Большие промышленные ветряки
Jul. 14th, 2015 06:20 pm![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
einstitut.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ruИстория развития современной ветроэнергетики – это история роста размеров и мощности ветрогенераторов. Тенденция представлена на рисунке (можно увеличить):
В 80-х гг. прошлого века средняя ветряная турбина имела ротор диаметром 17 м и выдавала 75 кВт мощности. Современная ветряная турбина — существенно более крупный генерирующий объект. По данным Европейской ассоциации ветроэнергетики средняя мощность современного материкового ветряка в Европе сегодня – 2,2 МВт. Он позволяет производить в среднем за год 4702 МВт*ч электроэнергии. КИУМ – 24%. Средняя морская (offshore) турбина обладает мощностью 3,6 МВт и вырабатывает 12961 МВт*ч в год. КИУМ здесь сопоставим с традиционной энергетикой– 41% (использование мощности в сегодняшних энергосистемах как правило не превышает 50%).
Рост размеров обусловлен развитием технологий и, разумеется, экономическими причинами – желанием сократить удельные капитальные затраты и LCOE (приведённую стоимость производства электричества). Этим объясняется и то, что турбины морского, шельфового размещения стремятся делать помощнее, поскольку капитальные затраты в морском строительстве существенно выше. К слову, капитальные затраты и стоимость производства электричества в ветроэнергетике на многих рынках уже конкурентоспособны с углеводородной генерацией.
На сегодняшний день сформировался, можно сказать, отраслевой стандарт промышленной ветроэнергетической установки: три лопасти и горизонтальная ось вращения, хотя ещё относительно недавно активные эксперименты проводились с двухлопастными ветряками высокой мощности (например, в рамках немецкого проекта GROWIAN тестировалась установка мощностью 3 МВт).
Проекты с двумя лопастями были признаны неудачными (хотя разработки осуществляются и сегодня), поэтому современный промышленный ветряк выглядит вот так:
В конструкции современных внешне схожих ветряков есть принципиальные технологические отличия. Можно сказать, что сегодня конкурируют две основные технологии. Существуют ветроустановки с редуктором (коробкой передач) и без него. В установках без редуктора используется кольцевой генератор, которому крутящий момент передается непосредственно (direct drive).
Это гондола с кольцевым генератором:
Первый тип (с коробкой передач) более распространён, но популярность установок второго типа растёт, они занимают сегодня рыночную долю в примерно 30% и, вероятно, могут стать основным отраслевым стандартом.
Различия двух типов наглядно показаны на следующем рисунке (нажмите для увеличения):
Каковы размеры самых крупных турбин?
Вот картинка, демонстрирующая габариты одного из крупнейших на сегодняшний день ветряков, 7,5 мегаваттного Enercon E-126.
У Vestas уже есть действующий образец 8 мегаваттной турбины на 140 метровой мачте. Ну а самой большой считается «Морской Титан» (SeaTitan) мощностью 10 МВт с диаметром ротора 190 метров от американской AMSC. Правда в коммерческую эксплуатацию данный агрегат, насколько мы знаем, пока не поступил. Прототипы установок аналогичной мощностей есть и у ряда других производителей.
В 80-х гг. прошлого века средняя ветряная турбина имела ротор диаметром 17 м и выдавала 75 кВт мощности. Современная ветряная турбина — существенно более крупный генерирующий объект. По данным Европейской ассоциации ветроэнергетики средняя мощность современного материкового ветряка в Европе сегодня – 2,2 МВт. Он позволяет производить в среднем за год 4702 МВт*ч электроэнергии. КИУМ – 24%. Средняя морская (offshore) турбина обладает мощностью 3,6 МВт и вырабатывает 12961 МВт*ч в год. КИУМ здесь сопоставим с традиционной энергетикой– 41% (использование мощности в сегодняшних энергосистемах как правило не превышает 50%).
Рост размеров обусловлен развитием технологий и, разумеется, экономическими причинами – желанием сократить удельные капитальные затраты и LCOE (приведённую стоимость производства электричества). Этим объясняется и то, что турбины морского, шельфового размещения стремятся делать помощнее, поскольку капитальные затраты в морском строительстве существенно выше. К слову, капитальные затраты и стоимость производства электричества в ветроэнергетике на многих рынках уже конкурентоспособны с углеводородной генерацией.
