Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пример ветряной турбины , эта трехлопастная турбина представляет собой классический дизайн современных ветряных турбин.
Компоненты ветряной турбины: 1 - Фундамент , 2 - Подключение к электросети , 3 - Башня , 4 - Лестница доступа, 5 - Контроль направления ветра (контроль рыскания) , 6 - Гондола , 7 - Генератор , 8 - Анемометр , 9 - Электрический или механический тормоз, 10- Коробка передач , 11- Лопасть ротора , 12- Регулировка шага лопастей , 13- Ступица ротора.

Проектирование ветряной турбины - это процесс определения формы и технических характеристик ветряной турбины для извлечения энергии из ветра . [1] Установка ветряной турбины состоит из необходимых систем, необходимых для улавливания энергии ветра, направления турбины на ветер, преобразования механического вращения в электрическую энергию и других систем для запуска, остановки и управления турбиной.

В этой статье рассматривается конструкция ветряных турбин с горизонтальной осью (HAWT), поскольку большинство коммерческих турбин используют эту конструкцию.

В 1919 году физик Альберт Бец показал, что для гипотетической идеальной машины для извлечения энергии ветра фундаментальные законы сохранения массы и энергии позволяют уловить не более 16/27 (59,3%) кинетической энергии ветра. К этому пределу закона Беца можно приблизиться с помощью современных конструкций турбин, которые могут достигать 70-80% от этого теоретического предела.

В дополнении к аэродинамической конструкции лопастей, проектирование полной системы ветровой энергии должна также адрес конструкция ступицы, управления, генератор, несущей конструкции и фундамента. Дальнейшие конструктивные вопросы возникают при интеграции ветряных турбин в электрические сети.

Аэродинамика [ править ]

Основная статья: Аэродинамика ветряных турбин

Форма и размеры лопастей ветряной турбины определяются аэродинамическими характеристиками, необходимыми для эффективного извлечения энергии из ветра, и силой, необходимой для противодействия силам, действующим на лопасти.

Профиль ветряного ротора

Аэродинамика ветряной турбины с горизонтальной осью непроста. Воздушный поток на лопатках отличается от воздушного потока вдали от турбины. Сама природа способа, которым энергия извлекается из воздуха, также заставляет воздух отклоняться турбиной. Кроме того, аэродинамика ветряной турбины на поверхности ротора демонстрирует явления, которые редко наблюдаются в других аэродинамических областях.

Контроль мощности [ править ]

Скорость, с которой вращается ветряная турбина, должна контролироваться для эффективного производства электроэнергии и для удержания компонентов турбины в пределах проектных скоростей и крутящего момента. Центробежная сила на вращающихся лопастях увеличивается пропорционально квадрату скорости вращения, что делает эту конструкцию чувствительной к превышению скорости. Поскольку сила ветра увеличивается пропорционально кубу скорости ветра, турбины должны быть сконструированы таким образом, чтобы выдерживать гораздо более высокие ветровые нагрузки (например, порывы ветра), чем те, от которых они могут практически вырабатывать энергию. У ветряных турбин есть способы уменьшить крутящий момент при сильном ветре.

Ветряная турбина предназначена для выработки энергии в диапазоне скоростей ветра. Скорость включения составляет около 3–4 м / с для большинства турбин, а скорость отключения составляет 25 м / с. [2] Если номинальная скорость ветра превышена, мощность должна быть ограничена. Есть разные способы добиться этого.

Система управления включает в себя три основных элемента: датчики для измерения переменных процесса, исполнительные механизмы для управления захватом энергии и нагрузкой компонентов и алгоритмы управления для координации исполнительных механизмов на основе информации, собранной датчиками. [3]

Все ветряные турбины рассчитаны на максимальную скорость ветра, называемую скоростью выживания, выше которой они будут повреждены. Скорость выживания коммерческих ветряных турбин находится в диапазоне от 40 м / с (144 км / ч, 89 миль / ч) до 72 м / с (259 км / ч, 161 миль / ч). Наиболее распространенная скорость выживания - 60 м / с (216 км / ч, 134 миль / ч). Некоторые из них были разработаны, чтобы выдерживать скорость 80 метров в секунду (290 км / ч; 180 миль в час). [4]

Стойло [ править ]

Кабина на несущей поверхности возникает , когда воздух проходит над ней таким образом , что генерация лифта быстро уменьшается. Обычно это происходит из-за большого угла атаки (AOA), но также может быть результатом динамических эффектов. Лопасти ветряной турбины с фиксированным шагом могут иметь аэродинамическую конструкцию, позволяющую срываться при высоких скоростях ветра, вызывая более медленное вращение. [5] Это простой и надежный механизм, помогающий предотвратить повреждение системы из-за чрезмерной скорости ветра. Однако, за исключением систем с динамически регулируемым шагом, он не может обеспечивать постоянную выходную мощность в более широком диапазоне скоростей ветра, что делает его менее подходящим для крупномасштабных приложений электросетей .[6]

HAWT с фиксированной скоростью (ветряная турбина с горизонтальной осью) по своей сути увеличивает угол атаки при более высокой скорости ветра по мере увеличения скорости лопастей. Таким образом, естественная стратегия - позволить лопасти остановиться при увеличении скорости ветра. Этот метод успешно использовался на многих ранних HAWT. Однако на некоторых из этих наборов лопастей было замечено, что степень наклона лопастей имела тенденцию к увеличению уровня слышимого шума.

Генераторы вихрей могут использоваться для управления подъемными характеристиками лопасти. VG размещаются на аэродинамическом профиле для увеличения подъемной силы, если они расположены на нижней (более плоской) поверхности, или для ограничения максимальной подъемной силы, если они размещаются на верхней (более высокий изгиб) поверхности. [7]

Furling [ править ]

Закрутка работает за счет уменьшения угла атаки, что снижает сопротивление, вызванное подъемом ротора, а также его поперечное сечение. Одна из основных проблем при проектировании ветряных турбин - заставить лопасти достаточно быстро закручиваться или закручиваться , если порыв ветра вызывает внезапное ускорение. Полностью свернутая лопатка турбины в остановленном состоянии имеет край лопасти, направленный против ветра.

Нагрузки можно уменьшить, сделав конструктивную систему более мягкой или гибкой. [3] Это может быть достигнуто с помощью роторов с подветренной стороны или с изогнутыми лопастями, которые естественным образом поворачиваются, чтобы уменьшить угол атаки при более высоких скоростях ветра. Эти системы будут нелинейными и будут связывать структуру с полем потока - таким образом, инструменты проектирования должны развиваться для моделирования этих нелинейностей.

Стандартные современные турбины все закручивают лопасти при сильном ветре. Так как закрутка требует действия против крутящего момента на лопасти, это требует некоторой формы управления углом наклона, которая достигается с помощью поворотного привода . Этот привод точно наклоняет лезвие, выдерживая нагрузки с высоким крутящим моментом. Кроме того, многие турбины используют гидравлические системы. Эти системы обычно подпружинены, поэтому в случае отказа гидравлической системы лопасти автоматически складываются. В других турбинах для каждой лопасти ротора используется электрический серводвигатель. У них небольшой запас батареи на случай выхода из строя электросети. В небольших ветряных турбинах (менее 50 кВт) с переменным шагом обычно используются системы, работающие за счет центробежной силы, либо маховик, либо геометрическая конструкция, и не используются электрические или гидравлические средства управления.

Согласно отчету коалиции исследователей из университетов, промышленности и правительства при поддержке Центра устойчивого будущего Аткинсона, существуют фундаментальные пробелы в управлении питчем, ограничивающие снижение затрат на энергию . Снижение нагрузки в настоящее время сосредоточено на регулировании шага лопастей по всему пролету, поскольку двигатели с индивидуальным шагом являются приводами, доступными в настоящее время на промышленных турбинах. Существенное снижение нагрузки было продемонстрировано при моделировании лопастей, башни и трансмиссии. Тем не менее, исследования все еще необходимы, необходимо разработать методы для реализации управления шагом лопастей по всему пролету, чтобы увеличить захват энергии и снизить усталостные нагрузки.

Метод управления, применяемый к углу тангажа, осуществляется путем сравнения текущей активной мощности двигателя со значением активной мощности при номинальной частоте вращения двигателя (задание активной мощности, задание Ps). Управление углом тангажа в этом случае осуществляется с помощью ПИ-регулятора. Однако, чтобы иметь реалистичный отклик на систему управления углом тангажа, привод использует постоянную времени Tservo, интегратор и ограничители, чтобы угол тангажа составлял от 0 ° до 30 ° со скоростью изменения (± 10 ° в секунду).

Контроллер высоты тона

На рисунке справа эталонный угол наклона сравнивается с фактическим углом наклона b, а затем ошибка корректируется приводом. Опорный угол наклона, который исходит от ПИ-регулятора, проходит через ограничитель. Ограничения пределов очень важны для поддержания угла наклона в реальном выражении. Ограничение скорости изменения очень важно, особенно при сбоях в сети. Важность обусловлена ​​тем, что контроллер решает, насколько быстро он может уменьшить аэродинамическую энергию, чтобы избежать ускорения во время ошибок. [3]

Другие элементы управления [ править ]

Крутящий момент генератора [ править ]

Современные большие ветряные турбины - это машины с регулируемой скоростью. Когда скорость ветра ниже номинальной, крутящий момент генератора используется для управления скоростью ротора с целью получения как можно большей мощности. Наибольшая мощность достигается, когда передаточное отношение конечной скоростиподдерживается постоянным на своем оптимальном значении (обычно 6 или 7). Это означает, что по мере увеличения скорости ветра скорость ротора должна пропорционально увеличиваться. Разница между аэродинамическим крутящим моментом, захваченным лопастями, и приложенным крутящим моментом генератора регулирует скорость ротора. Если крутящий момент генератора ниже, ротор ускоряется, а если крутящий момент генератора выше, ротор замедляется. Ниже номинальной скорости ветра управление крутящим моментом генератора активно, в то время как шаг лопастей обычно поддерживается под постоянным углом, обеспечивающим максимальную мощность, довольно плоским по отношению к ветру. При скорости ветра выше номинальной крутящий момент генератора обычно поддерживается постоянным, пока активен шаг лопастей.

Одним из методов управления синхронным двигателем с постоянными магнитами является управление с ориентацией на поле . Полевое управление - это стратегия с обратной связью, состоящая из двух регуляторов тока (каскадная конструкция внутреннего и внешнего контура), необходимых для управления крутящим моментом, и одного регулятора скорости.

Контроль угла постоянного крутящего момента [ править ]

В этой стратегии управления ток оси d поддерживается равным нулю, в то время как вектор тока совмещен с осью q, чтобы поддерживать угол крутящего момента равным 90 o . Это одна из наиболее часто используемых стратегий управления из-за простоты управления только током IQS. Итак, теперь уравнение электромагнитного момента синхронного генератора с постоянными магнитами представляет собой просто линейное уравнение, зависящее только от тока Iqs.

