Wiatraki znane byly w Persji juz 200 lat przed nasza era. W Europie pojawily sie dopiero w sredniowieczu.
Pierwsza turbine napedzajaca generator elektryczny zbudował w 1887 roku prof. James Blyth z Anderson’s College w Glasgow w Wielkiej Brytanii. Energia z pradnicy ładowała akumulator sluzacy do zasilania 10 zarowek na napiecie 25 Volt. W artykule z 1888 roku przedlozonym Philosophical Society of Glasgow dokladnie opisał turbine. Blyth dalej pracował nad turbina wiatrowa i testował wiele odmian. W 1891 roku uzyskał brytyjski patent na "wind engine".
Male turbiny do wytwarzania pradu do oswietlenia instalowano na obszarach wiejskich i byly one w pierwszej polowie XX wieku dosc popularne.
W 1900 roku w Danii bylo 2500 turbin o sumarycznej szczytowej mocy 30 MW. Napedzaly one pompy i mlyny ale nie generatory elektryczne.
W miejscowosci Balaklava w poblizu Jałty w ZSRR w 1931 uruchomiono turbine o mocy 100 KW majaca wieze o wysokosci 30 metrow. Generator przylaczono do lokalnej sieci dystrybucyjnej o napiecu 6.3KV. Wspolczynnik mocy (nie mylic z cos phi) turbiny wyniosł 32% a wiec byl bardzo dobry i nie odbiega od wspolczesnych wartosci.
Nastepnie eksperymentalna turbine o mocy [na zdjeciu] az 1.25 MW zbudowano w Vermont w 1941 roku. Turbina Smith-Putnam pracowała tylko 1,100 godzin przed fatalna awaria. Z powodu deficytu materialow w czasie wojny nie podjeto remontu turbiny. Na budowe kolosa mocy megawatowych przyszlo czekac 60 lat.
W 1900 roku w Danii bylo 2500 turbin o sumarycznej szczytowej mocy 30 MW. Napedzaly one pompy i mlyny ale nie generatory elektryczne.
W miejscowosci Balaklava w poblizu Jałty w ZSRR w 1931 uruchomiono turbine o mocy 100 KW majaca wieze o wysokosci 30 metrow. Generator przylaczono do lokalnej sieci dystrybucyjnej o napiecu 6.3KV. Wspolczynnik mocy (nie mylic z cos phi) turbiny wyniosł 32% a wiec byl bardzo dobry i nie odbiega od wspolczesnych wartosci.
Nastepnie eksperymentalna turbine o mocy [na zdjeciu] az 1.25 MW zbudowano w Vermont w 1941 roku. Turbina Smith-Putnam pracowała tylko 1,100 godzin przed fatalna awaria. Z powodu deficytu materialow w czasie wojny nie podjeto remontu turbiny. Na budowe kolosa mocy megawatowych przyszlo czekac 60 lat.
Taniosc i ogolna dostepnosc paliw kopalnych a zwlaszcza ropy naftowej polozyly kres pracom nad turbinami wiatrowymi jako zupelnie niekonkurencyjnymi do elektrowni cieplnych.
Według prawa Betza maksymalna teoretyczna sprawnosc turbiny przetwarzajacej energie kinetyczna wiatru w przekroju turbiny na moc mechaniczna turbiny wynosi 59%. Praktyczne sprawnosci sa znacznie nizsze i nie przekraczaja 75% sprawnosci teoretycznej dla turbin zaprojektowanych maksymalnie aerodynamicznie i niestety maleje ona z czasem wraz ze zuzyciem turbiny.
Wspolczesny rozdzial nowoczesnych turbin wiatrowych otworzyly dunskie firmy Kuriant, Vestas, Nordtank i Bonus w 1979 roku w czasie drugiego kryzysu naftowego. Te pionierskie jednostki mialy moc 20–30 kW a wiec jak na dzisiejsze standardy (ale takze te z lat trzydziestych i czterdziestych ) niewielka.
