Маленькая ветряная турбина
Малые ветряные турбины , также известные как микроветровые турбины или городские ветряные турбины , представляют собой ветряные турбины , которые генерируют электроэнергию для мелкомасштабного использования . Эти турбины обычно меньше тех, которые используются на ветряных электростанциях . Небольшие ветряные турбины часто имеют пассивные системы отклонения от курса , а не активные. Они используют генератор с прямым приводом и хвостовое оперение, направляющее ветер, тогда как более крупные турбины имеют зубчатые трансмиссии , которые активно направлены против ветра.
Обычно они производят от 500 Вт до 10 кВт, а некоторые и всего 50 Вт. Канадская ассоциация ветроэнергетики считает, что небольшие ветряные турбины имеют мощность до 300 кВт. [ 1 ] в то время как стандарт IEC 61400 определяет их как имеющие площадь ротора менее 200 м². 2 и генерирование напряжения ниже 1000 В переменного тока. или 1500 В постоянного тока.
Дизайн
[ редактировать ]Лезвия
[ редактировать ]турбин обычно имеют диаметр от 1,5 до 3,5 метров (4 фута 11 дюймов – 11 футов 6 дюймов) и производят 0,5–10 кВт при оптимальной скорости ветра. Лопасти небольших ветряных [ 1 ] Большинство небольших ветряных турбин представляют собой ветряные турбины с горизонтальной осью . [ 2 ] но ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT) могут иметь преимущества в обслуживании и размещении, хотя они менее эффективны при преобразовании ветра в электричество. [ 3 ] Для оптимизации эффективности передаточное отношение законцовки лопасти (отношение скорости законцовки лопасти к скорости ветра) и аэродинамическое качество должны поддерживаться на оптимальном уровне.
Ряд синтетических материалов, включая полимеры, армированные углеродным волокном, нанокомпозиты, [ 4 ] и E-стекло-полиэстер доступны. [ 5 ] Хотя натуральные волокна подвержены изменениям качества, высокому поглощению влаги и низкой термической стабильности, что делает их нежелательными для больших лопастей, небольшие турбины все же могут использовать их преимущества. [ 6 ] Можно использовать древесину, и ее тип следует выбирать в зависимости от доступности, стоимости и времени роста, средней плотности, высокой жесткости и прочности на разрыв. Покрытия обычно используются для снижения влажности, и белая эмаль с грунтовкой оказалась особенно эффективной. [ 7 ] Ель ситхинская (используется в гребных винтах) и пихта Дугласа используются в лопатках турбин. [ 8 ] В Непале использовались небольшие лопастные турбины, изготовленные из древесины с покрытием, включая Сал , Саур , Сисау , Уттиш , Туни , Охар , сосну и древесину лакури. [ 9 ] Помимо древесины, композиты на основе бамбука также могут использоваться как в больших, так и в малых ветряных турбинах из-за их низкой плотности и способности улавливать углерод , что делает бамбуковые материалы экологически чистыми. Кроме того, по сравнению с древесиной, бамбук имеет более высокую вязкость разрушения, более высокую прочность, более низкие затраты на обработку и быструю скорость роста. Текущие разработки материалов включают бамбуковые ламинаты с использованием смол и гибридные материалы из бамбукового углеродного волокна. [ 10 ] Конопля, лен, дерево и бамбук — все эти материалы являются кандидатами на лопасти для небольших турбин. [ 11 ]
Размещение
[ редактировать ]
Чтобы начать выработку электроэнергии, небольшие ветряные турбины должны достичь определенной скорости ветра, называемой скоростью включения. Эта скорость обычно составляет около 4 метров в секунду (8,9 миль в час). [ 12 ] но некоторые турбины могут работать на меньших оборотах. [ 13 ] Чтобы избежать препятствий, турбины часто размещают на башнях на высоте не менее 9 м (30 футов) над чем-либо в пределах 150 м (490 футов). [ 14 ] Лучшее расположение турбин находится вдали от крупных препятствий с наветренной стороны, поскольку исследования в аэродинамической трубе показывают, что значительные негативные последствия от близлежащих препятствий могут достигать 80-кратной высоты препятствия с подветренной стороны. [ 15 ] хотя это крайний случай. Другой вариант размещения небольшой турбины — использование модели, основанной на фактических измерениях ветра, для прогнозирования того, как близлежащие препятствия повлияют на местные ветровые условия в потенциальном месте расположения турбины, учитывая размер, форму и расстояние до препятствий. [ 16 ]
Небольшие крышные турбины можно установить на крыше, но они могут столкнуться с такими проблемами, как вибрация и турбулентность, вызванные выступом крыши, которые могут повлиять на выработку электроэнергии. Этим турбинам часто приходится с трудом вырабатывать значительное количество электроэнергии, особенно в городских районах. [ 17 ]
Электропроводка
[ редактировать ]
Генераторы для небольших ветряных турбин обычно представляют собой трехфазные генераторы переменного тока , и существует тенденция использования индукционного типа , хотя в некоторых моделях используются однофазные генераторы или генераторы постоянного тока . [ 18 ] [ 19 ]
После пропускания трехфазного провода переменного тока через контактное кольцо до приемного конца трехфазный выпрямитель используется для преобразования переменного тока в выпрямленный постоянный ток для зарядки аккумуляторов, особенно в солнечных гибридных энергосистемах . Выпрямитель следует монтировать на радиаторе для охлаждения с возможностью добавления компьютерного вентилятора , который активируется биметаллическим термовыключателем для активного охлаждения.