Итак, электромагнитный момент для Ids = 0 (мы можем добиться этого с помощью контроллера оси d) теперь составляет:

T e = 3/2 p (λ pm I qs + (L ds -L qs ) I ds I qs ) = 3/2 p λ pm I qs

Конструкция контроллера со стороны машины

Итак, полная система преобразователя со стороны машины и каскадных контуров ПИ-регулятора показана на рисунке справа. Здесь у нас есть управляющие входы, которые представляют собой коэффициенты заполнения m ds и m qs преобразователя с ШИМ-регулированием. Кроме того, мы можем видеть схему управления ветряной турбиной со стороны машины и одновременно то, как мы поддерживаем нулевое значение I ds (уравнение электромагнитного момента является линейным).

Рыскание [ править ]

Современные большие ветряные турбины, как правило, активно управляются с учетом направления ветра, измеряемого флюгером, расположенным на задней части гондолы . За счет минимизации угла рыскания (несовпадение направления ветра и направления вращения турбины) выходная мощность максимизируется, а несимметричные нагрузки сводятся к минимуму. Однако, поскольку направление ветра меняется быстро, турбина не будет строго следовать направлению и в среднем будет иметь небольшой угол рыскания. Потери выходной мощности можно просто аппроксимировать как уменьшение ( cos (угол рыскания)) 3. В частности, при скорости ветра от низкой до средней, рыскание может привести к значительному снижению мощности турбины, при этом довольно часто встречаются отклонения направления ветра на ± 30 ° и длительное время реакции турбин на изменения направления ветра. При высоких скоростях ветра направление ветра менее изменчиво.

Электрическое торможение [ править ]

2кВт Резистор динамического торможения для небольшой ветряной турбины.

Торможение небольшой ветряной турбины может быть выполнено путем сброса энергии от генератора в блок резисторов , преобразовывая кинетическую энергию вращения турбины в тепло. Этот метод полезен, если кинетическая нагрузка на генератор внезапно снижается или слишком мала, чтобы поддерживать скорость турбины в допустимых пределах.

Циклическое торможение приводит к замедлению лопастей, что увеличивает эффект торможения и снижает эффективность лопастей. Таким образом, вращение турбины может поддерживаться на безопасной скорости при более быстром ветре, сохраняя при этом (номинальную) выходную мощность. Этот метод обычно не применяется на больших ветровых турбинах, подключенных к сети.

Механическое торможение [ править ]

Механический барабанный тормоз или дисковый тормоз используется для остановки турбины в аварийной ситуации, например, при сильных порывах ветра или превышении скорости. Этот тормоз является второстепенным средством удержания турбины в состоянии покоя для технического обслуживания с системой блокировки ротора в качестве основного средства. Такие тормоза обычно применяются только после того, как закрутка лопастей и электромагнитное торможение снизили скорость турбины, поскольку механические тормоза могут вызвать возгорание внутри гондолы, если они используются для остановки турбины на полной скорости. Нагрузка на турбину увеличивается, если тормоз применяется на номинальных оборотах.

Размер турбины [ править ]

Рисунок 1. Блок-схема ветряной электростанции.

Существуют ветряные турбины разных размеров. Самые маленькие из них с выработкой электроэнергии менее 10 кВт используются в домах, на фермах и удаленных объектах, тогда как промежуточные ветряные турбины (10-250 кВт) полезны для деревенской энергетики, гибридных систем и распределенной энергии . Самая большая в мире ветряная турбина, турбина мощностью 8 МВт, расположенная на ветряной электростанции Burbo Bank Extension в Ливерпульском заливе , Соединенное Королевство , была установлена ​​в 2016 году. [8] Турбины коммунального масштаба (более одного мегаватта) используются в ветряных электростанциях центральной станции. фермы , распределенная энергия и коммунальный ветер. [9]

Человек, стоящий рядом с лезвиями длиной 15 м.

Для данной выживаемой скорости ветра масса турбины приблизительно пропорциональна кубу длины ее лопастей. Мощность ветра, передаваемая турбиной, пропорциональна квадрату длины ее лопастей. [10] Максимальная длина лопатки турбины ограничена как прочностью, так и жесткостью ее материала, а также соображениями транспортировки.

Затраты на рабочую силу и техническое обслуживание увеличиваются постепенно с увеличением размера турбины, поэтому для минимизации затрат турбины ветряных электростанций в основном ограничены прочностью материалов и требованиями к размещению.

Типичные современные ветряные турбины имеют диаметр от 40 до 90 метров (от 130 до 300 футов) и рассчитаны на мощность от 500 кВт до 2 МВт. По состоянию на 2017 год самая мощная турбина, Vestas V-164 , имеет мощность 9,5 МВт и диаметр ротора 164 м. [11]

Конструируются все более крупные ветряные турбины, производители еще не приблизились к максимальным размерам. Самые большие турбины будут 265 метров и более. [12]

Гондола [ править ]

Основная статья: Гондола (ветряная турбина)

Гондола имеет корпус редуктора и генератора , соединяющий башню и ротор. Датчики определяют скорость и направление ветра, а двигатели поворачивают гондолу против ветра, чтобы увеличить мощность.

Коробка передач [ править ]

В обычных ветряных турбинах лопасти вращают вал, который через редуктор соединен с генератором. Коробка передач преобразует скорость вращения лопастей от 15 до 20 оборотов в минуту для большой турбины мощностью один мегаватт в более быстрые 1800 оборотов в минуту, которые необходимы генератору для выработки электроэнергии. [13] Аналитики из оценки GlobalData , что коробка передач рынок растет с $ 3,2 млрд в 2006 году до $ 6,9 млрд в 2011 году до $ 8,1 млрд к 2020 году лидерами рынка были WINERGY в 2011 году [14] Использование магнитных коробок передач также была изучена в качестве способ снижения затрат на обслуживание ветряных турбин. [15]

Генератор [ править ]

Коробка передач , вал ротора и тормозной механизм

Для больших, промышленных ветряных турбин с горизонтальной осью, электрический генератор [16] установлен в гондоле наверху башни, за ступицей ротора турбины. Обычно ветряные турбины вырабатывают электроэнергию с помощью асинхронных машин.которые напрямую связаны с электросетью. Обычно скорость вращения ветряной турбины ниже, чем эквивалентная скорость вращения электрической сети: типичные скорости вращения ветрогенераторов составляют 5–20 об / мин, в то время как напрямую подключенная машина будет иметь электрическую скорость от 750 до 3600 об / мин. Поэтому между ступицей ротора и генератором вставляется редуктор. Это также снижает стоимость и вес генератора. Генераторы промышленного размера имеют ротор, несущий обмотку возбуждения, так что вращающееся магнитное поле создается внутри набора обмоток, называемого статором . В то время как вращающаяся обмотка возбуждения потребляет долю процента выходной мощности генератора, регулировка тока возбуждения позволяет хорошо контролировать выходное напряжение генератора.

Ветряные генераторы старого типа вращаются с постоянной скоростью, чтобы соответствовать частоте линии электропередачи , что позволило использовать менее дорогие индукционные генераторы. [ необходима цитата ] Новые ветряные турбины часто вращаются с той скоростью, с которой вырабатывается электричество наиболее эффективно. Изменяющуюся выходную частоту и напряжение можно согласовать с фиксированными значениями сети с помощью различных технологий, таких как индукционные генераторы с двойным питанием.или полнофункциональные преобразователи, в которых производимый ток переменной частоты преобразуется в постоянный, а затем обратно в переменный. Хотя такие альтернативы требуют дорогостоящего оборудования и вызывают потерю мощности, турбина может улавливать значительно большую часть энергии ветра. В некоторых случаях, особенно когда турбины расположены на море, энергия постоянного тока будет передаваться от турбины к центральному (береговому) инвертору для подключения к сети.

Безредукторный ветряк [ править ]

Безредукторные ветряные турбины (также называемые прямым приводом ) полностью избавляются от коробки передач. Вместо этого вал ротора прикреплен непосредственно к генератору, который вращается с той же скоростью, что и лопасти.

Преимущества генераторов PMDD перед шестеренчатыми генераторами включают повышенную эффективность, снижение шума, более длительный срок службы, высокий крутящий момент при низких оборотах, более быстрое и точное позиционирование, а также жесткость привода. Генераторы PMDD «устраняют усилитель, увеличивающий скорость передачи, который подвержен значительной накопленной усталостной нагрузке крутящего момента, связанным с этим проблемам надежности и затратам на техническое обслуживание». [17]

Чтобы компенсировать более низкую скорость вращения генератора с прямым приводом, диаметр ротора генератора увеличен, чтобы он мог содержать больше магнитов для создания необходимой частоты и мощности. Безредукторные ветряные турбины часто тяжелее шестеренчатых ветряных турбин. Исследование ЕС под названием «Reliawind» [18], основанное на самом большом размере выборки турбин, показало, что надежность редукторов не является основной проблемой для ветряных турбин. Надежность турбин с прямым приводом на море до сих пор неизвестна, поскольку размер выборки очень мал.

По оценкам экспертов Датского технического университета , редукторный генератор с постоянными магнитами может использовать 25 кг / МВт редкоземельного элемента неодима , а безредукторный - 250 кг / МВт. [19]

В декабре 2011 года Министерство энергетики США опубликовало отчет о критической нехватке редкоземельных элементов, таких как неодим, которые в больших количествах используются для изготовления постоянных магнитов в безредукторных ветряных турбинах. [20] Китай производит более 95% редкоземельных элементов, а Hitachi имеет более 600 патентов на неодимовые магниты.. Для турбин с прямым приводом требуется 600 кг материала постоянного магнита на мегаватт, что соответствует нескольким сотням килограммов редкоземельных элементов на мегаватт, поскольку содержание неодима оценивается в 31% от веса магнита. Гибридные трансмиссии (промежуточные между прямым приводом и традиционными редукторами) используют значительно меньше редкоземельных материалов. В то время как ветряные турбины с постоянными магнитами составляют лишь около 5% рынка за пределами Китая, их доля на рынке внутри Китая оценивается в 25% или выше. В 2011 году спрос на неодим в ветровых турбинах оценивался в 1/5 от спроса на электромобили. [20]

Лезвия [ править ]

Дизайн клинка [ править ]

Неокрашенный кончик лезвия

Соотношение между скоростью кончиков лопастей и скоростью ветра называется отношением скорости кончиков лопастей . Высокоэффективные трехлопастные турбины имеют отношение конечной скорости к скорости ветра от 6 до 7. Современные ветряные турбины спроектированы для вращения с различными скоростями (следствие конструкции их генератора, см. Выше). Использование алюминия и композитных материалов в их лопастях способствовало низкой инерции вращения , а это означает, что более новые ветряные турбины могут быстро ускоряться, если ветер усиливается, сохраняя отношение конечной скорости почти постоянным. Работа, близкая к оптимальному передаточному числу конечных скоростей при сильных порывах ветра, позволяет ветровым турбинам улучшать улавливание энергии от внезапных порывов ветра, типичных для городских условий.

