0 (например, по измерениям), а турбина должна быть установлена ​​на другой высоте h avg , то эту скорость необходимо перевести на уровень сборки турбины по формуле :

где:

V 0 - скорость ветра, определяемая на высоте h 0 , в [м/с],

V Ср - средняя скорость ветра на высоте h Ср , в [м/с],

h 0 - высота, на которой известна скорость ветра, в [м/с],

h Wed - высота, на которой будет установлена ​​турбина, в [м],

а - показатель степени в зависимости от неровности местности (для местности с низкой застройкой 0,2).

Ветряная турбина получает лишь часть энергии от потока воздуха. Это происходит за счет снижения скорости ветра, т.е. за счет частичного прекращения потока воздуха через турбину. Мощность турбины можно выразить формулой:

Коэффициент C p известен как коэффициент мощности Беца. Ход изменения значения этого коэффициента в зависимости от так называемого дискриминант скорость-скорость показан в на рисунке 1 . В более поздних публикациях [2, 10] приведены несколько более высокие значения коэффициента С р трех- и двухлопастного ротора (свыше 4,7), но они относятся к крупным турбинам с оптимизированной конструкцией.

Коэффициент скорости l представляет собой отношение линейной скорости кончика лопасти к скорости ветра:

где:

Ом t - угловая скорость турбины,

R - радиус охватываемой лопастями окружности.

Максимальное значение коэффициента мощности практически не превышает значения 0,4. Это связано с наличием в ветродвигателе аэродинамических потерь, зависящих от способа изготовления, формы ротора и количества лопастей.

Ветряные турбины можно разделить на две группы:

  • турбины, использующие принцип плавучести (подъемная сила создается за счет создания разности давлений), к которым относятся турбины с горизонтальной осью, а также ротор Дарье и Н-ротор,
  • турбины, работа которых основана на принципе сопротивления, т.е. ветер толкает лопасти турбины, напримерТурбина Савониуса.
  • 90 135

    В упрощенных расчетах приняты максимальные значения коэффициента мощности: для турбин, работающих на вытеснительном принципе С р = 0,4, для турбин, работающих на принципе сопротивления С р = 0,2.

    В случае ротора Савониуса наблюдается тормозящее воздействие на воздух, выталкиваемый лопатками турбины. Следовательно, C p = 0,2. Шнековая турбина (рис. 2) имеет КПД выше, чем у Савониуса - можно принять коэффициент С р = 0,3.Турбины с горизонтальной осью имеют коэффициент порядка 0,4. Существуют также специальные схемы с другими параметрами.

    Пример расчета мощности турбины

    1. Мощность, содержащаяся в 1 [м 2 ] ветрового потока скорости V = 6 м/с по уравнению (1), составляет:

    , т. е. максимальная мощность, получаемая ветряком с использованием такой площади, будет порядка P t = 0,4 P w = 53 » 50 Вт.

    Для получения 1 кВт нужно увеличить площадь, покрываемую винтами 1000/50 = 20 раз, т.е. до 20 м 2 .Если это трехлопастная турбина, то это означает, что ее диаметр составляет порядка 5 м.

    2. Мощность, содержащаяся в 1 м 2 ветрового потока со скоростью V = 12 м/с по уравнению (1), составляет:

    Максимальная мощность турбины P т = 0,4 P Вт = 400 Вт. Для достижения мощности турбины 1 кВт при предполагаемой скорости ветра 12 м/с ротор с лопастями, очерчивающими площадь 2,5 м нужен 2 , то есть диаметром 3,4 м.

    Зависимость мощности от скорости ветра очень значительна.При двукратном изменении скорости ветра мощность, потребляемая турбиной, изменяется в 23 = 8 раз.

    Мощность ветра

    Ветряная турбина — в некоторых решениях через механическую трансмиссию — приводит в действие генератор. Если электростанция работает с сетью, мощность отводится через линию электростанции и, возможно, через трансформатор (элементы сети до точки подключения к системе). При определении номинальной выходной мощности силовой установки необходимо учитывать КПД этих элементов.Выходная мощность силовой установки:

    Примерные значения КПД могут быть следующими: для редуктора η м = 0,90, для генератора η г = 0,92 и для сети электростанции ηs = 0,95. В случае малой электростанции, работающей без механической передачи и с коротким отрезком силовых кабелей для нагревателей, следует учитывать только КПД генератора.

    Следует проводить четкое различие между номинальной скоростью ветра, используемой для определения мощности турбины (V = V n ), и средней скоростью в месте установки турбины (V avg ).

    Мощность ветродвигателя обычно определяют при номинальной скорости ветра 12–14 м/с (иногда 15 м/с). Это справедливо для мощных турбин, расположенных на высоте нескольких десятков метров, где средняя скорость ветра велика. Однако использование одних и тех же значений для маломощных турбин является ошибкой. В бытовых условиях средняя скорость ветра на высоте 30 м до 5 м/с (у моря 6 м/с). Как правило, небольшие турбины устанавливаются намного ниже, где скорость будет еще ниже.В месте с хорошими ветровыми условиями номинальная скорость ветра V n = 6 м/с может быть использована для расчета мощности небольшой турбины. И тогда мощность составит около 50 Вт на каждый м 90 153 2 90 154 поверхности высокоэффективной турбины. В случае ротора Савониуса он будет вдвое меньше.

