Что такое ветряная турбина?

Что такое ветряная турбина?

Ветряная турбина — это устройство, которое использует силу ветра для вращения своих лопастей и преобразования этой вращательной мощности в электричество с помощью генератора.

В отличие от тепловой генерации, ветровые генераторы используют только природную энергию и привлекают внимание как чистые генераторы энергии. Существуют также морские ветряные турбины, которые устанавливаются в море, обеспечивая больше места, чем на суше, и генерируя более стабильную энергию. Они в основном используются в Европе.

Преимущества ветроэнергетики

• Экологичность, так как при выработке электроэнергии не выделяется углекислый газ.
• Поскольку ветроэнергетика используется в качестве энергии, электроэнергию можно вырабатывать до тех пор, пока дует ветер.

Недостатки ветроэнергетики

• Во время выработки электроэнергии возникает шум.
• Поскольку электроэнергия вырабатывается ветром, ее количество легко зависит от погоды и других факторов.

Знакомство с ветряными турбинами

Рейтинг ветроэнергетики по странам в мире

Генерация энергии ветра в настоящее время является общепринятым методом генерации электроэнергии. Страны с наибольшим количеством ветрогенераторов, сверху вниз: «Китай, США, Германия, Индия и Испания» (2017).

Рейтинг расположения ветроэнергетических установок по префектурам

Рейтинг ветроэнергетических установок по префектурам выглядит следующим образом: 1-е место: Хоккайдо, 304 единицы; 2-е место: Аомори, 253 единицы; 3-е место: Акита, 210 единиц.

В Японии, согласно исследованию по производству электроэнергии за 2019 год, ветроэнергетика должна вырабатывать 0,8% от общего объема энергии. Для производства ветроэнергетики необходимо, чтобы место установки располагалось в районе с большими участками земли, где сила ветра сильна, и где поблизости мало жителей из-за шума и проблем с птицами. Поэтому в Японии, где земли мало, солнечная энергия является наиболее распространенным методом выработки электроэнергии с использованием природной энергии, а наземная ветроэнергетика не очень подходит.

Принципы ветровых турбин

В этом разделе описывается, как работает ветровая генерация энергии и принцип ветровой генерации энергии. Ветровая генерация энергии работает, сначала захватывая силу ветра большими крыльями, называемыми лопастями, которые возвращают ветер, идущий в основном спереди, во вращательную силу. Затем лопасти соединяются с редуктором в центре, который использует шестерни для усиления вращательной силы, необходимой для генератора. Вращательная мощность, передаваемая от редуктора, затем преобразуется генератором и отправляется на подстанцию.

Существует два типа ветровых турбин в зависимости от направления лопастей: тип с горизонтальной осью и тип с вертикальной осью. Тип с горизонтальной осью — это ветровые турбины, лопасти которых перпендикулярны земле, в то время как тип с вертикальной осью вращается параллельно земле. Ветровые турбины с вертикальной осью характеризуются низким уровнем шума по сравнению с ветровыми турбинами с горизонтальной осью. Однако из-за своей меньшей выходной мощности они используются в небольших приложениях, таких как парки.

Размеры ветровых турбин

Ветровые турбины определяются Международной электротехнической комиссией (МЭК) следующим образом: изделия с выходной мощностью менее 1 кВт классифицируются как микроветровые турбины, с выходной мощностью от 1 до 50 кВт — как малые ветряные турбины, а с выходной мощностью 50 кВт и более — как большие ветряные турбины.

1. Малая ветряная турбина

Малыми ветряными турбинами считаются турбины с площадью приема ветра 200 м2 или менее и диаметром пропеллера 16 м или менее.

2. Большая ветряная турбина мощностью 600 кВт

Для больших ветряных турбин с номинальной мощностью 600 кВт высота башни обычно составляет 40–50 м, а диаметр пропеллера — 45–50 м.

*Приблизительно, 40 м эквивалентно 10-этажному офисному зданию.

3. Большие ветровые турбины мощностью от 1000 кВт до 2000 кВт

Для больших ветровых турбин с номинальной мощностью от 1000 кВт до 2000 кВт высота башни составляет от 60 до 80 метров, а диаметр пропеллера — от 60 до 90 метров.