Напротив, ветряные турбины старого типа были разработаны с более тяжелыми стальными лопастями, которые имеют более высокую инерцию и вращаются со скоростью, зависящей от частоты переменного тока в линиях электропередач. Высокая инерция буферизовала изменения скорости вращения и, таким образом, делала выходную мощность более стабильной.

Обычно считается, что шум увеличивается с увеличением скорости лезвия лезвия. Увеличение скорости наконечника без увеличения шума позволило бы уменьшить крутящий момент в коробке передач и генераторе и снизить общие нагрузки на конструкцию, тем самым снизив стоимость. [3] Снижение шума связано с детальной аэродинамикой лопастей, особенно с факторами, снижающими резкую остановку. Неспособность предсказать сваливание ограничивает развитие агрессивных аэродинамических концепций. [3] Некоторые лопасти (в основном на Enercon) имеют крылышко для увеличения производительности и снижения шума. [21] [22]

Лопасть может иметь отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению 120 [23] по сравнению с 70 для планера и 15 для авиалайнера. [24]

Хаб [ править ]

Устанавливается ступица ветряной турбины

В простых конструкциях лопасти привинчиваются непосредственно к ступице и не могут качаться, что приводит к аэродинамическому срыву при определенных скоростях ветра. В других, более сложных конструкциях, они прикреплены болтами к подшипнику тангажа , который регулирует их угол атаки с помощью системы тангажа в зависимости от скорости ветра, чтобы контролировать их скорость вращения. [25] Регулировка высоты звука осуществляется гидравлической или электрической системой ( свинцово-кислотная батарея или сверхконденсатор ). [26] Шаговый подшипник прикреплен к ступице болтами. Ступица прикреплена к валу ротора, который приводит в действие генератор напрямую или через редуктор.

Количество клинков [ править ]

Двухлопастная ветряная турбина NASA / DOE Mod-5B диаметром 98 метров была самой большой действующей ветряной турбиной в мире в начале 1990-х годов.
Испытание НАСА конфигурации ротора однолопастной ветряной турбины на станции Плам-Брук возле Сандаски, штат Огайо.

Количество лопастей выбирается с учетом аэродинамической эффективности, стоимости компонентов и надежности системы. На уровень шума влияет расположение лопастей по ветру или по ветру башни и скорость ротора. Учитывая, что уровень шума от задних кромок и вершин лопастей варьируется в 5-й степени от скорости лезвия, небольшое увеличение скорости лезвия может иметь большое значение.

В ветряных турбинах, разработанных за последние 50 лет, почти повсеместно использовались либо две, либо три лопасти. Тем не менее, есть патенты, которые представляют конструкции с дополнительными лопастями, такие как интегрированная система лопастей ротора Multi-unit от Chan Shin. [27] Аэродинамическая эффективность увеличивается с увеличением количества лопастей, но с уменьшением отдачи. Увеличение количества лопастей с одной до двух приводит к увеличению аэродинамической эффективности на шесть процентов, тогда как увеличение количества лопастей с двух до трех дает только три дополнительных процента эффективности. [28] Дальнейшее увеличение количества лопастей дает минимальные улучшения аэродинамической эффективности и слишком много жертвует жесткостью лопастей, поскольку лопасти становятся тоньше. [ необходима цитата ]

Теоретически бесконечное количество лопастей нулевой ширины является наиболее эффективным, работая при высоком значении передаточного числа наконечников. Но другие соображения приводят к компромиссу только с несколькими лезвиями. [29]

Затраты на компоненты, на которые влияет количество лопастей, в первую очередь связаны с материалами и производством ротора турбины и трансмиссии. Как правило, чем меньше количество лезвий, тем меньше затраты на материалы и производство. Кроме того, чем меньше количество лопастей, тем выше может быть скорость вращения. Это связано с тем, что требования к жесткости лопастей во избежание столкновения с мачтой ограничивают толщину лопастей, которые могут быть изготовлены, но только для машин, находящихся против ветра; отклонение лопастей в машине с подветренной стороны приводит к увеличению зазора башни. Меньшее количество лопастей с более высокими скоростями вращения снижает пиковые крутящие моменты в трансмиссии, что приводит к снижению затрат на редуктор и генератор.

На надежность системы влияет количество лопастей, в первую очередь, из-за динамической нагрузки ротора на трансмиссию и башенные системы. При настройке ветряной турбины на изменение направления ветра (рыскание) каждая лопасть испытывает циклическую нагрузку на своем корневом конце в зависимости от положения лопасти. Это верно для одного, двух, трех и более лезвий. Однако эти циклические нагрузки при объединении на валу привода симметрично уравновешиваются для трех лопастей, обеспечивая более плавную работу во время рыскания турбины. В турбинах с одной или двумя лопастями может использоваться поворотная ступица с качением, чтобы также почти исключить циклические нагрузки на приводной вал и систему во время рыскания. Китайская двухлопастная машина мощностью 3,6 МВт проходит испытания в Дании. [30] Минъянвыиграл тендер на поставку двухлопастных морских ветряных турбин мощностью 87 МВт (29 * 3 МВт) возле Чжухая в 2013 году. [31] [32] [33]

Наконец, эстетика может считаться фактором, поскольку некоторые люди считают, что трехлопастной ротор более приятен на вид, чем одно- или двухлопастный ротор.

Материалы для клинков [ править ]

В некоторых современных ветряных турбинах для снижения веса используются лопасти ротора с балками из углеродного волокна.

В целом идеальные материалы должны соответствовать следующим критериям:

  • широкая доступность и простота обработки для снижения затрат и технического обслуживания
  • низкий вес или плотность для уменьшения гравитационных сил
  • высокая прочность, чтобы противостоять сильным ветровым нагрузкам и гравитационной силе самого лезвия
  • высокая усталостная прочность, выдерживающая циклические нагрузки
  • высокая жесткость для обеспечения стабильности оптимальной формы и ориентации лопасти и зазора с башней
  • высокая вязкость разрушения
  • способность противостоять воздействиям окружающей среды, таким как удары молнии, влажность и температура [34]

Это сужает список допустимых материалов. Металлы были бы нежелательны из-за их уязвимости к усталости. Керамика имеет низкую вязкость разрушения, что может привести к преждевременному выходу из строя лезвия. Традиционные полимеры недостаточно жесткие, чтобы их можно было использовать, а у древесины есть проблемы с воспроизводимостью, особенно с учетом длины лезвия. Таким образом, армированные волокном композиты, обладающие высокой прочностью, жесткостью и низкой плотностью, становятся очень привлекательным классом материалов для конструкции ветряных турбин. [35]

Деревянные и парусиновые паруса использовались на ранних ветряных мельницах из-за их низкой цены, доступности и простоты изготовления. Лезвия меньшего размера могут быть изготовлены из легких металлов, например алюминия . Однако эти материалы требуют частого ухода. Конструкция из дерева и брезента ограничивает форму аэродинамического профиля плоской пластиной, которая имеет относительно высокое соотношение сопротивления к силе (низкая аэродинамическая эффективность) по сравнению с твердыми аэродинамическими профилями. Конструкция сплошных аэродинамических профилей требует негибких материалов, таких как металлы или композиты . Некоторые лезвия также имеют молниеотводы.

Новые конструкции ветряных турбин позволяют вырабатывать мощность от одного мегаватта до более 10 мегаватт с использованием все более и более крупных лопастей. Большая площадь эффективно увеличивает передаточное число турбины при заданной скорости ветра, тем самым увеличивая ее извлечение энергии. [36] Программное обеспечение для автоматизированного проектирования, такое как HyperSizer (первоначально разработанное для проектирования космических аппаратов), может быть использовано для улучшения конструкции лопастей. [37] [38]

По состоянию на 2015 год диаметр ротора лопастей наземных ветряных турбин достигает 130 метров [39], в то время как диаметр морских турбин достигает 170 метров. [40] В 2001 году около 50 миллионов килограммов слоистого стекловолокна было использовано в лопастях ветряных турбин. [41]

Важной целью более крупных систем лезвий является контроль веса лезвий. Поскольку масса лопастей масштабируется как куб радиуса турбины, нагрузка из-за силы тяжести ограничивает системы с большими лопастями. [42]Гравитационные нагрузки включают осевые и растягивающие / сжимающие нагрузки (верх / низ вращения), а также изгиб (боковые положения). Величина этих нагрузок циклически колеблется, а моменты вращения (см. Ниже) меняются на противоположные каждые 180 ° вращения. Типичные частоты вращения ротора и расчетный срок службы составляют ~ 10 и 20 лет, соответственно, при количестве оборотов за срок службы порядка 10 ^ 8. С учетом ветра ожидается, что лопатки турбины выдержат ~ 10-9 циклов нагружения. Еще одним источником нагрузки на лопасти ротора является ветер. Подъем вызывает изгиб в плоском направлении (вне плоскости ротора), в то время как поток воздуха вокруг лопасти вызывает изгибание в горизонтальном направлении (в плоскости ротора). Изгиб закрылков включает в себя натяжение на стороне нагнетания (с подветренной стороны) и сжатие со стороны всасывания (с подветренной стороны).Изгибание на ребро предполагает растяжение передней кромки и сжатие задней кромки.

Ветровые нагрузки цикличны из-за естественной изменчивости скорости ветра и сдвига ветра (более высокие скорости на вершине вращения).