На сегодняшний день сформировался, можно сказать, отраслевой стандарт промышленной ветроэнергетической установки: три лопасти и горизонтальная ось вращения, хотя ещё относительно недавно активные эксперименты проводились с двухлопастными ветряками высокой мощности (например, в рамках немецкого проекта GROWIAN тестировалась установка мощностью 3 МВт).
Проекты с двумя лопастями были признаны неудачными (хотя разработки осуществляются и сегодня), поэтому современный промышленный ветряк выглядит вот так:
В конструкции современных внешне схожих ветряков есть принципиальные технологические отличия. Можно сказать, что сегодня конкурируют две основные технологии. Существуют ветроустановки с редуктором (коробкой передач) и без него. В установках без редуктора используется кольцевой генератор, которому крутящий момент передается непосредственно (direct drive).
Это гондола с кольцевым генератором:
Первый тип (с коробкой передач) более распространён, но популярность установок второго типа растёт, они занимают сегодня рыночную долю в примерно 30% и, вероятно, могут стать основным отраслевым стандартом.
Различия двух типов наглядно показаны на следующем рисунке (нажмите для увеличения):
Каковы размеры самых крупных турбин?
Вот картинка, демонстрирующая габариты одного из крупнейших на сегодняшний день ветряков, 7,5 мегаваттного Enercon E-126.
У Vestas уже есть действующий образец 8 мегаваттной турбины на 140 метровой мачте. Ну а самой большой считается «Морской Титан» (SeaTitan) мощностью 10 МВт с диаметром ротора 190 метров от американской AMSC. Правда в коммерческую эксплуатацию данный агрегат, насколько мы знаем, пока не поступил. Прототипы установок аналогичной мощностей есть и у ряда других производителей.
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2015-08-02 05:29 am (UTC)А сначала.
Чтоб получить ту же мощность при меньшем КИЭВ надо делать больше ометаемую поверхность.
Соответственно тихоходные вертикально-осевые имеют большой коэффициент заполнения, что упрощено- чтоб получить такую же мощность нужно на порядок больше материала. Причем вся эта масса материала вращается, поэтому должна иметь высокие харакеристики жесткости ,прочности и точности изготовления. Поэтому Пока все вертикально-осевые - в реале просто маленкие поделочки для показаов и развода.
Управление ветряком - это элементарно, он должен давать такую мощность . которая нужна в данный момент и не больше. А вот законы физики приводят к тому , что мощность ветрового потока завист от куба его скорости.
И поэтому если при расчетной скорости ветряка 7 м/с приисходит порыв ветра 28 а то и 35 м\с (не редко , пару раз на год) то мощность на турбине ветряка выходит в 64 -125 раз больше номинала, сто, кстати , показывает , что управление контроллерами заряда, столь любимое китайцами , реально-блеф.
Так вот управляемые ветряки и в 50 м/с спокойно дают номинальную мощность , без остановок и разрушений.
И еще. Кубический закон действует для всех. И работа при скорости 1 м/с - это сказака . Любой имеющий калькулятор и мозги легко это проверит.
А вертикально -осевые , если где и стоят, то это супер стелс ветряки, абсолютно невидимые. Посмотрев фото ветряков по всему миру, все упорно видят трехлопастные горизонтально-осевые.
И еще, чтоб не путуться почитайте про быстроходные, тихоходные и вертикально-осевые горизонтально-осевые а то у вас каща в голове из этих понятий. С малой скорости н ачинают крутиться тихоходные (и вертикальные и горизонтальные) .
С большей скорости , но с болеевысокой эффективностью работают быстроходные (и вертикальные и горизонтальные).
