Ветроэнергетика: размеры и пределы роста
Dec. 19th, 2016 05:12 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_ruОригинал взят у ![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif)
einstitut в Ветроэнергетика: размеры и пределы роста
einstitut в Ветроэнергетика: размеры и пределы ростаСовременная ветроэнергетика – энергетика больших мощностей и гигантских машин. Ветряные турбины становятся все больше и больше. Примерно так:
Если посмотреть на изменение парка материковых ветровых турбин во времени, например, в Германии, очевидно увеличение их среднего размера.
Всё растет. Увеличиваются как башни, которые у крупнейших машин сегодня достигают 140 метров, так и лопасти, достигающие в длину почти 90 м, и диаметры ротора, доходящие до почти 190 м.
На нынешний день крупнейшими серийными ветряками являются 8-мегаваттные машины от Vestas (MHI Vestas V164), Adwen (AD-180) и Siemens (SWT-8.0-154 8MW), используемые в морской (офшорной) ветроэнергетике, а также 7,5 МВт модель Enercon E-126 – крупнейший материковый ветрогенератор (на фото).
Это серийные модели, находящиеся в эксплуатации. В виде прототипов существуют еще более крупные агрегаты.
Есть ли предел роста размеров ветряных турбин? Чем он обусловлен?
Понятно, размеры ветроустановок увеличивают не из прихоти, а исходя из экономических соображений – в попытке снизить стоимость электроэнергии. Высокие башни обеспечивают доступ к ветровым ресурсам более высокого качества (как говорят спецы: «на высоте 100 метров всегда есть коммерческий ветер»). Увеличение диаметра ротора позволяет «захватить» этих ресурсов побольше, а также задействовать менее качественный ветровой потенциал. Увеличение размеров может приводить к снижению удельных (на единицу мощности) капитальных и операционных затрат, что прямо отражается на стоимости электроэнергии.
В то же время рост размеров ветряных турбин наталкивается на ограничения, связанные как с характеристиками используемых материалов, так и с транспортировкой и технологиями монтажных работ. Кроме того, существуют физические лимиты увеличения размеров, описываемые законом квадрата-куба: объем (соответственно, масса и стоимость) используемых материалов может расти быстрее, чем отдача от этого увеличения.
Транспортно-логистические и монтажные ограничения касаются главным образом материковой ветроэнергетики. Перевозка секций башен большого диаметра и длинных лопастей наземным транспортном – серьезный технологический вызов. Диаметр перевозимых труб/конусов башен ветряков ограничен сегодня 4,3 метра в редких случаях возможны перевозки диаметров 4,6 метра. Разумеется, транспортировка таких агрегатов на дальние расстояния крайне затруднена. Одним из используемых компромиссных решений является комбинированная башня сталь/железобетон, в которой нижние железобетонные секции самого большого диаметра изготавливаются на месте. Кроме того, необходимо учитывать, что транспортная и монтажная техника (например, большие краны) имеет свои пределы.
Рассмотренные в предыдущем абзаце ограничения в меньшей степени касаются морской ветроэнергетики, где используются производственные технологии/мощности судостроения, строительства на шельфе и морских грузоперевозок.
Проведенное в текущем году в США исследование, включающее в себя опрос 163-х ведущих отраслевых экспертов, показало: размеры ветроустановок будут расти и дальше. При этом, очевидно, потенциал роста у офшорных ветрогенераторов существенно превышает потенциал наземной ветроэнергетики.
Результаты исследования представлены на следующих графиках.
К 2030 средняя высота башни ветрогенератора в материковой ветроэнергетике приблизится к 120 метрам и в Европе, и в США, средний диаметр ротора будет находится в интервале 130-140 метров, а средняя установленная мощность на один генератор в Европе превысит 3,5 МВт.