*Приблизительно, 60 м эквивалентно 15-этажному офисному зданию.

Расположение ветровых турбин

Ветровые турбины могут быть установлены в двух основных местах: на суше и на море.

1. Береговые ветровые турбины

Береговые ветровые турбины можно устанавливать при условии, что имеется большая территория, на которой постоянно дуют ветры определенной скорости (обычно 6 м/год или выше).

В Японии такие системы часто устанавливаются в регионах Хоккайдо, Тохоку и Кюсю.

При установке в Японии задача состоит не только в том, чтобы гармонировать с окружающей средой, но и в том, чтобы справляться с тайфунами и другими погодными условиями. При рассмотрении вопроса об установке небольшой ветряной турбины говорят, что требуется площадь около 130 м2. Важно учитывать площадь установки, ее расположение по отношению к соседним жилым домам, природную среду и ветровые условия.

2. Морская ветряная турбина

Морские ветряные турбины — это ветряные турбины, построенные на поверхности озера или океана для выработки электроэнергии.

По сравнению с наземной ветровой генерацией, морские ветровые турбины могут генерировать больше ветровой энергии более стабильным образом и избегать таких рисков, как шум и человеческие жертвы. Ветровые турбины устанавливаются не только на море, но и на озерах, фьордах, гаванях и других местах.

Самым большим преимуществом морской ветроэнергетики является то, что она может использовать энергию ветра, не занимая ценные земельные ресурсы. Кроме того, морские ветровые электростанции можно строить в местах, где скорость ветра велика, что позволяет им вырабатывать большое количество электроэнергии. С активизацией исследований и разработок в области возобновляемых источников энергии большие надежды возлагаются на оффшорную ветроэнергетику как на метод выработки электроэнергии, который будет играть ключевую роль в обеспечении энергией следующего поколения.

Растущая популярность морской ветроэнергетики обусловлена ​​растущим мировым интересом к декарбонизации, и Японии необходимо увеличить выработку возобновляемой энергии, если она хочет достичь поставленной в 2020 году цели по сокращению выбросов парниковых газов практически до нуля к 2050 году.

В целом, возобновляемые источники энергии включают гидроэлектроэнергию и солнечную энергию, но количество энергии, вырабатываемой этими источниками, зависит от количества осадков и солнечного света (времени суток) соответственно. Ветроэнергетика может компенсировать слабость солнечной энергетики, поскольку она может стабильно вырабатывать электроэнергию даже ночью.

Однако ветроэнергетика не может вырабатывать электроэнергию в периоды слабого ветра или при прохождении тайфунов, поэтому важно дополнять ее другими методами выработки электроэнергии, а не полагаться только на один метод. Увеличение оффшорной выработки электроэнергии поможет исключить электростанции на ископаемом топливе и будет способствовать достижению цели сокращения выбросов парниковых газов почти до нуля к 2050 году.

Самый большой недостаток морской ветроэнергетики — ее высокая стоимость. Первоначальные инвестиции и расходы на техническое обслуживание морской ветроэнергетики намного выше, чем для береговой ветроэнергетики. Еще одним недостатком является потенциал негативного воздействия на окружающую среду. Существуют опасения по поводу шума, ухудшения ландшафта и воздействия на морскую жизнь.

Плавучая морская ветровая турбина

Существует два типа морских ветровых турбин: «имплантационный тип», в котором генератор закреплен на морском дне, и «плавающий тип», в котором генератор плавает на морском дне.

Имплантируемый тип ограничен мелководьем, но он надежен, и на нем можно устанавливать большие генераторы. С другой стороны, плавучий тип ограничен по размеру и эффективности, но может быть установлен в большом количестве в любом месте.

В Европе и Соединенных Штатах имплантационный тип является основным. С другой стороны, плавающие ветровые турбины, которые имеют меньше ограничений по месту установки, начинают привлекать внимание в Японии, поскольку они могут увеличить количество энергии, вырабатываемой морскими ветровыми турбинами в глубокой воде у побережья. Установка плавающих ветровых турбин сопряжена со многими проблемами с точки зрения стоимости и транспортировки энергии, и необходимы дальнейшие исследования.