Отказ в предельной нагрузке лопастей ротора ветряной турбины под действием ветровой и гравитационной нагрузки является видом отказа, который необходимо учитывать при проектировании лопастей ротора. Скорость ветра, вызывающая изгиб лопастей ротора, имеет естественную изменчивость, как и реакция на напряжение в лопастях ротора. Кроме того, сопротивление лопастей ротора с точки зрения их прочности на разрыв демонстрирует естественную изменчивость. [43]

В свете этих видов отказов и постоянно увеличивающихся размеров лопастных систем предпринимались постоянные усилия по разработке экономичных материалов с более высоким отношением прочности к массе. Чтобы продлить текущий 20-летний срок службы лопастей и обеспечить рентабельность лопастей с большей площадью, необходимо оптимизировать конструкцию и материалы с точки зрения жесткости, прочности и сопротивления усталости. [34]

Большинство современных лопастей ветряных турбин, выпускаемых на рынок, изготавливаются из армированных волокном полимеров (FRP), которые представляют собой композиты, состоящие из полимерной матрицы и волокон. Длинные волокна обеспечивают продольную жесткость и прочность, а матрица обеспечивает вязкость разрушения, прочность на расслоение, прочность при отклонении от плоскости и жесткость. [34] Показатели материалов, основанные на максимальном энергетическом КПД и имеющие высокую вязкость разрушения, сопротивление усталости и термическую стабильность, оказались самыми высокими для пластиков, армированных стекловолокном и углеродным волокном (GFRPs и CFRPs). [44]

В турбинных лопатках используются такие матрицы, как термореактивные пластмассы или термопласты, причем первые более распространены. [45] Это позволяет связать волокна вместе и повысить прочность лезвия. Термореактивные материалы составляют 80% рынка, поскольку они обеспечивают низкотемпературное отверждение и более низкую вязкость, а их сочетание упрощает обработку. Термопласты, в отличие от термореактивных пластиков, пригодны для вторичной переработки, однако температура обработки и вязкость намного выше, что ограничивает размер и консистенцию, что важно для больших лезвий. Вязкость разрушения у термопластов выше, но усталостные характеристики хуже. [46] Несмотря на то, что термопласты обладают возможными экологическими преимуществами, необходимо провести дополнительные исследования.

Лопасти ветряных турбин Siemens SWT-2.3-101, армированные стекловолокном, из эпоксидной смолы . Размер отвала 49 метров [47] по сравнению с подстанцией за ними на ветряной электростанции острова Вулф .

При производстве лопастей в диапазоне от 40 до 50 метров используются проверенные методы изготовления стеклопластиковых композитов. Такие производители, как Nordex SE и GE Wind, используют процесс инфузии. Другие производители используют вариации этой техники, некоторые из них включают углерод и дерево со стекловолокном в эпоксидной матрице. Другие варианты включают предварительно пропитанное («препрег») стекловолокно и литье под вакуумом для переноса смолы. В каждом из этих вариантов используется полимер, армированный стекловолокном.композитные конструкции разной сложности. Возможно, самая большая проблема с более простыми, открытыми и влажными системами - это выбросы, связанные с высвобождаемыми летучими органическими веществами. Предварительно пропитанные материалы и методы инфузии смолы позволяют избежать выделения летучих веществ, поскольку содержат все летучие органические соединения. Однако эти замкнутые процессы имеют свои проблемы, а именно, производство толстых слоистых материалов, необходимых для структурных компонентов, становится более трудным. Поскольку проницаемость смолы для преформы определяет максимальную толщину ламината, для устранения пустот и обеспечения надлежащего распределения смолы требуется продувка. [41]Одно из решений для распределения смолы - частично пропитанный стекловолокно. Во время вакуумирования сухая ткань обеспечивает путь для воздушного потока, и после приложения тепла и давления смола может течь в сухую область, что приводит к полностью пропитанной ламинатной структуре. [41]

Композиты на основе эпоксидной смолы имеют преимущества в отношении окружающей среды, производства и стоимости по сравнению с другими системами смол. Эпоксидные смолы также обеспечивают более короткие циклы отверждения, повышенную долговечность и улучшенную отделку поверхности. Подготовка препрега еще больше сокращает время обработки по сравнению с системами мокрой укладки. Когда лопасти турбины проходят 60 метров, методы инфузии становятся все более распространенными; традиционное время впрыска литьевого формования смолы слишком велико по сравнению со временем схватывания смолы, что ограничивает толщину ламината. Инжекция проталкивает смолу через более толстую стопку слоев, таким образом осаждая смолу в ламинатной структуре до образования геля. Специальные эпоксидные смолы были разработаны для настройки срока службы и вязкости. [48]

Несущие лонжероны, армированные углеродным волокном, позволяют снизить вес и повысить жесткость. По оценкам, использование углеродных волокон в лопатках 60-метровой турбины снижает общую массу лопаток на 38% и снижает стоимость на 14% по сравнению со 100% стекловолокном. Углеродные волокна имеют дополнительное преимущество, заключающееся в уменьшении толщины секций слоистого стекловолокна, что дополнительно решает проблемы, связанные со смачиванием смолой толстых секций укладки. Ветровые турбины также могут извлечь выгоду из общей тенденции увеличения использования и снижения стоимости материалов из углеродного волокна. [41]

Хотя стекловолокно и углеродные волокна обладают многими оптимальными качествами для рабочих характеристик лопаток турбины, у этих текущих наполнителей есть несколько недостатков, в том числе тот факт, что высокая доля наполнителя (10-70 вес.%) Вызывает повышенную плотность, а также микроскопические дефекты и пустоты, которые часто приводят к к преждевременному выходу из строя. [34]

Недавние разработки включают интерес к использованию углеродных нанотрубок (УНТ) для усиления нанокомпозитов на полимерной основе. УНТ могут быть выращены или нанесены на волокна или добавлены в полимерные смолы в качестве матрицы для структур FRP. Использование наноразмерных УНТ в качестве наполнителя вместо традиционного микромасштабного наполнителя (такого как стеклянные или углеродные волокна) приводит к получению нанокомпозитов УНТ / полимер, свойства которых могут быть значительно изменены при очень низком содержании наполнителя (обычно <5 мас.%). Они имеют очень низкую плотность и улучшают модуль упругости, прочность и вязкость разрушения полимерной матрицы. Добавление УНТ в матрицу также уменьшает распространение межслойных трещин, которые могут быть проблемой при использовании традиционных стеклопластиков. [34]

Текущее исследование недорогого углеродного волокна (LCCF) в Национальной лаборатории Ок-Ридж также привлекло внимание, поскольку оно может смягчить структурную деградацию, вызванную ударами молнии. [49] На ветряных турбинах из стекловолокна защита от ударов молнии (LSP) обычно добавляется сверху, но это эффективно с точки зрения конструктивного вклада. Заменить его проводящим углеродным волокном, тем более что углеродное волокно является лучшим материалом, было бы идеально.

Еще одна недавняя разработка в результате исследований - использование полимерных композитов, которые обладают свойствами самовосстановления для материалов лезвий. [50]Самовосстанавливающиеся полимеры привлекательны для этого применения, поскольку лопатки турбины образуют трещины из-за усталости из-за повторяющихся циклических напряжений, описанных выше, и, таким образом, могут повысить надежность и действовать как буфер для различных дефектов и расслоений. Таким образом, в этом приложении полимер используется для заживления трещин по мере их образования. В частности, одно исследование сосредоточено на внедрении покрытых парафином медных проводов в армированный волокном полимер для создания сети трубок. В этих трубках используются дициклопентадиен (DCPD) и катализатор, которые затем вступают в реакцию с образованием термореактивного полимера, который восстанавливает трещины, образующиеся в материале. Хотя это еще только начало процесса НИОКР, он предлагает многообещающие разработки,особенно для полимерных сетей, склонных к производственным дефектам, или турбин в морских условиях, которые подвержены чрезвычайно высокой усталости из-за сильных ветров.

Дальнейшее улучшение возможно за счет использования углеродных нановолокон (УНВ) в покрытиях лопаток. Основной проблемой в условиях пустыни является эрозия передних кромок лопастей песком, переносимым ветром, что увеличивает шероховатость и снижает аэродинамические характеристики. Сопротивление эрозии частиц армированных волокном полимеров низкое по сравнению с металлическими материалами и эластомерами и требует улучшения. Было показано, что замена стекловолокна на УНВ на поверхности композита значительно улучшает эрозионную стойкость. Также было показано, что CNF обладают хорошей электропроводностью (что важно для ударов молнии), высоким коэффициентом демпфирования и хорошей стойкостью к трению и ударам. Эти свойства делают нанобумагу на основе CNF перспективным покрытием для лопастей ветряных турбин. [51] [52]

Для ветряных турбин, особенно установленных на море или во влажной среде, также происходит эрозия поверхности водной основы. Например, в холодном климате лед может нарастать на лопатках и увеличивать шероховатость, уменьшая выходную мощность и срок службы лопаток турбины. Кроме того, когда лезвие вращается с высокой скоростью, такое же воздействие эрозии может произойти от дождевой воды. Таким образом, покрытие, которое имеет низкую стоимость установки и не потребляет энергию в течение всего срока службы, является хорошим решением. Покрытие должно обладать следующими свойствами: хорошей адгезией с лезвием, термостойкостью (от сезонных изменений), атмосферостойкостью (сопротивляться эрозии от соли, дождя, песка и т. Д.), Хорошей механической прочностью, способностью противостоять ультрафиолетовому излучению и обладают антиобледенительными и огнезащитными свойствами. Наряду с этим,покрытие должно быть дешевым и экологически чистым.[53]

Одной из текущих областей исследований этих покрытий для предотвращения ледяной / водной эрозии являются супергидрофобные поверхности (SHS), на которых капли воды скатываются и скатываются с лезвий во время вращения. [54] Было показано, что СВС также предотвращает образование льда при температуре до -25 ° C, поскольку было обнаружено, что он изменяет процесс образования льда; [55]в частности, на СВС образовывались небольшие ледяные островки, а не большой ледяной фронт. Кроме того, из-за уменьшения площади гидрофобной поверхности аэродинамические силы на лопасти позволили этим островкам соскользнуть с лопасти, предотвращая дальнейшее образование. Изучаются другие стратегии сочетания этих покрытий с нагревательными элементами вдоль лезвий для дальнейшего предотвращения образования льда, но по мере того, как промышленность настаивает на более длинных лезвиях, увеличивается потребление энергии для нагрева лезвий.

