Правда о малых ветряных турбинах

1. Энергия [кВт · ч] = 2,09 • Диаметр 2 [м] • Ветер 3 [м / с] Энергия, которую он рассчитывает, выражается...
2. Миф о низкой скорости ветра
3. Почему вы должны игнорировать «номинальную мощность»
4. Мощность [Вт] = 192 • Диаметр 2 [м]
5. У ЖЕНЩИНЫ нет никаких «тех» проблем, верно ?!
6. Надежность малых ветряных турбин
7. Так, когда небольшая ветряная турбина имеет смысл?

Энергия [кВт · ч] = 2,09 • Диаметр 2 [м] • Ветер 3 [м / с]

Энергия, которую он рассчитывает, выражается в кВт-ч в год, диаметр ротора ветродвигателя - в метрах, скорость ветра - среднегодовая для высоты ступицы турбины в м / с. В уравнении используется распределение ветра Вейбулла с коэффициентом K = 2, что примерно подходит для внутренних участков. Общий КПД турбины, от ветра до электрической сети, составляет 30%. Это разумный, реальный показатель эффективности. Вот таблица, которая показывает, как соотносятся среднегодовая скорость ветра, размер турбины и годовой объем производства энергии:

Диаметр (м)Годовая энергия (кВтч)7

4391 6554 9332 12801 17038 21121 28124 35127 6,5 3786 5651 8047 11038 14691 19073 24250 30288 6 3226 4815 6856 9405 12518 16252 20663 25807 5,5 2711 4046 5761 7903 10519 13656 17362 2168561 2231 3344 4861 3340 33445 5 2240 3344 8693 11286 14349 17922 4,5 1815 2709 3857 5290 7041 9142 11623 14517 4 1434 2140 3047 4180 5564 7223 9183 11470 3,5 1098 1639 2333 3200 4260 5530 7031 8782 3 806 1204 1714 2351 3130 4063 5166 6452 2,5 560 836 1190 1633 2173 2822 358 535 762 1045 1391 1806 2296 2867 1,5 202 301 429 588 782 1016 1291 1613 1 90 134 190 261 348 451 574 717 Скорость ветра (м / с) 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

Для метрически оспоренных людей, вот та же таблица с использованием имперских чисел:

Диаметр (футы)Годовая энергия (кВтч)21

3917 5577 7650 10182 13219 16807 20991 25818 19,5 3377 4809 6596 8779 11398 14492 18100 22262 18 2878 4097 5620 7481 9712 12348 15422 18969 16,5 2418 3443 4723 6286 8161 10376 1295 28 3903 939 1595 1595 1539 1539 1595 1539 1539 1539 159 1595 159 1595 5 6744 8575 10710 13173 13,5 1619 2305 3161 4208 5463 6946 8675 10670 12 1279 1821 2498 3325 4316 5488 6854 8430 10,5 979 1394 1912 2545 3305 4202 5248 6455 9 719 1024 1405 1870 2428 3087 3856 4742 7,5 500 711 976 1299 1686 2144 2677 3293 6 320 455 624 831 1079 1372 1714 2108 4,5 180 256 351 468 607 772 964 1186 3 80 114 156 208 270 343 428 527 Скорость ветра (миль / ч) 8 9 10 11 12 13 14 15

Насколько точны эти цифры? Это энергия, которую может достичь хорошая ветряная турбина с горизонтальной осью, если она установлена ​​на идеальной площадке и высоте. Это верхний предел, хотя, если ваша турбина производит где-то около числа, предсказанного этой таблицей, вы должны исполнять свой счастливый танец! Большинство небольших ветровых турбинных установок значительно хуже, на самом деле среднее значение составляет примерно половину прогнозируемой выработки энергии (а многие даже не достигают этого). Там может быть много причин для снижения производительности; плохой выбор площадки, с более турбулентным воздухом, чем ожидалось, часто имеет к этому отношение. Отчеты в разделе «Реальный мир», следующие ниже, иллюстрируют этот момент. Многие малые ветряные турбины не достигают 30% общего КПД, некоторые близки к 0% (это не шутка!), Поэтому у этих цифр есть только одно направление. Для ветряных турбин, заряжающих автономные батареи, следует вычесть 20–30% прогнозируемых значений из-за более низкой эффективности турбины, связанной с батареями, и потерь, связанных с зарядкой батарей.