    В некоторых предложениях о продаже турбин указано, что мощность турбины завышена. Например, буровое долото высотой 1,2 м и диаметром 0,5 м, которое при скорости 12 м/с имеет мощность 0,6 кВт. Такая мощность содержится во всем ветровом потоке предполагаемого сечения.Если турбина получает 40% энергии от ветра, ее мощность составит 240 Вт. Дополнительно - такие турбины обычно устанавливаются на крыше здания, где скорость ветра обычно значительно ниже. Если принять номинальную скорость ветра 6 м/с, номинальная мощность упадет до 30 Вт.

    Энергия, производимая ветровой электростанцией

    Ветроэлектростанция не работает все время с номинальной мощностью, поэтому вырабатываемая в течение года энергия не является произведением этой мощности на время.Необходимо учитывать коэффициент использования мощности электростанции. Типичные значения этого коэффициента можно определить по рисунка 3 . По оси абсцисс найти значение номинальной скорости ветра V n , для которой определялась мощность турбины. Затем проводят вертикальную линию до пересечения с кривой, соответствующей средней скорости ветра в месте установки турбины V диам. . Координата этой точки, отсчитываемая по вертикальной оси, представляет собой значение процента использования мощности электростанции за годовой период, т. е. за 8760 часов.

    Принимая V н = 6 м/с и V в среднем = 6 м/с, коэффициент использования силовой установки равен 50 %, т. е. 0,5. Если бы скорость ветра была постоянной в течение всего года, значение этого коэффициента было бы равно 1,0. Однако скорость ветра непостоянна - при определении средней учитываются как малые скорости, при которых турбина не раскручивается, так и кратковременные порывы ветра, которые успеют запустить турбины до соответствующей скорости. . Поэтому при использовании средней скорости коэффициент имеет значение ниже, чем если бы ветер имел постоянную скорость.

    Пример упрощенного расчета параметров малой ветроэлектростанции

    Данные электростанции:

    90 130
  • номинальная выходная мощность силовой установки P el = 90 Вт,
  • принята номинальная скорость ветра V n = 6 м/с,
  • средняя скорость ветра на высоте h 0 = 30 м составляет V 0 = 5 м/с,
  • высота установки турбины h = 10 м,
  • КПД тихоходного генератора ч г = 0,9,
  • турбина подключается к тихоходному генератору без механической трансмиссии,
  • электростанция не подключена к сети - питает электронагреватели через тиристорный регулятор нагрузки,
  • Вариант 1 — Турбина с тремя лопастями,
  • вариант 2 - шнековая турбина с вертикальной осью.

Расчет:

Требуемая мощность турбины (преобразованная формула (5)):

Номинальные параметры турбины:

- вариант 1 : в Рисунок 1. трехлопастная турбина обозначена символом D. Из рисунка считаны параметры ее оптимальной работы: Коэффициент Бетца C p = 0,38 для частоты вращения -удельный коэффициент λ = 4,6.

- вариант 2 : Для шнековой турбины принят коэффициент Беца C p = 0,30 для коэффициента скорости λ = 1,8.

Мощность, необходимая для порыва ветра (формула (3) преобразована):

- вариант 1 :

Площадь поперечного сечения турбины (преобразованная формула (1)):

- вариант 1 :

Размер турбины:

- вариант 1 : площадь, охватываемая этой турбиной, представляет собой круг. Диаметр турбины:

- вариант 2 : размеры поперечного сечения спиральной турбины 0,83 ´ 3 м.Вдобавок ко всему придет жилье.

Угловая скорость (формула (4) преобразована) и частота вращения турбины:

- вариант 1 :

Количество пар тихоходного дискового генератора:

- вариант 1: можно изготовить генератор с номинальной частотой вращения 300 об/мин, оснастив его 10 парами полюсов, т.е. поместив на каждый из двух дисков ротора по 20 магнитов. При частоте вращения 338 об/мин напряжение генератора составит 56 Гц,

- вариант 2: Конструкция генератора с номинальной частотой вращения 250 об/мин./ мин требуется 12 пар полюсов.

Соотношения, позволяющие рассчитать размеры и приблизительный расчет параметров такого генератора, представлены в [8].

Средняя скорость ветра в месте установки турбины по формуле (2):

Количество энергии, произведенной за 1 год: из диаграммы на рис. 3 . считывался коэффициент использования мощности электростанции. Отложив по горизонтальной оси значение Vn = 6 м/с, из кривой для V dir = 4 м/с, по вертикальной оси получим значение 28% (т.е. коэффициент 0,28).Энергия, которую электростанция выработает за год, составит (мощность в кВт, время в часах):

Энергия будет использована на нужды пользователя, что снизит плату за поставку энергии из сети. Его плата уменьшится примерно на 220 кВт·ч · 0,65 злотых/кВт·ч = 143 злотых/год.