Другим важным источником деградации лопаток турбины является повреждение от молнии, которое, как ожидается, в течение обычного 25-летнего срока службы будет испытывать ряд ударов молнии на протяжении всей эксплуатации. [56] Диапазон повреждений, вызванных ударами молнии, простирается от просто обугливания на уровне поверхности и растрескивания ламинатного материала до разрывов в лезвии или полного расслоения клея, удерживающего лезвие вместе. [56] Чаще всего можно наблюдать удары молнии на концах лезвий, особенно в дождливую погоду из-за того, что медная проводка внутри притягивает молнии. [57]Наиболее распространенный метод борьбы с этим, особенно для непроводящих материалов лезвий, таких как стеклопластик и углепластик, заключается в добавлении молниезащитных «разрядников», которые представляют собой просто металлическую проводку, обеспечивающую непрерывный путь к земле, полностью пропуская лезвия и редуктор, чтобы исключить риск повреждения этих компонентов. [57]

Переработка клинков [ править ]

Глобальный совет по ветроэнергетике (GWEC) прогнозирует, что ветровая энергия будет обеспечивать 15,7% мировых потребностей в энергии к 2020 году и 28,5% к 2030 году. [58] Это резкое увеличение мирового производства ветровой энергии потребует установки новый и больший парк более эффективных ветряных турбин и, как следствие, вывод из эксплуатации устаревших. Согласно исследованию, проведенному Европейской ассоциацией ветроэнергетики, только в 2010 году отрасль ветряных турбин потребила от 110 до 140 килотонн композитных материалов для производства лопастей. [59]Большая часть материала лезвия в конечном итоге станет отходами, и для того, чтобы уравновесить этот уровень композитных отходов, единственным вариантом является переработка. По состоянию на 2020 год большинство использованных лезвий временно хранятся или отправляются на свалки, а не перерабатываются. [60] Обычно полимеры, армированные стекловолокном (GFRP), составляют около 70% ламината в лезвии. Стеклопластики препятствуют сжиганию и не горючи. [61] Следовательно, необходимо изменить традиционные методы рециркуляции. В настоящее время, в зависимости от того, можно ли восстановить отдельные волокна, существует несколько общих методов утилизации стеклопластика в лопастях ветряных турбин:

  • Механическая переработка: этот метод не восстанавливает отдельные волокна. Первоначальные процессы включают измельчение, дробление или измельчение. Затем измельченные куски разделяют на фракции, богатые волокном и смолой. Эти фракции в конечном итоге включаются в новые композиты в качестве наполнителей или усилителей. [62]
  • Химическая обработка / пиролиз : термическое разложение композитов используется для восстановления отдельных волокон. Для пиролиза материал нагревают до 500 ° C в среде без кислорода, что приводит к его распаду на органические вещества с меньшим весом и газообразные продукты. Стекловолокно обычно теряет 50% своей первоначальной прочности и теперь может быть переработано для армирования волокном в красках или бетоне. [63] Исследования показали, что этот вариант в конце срока службы способен восстанавливать примерно до 19 МДж / кг. [61]Однако этот метод имеет относительно высокую стоимость и требует аналогичной механической предварительной обработки. Кроме того, он еще не был модифицирован для удовлетворения будущих потребностей в крупномасштабной переработке лопастей ветряных турбин. [64]
  • Прямая структурная переработка композитов: разработана для борьбы с неэффективностью и затратами, связанными с процессами химической, термической и механической переработки, которые либо снижают эксплуатационные свойства, либо действуют только как наполнитель для других композитов. Общая идея этого метода состоит в том, чтобы повторно использовать композит как есть, что может быть достигнуто, особенно в более крупных композитных материалах, поскольку он может быть разделен на несколько частей, которые могут использоваться в других приложениях как есть, без изменения химических свойств композитного компонента. . [65]

Один из стартапов, Global Fiberglass Solutions, заявляет, что у него есть метод слома лезвий и прессования их в гранулы и древесноволокнистые плиты, которые будут использоваться для полов и стен. Компания начала производить образцы на заводе в Свитуотере, штат Техас, рядом с крупнейшей на континенте концентрацией ветряных электростанций. Планируется еще одна операция в Айове. [66]

Башня [ править ]

Высота башни [ править ]

Скорость ветра увеличивается на больших высотах из-за аэродинамического сопротивления поверхности (земной или водной поверхностью) и вязкости воздуха. Изменение скорости с высотой, называемое сдвигом ветра , наиболее заметно у поверхности. Обычно изменение следует закону мощности профиля ветра , который предсказывает, что скорость ветра возрастает пропорционально корню седьмой степени из высоты. Таким образом, удвоение высоты турбины увеличивает ожидаемую скорость ветра на 10% и ожидаемую мощность на 34%. Чтобы избежать коробления , удвоение высоты башни обычно требует удвоения диаметра башни, увеличивая количество материала как минимум в четыре раза.

В ночное время или когда атмосфера становится стабильной, скорость ветра у земли обычно спадает, тогда как на высоте ступицы турбины она не уменьшается так сильно или даже может увеличиваться. В результате скорость ветра выше, и турбина будет производить больше мощности, чем ожидалось по закону 1/7 мощности: удвоение высоты может увеличить скорость ветра на 20–60%. Стабильная атмосфера возникает из-за радиационного охлаждения поверхности и является обычным явлением в умеренном климате: это обычно происходит при (частично) ясном небе ночью. Когда (на большой высоте) ветер сильный (скорость ветра на 10 метров выше, чем примерно 6-7 м / с), стабильная атмосфера нарушается из-за турбулентности трения, и атмосфера становится нейтральной.. Дневная атмосфера либо нейтральна (нет чистой радиации; обычно с сильными ветрами и сильными облачностями), либо нестабильна (поднимающийся воздух из-за нагрева почвы - солнцем). Здесь снова применяется степенной закон 1/7 или, по крайней мере, он хорошо аппроксимирует профиль ветра. Согласно оценкам, ветровая мощность Индианы составляла 30 000 МВт, но, увеличив ожидаемую высоту турбины с 50 до 70 м, оценка ветровой мощности была увеличена до 40 000 МВт и может быть вдвое больше, чем на 100 м. [67]

Было обнаружено , что для HAWT высота башни примерно в два-три раза больше длины лопасти, чтобы уравновесить материальные затраты на башню с лучшим использованием более дорогих активных компонентов.

Секции в башне ветровой турбины, транспортируемые в балкера корабля

Ограничения по габаритам дороги затрудняют транспортировку башен диаметром более 4,3 м. Шведский анализ показывает, что важно, чтобы край нижнего крыла находился на высоте не менее 30 м над вершинами деревьев, но для более высокой башни требуется башня большего диаметра. [68] Турбина мощностью 3 МВт может увеличить выработку с 5 000 МВт до 7 700 МВт в год за счет увеличения высоты башни с 80 до 125 метров. [69] Профиль башни, состоящий из соединенных оболочек, а не цилиндров, может иметь больший диаметр и при этом быть транспортабельным. Прототип 100-метровой башни с 18-миллиметровыми «планками» на болтах из ТС был возведен в испытательном центре ветряных турбин Høvsøre ​​в Дании и сертифицирован Det Norske Veritas с Siemens.гондола. Элементы оболочки могут быть отправлены в стандартных 12 м морских контейнеров , [68] [70] и 2 ½ башни в неделю производятся таким образом. [71]

По состоянию на 2003 год в типичных современных ветряных установках используются башни высотой около 210 футов (65 м). Высота обычно ограничена наличием кранов . Это привело к появлению множества предложений по «частично самовонтирующимся ветряным турбинам», которые для данного доступного крана позволяют устанавливать более высокие башни, которые выдерживают более сильный и устойчивый ветер, и «самовонтирующиеся ветряные турбины», которые могут быть установлены без кранов. [72] [73] [74] [75]

Материалы башни [ править ]

В настоящее время большинство ветряных турбин опираются на конические трубчатые стальные башни. Эти башни составляют от 30% до 65% веса турбины и, следовательно, составляют значительную часть расходов на транспортировку турбины. Использование более легких материалов в башне могло бы значительно снизить общие затраты на транспортировку и строительство ветряных турбин, однако стабильность должна быть сохранена. [76] Сталь S500 более высокого качества стоит на 20% -25% больше, чем сталь S335 (стандартная конструкционная сталь ), но для нее требуется на 30% меньше материала из-за ее повышенной прочности. Следовательно, замена опор ветряных турбин сталью S500 приведет к чистой экономии как в весе, так и в стоимости. [77]

Еще один недостаток конических стальных башен заключается в том, что строительство башен, отвечающих требованиям ветряных турбин высотой более 90 метров, оказывается сложной задачей. Бетон с высокими эксплуатационными характеристиками демонстрирует потенциал для увеличения высоты башни и увеличения срока ее службы. Гибрид предварительно напряженного бетона и стали показал улучшенные характеристики по сравнению со стандартной трубчатой ​​сталью на высоте башни 120 метров. [78] Бетон также дает возможность собирать небольшие сборные железобетонные секции на месте, избегая проблем, с которыми сталкивается сталь во время транспортировки. [79]Одним из недостатков бетонных башен является более высокий уровень выбросов CO2 при производстве бетона по сравнению со сталью. Однако общие экологические выгоды должны быть выше, если бетонные башни могут удвоить срок службы ветряной турбины. [80]

Древесина исследуется в качестве материала для башен ветряных турбин, и в Германии была возведена башня высотой 100 метров, поддерживающая турбину мощностью 1,5 МВт. Деревянная башня имеет те же преимущества транспортировки, что и башня с сегментированной стальной оболочкой, но без потребления стальных ресурсов . [81] [82]

Подключение к электросети [ править ]

Все ветряные турбины, подключенные к сети, от первой в 1939 году до разработки ветряных турбин с регулируемой скоростью, подключенных к сети в 1970-х годах, были ветряными турбинами с фиксированной скоростью. Еще в 2003 году почти все подключенные к сети ветряные турбины работали с точно постоянной скоростью (синхронные генераторы) или в пределах нескольких процентов от постоянной скорости (индукционные генераторы). [83] [84] По состоянию на 2011 год многие действующие ветряные турбины использовали индукционные генераторы с фиксированной скоростью (FSIG). [85] По состоянию на 2011 год большинство новых ветряных турбин, подключенных к сети, являются ветряными турбинами с регулируемой скоростью - они находятся в некоторой конфигурации с регулируемой скоростью. [85]

Ранние системы управления ветряными турбинами были разработаны для извлечения пиковой мощности, также называемой отслеживанием точки максимальной мощности - они пытаются получить максимально возможную электрическую мощность от данной ветряной турбины в текущих ветровых условиях. [ необходима цитата ] Более современные системы управления ветряными турбинами намеренно потребляют меньше электроэнергии, чем они могли бы в большинстве случаев, чтобы обеспечить другие преимущества, которые включают:

  • вращающиеся резервы для быстрого производства большей мощности при необходимости - например, когда какой-то другой генератор внезапно отключается от сети - до максимальной мощности, поддерживаемой текущими ветровыми условиями. [ необходима цитата ]
  • Ветровые турбины с регулируемой скоростью могут (очень кратко) производить больше энергии, чем могут поддерживать текущие ветровые условия, сохраняя некоторую энергию ветра в виде кинетической энергии (ускорение во время коротких порывов более быстрого ветра), а затем преобразовывая эту кинетическую энергию в электрическую энергию (замедляя, либо когда требуется больше мощности в другом месте, либо во время короткого затишья на ветру, либо и то, и другое). [86] [87]
  • затухающие (электрические) подсинхронные резонансы в сети [88]
  • демпфирующие (механические) резонансы в башне [89] [90]

Генератор ветряной турбины производит переменный ток (AC) электроэнергии. Некоторые турбины приводят в действие преобразователь переменного тока в переменный, который преобразует переменный ток в постоянный ток (DC) с помощью выпрямителя, а затем обратно в переменный ток с помощью инвертора , чтобы согласовать частоту и фазу сети. Однако наиболее распространенным методом в больших современных турбинах является использование индукционного генератора с двойным питанием, непосредственно подключенного к электросети .