Im wieksza turbina tym lepsze wykorzystanie jej maksymalnej mocy. Mala przydomowa turbina o maksymalnej mocy 10KW rownowaznie pracuje z pelna moca tylko przez 1000 godzin (wspolczynnik mocy wynosi 1000/ 8760 , w roku jest 8760 godzin) w roku podczas gdy gigantyczna turbina o mocy 5 WM pracuje rownowaznie z pełna moca az do 3000 godzin. Stad wynika tendencja do budowy jak najwiekszych jednostek. Im wieksza srednica wirnika i wysokosc wiezy tym wieksza moc turbiny i jej wspolczynnik mocy. Cena jednostkowa kilowata mocy spada wraz z wielkoscia turbiny.
W 2011 roku głównymi producentami turbin wiatrowych na świecie z udzialami w rynku byli:
1.Vestas – 12,7%
2.Sinovel – 9,0%
3.Goldwind – 8,7%
4.Gamesa – 8,0%
5.Enercon – 7,8%
6.GE Energy – 7,7%
7.Suzlon Group – 7,6%
8.Guodian United Power – 7,4%
9.Siemens AG – 6,3%
10.Mingyang – 3,6%
Oczywiscie Polska wzorem Chin mogła we własciwym czasie powołac do zycia oddział energetyki wiatrowej w polskim narodowym koncernie elektrotechnicznym, ktorego niestety nie mamy.
Obecnie największa na świecie turbina Vestas V164 (wprowadzona w 2014 roku) o mocy 8.0 MW ma calkowita wysokosc 220 m i srednice wirnika 164 m. Kolos goruje wiec nad cala okolica. Jednak conajmniej 4 firmy pracuja nad turbina o mocy 10 MW. Trudno ocenic kiedy moc turbin przestanie rosnac.
Jednak najwieksza srednice wirnika 171 m ma turbina Samsunga S7.0-171 ktora moze efektywnie pracowac przy mniejszej sile wiatru co czesto jest ogromna zaleta.
Wirnik trzyłopatowej turbiny o mocy 1.5MW wazy 22 tony a gondola z generatorem 52 tony. Zelbetonowa podstawa o srednicy 15 metrow i grubosci 2.4 metra zawiera 26 tony zbrojenia i 260 metrow szesciennych betonu. Wazy 620 ton !
Warta uwagi turbina wiatrowa Quantum Blade firmy Siemens ma moc 6 MW. Średnica trzyłopatkowego wirnika wiatraka wynosi 154 m.
Kazda łopata turbiny wykonana innowacyjna technologia z włókien szklanych ma dlugosc 75 metrow i wazy "zaledwie" 25 ton czyli o 25% mniej niz porownywalne lopaty firm konkurencyjnych.
Turbina z wieza i gondolą waży 350 ton i znow jest najlżejszym rozwiązaniem wśród tego typu urządzeń. Wieża ma wysokośc 187 metrow i jest jak zwykle posadowiona na poteznej zelbetowej podstawie.
Jesli chodzi o ilosc uzytych materialow to w porownaniu z elektrownia jadrowa (mowa o jednostce mocy) turbiny wiatrowe sa makabrycznie marnotrawne a demontaz poteznej podstawy jest rownie klopotliwy jak demontaz budynkow elektrowni.
Moc z wolnoobrotowej turbiny na generator elektryczny jest przeniesiona podwyzszajaca przekladnia planetarna lub przekladnia bezstopniowa. Przy wielobiegunowym generatorze synchronicznym z magnesami stalymi przekladnia nie jest stosowana. Generator taki jest jednak bardzo drogi. Przy sterowaniu generatora kosztownym falownikiem AC/AC przekladnia jest stala a zmienne sa obroty generatora. Turbina zawsze wyposazona jest w hamulec pozwalajacy ja unieruchomic w czasie niebezpiecznej wichury.