Производители турбин часто используют более высокую номинальную скорость ветра для определения номинальной мощности турбины. Если принять V n = 12 м/с - т.е. расчетная скорость ветра была бы в 2 раза выше, чем в расчетном примере, номинальная мощность турбины увеличилась бы в 8 раз.Однако коэффициент использования мощности турбины, отсчитываемый от рисунка 3., также уменьшится в 8 раз - до значения 3,5%. Определение этого коэффициента показано на рисунке 3. - начиная со скорости 12 по горизонтальной оси. Таким образом, полученная энергия будет одинаковой. Предполагая высокую номинальную скорость ветра, можно получить большую мощность турбины заданного размера. Но это всего лишь маркетинговый маневр, так как он не увеличивает количество вырабатываемой энергии. Реального роста можно добиться, найдя место с более высокой средней скоростью ветра или увеличив размеры турбины.

Резюме

Следует обратить внимание на неточности в некоторых материалах рекламы турбин, заключающиеся в указании их номинальной мощности, определенной для слишком больших скоростей ветра или даже неверно (как правило, завышенной). Энергия, содержащаяся в ветре, зависит от его скорости в третьей степени. Например, мощность ветрового потока сечением 1 м 2 при скорости 5 м/с составляет около 75 Вт, а при скорости 10 м/с - 600 Вт. Для горизонтальноосных турбин размещенных на высокой башне, можно предположить высокие номинальные скорости ветра, иногда даже 15 м/с.Турбины с вертикальной осью обычно устанавливаются гораздо ниже, например, на крыше здания. Средние скорости ветра, определенные на метеорологических картах для Польши, составляют от 4 до 6 м/с и даны на высоте 30 м от уровня земли. Если турбину поставить ниже, то средняя скорость ветра будет еще ниже, за исключением мест с особо благоприятными ветровыми условиями. Поэтому номинальную мощность турбин с вертикальной осью следует определять для меньших значений скорости ветра — максимально до 10 м/с, а желательно для скорости 6 м/с.

Правильно сконструированная турбина обычно не может поглощать более 40% энергии ветра. Даже при номинальной скорости ветра 10 м/с турбина получит максимум 0,4 · 600 = 240 Вт от потока сечением 1 м 2 . Таким образом, реклама турбин, например, с размерами 2 на 2 метра и мощностью 2 кВт и более, для типовых конструкций они ложные. Такая турбина при скорости ветра 10 м/с может достигать примерно половины заданной мощности (4 · 240 = 960 Вт).

Следует также учитывать, что чем выше предполагаемое значение номинальной скорости ветра, тем реже возникает такой ветер и, следовательно, турбина редко будет достигать номинальной мощности.Это необходимо учитывать при оценке планируемого годового производства энергии. В месте с хорошим ветровым режимом, на высоте нескольких метров от земли, при средней скорости ветра 5 м/с, турбина с номинальной мощностью, определяемой для скорости ветра 10 м/с, с такими работать не будет. мощность более 12% часов в году (это следует из на рис. 3.). Если номинальная мощность турбины указана для меньшей номинальной скорости ветра, то число часов работы с этой мощностью будет больше. Конечно, приведенные значения являются оценочными.

Литература

90 350
  • В. Ягодзински, Ветряные турбины, PWT, Варшава, 1959.
  • Э. Хау, Ветряные турбины: основы, технологии, применение, экономика, Springer Verlag, Берлин, 2000.
  • Б. Каролевски, П. Лигоцки, Типы дисковых генераторов, "Wiadomości Elektrotechniczne" № 8/2008.
  • Б. Каролевски, П. Лигоцки, Исследование модели дискового генератора без сердечника с круглыми катушками, "Wiadomości Elektrotechniczne" 11/2008.
  • Б.Каролевски, Исследование тихоходного генератора для небольшой ветряной электростанции, Научные статьи. Инст. Машины, приводы и электрические измерения Вроцлавского технического университета № 64, 2010 г., Исследования и материалы № 30.
  • Каролевски Б., Параметры моделей дисковых бессердечниковых генераторов, "elektro.info" №6/2011.
  • Б. Каролевски, П. Людвичак, Т. Вальщак, Построение модели кругового генератора, Научные статьи. Инст. Машины, приводы и электрические измерения Вроцлавского технического университета № 66, 2012 г., Исследования и материалы № 32.
  • Каролевски Б. Расчет параметров дискового генератора без сердечника статора. "Электро.инфо", статья принята к публикации 7-8/2014.
  • З. Любошна, Ветряные электростанции в энергосистеме, WNT, Варшава, 2006 г.
  • И. Солински, Энергетические и экономические аспекты использования энергии ветра, Wyd. Инст. Минеральной и энергетической экономики, Польская академия наук, Краков, 1999.
  • Хотите быть в курсе? Подпишитесь на наши новости!

    теги:
    приводы и управление ветровая электростанция Электричество слизь
  • Рысь.1. Характеристики коэффициента мощности Беца для различных типов турбин [1]
  • Рис. 2. Твист-турбина
  • Рис. 3. Стандартные распределения средней скорости за год [10]
  • Фотогалерея

    Название перейти в галерею .90,000 Польская компания разработала метод утилизации лопастей ветряных электростанций

    Лопасти эксплуатируемых ветряных электростанций из-за того, что они сделаны из композитов, становятся проблематичными отходами. Однако польская компания 2loop Tech гарантирует, что она разработала решения, обеспечивающие их эффективную переработку.