VAWTs (ветряные турбины с вертикальной осью)

HAWT против VAWT

Приведенные выше таблицы предназначены для HAWT, обычного горизонтального типа «ветряная мельница», с которым мы все знакомы. Для таблиц VAWT также можно использовать таблицы, но вы должны преобразовать их размеры. Вычислите фронтальную площадь (площадь подметания) VAWT, умножив высоту и ширину, или для изогнутого венчика яиц приблизьте площадь. Теперь преобразуйте площадь поверхности в диаметр, как если бы это был круг: Диаметр = √ (4 • Площадь / Пи). Это даст вам диаметр для стола. Посмотрите производство энергии для этого диаметра и среднегодовой скорости ветра и сделайте следующее:

• Для VAWT типа Darrieus или giromill (тип «взбиватель яиц»): возьмите не менее 25% от количества вырабатываемой энергии
• Для VAWT типа Savonius (типа «две половины масляных бочек»): минимальное снижение потребления энергии на 60%, оставляя в лучшем случае всего 40%

Число энергии, которое осталось, должно быть хорошим приближением к тому, что вы можете ожидать от этого VAWT. Сравните полученные цифры с теми, которые упоминаются практически во всех рекламных брошюрах о турбинах типа VAWT, и сразу должно быть ясно, что их маркетологи курят «Хорошие вещи». В их числе нет никакого отношения к физической реальности, они постоянно слишком велики. Имейте в виду, что рассчитанные здесь показатели производства энергии являются «наилучшим случаем»; для турбины в приятном, гладком воздухе. Большинство VAWT расположены очень близко к земле или на зданиях, где мало ветра и много турбулентности. В этих условиях они будут делать намного, намного хуже, чем прогнозировалось.

Малые ветрогенераторы в реальном мире

Вы читали это далеко, и все еще хотите установить ветрогенератор? Затем настало время для проверки реальности: большинство (некоторые сказали бы все) установленных небольших ветряных турбин ужасно плохо по сравнению с их производительностью энергии, рассчитанной выше. Это сообщение ряда исследований, обычно от имени правительств, которые субсидируют ветряные турбины. Не просто поверьте нам на слово, прочитайте это для себя:

• Отчет об испытаниях в Уорике , в Великобритании: это оценивает 26 установленных ветровых турбин здания. Для тех, кто рассматривает возможность установки турбины на их крышу, это откровение; результаты безнадежны. Некоторые турбины потребляли больше энергии, чем производили!

• Отчет группы компаний CADMUS , в Массачусетсе: 21 участок с маленькими ветряными турбинами был оценен. Лучшие участки производили около 80% прогнозируемой выработки энергии, большинство составляли около 50% - 60% прогнозируемой выработки энергии.

• Отчет Британского фонда энергосбережения под названием «Местоположение, местоположение, местоположение»: это требует некоторого прочтения между строк, так как Доверие довольно тесно связано с небольшой ветровой промышленностью. Они посмотрели на 57 турбин в течение года, некоторые из них были смонтированы на зданиях, другие - на башне, и пришли к выводу, что турбины, смонтированные на здании, работали очень плохо.

• Испытание малой ветряной турбины в Зеландии, Нидерланды: Испытание 11 малых ветряных турбин на одной площадке, одинаковой высоты. Оригинальный протокол испытаний на голландском языке, в трех частях [ часть 1 , часть 2 , часть 3 ]. Пол Гипе перевел цифры на английский , Большинство из них произвели менее половины своей прогнозируемой выработки энергии, а некоторые значительно меньше.

• Статьи Пола Джипа о ветровых работах Если вы все еще не убеждены, небольшой случайный просмотр статей Пола должен сделать эту работу. Пол Гипе - уважаемый беспристрастный автор книг и статей о ветроэнергетике.

Из всех отчетов вытекает несколько общих тем: Небольшие ветрогенераторы, установленные на крыше или на крыше, не работают. Период. На крыше дует слабый ветер, и он очень бурный. Это делает плохое «топливо» для ветряных турбин.