no subject
Date: 2015-08-04 07:09 am (UTC)Насчет "почему везде стоят пропеллеры" - еще раз: потому что они вырабатывают свой ресурс! Разница в их эффективности не настолько значительна, чтобы бежать рубить под корень мачты пропеллеров и менять их на вертикалки, которые просто-напросто появились позже пропеллеров. Вы наверное слышали такое слово "прогресс" - как раз этот случай))
Работа с 1 м/с - возможно, скорее некоторое лукавство некоторых производителей. У нас разнесены две отдельные характеристики - скорость страгивания (start) и рабочий диапазон (work). В частности, наш EN-R03 стартует с 1м/с, начинает выработку с 1,5м/с (что можно наглядно увидеть на табло контроллера). И кстати, во время испытаний в аэродинамической трубе, при 45м/с он совершенно спокойно молотил больше 4 часов, а у Вас вон с одного порыва в 30м/с "улетелел")))
Теперь про "массу материала" с высокой прочностью и жесткостью - EN-R03, раз уж я его в пример привожу, имеет три лопасти, каждая весом в 3,75кг., из композитного стеклопластика, с алюминиевым лонжероном внутри. Из нескольких десятков проданных единиц, был ОДИН прецедент, когда одну из лопастей разорвало во время сильнейшего шторма на Онежском озере. Ветряк установлен прямо на причале. По итогу выявили брак, допущенный композитниками, это была лопасть из самой первой партии. Замечу, что в отличии от отлетающей при аварии лопасти пропеллера, в нашем случае не было ни малейшей угрозы или опасности для кого-либо, т.к. отлетела тонкая наружная стенка, и плавно приземлилась на берегу. Так что никакой "массы материала" там нету, и особо выдающейся жесткости и прочности не требуется. Уж всяко не больше, чем при создании кузова и винтов СВП, а именно на таком производстве мы поначалу размещали заказы.
Что же касается управления - вы так и не пояснили, что имели в виду, зато написали смешную чепуху про контроллеры.. Вы видели когда-нибудь качественный mppt-контроллер с нормальным интерфейсом, в котором можно настраивать все его параметры? Так вот в их числе, настраивается и реакция контроллера на шторм, и при правильной настройке, он спокойно плавно подтормаживает генератор, повышая нагрузку, вплоть до "замыкания" фаз, при необходимости полной остановки ветроколеса.
В общем, я в очередной раз убеждаюсь в том, что как только человек пишет 4 заветных буквы - "КИЭВ", дальше за ветроэнергетику с ним можно не продолжать, потому что следующим тезисом точно будет "несостоятельность" вертикалок, потом обычно начинается пылкий сказ о преимуществах торцевого расположения магнитов в генераторе, и дальше разговор ожидаемо уходит в сторону стенаний о том, как раньше было заебись с наукой и производством, а теперь кругом менеджеры и физику не знают. Скучно.
А, кстати, да - а потом приезжаешь, такой, в Псков, на завод, привозишь образец своего генератора, с щелевым расположением магнитов, а там лежат свежесобранные генераторы имени небезызвестного Грибкова Сергея Владимировича, разумеется с торцевым, и пробуешь рукой провернуть вал..)) И понимаешь, что люди мыслят как-то реально масштабно, раз для них такой ветер не проблема, который эту хреновину стронуть сможет...))))
no subject
Date: 2015-08-04 08:41 am (UTC)Те же вертикальные есть быстроходные Дарье, которые по КИЭВ около 0.4 приближаются к горизонтально-осевым быстроходным. Но у них есть масса всрожденных недостатков.
Если вы рассказываете про маленькие скорости ветра, то это тихоходные вертикально осевые (лучший Савониус имеет КИЭВ 25;) а работающие на сопротивлении имеют теоретический предел в 17%. Так что про эффективность оставьте сказки покупателям.
Усилия от ц.б сил в горизонтально осевых работают вдоль лопасти, а не поперек, как у вертикально-осевых.
Разница в жесткости -на порядки. И Разность жесткостей лопастей в одном комплекте так для вертикально-осевых вообще проблематична, поэтому их продавцы просто об этом молчат.
Если ветряка действительно использовать для работы , ане для развода, то никаких сказок про управление контроллером быть не должно. Ветряк должен сам со всем справляться при любом разрушении электрокабеля. Это китайцы для дешевизны такую туфту , как "управление" контроллером придумали. Видел немало сгоревших "китайцев" с таким , "управлением контроллером"
Да и опять напомню про кубическую зависимость мощности от скорости ветра, и никакой умный контроллер это не отменяет. А продавать установку, которая может разрушиться и убить людей при перегрызенном мышкой проводе- это преступление.
Кстати КИЭВ - это практическа япособность ветряком снять в ветра энергию, и чем он больше тем больше мощность при одинаковом ветре. Очень практичный параметр и сразу показывает технический уровень..
Поэтому его очень не любят продавцы хреновых установок. Они же , как сташную военную тайну прячут выработку в месяц в кВт*ч . Рассказывают наивным покупателям только про мощность.
Не понял выши слова про какие то генераторы, надо просто применять с инимальным моментом страгивания и все.