    - Переработка композитов, из которых сделаны винты, очень сложна и энергозатратна, но при соответствующих технологиях эффективна, - говорит проф.доктор хаб. Барбара Тора с факультета гражданского строительства и управления ресурсами AGH, председатель научного совета 2loop Tech S.A.

    - Благодаря сотрудничеству с учеными и основываясь на нашем опыте создания первого в Европе безотходного метода восстановления сырья из фотоэлектрических панелей, мы разработали экологически и экономически эффективную технологию переработки лопастей ветряных турбин - обеспечивает проф. Тора.

    2loop Tech приводит оценки европейской ассоциации ветроэнергетики WindEurope, которая предполагает, что в ближайшие годы количество демонтируемых ветряных электростанций в Европе достигнет нескольких тысяч в год.

    Между тем, по данным 2loop Tech, вес одной ветроэлектростанции составляет около 13-14 тонн. Кроме того, турбины изготовлены из полимеров, армированных углеродными и стеклянными волокнами, переработка которых очень энергозатратна. Ожидается, что к 2035 году вес экскаваторов для утилизации в одной только Дании достигнет 225 000 тонн.

    - Утилизация ветряных турбин уже осуществляется в Польше. Однако дьявол кроется в деталях и, конечно же, в затратах — говорит Марчин Карбовничек, президент 2loop Tech S.А.

    - Композиты очень трудно разделить, и технология энергосбережения будет более рентабельной. Наша работа направлена ​​на переработку с минимально возможным потреблением энергии. Это сократит расходы не только для операторов ветряных турбин, но и затраты на охрану окружающей среды - добавляет Карбовничек.

    Ранее компания 2loop Tech работала над методом переработки фотоэлектрических панелей, который разрабатывается в сотрудничестве с учеными из Университета науки и технологии AGH.Обе организации сформировали консорциум для проведения исследований и внедрения. В группу исследований и внедрения также входят ученые из Чехии и Словакии.

    Контракт, заключенный в рамках проекта, предусматривает разработку технологии почти стопроцентной переработки бывших в употреблении фотоэлектрических панелей. Университет науки и технологий AGH проведет лабораторные испытания и разработает метод обработки панелей. Промышленные исследования будут проводиться на кафедре экологической инженерии факультета горного дела и геоинженерии.С другой стороны, работы по внедрению и вводу в эксплуатацию прототипа технологической линии будут проходить на заводе 2loop Tech в Чапле, недалеко от Торуни.

    Контракт предусматривает завершение промышленных исследований к октябрю 2022 года, а внедрение и ввод в эксплуатацию технологической линии по переработке фотоэлектрических панелей - до конца 2023 года.

    [email protected]

    © Материал, защищенный авторским правом. Все права защищены.Дальнейшее распространение статьи только с согласия издателя Gramwzielone.pl Sp. о.о.

    .90 000 Утилизация ветряных турбин является проблемой для отрасли ВИЭ. Технология, разработанная польской компанией, поможет ее решить - Все новости

    По оценкам Ассоциации WindEurope, к 2023 г. даже ок. роторные турбины ветряных турбин могут быть выведены из эксплуатации. Лопасти ротора, изготовленные из композиционных материалов, очень трудно перерабатывать, а их управление представляет собой проблему для всей отрасли. По данным WindEurope, в настоящее время в ветроэнергетике по всему миру используется до 2,5 млн тонн композитных материалов.Польская компания 2loop Tech работает над методом их обработки, чтобы их можно было восстановить для повторного использования, например, в строительстве. Компания готовится подать заявку на патент на свою технологию.

    - После остановки ветряных турбин они должны быть утилизированы как отходы. А что с ними будет дальше, зависит от региона мира. В США довольно распространена практика закапывания этих турбин на очень больших площадях, на специфических свалках.В Европе это не законно. Уже есть несколько компаний, которые пытаются перерабатывать лопасти ветряных турбин, разрезая их на более мелкие части и превращая их в нечто вроде скамеек. Однако эти лопатки изготовлены из композитов, неразрывно связанных друг с другом. Это делает их очень прочными в процессе эксплуатации, а также устойчивыми к любым попыткам разделения сырья. Вот почему их так сложно утилизировать, - объясняет в интервью агентству Newseria Biznes президент правления 2loop Tech Марчин Карбовничек.

    Нормативный срок службы ветроустановок 20-25 лет, а в отдельных случаях до 35 лет. Турбины первого поколения только подходят к концу своего срока службы или заменяются более эффективными, более современными. По оценкам Ассоциации WindEurope, к 2023 году до 14 000 человек могут быть выведены из эксплуатации. роторных турбин, что соответствует массе 40-60 тыс. тонн (отчет «Ускорение циркулярности лопастей ветряных турбин» 2020 г.).

    - Предполагается, что в этом году и в ближайшие годы в Европейском Союзе ок.4 тысячи турбины будут выведены из эксплуатации. Это довольно много, учитывая размер каждой отдельной лопаты. На данный момент они либо тратятся впустую, либо используются для производства других продуктов, но это не самый оптимальный способ управления ими , - говорит Марчин Карбовничек.