Большинство инсталляторов переоценивают доступный ресурс ветра. Большинство небольших ветротурбинных установок не оправдывают своих прогнозов, часто с большим отрывом. Поскольку скорость ветра является наиболее важным параметром для производства энергии в турбине, неправильное восприятие имеет большие последствия (мощность ветра зависит от куба скорости ветра, поэтому удвойте скорость ветра, и мощность в ней составит 2 * 2 * 2. = В 8 раз больше) Вы должны быть реалистичны в отношении вашей годовой средней скорости ветра.

Большинство небольших ветряных турбин работают не так хорошо, как их производители хотят, чтобы вы верили. Это не должно вызывать удивления на этом этапе. Что может быть удивительным, так это то, что даже турбины более уважаемых производителей, честно говоря о производительности, терпят неудачу, чаще всего, чем нет. Вероятная причина - турбулентность и неправильный выбор места.

Миф о низкой скорости ветра

К сожалению, хорошо видно, как работает маркетинг для небольших ветряных турбин: я часто вижу, как люди публикуют вопросы на форумах, где они ищут ветряные турбины «с низкой скоростью ветра». В зависимости от того, кого вы спрашиваете, скорость врезного ветра - это либо скорость ветра, при которой турбина начинает вращаться, либо скорость ветра, при которой она начинает генерировать некоторую мощность. Для большинства ветровых турбин это составляет около 2,5-3,5 м / с (5,5-8 миль / ч), и это совершенно бессмысленный параметр.

На этих скоростях ветра нет энергии, нечего собирать для турбины. Хотя вам может быть приятно видеть, как вращается ваша дорогая игрушка для двора, она не делает ничего значительного в таком легком бризе: чтобы дать вам некоторое представление, ветряная турбина диаметром 6 метров (довольно большая, как маленькие ветряные турбины ) может реально производить всего 120 Вт при скорости ветра 3,5 м / с. Эта же турбина будет иметь номинальную мощность 6 кВт (или более, см. Следующий раздел), поэтому производство энергии при включении действительно просто капля в море. Более того, из-за того, как работают сетевые инверторы, вы, скорее всего, будете терять энергию в зависимости от скорости ветра, чтобы поддерживать питание инвертора, так же как и при выработке любой энергии, что приведет к чистой потере производство электроэнергии.

Забудьте о скорости ветра. Это не важно.

Почему вы должны игнорировать «номинальную мощность»

Турбина на 10 кВт лучше чем ветряная мельница на 6 кВт? Неправильно! Номинальная мощность - один из наименее интересных параметров любой ветряной турбины, сразу после включения скорости ветра.

Проблема с номинальной мощностью в том, что она ничего не говорит вам о производстве энергии. Ваша коммунальная компания взимает плату за энергию, которую вы потребляете, а не за электроэнергию. Аналогично, для небольшой ветряной турбины вы должны быть заинтересованы в энергии, которую она будет производить для вашего конкретного объекта, с вашей конкретной среднегодовой скоростью ветра. Номинальная мощность турбины не делает этого. Чтобы узнать о производстве энергии, взгляните на таблицы, представленные ранее.

Больше проблем с номинальной мощностью: это происходит только при «номинальной скорости ветра». И проблема в том, что нет стандарта для номинальной скорости ветра. Поскольку энергия ветра увеличивается вместе с кубом скорости ветра, она имеет очень большое значение, если номинальная мощность измеряется при 10 м / с (22 миль / ч) или 12 м / с (27 миль / ч). Например, можно ожидать, что эта 6-метровая ветряная турбина из предыдущего участка будет вырабатывать 5,2 кВт при 10 м / с, тогда как она будет работать с 9 кВт при 12 м / с!