Tylko wiatrowe turbiny instalowane w wietrznych miejscach (duża liczba dni wietrznych i duża srednia prędkość wiatru) są opłacalne ekonomicznie bez interwencji rzadu czyli ostrej dyskryminacji tradycyjnych elektrowni. Warunki wiatrowe są systemowo najlepsze na pełnym morzu i należy budować wiatraki jak najdalej od brzegu co pociaga za soba liczne klopoty i wysokie koszty.
Srednia turbina o srednicy 56 m przy wietrze o predkosci 12 m/s rozwija moc 1000 kW. Optymalne obroty wynosza wtedy 27 na minute. Obroty jalowe i optymalne (przy ktorych turbina oddaje maksymalna moc) sa proporcjonalne do predkosci wiatru ale optymalne obroty sa nie krytyczne. Przy tym wietrze turbina obracajac sie 20 razy na minute oddaje tylko 9% mniej mocy niz optymalnie.
Niemniej przekladnia musi byc ciagla lub generator asynchroniczny musi byc przelaczany 2/4 biegunowy lub musi byc stosowany falownik do generatora.
Transportem gigantycznych czesci skladowych turbiny i wiezy zajmują się specjalistyczne firmy wyposazone w odpowiednie naczepy, podpory i uchwyty oraz dzwigi ale przede wszystkim zdolne zorganizowac logistyke transportu kolosow. Koszty transportu oraz instalacji duzych turbin sa niestety wysokie. Bardzo klopotliwy jest transport czesci rurowej wiezy.
Według prawa Betza maksymalna teoretyczna sprawnosc turbiny przetwarzajacej energie kinetyczna wiatru w przekroju turbiny na moc mechaniczna turbiny wynosi 59%. Praktyczne sprawnosci sa znacznie nizsze i nie przekraczaja 75% sprawnosci teoretycznej dla turbin zaprojektowanych maksymalnie aerodynamicznie i niestety maleje ona z czasem wraz ze zuzyciem turbiny.
Wspolczesny rozdzial nowoczesnych turbin wiatrowych otworzyly dunskie firmy Kuriant, Vestas, Nordtank i Bonus w 1979 roku w czasie drugiego kryzysu naftowego. Te pionierskie jednostki mialy moc 20–30 kW a wiec jak na dzisiejsze standardy (ale takze te z lat trzydziestych i czterdziestych ) niewielka.
Im wieksza turbina tym lepsze wykorzystanie jej maksymalnej mocy. Mala przydomowa turbina o maksymalnej mocy 10KW rownowaznie pracuje z pelna moca tylko przez 1000 godzin (wspolczynnik mocy wynosi 1000/ 8760 , w roku jest 8760 godzin) w roku podczas gdy gigantyczna turbina o mocy 5 WM pracuje rownowaznie z pełna moca az do 3000 godzin. Stad wynika tendencja do budowy jak najwiekszych jednostek. Im wieksza srednica wirnika i wysokosc wiezy tym wieksza moc turbiny i jej wspolczynnik mocy. Cena jednostkowa kilowata mocy spada wraz z wielkoscia turbiny.
W 2011 roku głównymi producentami turbin wiatrowych na świecie z udzialami w rynku byli:
1.Vestas – 12,7%
2.Sinovel – 9,0%
3.Goldwind – 8,7%
4.Gamesa – 8,0%
5.Enercon – 7,8%
6.GE Energy – 7,7%
7.Suzlon Group – 7,6%
8.Guodian United Power – 7,4%
9.Siemens AG – 6,3%
10.Mingyang – 3,6%
Oczywiscie Polska wzorem Chin mogła we własciwym czasie powołac do zycia oddział energetyki wiatrowej w polskim narodowym koncernie elektrotechnicznym, ktorego niestety nie mamy.