Полезным методом подключения синхронного генератора с постоянными магнитами к сети является использование встречно-обратного преобразователя. Также у нас могут быть схемы управления для достижения единичного коэффициента мощности при подключении к сети. Таким образом, ветряная турбина не будет потреблять реактивную мощность, что является наиболее распространенной проблемой ветровых турбин, в которых используются индукционные машины. Это приводит к более стабильной системе питания. Более того, при различных схемах управления ветряная турбина с синхронным генератором на постоянных магнитах может обеспечивать или потреблять реактивную мощность. Таким образом, он может работать как динамическая батарея конденсаторов / катушек индуктивности, чтобы помочь в стабильности энергосистем .

Конструкция контроллера на стороне сети

Ниже представлена ​​схема управления для достижения единичного коэффициента мощности:

Регулировка реактивной мощности состоит из одного ПИ-регулятора , чтобы добиться работы с единичным коэффициентом мощности (т.е. Q grid = 0). Очевидно, что I dN необходимо регулировать, чтобы достичь нуля в установившемся режиме (I dNref = 0).

Мы видим полную систему преобразователя на стороне сети и каскадных контуров ПИ-регулятора на рисунке справа.

Строительство [ править ]

По мере увеличения использования ветряных турбин увеличились и компании, которые помогают в планировании и строительстве ветряных турбин. Чаще всего детали турбин доставляются морем или железнодорожным транспортом, а затем автомобильным транспортом к месту установки. Из-за огромного размера задействованных компонентов компаниям обычно необходимо получить разрешения на транспортировку и убедиться, что выбранный маршрут грузового транспорта не содержит потенциальных препятствий, таких как путепроводы, мосты и узкие дороги. Группы, известные как «разведывательные группы», будут разведывать дорогу до года вперед, выявляя проблемные дороги, вырубая деревья и перемещая опоры электроснабжения. Лопасти турбины продолжают увеличиваться в размерах, что иногда требует совершенно новых логистических планов, поскольку ранее использовавшиеся маршруты могут не допускать установку лопастей большего размера.Специализированные автомобили, известные как прицепы Schnabel, специально разработаны для загрузки и транспортировки секций турбин: секции башни можно загружать без крана, а задняя часть прицепа является управляемой, что упрощает маневрирование. Водители должны быть специально обучены.[91]

Фонды [ править ]

Фундаменты ветряных турбин

Ветряные турбины по своей природе представляют собой очень высокие и тонкие конструкции [92], и это может вызвать ряд проблем при рассмотрении конструкции фундамента . Фундаменты для обычных инженерных сооружений предназначены в основном для передачи вертикальной нагрузки (собственного веса) на землю, что обычно позволяет использовать сравнительно простую конструкцию. Однако в случае ветряных турбин сила взаимодействия ветра с ротором наверху башни создает сильную тенденцию опрокидывать ветряную турбину. Этот режим нагружения вызывает большие моментные нагрузки.Применяться к основанию ветряной турбины. В результате при проектировании опор необходимо уделить значительное внимание тому, чтобы фундамент выдержал эту тенденцию к опрокидыванию. [93]

Одним из наиболее распространенных оснований для морских ветряных турбин является моноблочная стальная трубчатая свая большого диаметра (от 4 до 6 метров), забиваемая на морское дно на глубину, в 5-6 раз превышающую диаметр сваи. Связность почвы и трение между сваей и почвой обеспечивают необходимую структурную поддержку ветряной турбины. [94]

В наземных турбинах наиболее распространенным типом фундамента является гравитационный фундамент, где большая масса бетона, разбросанная по большой площади, используется для противодействия нагрузкам турбины. Размер и тип ветряной турбины, ветровые условия и состояние почвы на площадке - все это определяющие факторы при проектировании фундамента. [95] Некоторые фундаменты являются сборными . [96]

Затраты [ править ]

Liftra Blade Dragon устанавливает одинарную лопасть на ступицу ветряной турбины. [97] [98]

Современная ветряная турбина - это сложная и интегрированная система. Структурные элементы составляют большую часть веса и стоимости. Все части конструкции должны быть недорогими, легкими, прочными и технологичными при переменных нагрузках и условиях окружающей среды. Турбинные системы, которые имеют меньше отказов, [99] требуют меньше обслуживания, легче и служат дольше, что приведет к снижению стоимости энергии ветра.

Согласно отчету 2011 года, подготовленному коалицией исследователей из университетов, промышленности и правительства при поддержке Центра устойчивого будущего Аткинсона, одним из способов достижения этого является внедрение хорошо задокументированных и проверенных кодов анализа . [3]

Основные части современной турбины могут стоить (в процентах от общей суммы): башня 22%, лопатки 18%, редуктор 14%, генератор 8%. [100] [101]

Спецификация дизайна [ править ]

Спецификации конструкции для ветротурбины будут содержать кривые мощности и гарантированную доступность . По данным оценки ветровых ресурсов можно рассчитать коммерческую жизнеспособность. [1] Типичный диапазон рабочих температур составляет от –20 до 40 ° C (от –4 до 104 ° F). В регионах с экстремальным климатом (например, Внутренняя Монголия или Раджастан ) требуются специальные версии для холодной и жаркой погоды.

Ветровые турбины могут быть спроектированы и утверждены в соответствии со стандартами IEC 61400 . [102]

RDS-PP (Система условных обозначений для электростанций) - это стандартизированная система, используемая во всем мире для создания структурированной иерархии компонентов ветряных турбин. Это снижает затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию турбины и используется на всех этапах создания турбины. [103]

Низкая температура [ править ]

Для генераторов ветряных турбин коммунального назначения установлены минимальные рабочие пределы температуры, которые применяются в районах с температурами ниже -20 ° C (-4 ° F). Ветровые турбины необходимо защищать от скопления льда. Это может сделать показания анемометра неточными, что в некоторых конструкциях управления турбиной может вызвать высокие нагрузки на конструкцию и повреждение. Некоторые производители турбин предлагают низкотемпературные пакеты за дополнительную плату в несколько процентов, которые включают внутренние нагреватели, различные смазочные материалы и различные сплавы для элементов конструкции. Если низкотемпературный интервал сочетается с условиями слабого ветра, ветряной турбине потребуется внешний источник энергии, эквивалентный нескольким процентам от ее номинальной мощности, для внутреннего обогрева. Например, ветряная электростанция Сент-Леон в Манитобе., Канада, имеет общую мощность 99 МВт и, по оценкам, потребует до 3 МВт (около 3% мощности) мощности станции в течение нескольких дней в году при температурах до -30 ° C (-22 ° F). Этот фактор влияет на экономичность эксплуатации ветряных турбин в холодном климате. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Бесщеточная электрическая машина с обмоткой и ротором с двойным питанием
  • Плавающая ветряная турбина
  • Вертикально-осевой ветряк
  • Аэродинамика ветряных турбин
  • Медь в возобновляемых источниках энергии, раздел Ветер
  • Нетрадиционные ветряные турбины