Большинство в отрасли согласны с тем, что 11 м / с (24,6 миль / ч) обеспечивают хорошую номинальную скорость ветра. Пойдите выше этого, и очень скоро турбина должна быть трудолюбивой, чтобы защитить себя от разрушения, сворачивая, управляя, или останавливаясь. Те, которые не будут, вероятно, столкнутся с короткой и замученной жизнью. Если мы согласимся на 11 м / с, уравнение для реалистичного числа номинальной мощности будет следующим:

Мощность [Вт] = 192 • Диаметр 2 [м]

В этом уравнении предполагается, что ветрогенератор с горизонтальной осью горизонтальной оси с общей эффективностью составляет 30%, с приличными лопастями. Ветровые турбины с плохим профилем лопастей будут иметь более низкую номинальную мощность, как и у неэффективных генераторов переменного тока. Мы поместили одну и ту же информацию в таблицу, как для метрических, так и для имперских чисел:

Диаметр (м)Номинальная мощность
при 11 м / с (Вт)Диаметр (футы)Номинальная мощность
при 25 милях в час (Вт)

1 190 3 160 1,5 430 4,5 360 2 770 6 640 2,5 1200 7,5 1000 3 1730 9 1450 3,5 2350 10,5 1970 4 3070 12 2570 4,5 3890 13,5 3250 5 4800 15 4020 5,5 5810 16,5 4860 6 6920 18 5780 6,5 8120 19,5 6790 7 9410 21 7870

Номинальная мощность ветряной турбины не может быть столь же бессмысленной, как укороченная скорость ветра, хотя ее использование ограничено. У него может быть некоторая полезность для быстрого сравнения или определения размера ветряной турбины, но только в том случае, если эти значения номинальной мощности были взяты при той же номинальной скорости ветра, и если производитель дает вам реалистичное число (многие раздувать номинальную мощность). Гораздо лучшим показателем размера турбины является просто их диаметр. Как показано выше, это, безусловно, лучший прогноз для выходной мощности.

У ЖЕНЩИНЫ нет никаких «тех» проблем, верно ?!

Да правильно! Если вы в это верите, у нас есть земля на юге Луизианы, которую мы хотели бы продать вам ...

VAWT типа Дарриус

Турбины типа VAWT не имеют внутреннего преимущества перед турбинами типа HAWT. Там мы это сказали! VAWT не делают лучше при турбулентном ветре, чем HAWT. Исключая VAWT типа Savonius (тип, который выглядит как масляный барабан, разрезанный пополам - они в любом случае имеют очень низкую эффективность), турбины как горизонтального, так и вертикального типа полагаются на аэродинамическую поверхность, крыло, для выработки энергии. Аэродинамические профили просто плохо работают в турбулентном воздухе; ветер должен поразить их под прямым углом, и вихри сеют хаос. Соедините это с настойчивостью производителей турбин с вертикальной осью устанавливать свои устройства на очень короткие башни или крыши, и вы получите картину. Она не будет работать.

Производители часто утверждают, что их турбина с вертикальной осью превосходит горизонтальную, потому что она всегда направлена ​​против ветра. То же самое можно сказать и о любой турбине с горизонтальной осью благодаря механизму хвоста или рыскания. Если поток воздуха таков, что направления ветра резко меняются от одной секунды к следующей, это означает, что у вас много турбулентности, а это означает, что это плохое место для установки любой ветряной турбины, HAWT или VAWT.

Производители часто утверждают, что их турбина с вертикальной осью лучше справляется с извлечением энергии из низкоскоростных ветров. К сожалению, здесь действуют законы физики: очень мало энергии при слабом ветре. Лопатка турбины вертикального или горизонтального типа одинаково хороша для извлечения этой мощности, хотя при вертикальном типе лопасти движутся под углом к ​​ветру, где они не извлекают энергию для части каждого вращения, добавляя сопротивление и создавая вертикальный тип. Турбина чуть менее эффективна, чем горизонтальная. Там нет никакого преимущества, когда дело доходит до слабых ветров.

Теоретически, ветрогенератор с вертикальной осью типа Дарриуса (типа взбивателя яиц) может работать почти так же хорошо, как турбина с горизонтальной осью. Фактическое измерение одного из лучших дизайнов, UGE VisionAir5 , однако, это не подтверждает: при 11 м / с скорость ветра составляет 11%, а Bergey Excel-6 HAWT работает с эффективностью 22% при той же скорости ветра, вдвое больше. Вы можете прочитать об этом в статье Пола Джипе , Помимо проблем с эффективностью, у VAWT Darrieus, к сожалению, есть ряд присущих им проблем, которые ставят их в невыгодное положение: поскольку они, как правило, высокие и относительно узкие конструкции, изгибающие усилия на их основной опоре (внизу) очень велики. Есть аналогичные проблемы с силами на лезвиях. Это означает, что для создания надежной турбины с вертикальной осью требуется больше материала и более дорогих материалов по сравнению с турбиной горизонтального типа. Для сравнения, тот же UGE VisionAir5 весит 756 кг, а Bergey Excel-6 - 350 кг. Имейте в виду, что турбина UGE охватывает только половину площади Bergey, последняя - гораздо большая турбина! Это делает VAWT по своей природе более дорогим или менее надежным, или и то, и другое.