Конец постоянного тока выпрямителя затем подключается к батареям. Это соединение должно быть как можно более коротким, чтобы избежать потерь мощности, обычно с шунтирующим цифровым ваттметром между ними для мониторинга. Затем батареи подключаются к инвертору , который преобразует энергию обратно в переменный ток постоянной частоты для подключения к сети и конечного использования.
Динамическое торможение — это метод, используемый для регулирования скорости турбины путем сброса избыточной энергии через резистивную нагрузку во время сильного ветра для предотвращения повреждений. Контроллер, активируемый, когда батареи достигают определенного напряжения, включает нагрузку с помощью соленоида или твердотельного реле , последнее из которых имеет дополнительное преимущество «отключения при отказе». Правильная настройка контроллера важна для предотвращения паразитных колебаний , которых можно добиться с помощью функции задержки или использования штатного ШИМ-контроллера заряда с функцией отклонения.
Кабель, устойчивый к ультрафиолетовому излучению и колебаниям температуры, например, солнечный кабель , следует использовать в тех случаях, когда проводка подвергается воздействию непогоды. Сечение провода во всей системе должно соответствовать величине тока, проходящего через него. Сопротивление провода, линейно увеличивающееся с его длиной, не должно создавать падения напряжения более 2-5% от общего падения напряжения.
Рынки
[ редактировать ]Япония
[ редактировать ]В июле 2012 года вступил в силу новый «зеленый» тариф , одобренный министром промышленности Японии Юкио Эдано, который обещает увеличить производство ветровой и солнечной энергии в стране. Страна стремится увеличить инвестиции в возобновляемую энергетику отчасти в ответ на радиационный кризис на Фукусиме в марте 2011 года. [ 20 ] Зеленый тариф распространяется на солнечные панели и небольшие ветряные турбины и требует от коммунальных предприятий выкупать электроэнергию, произведенную из возобновляемых источников энергии, по установленным правительством тарифам.
Малая ветроэнергетика (турбины мощностью менее 20 кВт) будет субсидироваться по меньшей мере в размере 57,75 иен (около 0,74 доллара США за кВтч). [ 21 ]
Великобритания
[ редактировать ]Объекты недвижимости в сельских или пригородных районах Великобритании могут выбрать ветряную турбину с инвертором для подачи электроэнергии в местную сеть. Британская схема сертификации микрогенерации (MCS) предоставляет льготные тарифы владельцам квалифицированных небольших ветряных турбин. [ 22 ]
Соединенные Штаты
[ редактировать ]
в 2008 году небольшие ветряные турбины мощностью 100 кВт и менее добавили в общей сложности 17,3 МВт генерирующих мощностей в США. По данным Американской ассоциации ветроэнергетики (AWEA), Этот рост представляет собой увеличение внутреннего рынка малых ветряных турбин на 78%. В «Исследовании глобального рынка малых ветровых электростанций 2009 года», проведенном AWEA, этот рост объясняется увеличением объемов производства благодаря частным инвестициям, финансирующим расширение электростанций, а также ростом цен на электроэнергию и осведомленностью общественности о ветровых технологиях, способствующих продажам в жилых домах.
