Энергия ветра - преобразование энергии ветра в полезную форму энергии, так как использование
ветряных двигателей для выработки электроэнергии,
ветряные мельницы для выработки механической энергии,
ветер качает для водного нагнетания или дренажа,
паруса, чтобы продвинуть суда.
Крупные ветровые электростанции состоят из сотен отдельных ветряных двигателей, которые связаны с электрической сетью. Оффшорные ветровые электростанции могут использовать более частые и сильные ветры, чем доступны наземным установкам и оказывают меньше визуального влияния на пейзаж, но стоимость строительства значительно выше. Маленькие береговые средства ветра используются, чтобы обеспечить электричество изолированным местоположениям, и коммунальные предприятия все более и более покупают избыточное электричество, произведенное маленькими внутренними ветряными двигателями. [1]
Энергия ветра, как альтернатива ископаемому топливу, многочисленна, возобновима, широко распределенная, чиста, не производит выбросов парниковых газов во время выработки и использует мало земли. [2] Любые эффекты на окружающую среду вообще менее проблематичны, чем те от других источников энергии. С 2011 Дания производит больше, чем четверть ее электричества от ветра. 83 страны во всем мире используют энергию ветра на коммерческой основе. [3] В 2010 выработка энергии ветра составляла более чем 2.5% полного международного использования электричества, и растущий быстро больше чем на 25% в год. Денежно-кредитная стоимость за устройство произведенной энергии подобна стоимости для новых установок угля и природного газа. [4], Хотя энергия ветра - популярная форма производства энергии, строительство ветровых электростанций универсально не приветствуется из-за эстетики. [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11]
Энергия ветра очень последовательна из года в год, но имеет существенное изменение по более коротким временным рамкам. Перебои ветра редко создают проблемы когда использующийся поставлять до 20% полного требования электричества, [12], но поскольку пропорция увеличивается, потребность модернизировать сетку, и может произойти пониженная способность вытеснить обычное производство. [13] методы Управления электропитанием, такие как наличие хранения избыточной мощности, географически распределенных турбин, отступающие источники, хранение, такие как гидроэлектричество накачанного хранения, экспорт и импортирование мощности в соседние области или сокращение требования, когда производство ветра низко, могут очень смягчить эти проблемы. [14], Кроме того, погодный прогноз разрешает сети электричества быть подготовленной для предсказуемых изменений в производстве, которые происходят. [15] [16]
Энергия ветра
Энергия ветра - кинетическая энергия воздуха в движении, также названном ветром. Полная энергия ветра, текущая через воображаемую область в течение времени t:
(33)
где ρ - плотность воздуха; v - скорость ветра; Avt - объем воздуха, проходящего (который считают перпендикулярным руководству ветра); Avtρ - поэтому масса m обгоняющий в единицу времени. Отметьте, что ½ ρv2 - кинетическая энергия движущегося воздуха за единичный объем.
Мощность - энергия в единицу времени, таким образом, инцидент энергии ветра на (например, равный области ротора ветряного двигателя):
(34)
Энергия ветра в происходящем на открытом воздухе потоке таким образом пропорциональна третьей мощности скорости ветра; доступные автоматические увеличения, восьмикратные, когда скорость ветра удваивается. Ветряные двигатели для электричества сетки поэтому должны быть особенно эффективными на больших скоростях ветра.
Ветер - движение воздуха через поверхность Земли, затронутой областями высокого давления и низкого давления. [34] поверхность Земли нагрета неравно Солнцем, в зависимости от факторов, таких как угол падения лучей солнца в поверхности (который не соглашается с широтой и временем суток), и открыта ли земля или покрыта растительностью. Кроме того, большие массы воды, такие как океаны, нагреваются и остывают медленнее, чем земля. Тепловая энергия, поглощенная в поверхности Земли, передана воздуху непосредственно выше его и, поскольку более теплый воздух менее плотен, чем более прохладный воздух, это повышается выше прохладного воздуха, чтобы сформировать области высокого давления и таким образом перепадов давления. Вращение Земли тянет атмосферу вокруг с ним вызывающий бурю. Эти эффекты объединяются, чтобы вызвать постоянно переменный образец ветров через поверхность Земли. [34]
Общая сумма экономически извлекаемой мощности, доступной от ветра, является значительно больше, чем существующее человеческое автоматическое использование из всех источников. [35] Аксель Клейдон из Института Макса Планка в Германии, выполненной "вершина вниз" вычисление на том, сколько энергия ветра там, начинающийся с поступающего солнечного излучения, которое ведет ветры, создавая перепады температур в атмосфере. Он пришел к заключению, что где-нибудь между 18 ТВт и 68 ТВт мог быть извлечен. [36] Кристина Арчер и Марк Z. Джэйкобсон представил "восходящую" оценку, которые в отличие от Клейдона основаны на фактических измерениях скоростей ветра и нашли, что есть 1700 ТВт энергии ветра в высоте 100 метров по земле и морю. Из этого, "между 72 и 170 ТВт мог быть извлечен в практической и конкурентоспособной стоимостью манере". [36]
Распределение скорости ветра
Сила ветра изменяется, и среднее значение для данного местоположения не делает один, указывают на количество энергии, которую ветряной двигатель мог произвести там. Чтобы оценить частоту скоростей ветра в особом местоположении, функция распределения вероятности часто пригодна к наблюдаемым данным. У различных местоположений будут различные распределения скорости ветра. Модель Weibull близко отражает фактическое распределение почасовых скоростей ветра во многих местоположениях. Фактор Weibull часто близко к 2, и поэтому распределение Рэлея может использоваться в качестве менее точной, но более простой модели. [37]
Ветровые электростанции
Ветровая электростанция - группа ветряных двигателей в том же самом местоположении, используемом для производства электричества. Крупная ветровая электростанция может состоять из нескольких сотен отдельных ветряных двигателей и покрыть расширенную область сотен квадратных миль, но земля между турбинами может использоваться в сельскохозяйственных или других целях. Ветровая электростанция может также быть расположена на расстоянии от берега.
Почти у всех больших ветряных двигателей есть тот же самый дизайн — горизонтальный ветряной двигатель оси, имеющий против ветра ротор с тремя лезвиями, приложенными сверху высокой трубчатой башни. В ветровой электростанции отдельные турбины связаны со средним напряжением (часто 34.5 кВ), автоматическая система сбора и система коммуникаций. В подстанции этот электрический ток среднего напряжения увеличен в напряжении с трансформатором для связи с системой передачи электроэнергии высокого напряжения.
Многие крупнейшие эксплуатационные береговые ветровые электростанции расположены в США. С 2012 энергетический Центр Ветра Alta - крупнейшая береговая ветровая электростанция в мире в 1020 МВт, сопровождаемых Ветровой электростанцией Шайбы Пастухов (845 МВт) и Ветровой электростанцией Роскоу (781.5 МВт). С сентября 2012 Мелководье Sheringham Оффшорная Ветровая электростанция и Ветровая электростанция Thanet в Великобритании - крупнейшие оффшорные ветровые электростанции в мире в 317 МВт и 300 МВт, сопровождаемых Ред. II Рожков (209 МВт) в Дании.
Есть много крупных ветровых электростанций, в стадии строительства включая; лондонское Множество (оффшорное) (1000 МВт), БАРД На расстоянии от берега 1 (400 МВт), Мелководье Sheringham Оффшорная Ветровая электростанция (317 МВт), Ветровая электростанция Линкольншира (на расстоянии от берега), Ветровая электростанция Клайда (548 МВт), Большая ветровая электростанция Gabbard (500 МВт), Ветровая электростанция Macarthur (420 МВт), Понижает Проект Ветра Реки Змеи (343 МВт) и Ветровую электростанцию Walney (367 МВт).
Питание энергосистемы.
Генераторы, часто используемые для энергии ветра, требуют реактивной мощности для возбуждения, таким образом, подстанции, используемые в системах сбора энергии ветра, включают существенные конденсаторные банки исправления коэффициента мощности. [39] Различные типы генераторов ветряного двигателя ведут себя по-другому во время беспорядков сетки передачи, таким образом, обширное моделирование динамических электромеханических особенностей новой ветровой электростанции требуется системными операторами передачи гарантировать предсказуемое устойчивое поведение во время системных неисправностей (см.: Поездка Низкого напряжения через). В частности генераторы индукции не могут поддержать системное напряжение во время неисправностей, в отличие от пара или автоматической коробки передач, управляемой турбиной синхронными генераторами. У вдвойне подаваемых машин вообще есть более желательные свойства для взаимосвязи сетки. [40] [41] операторы Передачи систем снабдят разработчика ветровой электростанции кодом сетки, чтобы определить требования для взаимосвязи к сетке передачи. Это будет включать коэффициент мощности, постоянство частоты и динамическое поведение турбин ветровой электростанции во время системной неисправности. [42] [43]
Literature:
1.Gipe, Paul. The Wind Industry's Experience with Aesthetic Criticism. Leonardo. JSTOR 1575818.
2.doi:10.1016/j.rser.2008.09.017
This citation will be automatically completed in the next few minutes. You can jump the queue or expand by hand
3. REN21 (2011). Renewables 2011: Global Status Report.
4. International Energy Outlook. Energy Information Administration (2006).
5.Why Australia needs wind power (PDF). Retrieved on 7 January 2012.
6.Carbon footprint of electricity generation. UK Parliamentary Office of Science and Technology (October 2006). Retrieved on 7 April 2012.
7.Wind Energy and the Environment (PDF). Retrieved on 17 January 2012.
8.A Summary of Opinion Surveys on Wind Power (PDF). Retrieved on 17 January 2012.
9.Public attitudes to wind farms. Eon-uk.com (28 February 2008). Retrieved on 17 January 2012.
10.The Social Acceptance of Wind Energy. European Commission.
11.Energy. Retrieved on 31 October 2012.
12.Hannele Holttinen, et al. (September 2006). "Design and Operation of Power Systems with Large Amounts of Wind Power", IEA Wind Summary Paper (PDF). Global Wind Power Conference 18–21 September 2006, Adelaide, Australia.
13.Jo Abbess (28 August 2009). Claverton-Energy.com. Claverton-Energy.com. Retrieved on 29 August 2010.
14.Impact of Wind Power Generation in Ireland on the Operation of Conventional Plant and the Economic Implications. eirgrid.com (February 2004). Retrieved on 22 November 2010.
15.Wind power delivers too much to ignore Reg Platt New Scientist 21 January 2013
16.Beyond the Bluster why Wind Power is an Effective Technology - Institute for Public Policy Research August 2012
17.Dietrich Lohrmann, "Von der östlichen zur westlichen Windmühle", Archiv für Kulturgeschichte, Vol. 77, Issue 1 (1995), pp.1–30 (10f.)
18.A.G. Drachmann, "Heron's Windmill", Centaurus, 7 (1961), pp. 145–151
19.Ahmad Y Hassan, Donald Routledge Hill (1986). Islamic Technology: An illustrated history, p. 54. Cambridge University Press. ISBN 0-521-42239-6.
20.Donald Routledge Hill, "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific American, May 1991, p. 64-69. (cf. Donald Routledge Hill, Mechanical Engineering)
21.Mark Kurlansky, Salt: a world history,Penguin Books, London 2002 ISBN 0-14-200161-9, pg. 419
22.Baker, T. Lindsay. Brief History of Windmills in the New World. Windmillers' Gazette. Retrieved on 31 October 2012.
23.Quirky old-style contraptions make water from wind on the mesas of West Texas. Mysanantonio.com (23 September 2007). Archived from the original on 16 September 2010. Retrieved on 29 August 2010.
24.Windmills in Rural America. Greenenergyohio.org. Retrieved on 2013-01-11.
25.World Energy Timeline. Danielyergin.com (21 September 2011). Retrieved on 2013-01-11.
26.A surprising history. Environmentalhistory.org (29 October 2012). Retrieved on 2013-01-11.
27.Hardy, Chris (6 July 2010). Renewable energy and role of Marykirk's James Blyth. The Courier. D. C. Thomson & Co. Ltd.. Archived from the original on 14 March 2012. Retrieved on 12 December 2010.
28.Price, Trevor J (3 May 2005). "James Blyth – Britain's first modern wind power engineer". Wind Engineering 29 (3): 191–200. doi:10.1260/030952405774354921.
29.29.0 29.1 29.2 NIxon, Niki (17 October 2008). Timeline: The history of wind power. The Guardian. Guardian News and Media Limited. Retrieved on 10 April 2012.
30.Dodge, Darrell M.. Part 2 – 20th Century Developments. Illustrated history of wind power development. TelosNet Web Development. Retrieved on 10 April 2012.
31.Anon. The historical development of the wind turbine. NTNU environmental studies: Wind power. NTNU. Retrieved on 7 January 2013.
32.Enercon E-126 7.5MW still world's biggest. Windpowermonthly.com (1 August 2012). Retrieved on 2013-01-11.
33.Harvesting the Wind: The Physics of Wind Turbines (PDF). Retrieved on 2013-01-11.
34.Anon (2010). What is wind?. Renewable UK: Education and careers. Renewable UK. Retrieved on 9 April 2012.
35.Hurley, Brian. How Much Wind Energy is there? – Brian Hurley – Wind Site Evaluation Ltd. Claverton Group. Retrieved on 8 April 2012.
36.Anil Ananthaswamy and Michael Le Page (30 January 2012). Power paradox: Clean might not be green forever. New Scientist.
37.Wind statistics and the Weibull distribution. Wind-power-program.com. Retrieved on 2013-01-11.
38.by bruce stutz. High-Altitude Wind Energy: Huge Potential — And Hurdles. E360.yale.edu. Retrieved on 2013-01-11.
39.Wind Generation Technical Characteristics p.17
40.Lamb, John (2009). The Greening of IT: How Companies Can Make a Difference for the Environment. p. 261. ISBN ISBN 978-0-13-715083-0.
41.Castellano, Robert (2012). Alternative Energy Technologies. p. 26. ISBN ISBN 978-2813000767.
42.Demeo, E.A.; Grant, W.; Milligan, M.R.; Schuerger, M.J. (2005). "Wind plant integration". Power and Energy Magazine, IEEE 3 (6): 38–46. doi:10.1109/MPAE.2005.1524619. http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=1524619
43. Zavadil, R.; Miller, N.; Ellis, A.; Muljadi, E. (2005). "Making connections". Power and Energy Magazine, IEEE 3 (6): 26–37. doi:10.1109/MPAE.2005.1524618. http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=1524618