Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Ветроэнергетика (ветряные электростанции – ВЭС)

Особенности

GorizontЗависимость выработки электроэнергии от среднегодового значения скорости ветра, от переменности ветра по величине и по направлению. Ветроагрегаты производят шум, в том числе ниже 16 Гц, опасный для людей и животных. В связи с этим изменяется жизнь животных в этом районе. Агрегаты занимают сельскохозяйственные земли.

Конструкции, мощность, эффективность

 Применяют расположение оси ротора горизонтальное и вертикально. Rotor_SavoniusaК.п.д. ротора с горизонтальной осью выше, чем вертикального, но во втором случае отсутствует зависимость от направления ветра.  Количество лопастей может быть разным, но этот параметр не является определяющим для к.п.д. агрегата. Известна конструкция ротора с шаровыми лопастями, имеющая преимущества тех и других. Лопасти двигателя имеют большие размеры, для двигателей 4-7 МВт диаметр достигает 140 м. Rotor_DarieРазмещаются ветряные двигатели на расстоянии друг от друга в несколько высот ветряка. Мощность ветрогенератора оценивается соотношением N=rSV3/2, Вт, S – площадь, ометаемая лопастями,r — плотность воздуха, кг/м3, V – скорость ветра, м/с. При этом необходимо учитывать, что скорость ветра зависит отRotor_kombi положения оси двигателя, зависимость от высоты можно считать логарифмической, либо степенной с показателем степени 1/7. Предельный к.п.д. преобразования энергии ветра 16/27=0,59. У реальных ВЭС к.п.д. не превышает 40%.

Место расположения

РVES_Germaniiазличают ВЭС по месту расположения: наземные, прибрежные, шельфовые (оффшорные), плавучие на плавающих платформах. Их размещают большими группами – ветряными парками или фермами. В РФ на сегодня общая мощность ветряных двигателей порядка 20 МВт (см. презентацию РусГидро от 2011 г.). Это несоизмеримо с мощностями в таких странах, как: Китай (более 40 ГВт), США (более 40 ГВт), Германия (более 30 ГВт), Испания, Индия, Италия, Франция, Дания. Всего в мире установлено более 200 ГВт таких двигателей. Основное количество агрегатов имеет мощность от 100 до 500 кВт. На фото показана оффшорная ВЭС Танет (Великобритания) мощностью 300 МВт в составе 100 трехмегаваттных агрегатов с диаметром ротора 90 м. На карте Германии показано положение агрегатов разной мощности, их общее количество около 25000 штук.

Tanet_1 Tanet_2

Достижения

Первый ветропарк мощностью 20х30 кВт=600 кВт был построен в г. Нью-Гэмпшире, США в 1980 г. До недавних пор самый крупный парк ВЭС мощностью 782 МВт с количеством агрегатов 627 считался ветропарк в г. Роско, Техас, он занимает площадь 400 кв. км. Alta Wind Energy Center, Калифорния (США). Но в 2013 г. самой мощной ветряной электростанцией стала Alta Wind Energy Center мощностью 1320 МВт (в прошлом году занимала второе место). Ветропарк расположен на горном перевале Техачапи в штате Калифорния, США. В ветропарке установлено 390 турбин Vestas V-90 мощностью 3 МВт каждая, и 100 турбин производства General Electric мощностью 1.5 МВт каждая. Наращивание мощности станции происходит постоянно (в 2012 г. мощность станции составляла 1020 МВт). Целью является довести установленную мощность до 3000 МВт.

Оригинальные идеи

Появляются и чрезвычайно оригинальные идеи конструктивного исполнения ветряных агрегатов, например, проект электростанции Нью-Йоркского дизайнерского бюро Atelier DNA для экологически чистого города Маздар-Сити в Абу-Даби. Она называется ветряные стебли (windstalk), выработка электроэнергии основана на пьезоэффекте.

Краткая информация с иллюстрациями по ВЭС.