В 2019 году большая часть спроса на небольшие ветряные турбины в США приходилась на выработку электроэнергии в отдаленных местах, а также на цели оценки площадки для крупномасштабных ветроэнергетических установок. [ 23 ]
Малая ветроэнергетика США также извлекает выгоду из глобального рынка, поскольку контролирует около половины мировой доли рынка. Американские производители получили 77 миллионов долларов из 156 миллионов долларов, которые были потрачены во всем мире на небольшие ветряные турбины. В 2008 году в мире было установлено в общей сложности 38,7 МВт малых ветровых электростанций. [ 24 ]
В Соединенных Штатах стоимость установки бытовых ветряных турбин мощностью 2–10 кВт обычно составляет от 12 000 до 55 000 долларов США ( 6 долларов США за ватт), хотя в 19 штатах существуют льготы и скидки, которые могут снизить покупную цену для домовладельцев на до 50 процентов, до 3 долларов за ватт. [ 25 ] По оценкам американского производителя Southwest Windpower, турбина окупится за счет экономии энергии через 5–12 лет. [ 26 ] [ 27 ]
Доминирующими моделями на рынке, особенно в США, являются ветряные турбины с горизонтальной осью . [ нужна ссылка ]
Чтобы позволить потребителям принять обоснованное решение при покупке небольшой ветряной турбины, IEA Wind Task 27 в сотрудничестве с IEC TC88 MT2 разработал метод потребительской маркировки. В 2011 году IEA Wind опубликовало Рекомендуемую практику, в которой описаны испытания и процедуры, необходимые для нанесения маркировки. [ 28 ]
Хорватия
[ редактировать ]
Хорватия является идеальным рынком для небольших ветряных турбин из-за средиземноморского климата и множества островов, не имеющих доступа к электросети. В зимние месяцы, когда меньше солнца, но больше ветра, небольшие ветряные турбины являются отличным дополнением к изолированным объектам возобновляемой энергетики ( GSM , станции, пристани и т. д.). Таким образом, солнечная и ветровая энергия обеспечивают стабильную энергию в течение всего года.
Германия
[ редактировать ]В Германии «зеленый» тариф для малых ветряных турбин всегда был таким же, как и для больших. Это основная причина, по которой сектор малых ветряных турбин в Германии развивался медленно. Напротив, небольшие фотоэлектрические системы в Германии получали выгоду от высокого зеленого тарифа, иногда превышающего 50 евроцентов за киловатт-час.
В августе 2014 года в немецкий закон о возобновляемых источниках энергии были внесены изменения, что также повлияло на зеленые тарифы на ветряные турбины. За эксплуатацию небольшой ветровой турбины мощностью менее 50 киловатт тариф составляет 8,5 евроцента сроком на 20 лет.
Из-за низкого зеленого тарифа и высоких цен на электроэнергию в Германии экономическая работа небольшой ветряной турбины зависит от большого уровня собственного потребления электроэнергии, производимой небольшой ветряной турбиной. Частные домохозяйства платят в среднем 28 центов за киловатт-час электроэнергии (включая НДС 19%).
В рамках закона Германии о возобновляемых источниках энергии 2014 года в августе 2014 года была введена плата за электроэнергию, потребляемую собственными силами. Постановление не распространяется на малые электростанции мощностью менее 10 киловатт. При сумме 1,87 евроцента комиссия невелика. [ 30 ]
Производство
[ редактировать ]Строительство своими руками
[ редактировать ]Некоторые любители построили ветряные турбины из комплектов, компонентов или с нуля. Ветряные турбины, сделанные своими руками, обычно представляют собой турбины меньшего размера (на крыше) мощностью примерно 1 кВт или меньше. [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] Эти небольшие ветряные турбины обычно представляют собой наклонные или фиксированные / оттяжные башни. [ 35 ] [ 36 ]
Строительство ветряных турбин «Сделай сам» или «Сделай сам» стало популярным благодаря таким журналам, как OtherPower и Home Power . [ 37 ]
Такие организации, как Practice Action, разработали ветряные турбины своими руками, которые могут быть легко построены сообществами в развивающихся странах, и предоставляют конкретные документы о том, как это сделать. [ 38 ] [ 39 ]
Местное производство
[ редактировать ]Конструкции небольших ветряных турбин, сделанных своими руками, относятся к началу 1970-х годов и получили дальнейшее развитие в конце 1970-х годов в Соединенных Штатах и Европе. [ 40 ]
Небольшие ветряные турбины местного производства, будучи небольшими, недорогими, социально интегрированными, адаптированными к местным условиям и основанными на открытом обмене знаниями, были созданы или связаны с перспективами подходящей или промежуточной технологии , веселой технологии, развитие , открытый дизайн и открытое производство .
См. также
[ редактировать ]- WWEA ( Всемирная ассоциация ветроэнергетики )
- Конструкция ветряной турбины
- Электрическая система, связанная с сетью
- Воздушная турбина Ram
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Руководство по покупке малых ветряных турбин (PDF) (Отчет). Канадская ассоциация ветроэнергетики. стр. 3–4. Архивировано из оригинала (PDF) 2 марта 2013 года . Проверено 1 марта 2016 г.
- ^ Гайп, Пол. Основы ветроэнергетики: руководство по ветроэнергетическим системам в домашнем и общественном масштабе. Chelsea Green Publishing , 2009. По состоянию на 18 декабря 2010 г. ISBN 1-60358-030-1 ISBN 978-1-60358-030-4
- ^ Лувсайд. «5 недостатков ветряных турбин с вертикальной осью (VAWT) | Блог Windy» . www.luvside.de/en/ . Проверено 11 марта 2021 г.
- ^ Тирумалай, Дурай Прабхакаран Рагхавалу; Кале, Сандип А.; Прабакар, К., ред. (2015). Возобновляемая энергетика и устойчивое развитие . ISBN 9781634634649 .
- ^ Сессарего, Матиас; Вуд, Дэвид (2015). «Многомерная оптимизация лопастей малых ветряных турбин» . Возобновляемые источники энергии: ветер, вода и солнце . 2 (1): 9. Бибкод : 2015RWWS....2....9S . дои : 10.1186/s40807-015-0009-x . ISSN 2198-994X .
- ^ Калаги, Ганеша; Патил, Раджашекар; Наяк, Нараян (2016). «Полимерные композиционные материалы, армированные натуральным волокном, для лопастей ветряных турбин» (PDF) . Международный журнал научных разработок и исследований . 1 : 28–37.
- ^ Синха, Ракеш; Ачарья, Параш; Фрир, Питер; Шарма, Ранджан; Гимире, Прамод; Мишнаевский, Леон (2010). «Выбор непальской древесины для строительства лопастей небольших ветряных турбин». Ветротехника . 34 (3): 263–276. Бибкод : 2010WiEng..34..263S . дои : 10.1260/0309-524X.34.3.263 . ISSN 0309-524X . S2CID 110333693 .
- ^ Вуд, Дэвид (2011), «Проектирование, производство и испытания лопастей», Малые ветряные турбины , зеленая энергия и технологии, Springer London, стр. 119–143, doi : 10.1007/978-1-84996-175-2_7 , ISBN 9781849961745
- ^ Мишнаевский, Леон; Фрир, Питер; Синха, Ракеш; Ачарья, Параш; Шреста, Ракеш; Манандхар, Пушкар (2011). «Малые ветряные турбины с деревянными лопастями для развивающихся стран: выбор материалов, разработка, установка и опыт». Возобновляемая энергия . 36 (8): 2128–2138. doi : 10.1016/j.renene.2011.01.034 . S2CID 110380390 .
- ^ Холмс, Джон В.; Бронстед, Повл; Соренсен, Бент Ф.; Цзян, Цзэхуэй; Сунь, Чжэнцзюнь; Чен, Сюхэ (2009). «Разработка композита на основе бамбука как экологически чистого материала для лопастей ветряных турбин». Ветротехника . 33 (2): 197–210. Бибкод : 2009WiEng..33..197H . дои : 10.1260/030952409789141053 . ISSN 0309-524X . S2CID 110079336 .
- ^ Бронстед, Повл; Нейссен, Рожье П.Л., ред. (2013). Достижения в области конструкции и материалов лопастей ветряных турбин . Оксфорд: Издательство Вудхед. ISBN 9780857097286 . OCLC 864361386 .
- ^ Руководство по покупке малых ветряных турбин (PDF) (Отчет). Канадская ассоциация ветроэнергетики. п. 6. Архивировано из оригинала (PDF) 2 марта 2013 года . Проверено 1 марта 2016 г.
- ^ Лулева, Мила (28 октября 2013 г.). «Малотоннажная ветротурбина «Стрекоза» работает при малых скоростях ветра» . Зеленый оптимист . Проверено 18 сентября 2015 г.