В офшорной ветроэнергетике намечаемые изменения куда существенней. Средняя мощность ветрогенераторов на европейском рынке достигнет 11 МВт, при высоте башен более 220 метров. Распространение получат плавающие ветроэлектростанции. Некоторые эксперты прогнозируют, что к 2030 году максимальная мощность морских ветряков на фиксированном фундаменте может достичь 18 МВт, то есть более чем в два раза превысить сегодняшние рекордные показатели
В то же время очевидно, что ветроустановки не будут расти бесконечно. Вероятно, в скором времени мы узнаем оптимум, превышение которого будет затруднено с логистической, в первую очередь, точки зрения, и не будет оправдываться экономически.
Источник
Если посмотреть на изменение парка материковых ветровых турбин во времени, например, в Германии, очевидно увеличение их среднего размера.
Всё растет. Увеличиваются как башни, которые у крупнейших машин сегодня достигают 140 метров, так и лопасти, достигающие в длину почти 90 м, и диаметры ротора, доходящие до почти 190 м.
На нынешний день крупнейшими серийными ветряками являются 8-мегаваттные машины от Vestas (MHI Vestas V164), Adwen (AD-180) и Siemens (SWT-8.0-154 8MW), используемые в морской (офшорной) ветроэнергетике, а также 7,5 МВт модель Enercon E-126 – крупнейший материковый ветрогенератор (на фото).
Это серийные модели, находящиеся в эксплуатации. В виде прототипов существуют еще более крупные агрегаты.
Есть ли предел роста размеров ветряных турбин? Чем он обусловлен?
Понятно, размеры ветроустановок увеличивают не из прихоти, а исходя из экономических соображений – в попытке снизить стоимость электроэнергии. Высокие башни обеспечивают доступ к ветровым ресурсам более высокого качества (как говорят спецы: «на высоте 100 метров всегда есть коммерческий ветер»). Увеличение диаметра ротора позволяет «захватить» этих ресурсов побольше, а также задействовать менее качественный ветровой потенциал. Увеличение размеров может приводить к снижению удельных (на единицу мощности) капитальных и операционных затрат, что прямо отражается на стоимости электроэнергии.
В то же время рост размеров ветряных турбин наталкивается на ограничения, связанные как с характеристиками используемых материалов, так и с транспортировкой и технологиями монтажных работ. Кроме того, существуют физические лимиты увеличения размеров, описываемые законом квадрата-куба: объем (соответственно, масса и стоимость) используемых материалов может расти быстрее, чем отдача от этого увеличения.
Транспортно-логистические и монтажные ограничения касаются главным образом материковой ветроэнергетики. Перевозка секций башен большого диаметра и длинных лопастей наземным транспортном – серьезный технологический вызов. Диаметр перевозимых труб/конусов башен ветряков ограничен сегодня 4,3 метра в редких случаях возможны перевозки диаметров 4,6 метра. Разумеется, транспортировка таких агрегатов на дальние расстояния крайне затруднена. Одним из используемых компромиссных решений является комбинированная башня сталь/железобетон, в которой нижние железобетонные секции самого большого диаметра изготавливаются на месте. Кроме того, необходимо учитывать, что транспортная и монтажная техника (например, большие краны) имеет свои пределы.
Рассмотренные в предыдущем абзаце ограничения в меньшей степени касаются морской ветроэнергетики, где используются производственные технологии/мощности судостроения, строительства на шельфе и морских грузоперевозок.
Проведенное в текущем году в США исследование, включающее в себя опрос 163-х ведущих отраслевых экспертов, показало: размеры ветроустановок будут расти и дальше. При этом, очевидно, потенциал роста у офшорных ветрогенераторов существенно превышает потенциал наземной ветроэнергетики.
Результаты исследования представлены на следующих графиках.
К 2030 средняя высота башни ветрогенератора в материковой ветроэнергетике приблизится к 120 метрам и в Европе, и в США, средний диаметр ротора будет находится в интервале 130-140 метров, а средняя установленная мощность на один генератор в Европе превысит 3,5 МВт.