    Как поясняет CIRE, типичная ветряная турбина состоит из фундамента, башни, гондолы с шестерней, генератора и органов управления, а также лопастей ротора. Фундамент сделан из бетона и стали, как и сама башня.Элементы гондолы изготовлены из стали, меди и кремнезема. От 80 до 90 процентов поэтому установка может быть переработана. Проблема, однако, в оставшихся 10-20%, т.е. в лопастях несущего винта из композиционных материалов. Благодаря высокой прочности они отлично выполняют свою функцию, но проблематичны в обработке. По оценкам WindEurope, в настоящее время в ветроэнергетике по всему миру используется до 2,5 млн тонн композитных материалов.

    - Турбина на самом деле представляет собой небольшую ветряную электростанцию.Он в основном состоит из бетона в качестве опоры. Это можно использовать, например, в строительстве. Турбины и лопасти, в свою очередь, содержат электронику, поэтому ценной меди довольно много, например в двигателях качки или в электрогенераторе, который расположен в центре турбины. Наконец, мы подошли к самим лопастям, которые по своим размерам могут превышать размеры крыльев самых больших самолетов. Эти лопасти изготовлены из композитов, чаще всего из стеклянных или углеродных волокон.Ключевым вопросом является разработка технологии обработки таких композитных лопастей , говорит президент 2loop Tech. - Композиты изготавливаются из различных веществ, которые неразрывно связаны друг с другом, т.е. неразделимы. Пытаться разделить их просто очень сложно или дорого.

    2loop Tech в настоящее время работает над решением проблемы утилизации лопастей ветряных турбин, чтобы их можно было восстановить для повторного использования.Компания готовится подать заявку на патент на свою технологию.

    - Сводится к разделению композита на части и извлечению из них волокон с целью их повторного использования. Их можно использовать, в том числе, в строительстве, для армирования бетона в качестве дисперсной арматуры. Добавление в бетонную смесь стеклянных или углеродных волокон делает ее гораздо более стойкой к сжатию и растяжению , — поясняет Марцин Карбовничек.- Если мы добавим углеродные волокна - наиболее ценные во всем процессе, мы получим бетон с гораздо лучшими параметрами, который используется в самых сложных архитектурных решениях. Фактически, немногие здания в мире используют его. С другой стороны, стеклянные волокна часто используются при строительстве тоннелей для повышения прочности бетона, который не может быть слишком толстым или слишком тяжелым, и именно благодаря волокнам он приобретает такие свойства.

    Береговая ветроэнергетика по-прежнему является крупнейшим сегментом возобновляемой энергетики в Польше с точки зрения установленной мощности и производства электроэнергии.По данным Polskie Sieci Elektroenergetyczne на начало января этого года. установленная мощность около 1,24 тыс. ветряные электростанции составили 7306 МВт (что составляет около 44% от общей установленной мощности ВИЭ в польской системе). Эксперты отмечают, что потенциал этого сегмента еще в значительной степени не задействован. Либерализация так называемого акт о расстоянии и ослабление действующего с 2016 года правила 10H, согласно которому расстояние между ветряком и зданиями должно составлять 1,5-2 км.Это положение полностью заблокировало развитие новых проектов береговых ветровых электростанций в Польше на несколько лет. Между тем, этот сегмент считается одним из самых дешевых и экологически чистых видов производства электроэнергии.

    - Ветряные турбины обычно считаются безвредными для окружающей среды. Это правда, что они создают некоторый шум, поэтому в Польше есть правила, ограничивающие размещение этих турбин рядом с домами, они также могут влиять на птиц или миграцию животных. Тем не менее, они считаются очень экологичным источником энергии , — говорит президент 2loop Tech.

    .

    Полная переработка лопастей ветряных турбин

    Производитель ветряных турбин Vestas представил новую технологию, направленную на полную переработку лопастей ветряных турбин. Если решение сработает, старые лопаты больше не будут выбрасываться. У компании есть амбиции освоить технологию производства в промышленных масштабах в течение трех лет. Также прогнозируется, что решение может найти применение в авиационной и автомобильной промышленности.

    Vestas Wind Systems — датская ветроэнергетическая компания.Компания работает в двух сегментах: проекты и услуги. Сегмент проекта касается, в частности, продажа электростанций и ветрогенераторов. С другой стороны, сегмент услуг охватывает предоставление услуг, связанных с предложением компании, например, продажа запасных частей.

    Компания постоянно совершенствует свою продукцию и проводит исследования с заботой об окружающей среде. В результате недавно была разработана новая технология, позволяющая полностью перерабатывать лопасти ветряных турбин.

    Почему это так важно?

    Решение состоит в том, чтобы не выбрасывать старые лезвия, из-за которых образуется огромное количество отходов.Согласно данным исследования Кембриджского университета, проведенного в 2017 году, в 2050 году лопасти ветряных турбин будут производить до 43 миллионов тонн отходов. Как оказалось, большинство лопастей ветряных турбин попадают на свалки. Причина в том, что его трудно перерабатывать. Новые технологии предотвратят это.

    Аллан Поулсен, руководитель отдела передовых конструкций и устойчивого развития в Vestas, считает, что новая технология переработки «станет важным шагом на пути к созданию будущего, в котором захоронение отходов больше не потребуется при выводе из эксплуатации старых лопастей ветряных турбин».

    Как выглядит процесс переработки?