- ^ Хью Пигготт (6 января 2007 г.). «Измерение скорости ветра в городе» . Scoraigwind.com . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ «Измерения в аэродинамической трубе вблизи препятствия» . Ntrs.nasa.gov. 15 октября 2011 года . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ «Разработка модели следа препятствий на основе нейронной сети» (PDF) . Проверено 4 декабря 2011 г. [ мертвая ссылка ]
- ^ Лик, Джонатан (16 апреля 2006 г.). «Домашние ветряки нанесли смертельный удар» . Санди Таймс . Великобритания . Проверено 13 июля 2009 г.
- ^ Форсайт, Труди (20 мая 2009 г.). «Технология малого ветра» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Архивировано из оригинала (PDF) 17 марта 2013 года . Проверено 20 сентября 2013 г.
- ^ «Ветряная турбина Endurance E-3120-50 кВт от Endurance Wind Power» . AZoNetwork . 13 мая 2010 года . Проверено 20 сентября 2013 г.
- ^ «Япония одобряет субсидии на возобновляемые источники энергии взамен ядерной энергетики» . Рейтер . 18 июня 2012 г. Проверено 18 июня 2012 г.
- ^ «Япония утверждает льготные тарифы» . Рейтер. 22 июня 2012 г. Проверено 22 июня 2012 г.
- ^ «Схема льготных тарифов (ФИТ)» . МКС . Проверено 29 декабря 2012 г.
- ^ Кейси, Тина (19 сентября 2019 г.). «Что случилось с микроветряными турбинами? Они в порядке!» . ЧистаяТехника . Проверено 21 сентября 2019 г.
- ^ «Новости EERE: AWEA: Рынок малых ветряных турбин в США вырос на 78% в 2008 году» . Apps1.eere.energy.gov . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ Шеворы, Кристина (13 декабря 2007 г.). «Домотканое электричество от ветра» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ «Юго-Западная Ветроэнергетика» . Windenergy.com. Архивировано из оригинала 11 января 2012 года . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ «Ветроэнергетика для коммерческих проектов: практические примеры» . XZERES . Проверено 18 сентября 2015 г.
- ^ «Главная страница МЭА Ветер» . Ieawind.org . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ «Как и почему мы добиваемся лучших результатов» (на венгерском языке). Венеко . Проверено 18 сентября 2015 г.
- ^ «Немецкий портал малых ветряных турбин» . klein-windkraftanlagen.com. 15 июня 2012 года . Проверено 4 февраля 2015 г.
- ^ «Страница ветряных турбин, сделанных своими руками, Британского агентства по ветроэнергетике» . Bwea.com. Архивировано из оригинала 4 декабря 2011 года . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ «Общие часто задаваемые вопросы о строительстве ветряных турбин и информация для правильного строительства» . Wind-turbine-24v.com . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ «Обзор конструкции ветряных турбин и информация для правильного строительства» . Otherpower.com . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ Ветрогенератор 1 кВт своими руками . Ютуб. 7 мая 2015 г. Архивировано из оригинала 24 августа 2015 г. Проверено 18 сентября 2015 г.
- ^ «Небольшие ветряные турбины, обычно наклонной или фиксированной конструкции» . Архивировано из оригинала 1 октября 2011 года . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ «Модифицированная ветряная турбина Чиспито» . Greenterrafirma.com . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ «OtherPower и Home Power как популярные журналы по микрогенерации своими руками» (PDF) . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ «Практические действия по получению информации для создания ветряных турбин своими руками для развивающихся стран» . Практические действия.org . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ «Основные сведения о небольших ветряных турбинах своими руками и бытовом энергопотреблении» (PDF) . Проверено 4 декабря 2011 г.
- ^ Латуфис, Костас К.; Пазиос, Томас В.; Хациаргириу, Никос Д. (март 2015 г.). «Маленькие ветряные турбины местного производства: расширение возможностей сообществ для устойчивой электрификации сельских районов». Журнал IEEE Электрификация . 3 (1): 68–78. дои : 10.1109/MELE.2014.2380073 . ISSN 2325-5897 . S2CID 868486 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Дэн Финк; Дэн Бартман (2008). Домашняя энергия ветра . ООО «Баквилл Пабликейшнс». ISBN 978-0-9819201-0-8 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- информация о рынке малой ветроэнергетики от WWEA
- Информационный бюллетень Американской ассоциации ветроэнергетики
- Otherpower — группа энтузиастов альтернативной энергетики.