Прежде чем у вас сложится неправильное впечатление: нам очень нравятся VAWT здесь, в Solacity. Мы думаем, что они выглядят круто, и мы хотели бы видеть больше из них. Особенно те, которые действительно работают. В настоящее время реальность такова, что если вы хотите производить энергию, получите HAWT, если вы хотите действительно красиво выглядящий двор, или архитектурную облицовку для вашего здания, приобретите VAWT.

Небольшой сравнительный шоппинг может привести к удивительным сделкам с ветряными турбинами: вместо того, чтобы платить 20 000 долларов за турбину мощностью 6 кВт, вы можете получить ее с Дальнего Востока всего за 5 000 долларов. Сделки там звучат слишком хорошо, чтобы быть правдой. И по большей части они есть.

Как поставщики инверторов для турбин, хороших, плохих и просто безобразных, мы довольно хорошо это видели, когда дело доходит до отказа турбины. Мы можем однозначно сказать вам, что вы получаете то, за что платите. В зависимости от вашего чувства приключения, это может быть хорошо или плохо; если вы планируете идти дешево, планируйте (вы) быть отделом исследований и разработок производителя и испытательным центром. Быть действительно хорошим "сделай сам" с пониманием ветряных турбин, генераторов переменного тока и всего прочего электрического тоже пригодится. На всякий случай, если вы нам не верите, Вы можете прочитать об этом в этой теме Green Power Talk , На форуме есть еще темы с похожим контентом, просто немного поищите.

Там, где авторитетные и более дорогие производители хороши в соблюдении своих гарантий, вы, скорее всего, сами будете обходиться дешевыми вещами. Даже с хорошей гарантией, поверьте нам на слово, что вы бы предпочли не использовать его. Даже если производитель поставляет запасные части, их установка все равно стоит дорого. Не говоря уже о том, что ваша турбина пока не будет производить энергию.

Есть еще одна область, где покупатели могут получить ложное чувство безопасности: в нескольких штатах США есть списки «одобренных» ветровых турбин для своих программ скидок. Примером этого является список Калифорнии , Проблема заключается в том, что утверждение этого списка и предоставленные данные о производительности (такие как номинальная мощность и производство энергии) по существу являются самооценочными. Менее добросовестные производители могут «изготовить» данные и представить их под предлогом того, что они были измерены. Единственная ценность этих списков состоит в том, чтобы сообщать вам, какие скидки доступны, они не предоставляют надежную информацию о турбинах.

Надежность малых ветряных турбин

Если ваше видение ветряной турбины таково, что вы платите кому-то за ее установку, а затем получаете экономию энергии, вы, вероятно, будете очень разочарованы.

Надежность небольших ветровых турбин (до сих пор) проблематична. Даже хорошие сломаются гораздо чаще, чем хотелось бы, и ни один из них не будет работать в течение 20 лет без необходимости замены хотя бы какой-то части. Несмотря на кажущуюся простоту, маленькая ветряная турбина далеко не так надежна, как средний автомобиль (и даже автомобили не будут работать в течение 20 лет без поломок). Если вы собираетесь установить небольшую ветряную турбину, вы должны ожидать, что она сломается. Единственные вопросы - когда и как часто.

Имея это в виду, имеет смысл использовать наклонную башню для вашей турбины. Это делает техническое обслуживание и ремонт намного безопаснее (на месте) и дешевле. Сборы с кранов или то, что установщики турбин свисают с верхней части башни в течение длительного времени, обычно становятся очень дорогими. Вы должны также бюджет на ремонт, они будут происходить. Запчасти могут быть бесплатными по гарантии, время вашего установщика - нет.

Поскольку мы упомянули техническое обслуживание: учтите, что в достаточно ветреном месте ветряная турбина может работать 7000 часов или более в год. Если бы это была машина со скоростью 50 км / ч (30 миль в час), она бы проехала 350 000 км (или более 200 000 миль). Это означает, что вы должны планировать ежегодный осмотр и выполнять необходимое техническое обслуживание (например, смазку) независимо от рекомендаций производителя. Столь же важно ежегодно осматривать и обслуживать башню. Мы знаем о башне, которая рухнула, потому что гайки открепились от болтов более 2,5 лет, в течение этого времени не было проведено ни осмотра, ни технического обслуживания, что в конечном итоге привело к ее разрушению. Ветровые турбины и башни живут в очень суровых условиях. Важно проверить наличие проблем, таких как ослабление болтов или проволочных опор, которые требуют повторного натяжения, прежде чем они станут проблемой.

Между обслуживанием и ремонтом было бы очень полезно и снизить ваши расходы, если бы вы могли выполнять часть работы самостоятельно: возможность безопасно наклонить турбинную башню вверх или вниз сэкономит вам деньги. Понимание того, как работает турбина, как ее безопасно остановить, как устранить неполадки, по крайней мере, в незначительных проблемах, может держать вас в тени. Мы понимаем, что установка ветротурбины не для всех. На самом деле башни опасны, и для хорошей установки дьявол кроется в деталях. Опытный установщик может реально изменить турбину, которая будет работать лучше и со временем станет более надежной. Мы настоятельно рекомендуем вам иметь профессиональный установщик для первоначальной установки. Однако, подняв руки и вызывая установщика для планового технического обслуживания, или каждый раз, когда возникает небольшая проблема, вы, скорее всего, станете несчастным владельцем ветряных турбин (даже если это мечта вашего установщика).

Так, когда небольшая ветряная турбина имеет смысл?

Какие? Вы все еще читаете? Если бы мы не отговорили вас от ветряных турбин к настоящему времени, все еще может быть надежда! Конечно, бывают ситуации, когда небольшая ветряная турбина имеет смысл: если вы не подключены к сети, вам обязательно следует добавить ветряную турбину. Ветер и солнце имеют тенденцию прекрасно дополнять друг друга; солнечные дни имеют тенденцию быть не очень ветренными, в то время как у ветреных дней, как правило, мало солнца. Ветряные турбины, как правило, производят большую часть энергии зимой, когда солнечные батареи не работают.

Если вы живете в очень ветренном месте и у вас очень высокий уровень электричества, небольшая ветряная турбина может иметь экономический смысл. Просто имейте в виду, что когда мы говорим «очень ветрено», мы действительно имеем это в виду! Приведенная выше информация должна дать вам хорошее представление о том, чего ожидать от небольшой ветряной турбины, чтобы вы могли сделать расчеты самостоятельно.

Еще одна ситуация, когда небольшая ветряная турбина может иметь смысл, - это если в вашей провинции, штате или стране предусмотрены скидки или другие стимулы, которые делают его дешевым (просто помните о текущих затратах на техническое обслуживание и ремонт). Несмотря на то, что мы хотели бы выступать за ответственное расходование государственных средств, малой ветроэнергетической отрасли требуется гораздо больше клиентов для развития. Изготовителям требуются время и номера для установки, чтобы устранить ошибки, улучшить турбины и сделать их дешевле.

В будущем есть надежда на будущее маленького ветра! Программы сертификации проводятся в различных местах, чтобы предоставить реальные данные о производительности турбины. В Северной Америке это возглавляется Совет по сертификации малых ветров , который требует независимой сертификации турбинных характеристик стандартизированным способом. Производители больше не смогут обманывать кривые мощности или указывать «номинальную мощность» при скоростях ветра ураганной силы. Это позволит вам, потребителю, сравнивать турбины на гораздо более равномерной основе.

Наконец, что если у вас не так много разговоров о ветре, нет надежды когда-нибудь окупить инвестиции в маленькую ветряную турбину, но вам нравится внешний вид и вы хотите продвигать идею более экологичного образа жизни? Это может быть хорошим поводом для его установки. Просто пойти на это!

Похожие

Комментарии