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «Эффективность и производительность» (PDF) . Департамент бизнеса, предпринимательства и регуляторной реформы Великобритании. Архивировано из оригинального (PDF) 05 февраля 2009 года . Проверено 29 декабря 2007 .
  2. ^ "Кривые мощности ветряных турбин" . Проверено 18 марта 2017 года .
  3. ^ Б с д е е Алан Т. Zehnder & Зельман Warhaft (27 июля 2011). «Сотрудничество университетов в области ветроэнергетики» (PDF) . Центр Аткинсона Корнельского университета за устойчивое будущее . Проверено 22 августа 2011 года .
  4. Рианна Уэстон, Дэвид (22 июня 2017 г.). «Vestas масштабируется до 4,2 МВт» . Ветроэнергетика ежемесячно . Проверено 10 сентября 2017 года .
  5. ^ https://www.ni.com/de-de/innovations/white-papers/08/wind-turbine-control-methods.html
  6. ^ http://researchhubs.com/post/engineering/wind-energy/pitch-regulated-and-stall-regulated-wind-turbine.html
  7. ^ Джонсон, Скотт Дж .; Ван Дам, CP; Берг, Дейл Э. (2008). «Методы активного контроля нагрузки для ветряных турбин» (PDF) . Сандийская национальная лаборатория . Проверено 13 сентября 2009 года .
  8. ^ «WINDExchange: крупнейшая в мире оффшорная ветряная турбина, установленная в Ливерпульском заливе» . apps2.eere.energy.gov . Проверено 27 февраля 2017 .
  9. ^ "WINDExchange: Ветер коммунального масштаба" . apps2.eere.energy.gov . Проверено 27 февраля 2017 .
  10. ^ Сагрилло, Мик (2010). "МАЛАЯ ТУРБИННАЯ КОЛОНКА" (PDF) . Виндлеттер . 29 (1). Архивировано из оригинального (PDF) 26 апреля 2012 года . Проверено 19 декабря 2011 года .
  11. ^ Funke (2017-06-09). «MHI Vestas запустила самую мощную ветряную турбину в мире» . Оффшорная ветроэнергетика . Проверено 24 января 2018 .
  12. ^ Великобритания построила половину оффшорной ветроэнергетики в Европе в 2017 году The Guardian
  13. ^ "Внутри ветряной турбины" . Министерство энергетики США . Проверено 27 февраля 2017 .
  14. ^ « Мировой рынок ветроэнергетики готовится к росту » Power Technology / GlobalData , 18 сентября 2013 г. Доступ: 16 октября 2013 г.
  15. ^ «Могут ли магнитные шестерни заставить ветряные турбины попрощаться с механическими коробками передач?» . machinedesign.com. 2014-06-19.
  16. ^ Навид Goudarzi (июнь 2013). «Обзор развития ветряных генераторов в мире» . Международный журнал динамики и управления . Springer. 1 (2): 192–202. DOI : 10.1007 / s40435-013-0016-у .
  17. ^ Г. Байуотерс, П. Маттила, Д. Костин, Дж. Стоуэлл, В. Джон, С. Хоскинс, Дж. Линч, Т. Коул, А. Кейт, К. Бэджер и Б. Фриман (октябрь 2007 г.). "Генератор с прямым приводом Northern Power NW 1500" (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии . Отчет о субподряде NREL / SR-500-40177: iii. CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  18. ^ "MEHDI-BOUZAIDA-avocat - Утилита сайта WordPress" . www.reliawind.eu .
  19. ^ Виттруп, Санне. PM вызывают производственные проблемы. Архивировано 2 ноября 2011 г.на Wayback Machine. Английский перевод Ing.dk , 1 ноября 2011 г. Дата обращения : 1 ноября 2011 г.
  20. ^ а б Чу, Стивен . Стратегия критических материалов [ постоянная мертвая ссылка ] Министерство энергетики США , декабрь 2011 г. Дата обращения : 23 декабря 2011 г.
  21. ^ Хау, Эрих. «Ветряные турбины: основы, технологии, применение, экономика» с142. Springer Science & Business Media, 26 февр. 2013. ISBN 3642271510. 
  22. ^ "Эволюция прямого привода Enercon" . Проверено 27 февраля 2017 .
  23. ^ Джеймисон, Питер. Инновации в конструкции ветряных турбин sec11-1, John Wiley & Sons , 5 июля 2011 г. Дата обращения : 26 февраля 2012 г. ISBN 1-119-97545-X 
  24. ^ Кого Илан. NASA Green Aviation Summit. Архивировано 18 октября 2011 г.на Wayback Machine, стр. 9, НАСА , сентябрь 2010 г. Проверено: 26 февраля 2012 г.
  25. ^ Бертон, Тони; Дженкинс, Ник; Шарп, Дэвид; Боссани, Эрвин (2011). Справочник по ветроэнергетике, второе издание - Бертон - Интернет-библиотека Wiley . DOI : 10.1002 / 9781119992714 . ISBN 9781119992714.
  26. ^ Söderbom, Йохан (22 октября 2020). «Как ультраконденсаторы помогают ветроэнергетике полностью реализовать свой потенциал» . Новости хранения энергии . Архивировано 26 октября 2020 года . Проверено 26 октября 2020 года . По оценкам, почти 30% всех ветряных турбин в мире устанавливаются с ультраконденсаторными системами.
  27. ^ "Патент US5876181 - Многоблочная система лопастей ротора, интегрированная ветряная турбина - Патенты Google" . Проверено 6 ноября 2013 .
  28. ^ Эрик Гау (ред), ветровая турбина фундаментальных основы, технология, приложение, экономика 2 - е издание , Springer 2006, ISBN 3-540-24240-6 стр 121 
  29. ^ Хью Пигготт (1998). «Примечания к конструкции лезвия курса ветроэнергетики CAT» (PDF) . . Примечания к курсу от Scoraig Wind Electric, используемые на курсах в Центре альтернативных технологий .
  30. ^ Боель, Томас (22 ноября 2012). «Два крыла работают» . Ingeniøren . Проверено 22 ноября 2012 года . Дизайн архивации 2012-12-05 в Wayback Machine
  31. ^ « MY обеспечивает оффшорный тендер в Чжухае, провинция Гуандун, Китай, с ветряными генераторами SCD мощностью 3 МВт, строительство должно начаться в октябре 2013 г. Архивировано 22 ноября 2013 г.на Archive.today » WSPA , 30 сентября 2013 г. Доступ: 22 ноября 2013 г. .
  32. ^ « Ветрогенератор серии 2,5 / 2,75 / 3,0 МВт » Мин Ян . Доступ: 22 ноября 2013 г.
  33. ^ " 4c Чжухай "
  34. ^ a b c d e Ma, P .; Чжан, Ю. (2014). « Перспективы углеродных нанотрубок / полимерных нанокомпозитов для материалов ветровых лопастей . В». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 30 : 651–660. DOI : 10.1016 / j.rser.2013.11.008 .
  35. ^ http://www.uotechnology.edu.iq/dep-laserandoptoelec-eng/branch/lectures/solid%20state/chapter%201%20classification%20of%20materail.pdf
  36. ^ Збигнев Lubosny (2003). Эксплуатация ветряных турбин в электроэнергетических системах: расширенное моделирование (энергетические системы) . Берлин: Springer. ISBN 978-3-540-40340-1.
  37. ^ «Материалы и методы проектирования ищут 100-метровую лопасть» . Ветроэнергетика . 10 мая 2011г . Проверено 22 августа 2011 года .
  38. ^ Крейг С. Коллиер (1 октября 2010 г.). «От крыльев самолета до лопастей ветряных турбин: программное обеспечение НАСА возвращается на Землю с приложениями зеленой энергии» . Краткие сведения о НАСА . Проверено 22 августа 2011 года .
  39. ^ Nordex получает первый N131 / 3000 в Финляндии в: Windpower Monthly , дата обращения 22 февраля 2015 г.
  40. ^ Weltgrößte Offshore-Turbine errichtet . В: Erneuerbare Energien. Das Magazin Проверено 22. Февраль 2015.
  41. ^ a b c d Griffin, Dayton A .; Эшвилл, Томас Д. (2003). «Альтернативные композитные материалы для лопастей мегаваттных ветряных турбин: конструктивные соображения и рекомендуемые испытания». Журнал солнечной энергетики . 125 (4): 515. DOI : 10,1115 / 1,1629750 .
  42. ^ Эшвилл, Т; Лэрд Д. (январь 2007 г.). Концепции для облегчения использования очень больших лезвий (PDF) . 45-е собрание и выставка AIAA Aerospace Sciences. AIAA-2007-0817.
  43. ^ Ронольд, нокаут; Ларсен, GC (2000). «Надежная конструкция лопастей ротора ветряных турбин от отказов при предельных нагрузках». Инженерные сооружения . 22 (6): 565–574. DOI : 10.1016 / s0141-0296 (99) 00014-0 .
  44. ^ Bassyouni, M .; Гутуб, С.А. (2013). «Стратегия выбора материалов и обработки поверхности полимерных композитов для изготовления лопаток ветряных турбин». Полимеры и полимерные композиты . 21 (7): 463–471. DOI : 10.1177 / 096739111302100708 . S2CID 139958916 . 
  45. ^ Мишнаевский, Л .; Браннер, К .; Beauson, J .; McGugan, M .; Соренсен, Б. (2017). «Материалы для лопастей ветряных турбин: обзор» . Материалы . 10 (11): 1285. Bibcode : 2017Mate ... 10.1285M . DOI : 10,3390 / ma10111285 . PMC 5706232 . PMID 29120396 .  
  46. ^ Niissen, RPL (2006). «Прогнозирование усталостной долговечности и деградации композитных материалов лопастей ротора ветряных турбин». Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  47. ^ "Аэродинамические и рабочие характеристики ветряной турбины SWT-2.3-101" (PDF) . ВЕТРОВАЯ СИЛА 2011 . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. 22–25 мая 2011 г. с. 1 . Проверено 14 октября 2013 года .
  48. ^ Кристоу, P (2007). «Перспективные материалы для изготовления турбинных лопаток». Армированные пластмассы . 51 (4): 22. DOI : 10.1016 / S0034-3617 (07) 70148-0 .
  49. ^ Surbhi, Vipin (14 сентября 2020). Недорогое углеродное волокно в качестве потенциальной защиты лопастей ветряных турбин от удара молнии . Американское общество композитов 2020. Техас.
  50. ^ Шен, Р .; Амано, РС; Левински, G .; Мэтт, АКК (2019). «Новая сосудистая система, высокоэффективная при хранении и транспортировке лечебного агента для самовосстанавливающихся лопастей ветряных турбин». Журнал технологий энергоресурсов . 141 (5). DOI : 10.1115 / 1.4042916 .
  51. ^ Zhang, N .; Ян, Ф .; Guerra, D .; Shen, C .; Castro, J .; Ли, JL (2013). «Повышение стойкости к эрозии частиц стеклопластиковых полимерных композитов с использованием покрытий нанобумаги на основе углеродных нановолокон». Журнал прикладной науки о полимерах . 129 (4): 1875–1881. DOI : 10.1002 / app.38899 .
  52. ^ Лян, Ф .; Tang, Y .; Gou, J .; Капат, Дж. (2011). «Разработка многофункциональных нанокомпозитных покрытий для лопастей ветряных турбин». Керамические сделки . Серия керамических сделок. 224 : 325–336. DOI : 10.1002 / 9781118019467.ch32 . ISBN 9781118019467.
  53. ^ Тан, М .; Huang, L .; Wang, J .; Гуань, Д. (2019). «Прогресс исследований покрытий лопаток ветряных турбин» . Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 542 (1): 012061. Bibcode : 2019MS & E..542a2061T . DOI : 10,1088 / 1757-899X / 542/1 / 012061 .
  54. ^ Gao, L .; Liu, Y .; Ma, L .; Ху, Х. (2019). «Гибридная стратегия, сочетающая минимизированный передовой электрический нагрев и супергидро / ледобоязненное покрытие поверхности для уменьшения обледенения ветряных турбин». Возобновляемая энергия . 140 : 943–956. DOI : 10.1016 / j.renene.2019.03.112 .
  55. ^ Mangini, D .; Антонини, C .; Marengo, M .; Амирфазли, А. (2015). «Механизм образования обратного льда на гидрофильных и супергидрофобных поверхностях». Наука и технологии холодных регионов . 109 : 53–60. DOI : 10.1016 / j.coldregions.2014.09.012 .