    Лопасти ветряных турбин в основном состоят из смеси стеклянных или углеродных волокон. Изготавливаются в процессе нагрева и соединения с использованием вязкой эпоксидной смолы. В этом случае смола служит легким связующим. Но это связующее вещество настолько прочное, что потом отдельные материалы трудно отделить друг от друга. Поэтому переработка затруднена.

    Новая технология преодолеет это ограничение. Благодаря ему стекло и углеродные волокна отделяются от смолы, а смола разлагается на основные материалы, аналогичные исходным.Такие отдельные компоненты можно успешно повторно использовать для создания новых лопастей ветряных турбин.

    Планируемое внедрение технологии

    Если все пойдет по плану, цель развития технологии производства в промышленных масштабах будет достигнута в течение трех лет. И это только начало. Исследователи признают больший потенциал этой технологии. Они считают, что в будущем его также можно будет использовать в автомобильной и авиационной промышленности.

    Совместная работа над проектом

    Компания "Вестас" сотрудничает по проекту с компанией "Олин", которая является производителем и дистрибьютором химической продукции. Компания занимается, в частности, производством смолы для лопастей ветряных турбин. Кроме того, в проекте участвуют Датский технологический институт и Датский университет Орхуса.

    Каталожные номера:

    https://www.reuters.com/business/sustainable-business/end-wind-power-waste-vestas-unveils-blade-recycling-technology-2021-05-17/

    https://www.reuters.com/companies/VWS.CO

    https://www.vestas.com/

    .

    Ветряные электростанции могут оказаться в пробке

    Недавно мы писали на наших страницах о возможных последствиях «ветрового промежутка» для строительных компаний, специализирующихся в этом сегменте возобновляемой энергетики. Все из-за затянувшейся работы по изменению регламента, блокирующего возможность размещения ветряков на расстоянии менее 10-кратной высоты силовой установки при максимальном шаге лопасти несущего винта (так называемое правило 10Н).

    Подробнее : Ветер дует на солнце и Германию.Как заполнить пробел

    Была надежда, что тема ускорится благодаря тому, что Артур Собонь стал заместителем министра развития, который взял на себя ответственность за проект поправок. Однако долго на этой должности он не задержался, так как премьер-министр Матеуш Моравецкий решил направить его тушить пожар в Министерстве финансов, где он, как заместитель министра, должен обеспечить наведение беспорядка, связанного с налоговая часть «польской сделки».

    Ветряные электростанции - накопление перед отверстием

    Итак, теперь ветряные мельницы ждут своего нового политического опекуна.В отрасли надеются, что благодаря предполагаемым изменениям в законе расстояние в 500 м от зданий будет установлено как минимальное расстояние, допускающее размещение ветропарка. В настоящее время в реалиях правила 10H на практике это 1500-1800 м. Ослабление правил должно привести к строительству от 6 до 10 ГВт новых ветроэнергетических мощностей в течение десятилетия.

    Согласно текущим объявлениям, проект поправок будет принят правительством и внесен на рассмотрение в Сейм в первом квартале 2022 года.Последний, в свою очередь, мог бы разобраться с ним во втором квартале и представить на подпись президенту.

    Теоретически во второй половине текущего года измененный закон может вступить в силу. Однако это не означает, что произойдет внезапный приток новых инвестиций. В отрасли ожидают, что подготовка и официальные формальности, завершающиеся получением разрешения на строительство, — это вопрос 3-4 лет.

    Однако в настоящее время в отрасли ветряных электростанций все заняты благодаря проектам, получившим поддержку на существующих аукционах ВИЭ.Это также относится к транспортным компаниям, которые поставляют негабаритные компоненты электростанций для строительства ветровых электростанций, т.е. башни, гондолы и лопаты.

    Анджей Булка, президент логистической компании Fracht FWO Polska, сообщил WysokieNapiecie.pl, что наблюдает растущий спрос на этот вид услуг. По его словам, большая часть устройств и элементов поступает в нашу страну морским путем. Затем из портов они доставляются к месту сборки специализированным автомобильным транспортом.Компании, специализирующиеся на этом сегменте услуг, должны постоянно инвестировать в современное оборудование и повышение квалификации сотрудников.

    Самое польское звено в цепи

    В начале февраля 2022 года был опубликован отчет под названием «Национальная цепочка поставок в наземной ветроэнергетике», по заказу Польской ассоциации ветроэнергетики, подготовленная Ягеллонским институтом (IJ).

    Подробнее: Строительство наземной ветроэнергетики может обеспечить рост ВВП на 70–133 млрд злотых

    Его авторы указали, что растущая мощность ветряных турбин приводит к увеличению размеров компонентов электростанций.Это, в свою очередь, означает увеличение проблем, связанных с транспортом.

    - С одной стороны, растущая мощность ветряных турбин оптимизирует инвестиции в расчете на 1 МВт, с другой стороны, они вынуждают внедрять транспортные решения, адаптированные к растущему весу и размеру отдельных компонентов. Ответом на эти вызовы является, например, использование разделенных секций башен, которые значительно облегчают транспортировку и позволяют произвести окончательную сборку на месте ветропарка, — указано в отчете.

    Эксперты

    IJ также оценили долю польской цепочки поставок в строительстве береговой ветроэнергетики. По их мнению, транспортные услуги в настоящее время имеют самый высокий, стопроцентный уровень «полонизации». Строительные и электротехнические работы, а также услуги, связанные с формальностями, связанными с размещением ферм и получением административных решений для инвестиций, имеют несколько меньшую долю – 90%.