В офшорной ветроэнергетике намечаемые изменения куда существенней. Средняя мощность ветрогенераторов на европейском рынке достигнет 11 МВт, при высоте башен более 220 метров. Распространение получат плавающие ветроэлектростанции. Некоторые эксперты прогнозируют, что к 2030 году максимальная мощность морских ветряков на фиксированном фундаменте может достичь 18 МВт, то есть более чем в два раза превысить сегодняшние рекордные показатели
В то же время очевидно, что ветроустановки не будут расти бесконечно. Вероятно, в скором времени мы узнаем оптимум, превышение которого будет затруднено с логистической, в первую очередь, точки зрения, и не будет оправдываться экономически.
Источник
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2016-12-19 02:17 pm (UTC)Насколько она пригодна для выработки электроэнергии на нашем севере.
Певек, Тикси, Мурманск.
no subject
Date: 2016-12-19 02:35 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 03:40 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 03:51 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 04:08 pm (UTC)нет механического геморроя с холодом
но вообще есть опыт с подогревом:
For example, the St. Leon, Manitoba project has a total rating of 99 MW and is estimated to need up to 3 MW (around 3% of capacity) of station service power a few days a year for temperatures down to –30 °C.
no subject
Date: 2016-12-19 04:59 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 05:06 pm (UTC)А в перечисленных населенных пунктах применение солнечной энергетики в поздне_осеннее-зимнее-ранне_весенее время невозможно: волшебное словосочетание "полярная ночь".
no subject
Date: 2016-12-19 05:11 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 05:13 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 05:17 pm (UTC)Ометаемая площадь лопастей пропорциональна их радиусу, поэтому увеличив этот самый радиус в 3 раза получим возможность "снять" мощность в 9 раз большую.
Скорость ветра на высоте гораздо выше, чем у поверхности земли. Этот эффект хорошо знаком яхтсменам. И, самое интересное, тут тоже квадратичная зависимость !!! Потому и поднимают на высоту.
А вообще это недешёвое удовольствие. Вроде кажется чего проще, закинул на вышку вентилятор с генератором и сиди кури. На самом деле здесь очень много "но".
no subject
Date: 2016-12-19 05:20 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 05:31 pm (UTC)В сети много видео и фото ветряков, рассчитанных на один диапазон, которые были сломаны более сильным ветром.
И они не только большие по диапазону, но и по абсолютному значению: мне знакомая в прошлом году из Певека писала, что у них южак (сезонный ветер, дующий иногда до нескольких недель) в тот момент дул 34-37мс очень длительными порывами. Генератор, способный выдержать такие ветра, будет стоить очень дорого.
no subject
Date: 2016-12-19 05:59 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 06:06 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 06:12 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 06:34 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 06:49 pm (UTC)Что касается обледенения, то ветряк вполне способен прогреть свои лопасти собственной энергией. Достаточно заложить термоэлементы в конструкцию. Удорожает конструкцию обязательно, но окупится постоянством работы.
no subject
Date: 2016-12-19 07:16 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 07:27 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 07:29 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 07:41 pm (UTC)кто бы на это дал денег и забыл про них
no subject
Date: 2016-12-19 08:35 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 08:46 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 08:53 pm (UTC)no subject
Date: 2016-12-19 10:20 pm (UTC)Только еще конструкция мачты должна быть такой, чтобы ее не сдуло ( 25-30мс - в Краснодаре в этом году крыши сдувало с рекламными щитами, и заборы уносило ).
И получается: либо вы строите ветротурбину, рассчитанную на ветер 5-15мс, которую сдует в 34-37мс ( или упрочняете конструкцию, что будет очень дорого ), либо возводите генератор на 25-40мс, который не будет работать при ветре 5-15мс.
PS: Где-то лет пять назад видел подборку фото со всей Европы, на которых были погнутые и упавшие ветряки, но не могу сейчас найти.