  56. ^ a b Мишнаевский, Леон; Браннер, Ким; Петерсен, Хельга; Босон, Жюстин; МакГуган, Малкольм; Соренсен, Бент (9 ноября 2017 г.). «Материалы для лопастей ветряных турбин: обзор» . Материалы . 10 (11): 1285. Bibcode : 2017Mate ... 10.1285M . DOI : 10,3390 / ma10111285 . PMC 5706232 . PMID 29120396 .  
  57. ^ a b Додд, Кертис В. (1983). Как защитить ветряк от молнии . ОТДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ США и возобновляемых источников энергии Подразделение ветроэнергетических технологий. С. 91–97.
  58. ^ "ГЛОБАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ 2008 | GWEC" . www.gwec.net . Проверено 7 ноября 2016 .
  59. ^ Европейская ассоциация ветроэнергетики. «План исследования по утилизации лопастей ветряных турбин» (PDF) .
  60. ↑ Жиньяк, Джеймс (2 ноября 2020 г.). «Переработка лопастей ветряных турбин» . CleanTechnica . UCS. Архивировано 2 ноября 2020 года.
  61. ^ a b Duflou, Joost R .; Дэн, Елинь; Акер, Карел Ван; Девульф, Вим (01.04.2012). «Обеспечивают ли армированные волокном полимерные композиты экологически безвредные альтернативы? Исследование, основанное на оценке жизненного цикла» . Бюллетень МИССИС . 37 (4): 374–382. DOI : 10.1557 / mrs.2012.33 . ISSN 1938-1425 . 
  62. ^ Пикеринг, SJ (2006-08-01). «Технологии переработки термореактивных композиционных материалов - современное состояние». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . 2-я Международная конференция: «Современные полимерные композиты для конструкционных конструкций в строительстве». 37 (8): 1206–1215. DOI : 10.1016 / j.compositesa.2005.05.030 .
  63. ^ "Переработка лопастей ветряных турбин - Appropedia: The устойчивого развития вики" . www.appropedia.org . Проверено 8 ноября 2016 .
  64. ^ «Технология переработки лопастей ветряных турбин ReFiber ApS» .
  65. ^ Asmatulu, Eylem (февраль 2013 г. ). «Рециклинг композитов, армированных волокном, и концепция прямой рециклинга конструкционных композитов». Журнал композитных материалов . 48 (5): 13–14. DOI : 10.1177 / 0021998313476325 . S2CID 136516595 . 
  66. ^ «Лопасти ветряных турбин не могут быть переработаны, поэтому они накапливаются на свалках» .
  67. ^ "Возобновляемые источники энергии Индианы" . Indianacleanpower.org. 2013-08-07. Архивировано из оригинала на 2014-02-09 . Проверено 6 ноября 2013 .
  68. ^ а б Эмме, Свенд. Башня ветряной турбины нового типа. Архивировано 26 апреля 2012 г. на Wayback Machine Metal Industry , 8 августа 2011 г. Дата доступа: 10 декабря 2011 г.
  69. ^ Виттруп, Санне. Ny type vindmølletårn samles af lameller , Ingeniøren , 29. октября 2011 г. Дата обращения : 12 мая 2013 г.
  70. ^ " Башня из ракушек вкратце. Архивировано 15 марта 2013 в Wayback Machine ". Андресен Тауэрс . Дата обращения: 13 ноября 2012.
  71. ^ Лунд, Мортен. Сумка для роботов dansk success med vindmølletårne , Ingeniøren , 12 мая 2013 г. Дата обращения : 12 мая 2013 г.
  72. ^ «Проект турбины WindPACT: исследования масштабирования, техническая область 3 - самоустанавливающаяся башня и технико-экономическое обоснование гондолы» . 2001 г.
  73. ^ RD Фредриксон. «Самомонтирующийся метод для ветряных турбин». . 2003 г.
  74. ^ Ник Шарпли. "Что сдерживает башенные технологии?" . 2013.
  75. ^ «Самомонтирующаяся ветряная турбина, разработанная для удаленных площадок» . 2002 г.
  76. ↑ Анкона, Дэн и Джим Маквей. (2011): Ветряная турбина - материалы и информационный бюллетень по производству. Princeton Energy Resources International, LLC, 19 августа 2001 г. Web. 21 октября 2015 г. < http://www.perihq.com/documents/WindTurbine-MaterialsandManufacturing_FactSheet.pdf >.
  77. ^ «« Стальные решения в зеленой экономике ». (2015): Ветровые турбины. World Steel Association, 2012. Интернет. 21 октября 2015. < https://www.worldsteel.org/dms/internetDocumentList/bookshop/worldsteel- wind-turbines-web / document / Steel% 20solutions% 20in% 20the% 20green% 20economy:% 20Wind% 20turbines.pdf Архивировано 14 августа 2015 г. на Wayback Machine >.
  78. ^ Quilligan, Эйдан; О'Коннор, А .; Пакраши, В. (2012). «Анализ хрупкости стальных и бетонных опор ветряных турбин». Инженерные сооружения . 36 : 270–282. DOI : 10.1016 / j.engstruct.2011.12.013 . hdl : 10197/10425 .
  79. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 04 марта 2016 года . Проверено 22 октября 2015 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  80. ↑ Левитан, Дэйв. «Слишком высок для стали: инженеры обращаются к бетону, чтобы поднять дизайн ветряных турбин на новый уровень». IEEE Spectrum, 16 мая 2013 г. Интернет. 21 октября 2015 г. < https://spectrum.ieee.org/energywise/green-tech/wind/too-tall-for-steel-engineers-look-to-concrete-to-take-wind-turbine-design- к новым высотам >.
  81. ^ МакГар, Джастин. « Революция в ветроэнергетике: первая в мире деревянная турбина, архивированная 16 ноября 2012 г.на Wayback Machine » Источник сборки проекта , 13 ноября 2012 г. Дата обращения: 13 ноября 2012 г.
  82. ^ РИЧАРДСОН, ДЖЕЙК. " Башня из 99% натурального дерева для ветряных турбин " Clean Technica , 18 октября 2012 г. Дата обращения: 13 ноября 2012 г.
  83. ^ PW Carlin, AS Laxson и EB Muljadi. «История и современное состояние технологии ветряных турбин с регулируемой скоростью» . 2003. с. 130-131.
  84. ^ Мурти, СС; Singh, B .; Гоэль, ПК; Тивари, СК (2007). «Сравнительное исследование систем преобразования энергии ветра с фиксированной и переменной скоростью, питающих сеть». 2007 7-я Международная конференция по силовой электронике и приводным системам : 736–743. DOI : 10,1109 / PEDS.2007.4487785 . ISBN 978-1-4244-0644-9. S2CID  22529780 .
  85. ^ а б Калиао, Нолан Д. (2011). «Динамическое моделирование и управление полностью номинальными преобразовательными ветряными турбинами». Возобновляемая энергия . 36 (8): 2287–2297. DOI : 10.1016 / j.renene.2010.12.025 .
  86. ^ E. Muljadi и CP Баттерфилд. "Генерация ветряных турбин с регулируемой частотой вращения" . 1999 г.
  87. ^ Э. Мулджади, К. Пирс и П. Мильоре. «Консервативная стратегия управления ветряными турбинами с регулируемой скоростью вращения и остановом». Архивировано 20 марта 2014 г. в Wayback Machine . 2000 г.
  88. ^ Ewais, AM; Liang, J .; Ekanayake, JB; Дженкинс, Н. (2012). «Влияние ветряных турбин с полным номинальным преобразователем на SSR». IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies : 1–6. DOI : 10,1109 / ISGT-Asia.2012.6303160 . ISBN 978-1-4673-1220-2. S2CID  34726034 .
  89. ^ Mate Jelavić, Неджелжко Перик, Иван Петрович. «Гашение колебаний башни ветряных турбин с помощью управления скоростью вращения ротора» . 2007 г.
  90. ^ Родригес т, А .; Каркангиу, CE; Pineda, I .; Фишер, Т .; Kuhnle, B .; Scheu, M .; Мартин, М. (2011). «Структурный контроль демпфирования ветровой турбины для снижения нагрузки на башню». Темы гражданского строительства, Том 4 . Материалы конференции серии Общества экспериментальной механики. С. 141–153. DOI : 10.1007 / 978-1-4419-9316-8_12 . ISBN 978-1-4419-9315-1.
  91. ↑ Бейкер, Линда (27 августа 2019 г.). «Доставка ветряных турбин - дело несложное» . Грузовые волны . Проверено 29 августа 2019 .
  92. Перейти ↑ Lombardi, D. (2010). Долгосрочная работа морских ветроэнергетических установок с опорой на моноблоки. Бристоль: Бристольский университет.
  93. Перейти ↑ Cox, JA, & Jones, C. (2010). Долгосрочная работа морских ветряных турбин с кессонной опорой на всасывании. Бристоль: Бристольский университет.
  94. ^ Гэвин, Кеннет; Крейг, Уильям (2018). Фундаменты ветряных турбин . Лондон: ICE Publishing. С. 3–24. ISBN 9780727763969.
  95. ^ Эшлок, Джерами; Шефер, Верн. "ФУНДАМЕНТЫ ДЛЯ ВЕТРОВЫХ ТУРБИН" (PDF) . Штат Айова . Проверено 21 августа 2018 .
  96. ^ «Новая технология для фундаментов ветряных турбин» . www.windtech-international.com . 9 ноября 2020 года. Архивировано 9 ноября 2020 года. С октября 2020 года фундаменты производятся серийно.
  97. ^ "Клинок Дракона" . Состояние Грина . Проверено 13 декабря 2012 года .
  98. ^ Р. Симонсен, Торбен. "Лифтра инстиллер Blade Dragon" . Архивировано из оригинала на 2013-02-03 . Проверено 13 декабря 2012 года .
  99. ^ Будный, Роб. Выход из строя подшипников вызывает серьезные проблемы для ветряных турбин, но есть решения | Журнал Machine Design, 26 июня 2014 г.
  100. ^ Джеймисон, Питер. Инновации в конструкции ветряных турбин, стр. 155, John Wiley & Sons , 7 июля 2011 г. Проверено: 26 февраля 2012 г. ISBN 0-470-69981-7 
  101. ^ Джеймисон, Питер. Инновации в конструкции ветряных турбин sec9-1, John Wiley & Sons , 7 июля 2011 г. Дата обращения : 26 февраля 2012 г. ISBN 1-119-97612-X 
  102. ^ Международный стандарт IEC 61400-1, Третье издание Международной электротехнической комиссии , август 2005 г. Дата обращения : 12 марта 2011 г.
  103. ^ "Услуги по назначению RDS-PP" . Киль Решение . Проверено 9 июля 2019 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Роберт Гаш, Йохен Твеле (ред.), Ветряные электростанции. Основы, проектирование, строительство и эксплуатация , Springer 2012 ISBN 978-3-642-22937-4 . 
  • Пол Гип, изд. (2004). Энергия ветра: возобновляемые источники энергии для дома, фермы и бизнеса (второе изд.). Издательская компания Chelsea Green. ISBN 978-1-931498-14-2.
  • Эрих Хау, Ветряные турбины: основы, технологии, применение, экономика Springer, 2013 ISBN 978-3-642-27150-2 (предварительная версия в Google Книгах) 
  • Зигфрид Хейер, Grid-интеграция систем преобразования энергии ветра Wiley 2006, ISBN 978-0-470-86899-7 . 
  • Питер Джеймисон, Инновации в конструкции ветряных турбин . Wiley & Sons 2011, ISBN 978-0-470-69981-2 
  • Дэвид Спера (редактор) Технология ветряных турбин: фундаментальные концепции в проектировании ветровых турбин , второе издание (2009 г.), ASME Press, ISBN 9780791802601 
  • Алоис Шаффарчик (редактор), Понимание технологии ветроэнергетики , Wiley & Sons 2014, ISBN 978-1-118-64751-6 . 
  • Вэй Тонг, изд. (2010). Ветроэнергетика и проектирование ветряных турбин . WIT Нажмите. ISBN 978-1-84564-205-1.
  • Герман-Йозеф Вагнер, Йотирмай Матур, Введение в ветроэнергетические системы. Основы, технология и работа . Springer 2013, ISBN 978-3-642-32975-3 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Морские ветряные турбины - установка и эксплуатация турбин
  • Департамент энергоэффективности и возобновляемых источников энергии
  • RenewableUK - Справочник по ветроэнергетике и часто задаваемые вопросы
  • Как делается ветряк