Obecnie największa na świecie turbina Vestas V164 (wprowadzona w 2014 roku) o mocy 8.0 MW ma calkowita wysokosc 220 m i srednice wirnika 164 m. Kolos goruje wiec nad cala okolica. Jednak conajmniej 4 firmy pracuja nad turbina o mocy 10 MW. Trudno ocenic kiedy moc turbin przestanie rosnac.
Jednak najwieksza srednice wirnika 171 m ma turbina Samsunga S7.0-171 ktora moze efektywnie pracowac przy mniejszej sile wiatru co czesto jest ogromna zaleta.
Wirnik trzyłopatowej turbiny o mocy 1.5MW wazy 22 tony a gondola z generatorem 52 tony. Zelbetonowa podstawa o srednicy 15 metrow i grubosci 2.4 metra zawiera 26 tony zbrojenia i 260 metrow szesciennych betonu. Wazy 620 ton !
Warta uwagi turbina wiatrowa Quantum Blade firmy Siemens ma moc 6 MW. Średnica trzyłopatkowego wirnika wiatraka wynosi 154 m.
Kazda łopata turbiny wykonana innowacyjna technologia z włókien szklanych ma dlugosc 75 metrow i wazy "zaledwie" 25 ton czyli o 25% mniej niz porownywalne lopaty firm konkurencyjnych.
Turbina z wieza i gondolą waży 350 ton i znow jest najlżejszym rozwiązaniem wśród tego typu urządzeń. Wieża ma wysokośc 187 metrow i jest jak zwykle posadowiona na poteznej zelbetowej podstawie.
Jesli chodzi o ilosc uzytych materialow to w porownaniu z elektrownia jadrowa (mowa o jednostce mocy) turbiny wiatrowe sa makabrycznie marnotrawne a demontaz poteznej podstawy jest rownie klopotliwy jak demontaz budynkow elektrowni.
Moc z wolnoobrotowej turbiny na generator elektryczny jest przeniesiona podwyzszajaca przekladnia planetarna lub przekladnia bezstopniowa. Przy wielobiegunowym generatorze synchronicznym z magnesami stalymi przekladnia nie jest stosowana. Generator taki jest jednak bardzo drogi. Przy sterowaniu generatora kosztownym falownikiem AC/AC przekladnia jest stala a zmienne sa obroty generatora. Turbina zawsze wyposazona jest w hamulec pozwalajacy ja unieruchomic w czasie niebezpiecznej wichury.
Tylko wiatrowe turbiny instalowane w wietrznych miejscach (duża liczba dni wietrznych i duża srednia prędkość wiatru) są opłacalne ekonomicznie bez interwencji rzadu czyli ostrej dyskryminacji tradycyjnych elektrowni. Warunki wiatrowe są systemowo najlepsze na pełnym morzu i należy budować wiatraki jak najdalej od brzegu co pociaga za soba liczne klopoty i wysokie koszty.
Srednia turbina o srednicy 56 m przy wietrze o predkosci 12 m/s rozwija moc 1000 kW. Optymalne obroty wynosza wtedy 27 na minute. Obroty jalowe i optymalne (przy ktorych turbina oddaje maksymalna moc) sa proporcjonalne do predkosci wiatru ale optymalne obroty sa nie krytyczne. Przy tym wietrze turbina obracajac sie 20 razy na minute oddaje tylko 9% mniej mocy niz optymalnie.
Niemniej przekladnia musi byc ciagla lub generator asynchroniczny musi byc przelaczany 2/4 biegunowy lub musi byc stosowany falownik do generatora.
Transportem gigantycznych czesci skladowych turbiny i wiezy zajmują się specjalistyczne firmy wyposazone w odpowiednie naczepy, podpory i uchwyty oraz dzwigi ale przede wszystkim zdolne zorganizowac logistyke transportu kolosow. Koszty transportu oraz instalacji duzych turbin sa niestety wysokie. Bardzo klopotliwy jest transport czesci rurowej wiezy.