    Как сообщает IJ, позиции польских транспортных компаний в ветроэнергетике хорошо известны.На нем говорят, в том числе знание местных субподрядчиков и особенностей местности и дорог. Однако это не означает, что эти компании могут почивать на лаврах.

    - По мере увеличения количества установок будет возникать спрос на новое оборудование, как правило, с более высокими техническими параметрами. Неожиданно может возникнуть конкуренция со стороны других соседних с Польшей стран, где установлены турбины нового поколения и требуется более современное техническое оснащение, – подчеркивается в отчете IJ.

    Кроме всех грузов

    В конце прошлого года интересная лекция по логистическим аспектам ветровой энергии была организована студентами Варшавского политехнического университета, членами Научного кружка энергетиков и Студенческого кружка прикладной логистики.

    Среди его участников были Доминик Вечорек, специалист Transannaberg из Strzelce Opolskie – одной из крупнейших польских компаний, занимающихся негабаритным транспортом для строительства ветряных электростанций.Компания работает в этом сегменте с 2009 года - не только в Польше, но и в Германии. Кроме того, перевозки осуществлялись, в частности, в такие страны, как Австрия, Украина, Беларусь, Сербия, Франция, Португалия, Великобритания, а также на рынки Скандинавии.

    В настоящее время 90 процентов. Transannaberg осуществляет перевозки в сфере ветроэнергетики в Польше, но старается не терять связи с зарубежными рынками, учитывая, что это циклический рынок. Вот почему компания рассматривает, среди прочего, в Германию и запланированные там инвестиции, связанные с переоснащением ветряных электростанций.

    Подробнее: Западноевропейские ветряки на реконструкцию. Польше тоже грозит

    Как сообщил Wieczorek, компания развивает свой флот в основном с точки зрения обслуживания энергии ветра. По состоянию на конец 2021 года у компании было 65 транспортных комплектов, 21 из которых предназначались исключительно для перевозки компонентов ветряных электростанций.

    Одним из самых важных является SWC - Super Wing Carrier, который представляет собой полуприцеп-бревен, приспособленный для перевозки длинных лопаток турбины.Такой растяжимый полуприцеп позволяет перевозить отвалы длиной до 70 м. С другой стороны, самоходные тележки допускают неограниченные перевозки, поскольку их конструктивной частью является сама лопата. Таким образом, компания Transannaberg поставила 88-метровый экскаватор. Весь транспорт, включая полуприцеп, имел длину около 100 м.

    Также есть полуприцепы для перевозки элементов башни или гондол. При этом им приходится справляться не только с их солидными габаритами, но и с распределением давления такого груза на дорожное покрытие.Например, вес стандартной гондолы составляет около 100 тонн.

    Дорога с препятствиями

    Одно дело правильная экипировка, другое подготовка и реализация транспорта. Тем более, что при таких больших нагрузках необходимо тщательно проверить маршрут с точки зрения несущей способности мостов, габаритов виадуков или ширины поворотов. Часто возникает необходимость временного демонтажа дорожных ограждений, ограждений, знаков и уличных фонарей (и, конечно же, их замена временной инфраструктурой), а также устройство дополнительных обочин.

    В настоящее время при планировании походов логисты не только производят утомительные полевые рекогносцировки, но и все чаще используют специализированное программное обеспечение, позволяющее проводить виртуальную симуляцию похода.

    И, в первую очередь, необходимо получить согласование с дорожными управляющими, то есть в первую очередь с Главного управления автомобильных дорог и автомагистралей государственного значения. Как сообщил Доминик Вечорек, текущее накопление инвестиций требует продления подготовки и получения разрешений на перевозки.Раньше на это уходило до трех месяцев, а в настоящее время от 4 до 6 месяцев.

    Такой крупногабаритный транспорт, чтобы как можно меньше усложнять жизнь другим участникам дорожного движения, передвигается практически только ночью. Каждая ветряная электростанция требует поставки трех секций башни, трех лопастей, гондолы и ротора. Таким образом, чем крупнее ферма, тем дольше и сложнее доставка.

    Незаконные лопаты

    Хотя транспортировку компонентов ветряных электростанций трудно не заметить, в последние годы в Польше были случаи, когда такие перевозки осуществлялись без необходимых разрешений, как сообщает Дорожно-транспортная инспекция.В 2018 году его сотрудники остановили нелегальный транспорт с юга Польши, который перекрыл объезд Чарнкув в воеводстве. Великопольское - 10 км до прибытия груза в пункт назначения.

    В 2020 году ИТД сообщил о задержании в провинции. Западно-Поморское воеводство транспорта от Свиноуйсьце до строительства ветряной электростанции в Нижней Силезии. Параметры груза превышали указанные в разрешении.

    В прошлом году тоже в провинции. Западнопоморские инспекторы ИТД остановили перевозки, которые осуществлялись большим количеством транспортных средств, чем предусмотрено выданным разрешением.С другой стороны, офицеры из Нижней Силезии остановили колонну «ветряных мельниц», которая двигалась без лоцмана, предшествующего переправе. Кроме того, она была плохо размечена, а тахографы показывали нарушения в работе водителей.

    Содействие процедурам, обучение персонала

    На вопрос о возможных проблемах с наличием негабаритного транспорта Марцин Крупиньски, руководитель проекта Дембской ветряной электростанции (группа Polenergia), участвовавший в вышеупомянутой лекции, указал, что в настоящее время компания не ощущает таких трудностей.В то же время он признал, что сложно прогнозировать ситуацию через несколько лет, когда благодаря либерализации дистанции может начаться реализация нового пула инвестиций.

    По мнению Анджея Булки, если будет накопление работ, к игре присоединятся иностранные компании, которые специализируются на транспорте и логистике проектов, связанных со строительством ветровых электростанций, в том числе морских.

    - Польские перевозчики негабаритных грузов стараются диверсифицировать свой клиентский портфель, и нельзя сказать, что хотя бы один из них строил свой потенциал только на перспективах, связанных с модой на ВИЭ, - отметил президент Fracht FWO Polska.

    Доминик Вечорек, с другой стороны, оценил, что упорядочение правил получения разрешений на проезд поможет слить следующее накопление, так что не нужно будет заваливать дорожных менеджеров тысячами заявлений.

    Доступ к квалифицированным сотрудникам также будет иметь ключевое значение для будущего. Все транспортные сегменты борются с нехваткой водителей, и негабаритный транспорт — это специфическая ниша.

    - Наверное, каждой компании, специализирующейся в такой узкой сфере, не хватает пилотов и водителей.Это более сложная задача, чем доступ к оборудованию. Часто есть водители, не имеющие опыта перевозки негабаритных грузов, поэтому они постепенно набираются опыта на все более крупных транспортных комплектах, — пояснил Вечорек.

    По словам Анджея Булки, водители и координаторы негабаритных перевозок являются элитой в этой профессии – они хорошо оплачиваются и редко меняют работодателей. Поэтому, как заявил президент, в этом сегменте не должно быть недостатка в желающих повышать квалификацию.Да будет он прав.

    См. также: Зеленая энергия застряла в сети. Экономика потеряет

    .

    Как рассчитать выработку электроэнергии ветряной турбиной?

    Недавно я задумался о целесообразности установки ветряной турбины. Для начала любого анализа необходимо знать количество энергии, вырабатываемой турбиной. И тут возникает проблема. Как оценить этот доход?
    Разбирая тему, я наткнулся на массу шаблонов и советов, более и менее сложных. Лично я не советую рассчитывать мощность исходя из энергии ветра, площади лопастей и КПД турбины.Количество допущений, сделанных в этом методе подсчета, настолько велико, что трудно посчитать, что полученный результат был бы где-то рядом с правильностью, во-вторых, производители не всегда указывают площадь лезвия.

    На мой взгляд, намного правильнее рассчитывать энергоотдачу от турбины на основе мощностной характеристики и распределения Вейбулла.

    Характеристики мощности турбины в зависимости от скорости ветра позволяют определить, какую мощность будет получать турбина при заданной скорости.


    Такие характеристики должны быть доступны у каждого производителя, если у нас их нет, мы можем установить их сами.3 (на самом деле конец диаграммы немного сглажен, но это можно опустить). Затем от номинальной скорости до скорости останова мощность турбины примерно постоянна и равна номинальной мощности.

    Если бы скорость ветра каждый день была выше номинальной скорости ниже скорости остановки, выработка энергии могла бы быть рассчитана как произведение мощности турбины и количества часов в год. Однако на самом деле он намного слабее. Иногда он настолько слаб, что турбина даже не заводится, а чаще всего турбина работает частями номинальной мощности.

    Имея среднегодовую скорость ветра, можно оценить ее изменчивость с помощью распределения Вейбулла.

    Распределение Вейбулла представляет собой понятие из области вероятностей и в ветроэнергетике отвечает на вопрос Какова вероятность скорости ветра v1, v2, v3, v4, ... vn, если среднегодовое значение равно vx


    Образец распределения Вейбулла, сделанный для этого анализа в Excel для средней скорости ветра 7 м/с
    Вероятность появления данной скорости ветра с использованием распределения Вейбулла можно рассчитать по формуле:

    где:
    Х = скорость ветра
    С = средняя скорость
    K - параметр формы возьмем 3

    Хотя после ввода в Excel шаблон выглядит сложным, вы можете легко и быстро рассчитать вероятность.
    Зная среднюю скорость ветра, например из ИГВХ, вычисляем вероятность скорости от v пуска турбины до остановки V, читаем или вычисляем процент номинальной мощности при заданной скорости ветра из характеристики . Умножаем вероятность для данной скорости ветра на процент номинальной мощности при данной скорости ветра. Наконец, мы суммируем вероятности с поправкой на мощность и рассчитываем индекс использования мощности турбины.


    В этом примере при средней скорости ветра 7 м/с и турбине, начинающейся со скорости 3 м/с и достигающей номинальной мощности при 14 м/с, коэффициент использования составил 33%, поэтому выход энергии будет равен 0.33 * 365 * 24 * 2,5 кВт = 7227 кВтч / год

    источник: SOLARIS Renewable Energy Sources
    Автор мгр инж. Богдан Шиманский специалист в области возобновляемых источников энергии
    источники энергии.

    .

    Смотрите также