Windparken (windparken) - apparaten met een speciaal ontwerp waarin windenergie wordt omgezet in elektrische energie. Elke dag worden ze populairder. Het gebruik van natuurlijke, en vooral hernieuwbare energiebronnen, handige en eenvoudige windenergiecentrales, de zogenaamde windmolens, zijn een uitstekend alternatief voor traditionele energiecentrales, vooral in particuliere huizen.
Windenergie gebruiken
Windmolens, of liever het principe van hun actie, werden onverdiend vergeten in de jaren twintig van de vorige eeuw. Windenergie werd toen echter nog niet gebruikt om elektrische energie te verkrijgen. Ze aangedreven molenstenen, werd gebruikt als een verhuizer voor zeilschepen, en lanceerde later pompen voor het pompen van water in tanks, dat wil zeggen omgezet in mechanische energie.
Windenergie begon zich snel te ontwikkelen in de late jaren zestig van de vorige, twintigste eeuw. In die tijd ontbraken traditionele energiedragers sterk, bovendien stegen ze scherp in prijs en werden milieuproblemen die verband hielden met het gebruik ervan steeds acuter.
Hij promootte het gebruik van alternatieve elektriciteitsbronnen, waaronder windenergie en technologische vooruitgang. Er zijn nieuwe zeer sterke en redelijk lichte materialen verschenen, waarmee torens tot 120 m hoog en enorme bladen kunnen worden gebouwd.
De winden die in veel regio's van de planeet blazen, zijn in staat om de turbines van de energiecentrale met een voldoende snelheid te roteren om energie te leveren aan particuliere huizen, kleine boerderijen of scholen op het platteland.
Maar in elk vat honing zit er minstens één vlieg in de zalf. De wind kan niet worden getemperd, hij blaast niet altijd, vooral in dezelfde richting en met dezelfde snelheid. Technologische vooruitgang staat niet stil. Als vandaag windparken voor een privéhuis, die honderden kilowatt elektriciteit produceren, niet langer een zeldzaamheid zijn, dan worden morgen misschien tientallen megawatt dagelijkse routines. In ieder geval zijn er al windparken met een vermogen van 5 mW of meer.
Voor- en nadelen van windparken
Naast het gebruik van vrije windenergie en onafhankelijkheid van externe elektriciteitsbronnen, hebben windkrachtcentrales verschillende belangrijke voordelen. Er is geen milieuprobleem bij de opslag en verwijdering van afval en de methode om energie te produceren is een van de meest milieuvriendelijke. Om nog maar te zwijgen over hoe een windturbine er esthetisch uitziet, het kan worden beschouwd als het voordeel dat de installatie zowel stationair als mobiel kan zijn.
Bovendien is het tegenwoordig al mogelijk om een windpark van een geschikt model en geschikte capaciteit te selecteren of een installatie te gebruiken die het gebruik van verschillende traditionele, alternatieve energiebronnen combineert. Het kan een diesel- of zonnewindcentrale zijn.
Windparken hebben ook nadelen. Ten eerste zijn ze zo luidruchtig dat grote installaties 's nachts moeten worden uitgeschakeld. Ten tweede interfereren ze vaak met luchtverkeer of radiogolven. Ten derde moeten ze op echt grote gebieden worden geplaatst. En er is nog een belangrijk nadeel van de gelobde structuren - ze moeten worden uitgeschakeld tijdens massale seizoensgebonden vogelvluchten.
Soorten windparken
Volgens de functionaliteit van de energiecentrale kunnen windparken worden onderverdeeld in stationair en mobiel, of mobiel.Krachtige stationaire installaties vereisen een hele reeks voorbereidende werkzaamheden, maar ze kunnen voldoende vermogen verzamelen voor gebruik bij rustig weer in oplaadbare batterijen.
Mobiele energiecentrales zijn eenvoudiger van opzet, bescheiden, eenvoudig te installeren en eenvoudig te bedienen. Ze worden meestal gebruikt voor het voeden van elektrische apparaten of tijdens het reizen.
Het ontwerp maakt onderscheid tussen windvaanschoepen en rotorwindparken.
Op de plaats van installatie van het windpark zijn er:
- grond. Ze worden op hoge grond geïnstalleerd en komen tegenwoordig het meest voor;
- kustgebieden. Ze zijn gebouwd in de kustzone van de zeeën en oceanen, waar als gevolg van ongelijke verwarming van land en water, voortdurend wind waait;
- de kust. Ze zijn gebouwd in de zee op een afstand van 10-15 km van de kust, waar zeewinden constant waaien;
- zweven. Ze bevinden zich ook op ongeveer dezelfde afstand van de kust als offshore, maar op een drijvend platform.
Door de omvang van de energiecentrale zijn windturbines industrieel en huishoudelijk.
Gevleugeld windpark
Windmolenparken, die leiders zijn op de markt voor windenergie, zijn bekend geworden. Op een hoge droom, is een mesmechanisme geïnstalleerd met een horizontale rotatieas, voornamelijk een drie-mes, en zijn kracht hangt af van de grootte van de messen. Een dergelijk samenstel bereikt zijn maximale rotatiesnelheid wanneer de bladen loodrecht op de windstroming staan, daarom voorziet zijn ontwerp in de automatische rotatieasrotatie-inrichting in de vorm van een stabilisatorvleugel op kleine en elektronische gierbesturingssystemen op krachtigere stations.
Vaanwindparken verschillen voornamelijk door het aantal bladen. Ze kunnen multi-blade, two-blade zijn, zelfs met één mes en contragewicht.
Roterende windparken
Roterende of roterende windenergie-installaties hebben een verticale rotatieas en zijn onafhankelijk van de windrichting. Dit is een belangrijk voordeel bij het gebruik van oppervlakte stromende luchtstromen. Het nadeel van een windmolenpark van dit ontwerp is het gebruik van meerpolige generatoren die op lage snelheden werken en niet wijdverbreid zijn.
Deze installaties zijn traag en veroorzaken daardoor niet veel lawaai. Bovendien is hun voordeel de eenvoud van elektrische circuits, die niet worden geschonden door willekeurige plotselinge windstoten.
Experts geloven dat roterende windmolenparken het meest veelbelovend zijn voor grote windenergie. Toegegeven, om een dergelijke installatie te promoten, moet er externe energie op worden toegepast. Pas wanneer het bepaalde aerodynamische prestaties bereikt, gaat het zelf in de generatormodus vanuit de motormodus.
Gecombineerd wind-diesel systeem
Het nadeel van windturbines - ongelijke elektriciteitsvoorziening - in grote netwerken wordt gecompenseerd door een groot aantal installaties.
U kunt dit nadeel ook compenseren met behulp van gecombineerde systemen waarbij er speciale apparaten zijn die de belasting verdelen tussen de windkrachtcentrale (windturbine) en de dieselmotor. Daarom kunnen autonome netwerken met een laag vermogen van 0,5 tot 4 MW gekoppeld aan een dieselmotor betrouwbaar en gelijkmatig werken.
Met moderne apparatuur, die ongeveer 65% aan vloeibare brandstof per jaar bespaart, kunt u een dieselmotor aansluiten of indien nodig in slechts enkele seconden uitschakelen.
Huishoudelijke en industriële windparken
Huishoudelijke windenergiecentrales hebben een vermogen van 250 W tot 15 kW, kunnen werken in combinatie met zonnepanelen, met of zonder batterij.
Elektriciteit opgewekt door huishoudelijke windparken is vrij duur, maar het gebeurt vaak dat er gewoon geen andere bronnen zijn.
Binnenlandse windparken in Rusland worden vervaardigd met een gelijkstroomgenerator die batterijen tot 800 Ah oplaadt. Alle huishoudelijke apparaten kunnen met dergelijke batterijen in huis werken: een tv, een waterkoker, enz.
Het opladen van de batterijen na het loskoppelen van de belasting kan behoorlijk lang zijn, afhankelijk van de sterkte van de wind en het vermogen van de generator.
Er zijn ook binnenlandse binnenlandse windparken op de Russische markt, ze zijn vrij duur, maar ze geven meestal minder dan de helft van het nominale vermogen uit.
Industriële windparken onderscheiden zich door een aanzienlijk groter vermogen en zijn meestal geïntegreerd in afzonderlijke netwerken.
Particuliere windparken hebben over het algemeen een capaciteit van 3 tot 5, minder vaak 10 kW. Als de gemiddelde jaarlijkse windsnelheid in de regio 3-4 m / s bereikt, kan een dergelijk windpark elektriciteit leveren aan een gemiddeld landhuis, tankstation of een klein café.
De belangrijkste kenmerken van het windpark
Nominaal vermogen is de belangrijkste indicator die alle centrales kenmerkt, windturbines zijn geen uitzondering. Het wordt bepaald door het vermogen dat door de generator wordt gegenereerd bij een gemiddelde windsnelheid van 12 m / s en is afhankelijk van het type station.
De volgende belangrijke indicator is de nominale spanning van het windpark dat de generator genereert. Het kan 220 V of 12 V zijn en 24 V.
Het elektrisch vermogen van de generator is afhankelijk van het vermogen van de turbine. Omdat het vermogen van de turbine hoger is, hoe groter de diameter en dus hoe sterker de mast, deze indicator is belangrijk bij het kiezen en berekenen van het ontwerp van de mast.
De windturbine heeft nog een aantal kenmerken. De prestaties zijn belangrijk - dit is de hoeveelheid elektriciteit die het apparaat per jaar genereert. Bij het kiezen van een windturbine is het noodzakelijk om de maximale windsnelheid te kennen die de turbine kan weerstaan, en de minimale (start) snelheid waarmee hij begint te draaien. Bij het kiezen van een rotatiesnelheid van de turbine spelen het aantal bladen een rol.
Werkingsprincipe en opstelling van windparken
In een windmolenpark draait een luchtstroom een wiel met bladen, van waaruit koppel wordt overgedragen op andere mechanismen. Hoe groter de afmetingen van het wiel, hoe groter de luchtstroom die het opvangt en daarom sneller roteert.
In de taal van de fysica wordt de lineaire windsnelheid omgezet in de hoeksnelheid van de rotatie van de as van de generator, die op zijn beurt de rotatiebeweging omzet in elektrische energie en deze via de controller naar de batterijen overbrengt. Bij de uitgang van het apparaat is elektriciteit al geschikt voor huishoudelijk gebruik.
Dat wil zeggen, een klein windpark bestaat uit een turbine, bladen, staart (rotatiemechanisme), een mast met verlengkabels, batterijen, een laadregelaar en een omvormer die 12 V omzet naar 220 V.
Naast deze apparaten bevat een industrieel windpark ook volgsystemen voor de richting van de wind en zijn snelheid, de staat van de windgenerator en bescherming tegen bliksemafvoeren. Bovendien is de mast niet bestand tegen de belastingen van een grotere schaal en wordt deze vervangen door een toren, waarin alle extra apparatuur is geplaatst.
Windparkontwerp
De belangrijkste indicator waarmee u kunt beslissen over het gebruik van een windpark is de gemiddelde jaarlijkse windsnelheid, die minimaal 5 m / s moet zijn. Toegegeven, vandaag zijn er al gemakkelijk dispergeerbare windparken ontworpen om particuliere huishoudens van stroom te voorzien, die beginnen te werken met een minimale luchtsnelheid van 3,5 m / s.
Om deze indicator te bepalen, worden speciale windkaarten gebruikt.
In verschillende klimaatzones van Rusland windsnelheidsmetingen zijn uitgevoerd om te bepalen hoe efficiënt windparken er zijn. Windturbines en stations zijn al actief in de regio Kaliningrad, op de Commander Islands, in Moermansk, de Republiek Sakha (Yakutia) en Basjkortostan.
Bij de beslissing om een windenergiecentrale of een particulier windpark te installeren, is het de moeite waard om met specialisten te beginnen om onderzoek te doen naar de richting en sterkte van de wind met behulp van anemometers en kaarten te maken van de beschikbaarheid van zijn energie.Op basis van deze gegevens, een windturbineontwerp of een ontwerp van verschillende fabrieken, worden de technische en geometrische parameters ervan berekend en ontwikkeld.
Het is onmogelijk om een industrieel windpark met voldoende capaciteit te bouwen zonder investeerders, en goed uitgevoerde berekeningen en een voltooid project zullen helpen de terugverdientijd van het project te bepalen en extra financiering aan te trekken.
Particuliere windparken
Volgens sterk onderschatte statistieken, waarbij geen rekening wordt gehouden met vrijstaande afgelegen gebouwen en structuren, heeft ongeveer 30% van de particuliere huishoudens in plattelandsgebieden, waar het aanleggen van elektrische netwerken om economische redenen onmogelijk is, geen elektriciteit. Niet overal zijn zelfs generatoren voor vloeibare brandstof. En dit is in de 21ste eeuw!
Studies hebben aangetoond dat windkrachtcentrales met verschillende capaciteiten kunnen worden geïnstalleerd in veel gebieden in het noorden en het verre noorden, op Sakhalin en Kamchatka, in de regio Neder-Wolga, Siberië, Karelië en de Noord-Kaukasus.
De keuze van de installatie wordt beïnvloed door de behoeften van de klant. Als het nodig is om de werking van landbouwmachines te verzekeren, zal een windkrachtgenerator met laag vermogen deze taak aankunnen. Als u het hele gebouw moet elektriseren, straatverlichting moet opzetten, het huis moet verwarmen, moet u het project van een windkrachtcentrale uitvoeren.
Naast de gemiddelde maandelijkse windsnelheid en de richting ervan, is het noodzakelijk om het gemiddelde maandelijkse verbruik en de piekbelasting van elektriciteit te berekenen. Dergelijke berekeningen zijn, indien gewenst, gemakkelijk onafhankelijk uit te voeren.
Er is nog een indicator die de kosten van apparatuur en installatie van windturbines beïnvloedt. Dit is de hoogte van de mast. Hoe hoger de structuur, hoe hoger de windsnelheid en hoe duurder het is. Volgens experts is optimaal een masthoogte van 10 groter dan de hoogste boom of gebouw binnen een straal van 100 m.
DIY windpark
Voor de bediening van een elektrische pomp, televisie, verlichting of andere elektrische apparaten met laag vermogen in een zomerhuisje, kan een windenergie-installatie met eigen hand worden gedaan, als er enige kennis is van elektrotechniek.
Er zijn referentiegegevens en aanbevelingen voor het kiezen van het vermogen van de windgenerator, de grootte en het aantal bladen, en vrij gedetailleerde instructies over het maken van een windenergie-installatie met uw eigen handen, uit welke materialen en componenten.
Tegenwoordig groeien de investeringen in de bouw van grote windparken in Europa. Massaconstructie verlaagt de kosten van één kilowatt en brengt het dichter bij de prijs van elektriciteit die wordt ontvangen uit traditionele bronnen.
Het ontwerp van windparken wordt voortdurend verbeterd, aerodynamische en elektrische indicatoren worden verbeterd, verliezen worden verminderd.
Windparken voor thuis worden door economen geschat als de meest kosteneffectieve energieprojecten. In de toekomst beloven ze onafhankelijkheid van negatieve trends in deze markt.