General Electric proponuje racjonalizowac koszty i wykorzystanie do budowy wiezy tradycyjnych kratownic, które będą osłonięte warstwą tworzywa z włókna szklanego. Konstrukcje kratownicowe beda mogly byc wzglednie latwo transportowane statkami, koleja i drogami ladowymi a nawet w kontenerach. Prototypy GE wiez maja wysokosc 85 do 139 metrow.
Polski oddział duńskiego koncernu kk-electronic dziala pod Szczecinen od 2003 roku. Firma produkuje rozdzielnice i panele kontrolne, systemy kontroli i sterowania oraz akcesoriów do turbin wiatrowych czyli tak zwany power unit. Głównym odbiorcą produkowanych przez przedsiębiorstwo rozdzielnic i systemów sterujących sa oddzialy koncernu Siemens Wind Power w Danii, USA i w Chinach. Stamtad gotowe elektrownie wiatrowe transportowane sa do odbiorcow na calym swiecie.
W kk-electronic polska jest niestety tylko tania siła robocza.
Polski oddział duńskiego koncernu kk-electronic dziala pod Szczecinen od 2003 roku. Firma produkuje rozdzielnice i panele kontrolne, systemy kontroli i sterowania oraz akcesoriów do turbin wiatrowych czyli tak zwany power unit. Głównym odbiorcą produkowanych przez przedsiębiorstwo rozdzielnic i systemów sterujących sa oddzialy koncernu Siemens Wind Power w Danii, USA i w Chinach. Stamtad gotowe elektrownie wiatrowe transportowane sa do odbiorcow na calym swiecie.
W kk-electronic polska jest niestety tylko tania siła robocza.
Rysunek za Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark
Istnieje sporo rozwiazan systemu energoelektronicznego wspolpracujacego z generatorem i siecia energetyczna. Kilka przykladow.
W rozwiazaniu A generator asynchroniczny o wirniku zwartym polaczony jest z siecia wzglednie tanim soft starterem. Generator musi byc przelaczany 2/4 biegunowy dla przelaczania obrotow lub zastosowana musi byc przekladnia ciagla. Pokazany kondensator sluzy do koniecznej poprawy wspolczynnika mocy generatora.
W rozwiazaniu B generator asynchroniczny o wirniku zwartym polaczony jest z siecia kosztownym falownikiem AC/AC zwymiarowanym na pelna moc pozwalajacym optymalnie ustalic obroty generatora.
W rozwiazaniu C generator asynchroniczny o wirniku uzwojonym ( generator pierscieniowy) pracujacy z przekladnia ciagla wyposazony jest w uklad elektroniczny w wirniku symulujacy opornosc co pozwala regulowac poslizg generatora i stratnie zmienic obroty do 10%.
W rozwiazaniu D generator asynchroniczny o wirniku uzwojonym ma w obwodzie wirnika falownik AC/AC ale o orientacyjnej mocy tylko 35% mocy nominalnej.
W rozwiazaniu E wolnoobrotowy wielobiegunowy generator synchroniczny z magnesami stalymi bez przekladni pracuje z kosztownym falownikiem AC/AC zwymiarowanym na pelna moc
W rozwiazaniu F generator synchroniczny z przekladnia ciagla ma tylko zasilacz do obwodu wzbudzenia
W rozwiazaniu G generator synchroniczny z przekladnia stala ma zasilacz wzbudzenia i kosztowny falownik AC/AC zwymiarowany na pelna moc. Generator ma regulowane obroty.
Zawsze mozna tez stratnie regulowac kat natarcia lopat turbiny a tym samym jej moc. Moc turbiny jest proporcjonalna do kwadratu predkosci wiatru czyli przy slabym wietrze turbina praktycznie nie wytwarza energii.
Program komputera sterujacego elektrownia wiatrowa pozwala nia zdalnie sterowac i precyzyjnie monitorowac jej stan. Zawsze powstaje problem nieautoryzowanego dostepu i mozliwosc sabotazu.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz