Mała turbina wiatrowa

Schemat małej turbiny wiatrowej i odrzutnika.
Mikro wiatrak o mocy 1 kW zainstalowany na przedmieściach Lahore w Pakistanie .
Small wind turbine power output

Małe turbiny wiatrowe , znane również jako mikro turbiny wiatrowe , wytwarzają energię elektryczną do użytku na małą skalę . Turbiny te są zwykle mniejsze niż turbiny wiatrowe . Małe turbiny wiatrowe często mają pasywne systemy odchylania w przeciwieństwie do aktywnych. Wykorzystują z napędem bezpośrednim i płetwę ogonową skierowaną w stronę wiatru, podczas gdy większe turbiny mają przekładniowe układy napędowe , które są aktywnie skierowane w stronę wiatru.

Zwykle wytwarzają od 500 W do 10 kW, a niektóre tak małe, jak 50 W. Kanadyjskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej uważa, że ​​małe turbiny wiatrowe mają moc do 300 kW, podczas gdy norma IEC 61400 definiuje je jako mające powierzchnię wirnika mniejszą niż 200 m 2 i generujące napięcie poniżej 1000 Va.c. lub 1500 V prądu stałego

Projekt

Ostrza

Łopaty turbin do małych turbin wiatrowych mają zwykle średnicę od 1,5 do 3,5 metra (4 stopy 11 cali - 11 stóp 6 cali) i wytwarzają 0,5-10 kW przy optymalnej prędkości wiatru. Większość małych turbin wiatrowych to turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu , ale turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu (VAWT) mogą przynosić korzyści w zakresie konserwacji i rozmieszczania, chociaż są mniej wydajne w przetwarzaniu wiatru na energię elektryczną. Aby zoptymalizować wydajność, stosunek prędkości końcówki łopaty (stosunek prędkości końcówki łopaty do prędkości wiatru) oraz stosunek siły nośnej do oporu powinny być utrzymywane na optymalnym poziomie.

Montowane na ziemi małe turbiny wiatrowe są zwykle podparte czterema odciągami i żerdzią służącą do podnoszenia i opuszczania wieży. Dostępne są pełne zestawy montażowe zwane „zestawami wieżowymi”.

Dostępnych jest wiele materiałów syntetycznych, w tym polimery wzmocnione włóknem węglowym, nanokompozyty i poliester ze szkła E. Chociaż włókna naturalne są podatne na wahania jakości, wysoką absorpcję wilgoci i niską stabilność termiczną, co czyni je niepożądanymi w przypadku większych łopat, małe turbiny nadal mogą z nich korzystać. Można użyć drewna, a rodzaj drewna należy wybrać na podstawie dostępności, kosztów i czasu wzrostu, średniej gęstości, wysokiej sztywności i wytrzymałości na złamanie. Powłoki są zwykle stosowane w celu zmniejszenia wilgoci, a biała emalia z podkładem okazała się szczególnie skuteczna. Świerk Sitka (stosowany w śmigłach), a daglezja była używana w łopatach turbin. Nepal używał małych turbin łopatkowych wykonanych z powlekanego drewna, w tym Sal , Saur , Sisau , Uttish , Tuni , Okhar , sosny i lakuri . Oprócz drewna kompozyty na bazie bambusa mogą być również stosowane zarówno w dużych, jak i małych turbinach wiatrowych ze względu na ich niską gęstość i sekwestrację węgla zdolność – co sprawia, że ​​materiały bambusowe są przyjazne dla środowiska. Ponadto, w porównaniu z drewnem, bambus ma wyższą odporność na pękanie, większą wytrzymałość, niższe koszty obróbki i szybkie tempo wzrostu. Trwający rozwój materiałów obejmuje laminaty bambusowe wykorzystujące żywice i hybrydowe bambusowe materiały z włókna węglowego. Konopie, len, drewno i bambus są kandydatami na materiały na łopatki do małych turbin.

Umieszczenie

Turbiny wiatrowe na tyle małe, że można je utrzymać na pojedynczej rurze stalowej, są często mocowane za pomocą płyty podstawy rusztowania montowanej do betonowego fundamentu. Konstrukcja na zawiasach umożliwia łatwe opuszczanie w celu konserwacji.

Małe turbiny wiatrowe muszą osiągnąć określoną prędkość wiatru, zwaną prędkością włączenia, aby zaczęły wytwarzać energię elektryczną. Ta prędkość wynosi zwykle około 4 metrów na sekundę (8,9 mil na godzinę), ale niektóre turbiny mogą pracować z niższymi prędkościami. Aby uniknąć przeszkód, turbiny są często umieszczane na wieżach co najmniej 9 m (30 stóp) nad czymkolwiek w promieniu 150 m (490 stóp). Lepsze lokalizacje dla turbin są dalekie od dużych przeszkód pod wiatr, ponieważ badania w tunelu aerodynamicznym pokazują, że znaczące negatywne skutki pobliskich przeszkód mogą sięgać nawet 80-krotności wysokości przeszkody z wiatrem, chociaż jest to przypadek skrajny. Inną opcją umieszczenia małej turbiny jest użycie modelu opartego na rzeczywistych pomiarach wiatru w celu przewidzenia, w jaki sposób pobliskie przeszkody wpłyną na lokalne warunki wietrzne w potencjalnej lokalizacji turbiny, biorąc pod uwagę rozmiar, kształt i odległość od przeszkód.

Małe turbiny dachowe mogą być instalowane na dachu, ale mogą napotkać problemy, takie jak wibracje i turbulencje powodowane przez półkę dachową, które mogą wpływać na ich wytwarzanie energii. Turbiny te często mają trudności z generowaniem znacznych ilości energii, szczególnie na obszarach miejskich.

Okablowanie

Schemat okablowania wysokiego poziomu dla hybrydowego systemu wiatrowego / fotowoltaicznego poza siecią.

Generatory do małych turbin wiatrowych to zwykle trójfazowe generatory prądu przemiennego , a trendem jest stosowanie typu indukcyjnego , chociaż niektóre modele wykorzystują generatory jednofazowe lub prąd stały .

Po przeprowadzeniu trójfazowego przewodu prądu przemiennego przez pierścień ślizgowy i w dół do końca odbiorczego, trójfazowy prostownik jest używany do konwersji prądu przemiennego na wyprostowany prąd stały w celu ładowania akumulatora, zwłaszcza w hybrydowych systemach zasilania energią słoneczną . Prostownik należy zamontować do radiatora w celu chłodzenia, z możliwością dodania wentylatora komputerowego uruchamianego bimetalowym wyłącznikiem termicznym do aktywnego chłodzenia.

Prostownik trójfazowy używany w miejskiej turbinie wiatrowej zamontowanej na dachu.

Koniec DC prostownika jest następnie podłączony do akumulatorów. To połączenie powinno być jak najkrótsze, aby uniknąć strat mocy, zwykle z bocznikowanym cyfrowym watomierzem pomiędzy nimi do monitorowania. Baterie są następnie podłączane do falownika , który przekształca energię z powrotem na prąd przemienny o stałej częstotliwości w celu podłączenia do sieci i końcowego wykorzystania.

Rezystory używane jako obciążenie odwracające, które chronią turbinę w przypadku silnych wiatrów.

Hamowanie dynamiczne to technika stosowana do regulowania prędkości turbiny poprzez rozładowywanie nadmiaru energii poprzez obciążenie rezystancyjne podczas silnych wiatrów, aby zapobiec uszkodzeniom. Kontroler, aktywowany, gdy akumulatory osiągną określone napięcie, włącza obciążenie za pomocą elektromagnesu lub przekaźnika półprzewodnikowego , z których ten ostatni ma tę dodatkową zaletę, że „nie otwiera się”. Właściwe dostrojenie kontrolera jest ważne, aby zapobiec pasożytniczym oscylacjom , które można osiągnąć za pomocą funkcji opóźnienia lub za pomocą standardowego kontrolera ładowania PWM z funkcją zmiany kierunku.

Kabel odporny na promieniowanie UV i wahania temperatury, taki jak kabel solarny , powinien być stosowany w przypadkach, gdy okablowanie jest narażone na działanie czynników atmosferycznych. Przekrój drutu w całym systemie musi być odpowiedni do ilości przepływającego przez niego prądu. Rezystancja drutu, która rośnie liniowo wraz z jego długością, nie powinna powodować spadku napięcia większego niż 2-5% całkowitego spadku napięcia.

Rynki

Japonia

W lipcu 2012 r. weszła w życie nowa taryfa gwarantowana zatwierdzona przez japońskiego ministra przemysłu Yukio Edano, obiecująca zwiększenie krajowej produkcji energii wiatrowej i słonecznej. Kraj dąży do zwiększenia inwestycji w energię odnawialną, częściowo w odpowiedzi na kryzys radiacyjny w Fukushimie w marcu 2011 r. Taryfa gwarantowana dotyczy paneli słonecznych i małych turbin wiatrowych i wymaga od przedsiębiorstw użyteczności publicznej odkupu energii elektrycznej wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii w rządzie -ustalone stawki.

Mała energetyka wiatrowa (turbiny o mocy poniżej 20 kW) będzie dotowana co najmniej w wysokości 57,75 JPY (około 0,74 USD za kWh).

Zjednoczone Królestwo

Nieruchomości w wiejskich lub podmiejskich częściach Wielkiej Brytanii mogą zdecydować się na turbinę wiatrową z falownikiem w celu uzupełnienia energii z lokalnej sieci. Brytyjski system certyfikacji mikrogeneracji (MCS) zapewnia taryfy gwarantowane właścicielom kwalifikujących się małych turbin wiatrowych.

Stany Zjednoczone

Niewielka wieża wiatrowa na obszarach wiejskich w stanie Indiana w Stanach Zjednoczonych

Amerykańskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej (AWEA) w 2008 r. małe turbiny wiatrowe o mocy 100 kW lub mniejszej dodały łącznie 17,3 MW mocy wytwórczych w USA . Wzrost ten stanowił wzrost o 78% na krajowym rynku małych turbin wiatrowych. W badaniu AWEA „2009 Small Wind Global Market Study” przypisano ten wzrost wyższym wolumenom produkcji dzięki prywatnym inwestycjom finansującym rozbudowę elektrowni oraz rosnącym cenom energii elektrycznej i świadomości społecznej w zakresie technologii wiatrowych napędzających sprzedaż mieszkań.

W 2019 roku większość amerykańskiego zapotrzebowania na małe turbiny wiatrowe dotyczyła wytwarzania energii w odległych lokalizacjach oraz do celów oceny lokalizacji pod duże instalacje wiatrowe.

Mały przemysł wiatrowy w USA również czerpie korzyści z rynku światowego, ponieważ kontroluje około połowy światowego udziału w rynku. Amerykańscy producenci zarobili 77 milionów dolarów ze 156 milionów dolarów, które wydano na całym świecie na małe instalacje turbin wiatrowych. W 2008 roku na całym świecie zainstalowano łącznie 38,7 MW małej mocy wiatrowej.

W Stanach Zjednoczonych koszt instalacji turbin wiatrowych dla gospodarstw domowych o mocy 2–10 kW wynosi zwykle od 12 000 do 55 000 USD ( 6 USD za wat), chociaż w 19 stanach dostępne są zachęty i rabaty, które mogą obniżyć cenę zakupu dla właścicieli domów o do 50 procent, do 3 USD za wat. Amerykański producent Southwest Windpower szacuje, że turbina zwróci się w postaci oszczędności energii w ciągu 5 do 12 lat.

Dominującymi modelami na rynku, zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych, są turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu . [ potrzebne źródło ]

Aby umożliwić konsumentom podjęcie świadomej decyzji przy zakupie małej turbiny wiatrowej, IEA Wind Task 27 we współpracy z IEC TC88 MT2 opracowała metodę etykietowania konsumenckiego. W 2011 roku IEA Wind opublikowała Zalecaną praktykę, która opisuje testy i procedury wymagane do zastosowania etykiety.

Chorwacja

System hybrydowy, turbiny wiatrowe 2400W, moduły fotowoltaiczne 4000W, wyspa Žirje , Chorwacja

Chorwacja jest idealnym rynkiem dla małych turbin wiatrowych ze względu na śródziemnomorski klimat i liczne wyspy pozbawione dostępu do sieci elektrycznej. W miesiącach zimowych, kiedy jest mniej słońca, ale więcej wiatru, małe turbiny wiatrowe są doskonałym dodatkiem do odizolowanych obiektów energii odnawialnej ( GSM , stacje, przystanie itp.). W ten sposób energia słoneczna i wiatrowa zapewniają stałą energię przez cały rok.

Niemcy

W Niemczech taryfy gwarantowane dla małych turbin wiatrowych zawsze były takie same jak dla dużych turbin. Jest to główny powód powolnego rozwoju sektora małych turbin wiatrowych w Niemczech. Natomiast małe systemy fotowoltaiczne w Niemczech korzystały z wysokiej taryfy gwarantowanej, czasami przekraczającej 50 eurocentów za kilowatogodzinę.

W sierpniu 2014 r. znowelizowana została niemiecka ustawa o energii odnawialnej, wpływająca również na taryfy gwarantowane dla turbin wiatrowych. Za eksploatację małej turbiny wiatrowej o mocy poniżej 50 kilowatów taryfa wynosi 8,5 eurocenta na okres 20 lat.

Ze względu na niskie taryfy gwarantowane i wysokie ceny energii elektrycznej w Niemczech ekonomiczna eksploatacja małej turbiny wiatrowej zależy od dużego zużycia własnego energii elektrycznej wytwarzanej przez małą turbinę wiatrową. Prywatne gospodarstwa domowe płacą średnio 28 centów za kilowatogodzinę za energię elektryczną (w tym 19% VAT).

W ramach niemieckiej ustawy o OZE z 2014 r. w sierpniu 2014 r. wprowadzono opłatę za energię elektryczną zużytą na własne potrzeby. Rozporządzenie nie dotyczy małych elektrowni o mocy poniżej 10 kilowatów. Przy kwocie 1,87 euro-centów opłata jest niska.

Produkcja

Budowa DIY

Niektórzy hobbyści zbudowali turbiny wiatrowe z zestawów, pozyskanych komponentów lub od podstaw. Turbiny wiatrowe typu „zrób to sam” to zazwyczaj mniejsze (na dachu) turbiny o mocy około 1 kW lub mniejszej. Te małe turbiny wiatrowe to zazwyczaj wieże odchylane lub stałe / z odciągami .

Zrób to sam lub zrób to sam – konstrukcja turbiny wiatrowej stała się popularna dzięki magazynom takim jak OtherPower i Home Power .

Organizacje działające jako Practical Action zaprojektowały turbiny wiatrowe typu „zrób to sam”, które mogą być z łatwością budowane przez społeczności w krajach rozwijających się, i dostarczają konkretne dokumenty, jak to zrobić.

Lokalna produkcja

Projekty małych turbin wiatrowych dla majsterkowiczów sięgają wczesnych lat 70. XX wieku i były dalej rozwijane przez ruch powrotu do ziemi pod koniec lat 70. w Stanach Zjednoczonych i Europie.

Produkowane lokalnie małe turbiny wiatrowe, będące na małą skalę, tanie, osadzone społecznie, adaptujące się do lokalnych kontekstów i oparte na otwartym dzieleniu się wiedzą, zostały ujęte w ramy lub powiązane z perspektywami odpowiedniej lub pośredniej technologii , technologii towarzyskiej , degrowth , otwarty projekt i otwarta produkcja .

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Small_wind_turbine&oldid=1143302601 ”