Rüzgar türbini - Wind turbine
|Bir dizi bölümü|
|Yenilenebilir enerji|
Rüzgar türbinleri, dikey ve yatay eksen geniş olarak imal edilmektedir. En küçük türbinler gibi uygulamalar için kullanılan pil şarj tekneler veya için yardımcı güç için karavan veya güç trafik uyarı işaretlerine. Büyük türbinler vasıtasıyla yarar tedarikçiye kullanılmayan gücünü geri satarken bir iç güç kaynağına katkılarda bulunmak için kullanılabilecek elektriksel ızgara . Diziler büyük türbinler olarak bilinen rüzgar çiftlikleri , aralıklı giderek daha önemli bir kaynak haline gelmektedir yenilenebilir enerji ve üzerinde olan bağımlılıklarını azaltmak için bir stratejinin parçası olarak birçok ülke tarafından kullanılmaktadır fosil yakıtlar . Bir değerlendirme 2009 yılı itibariyle rüzgar "en düşük bağıl sera gazı emisyonlarını, en az su tüketimi taleplerini ve ... en elverişli toplumsal etkileri" fotovoltaik, hidro, jeotermal, kömür ve gaza oranla vardı iddia etti.
Tarih
Ait windwheel İskenderiye Kahramanı (10 AD - 70 AD) işaretleri tarihinde bir makineyi güç rüzgar kaydedilmiş ilk örneklerinden biri. Ancak, bilinen ilk pratik rüzgar enerji santralleri inşa edilmiş Sistan , bir Doğu ili Pers 7. yüzyılda gelen, (şimdi İran). Bu " Panemone " uzun dikey vardı dikey aks yel değirmenleri vardı tahrik şaftları dikdörtgen kanatlı. Altı ila on iki imal yelken kamış hasırlar veya kumaş malzeme ile örülmüş, bu yel öğütmek tahıl için kullanılır veya su hazırlamak ve kullanılmıştır edildi gristmilling ve şeker kamışı sanayi.
Rüzgar enerjisi ilk sırasında Avrupa'da ortaya çıktı Ortaçağ'da . İlk tarihsel 11. veya 12. yüzyıllarda İngiltere tarihi kullanımlarının kayıtları ve Alman raporlar vardır Haçlılar 14. yüzyılın tarafından 1190 civarında Suriye'ye kendi yel değirmeni verme becerileri alarak Hollandalı yel değirmenleri alanlarını boşaltmak için kullanımda olan Ren delta. Gelişmiş rüzgar türbinleri Hırvat mucit tarafından tarif edildi Fausto Veranzio . Kitabında Machinae Novalar (1595) 'de de tarif edilen dikey eksenli rüzgar türbini kavisli ya da V-şekilli bıçak ile.
Birinci elektrik üretme rüzgar türbini İskoç akademik tarafından Temmuz 1887 yılında monte makinesi şarj pil oldu James Blyth ışık onun tatil evine Marykirk , İskoçya. Birkaç ay sonra Amerikalı mucit Charles Francis Brush yerel Üniversite profesörleri ve meslektaşları danıştıktan sonra ilk otomatik çalışan rüzgar türbini kurmak başardı Jacob S. Gibbs ve Brinsley Coleberd başarıyla planları içinde elektrik üretimi için inceledik akran alma Cleveland, Ohio . Blyth en türbin İngiltere'deki ekonomik olmayan kabul edildiği halde, rüzgar türbinleri elektrik üretim daha yaygın dağınık nüfusa sahip ülkelerde maliyetli edildi.
1900 tarafından Danimarka'da yaklaşık 30 arasında bir tahmini birleşik tepe güç üreten, örneğin pompalar ve değirmenler gibi mekanik yükler 2500 yel değirmenleri ile ilgili vardı MW . En makinaları 24 metre (79 fit) dört kanatlı 23 metre (75 fit) çaplı rotorlar ile kule edildi. 1908 olarak, 5 ila ABD'de faaliyet gösteren 72 rüzgar odaklı elektrik jeneratörleri vardı kW 25 kW. Dünya Savaşı çalışmaları sürerken, Amerikan yel değirmeni yapımcıları 100.000 çiftlik yetiştiriciliği yapan çoğunlukla su pompalama için, her yıl yel değirmenleri.
1930'larda olarak, elektrik için rüzgar jeneratörleri çoğunlukla dağıtım sistemleri henüz yüklü olmasaydı ABD'de, çiftliklerde yaygındı. Bu dönemde, yüksek gerilimli çelik ucuz ve jeneratörler prefabrik açık çelik kafes kuleler üzerine yerleştirilmiştir.
Modern yatay eksenli rüzgar jeneratörleri bir öncüsü olarak hizmet olduğu Yalta Bu 100 olan 1931 SSCB kW yerel 6.3 kV dağıtım sistemine bağlı bir 30 metre (98 fit) kulede jeneratör. Bu bir yıllık olduğu bildirilirken kapasite faktörü şimdiki rüzgar makinelerinden çok farklı değil yüzde 32.
1941 sonbahar, birinci megavat sınıfı rüzgar türbini bir şebekeye senkronize edildiği Vermont . Smith-Putnam rüzgar türbini sadece kritik yetmezliği çeken önce 1.100 saat koştu. Ünite çünkü savaş sırasında malzeme sıkıntısı, tamir değildi.
Bu çeşitli gelişmelere rağmen, fosil yakıt sistemlerinde gelişme hemen hemen tamamen Supermicro boyutundan daha büyük bir rüzgar türbini sistemi ortadan kaldırmıştır. 1970'lerin başında ise, Danimarka'da nükleer karşıtı protestolar 22 mikrotürbin geliştirmek için esnaf mekaniğini teşvik kW . Dernekler ve kooperatifler şeklinde düzenleme sahipleri hükümet ve kamu hizmetleri ve daha büyük türbinler 1980'ler boyunca ve sonrası için sağlanan teşvikler lobi yol açar. 1990'ların başında ABD'de Almanya'da Yerel aktivistler, İspanya'da yeni oluşan türbin üreticileri ve büyük yatırımcılar daha sonra bu ülkelerde sanayi uyarılan politikaları için kulis yaptı.
Rüzgâr enerjisi kullanımını genişletecek bu nadir toprak elementleri neodim, praseodimden ve disporsiyum olarak rüzgar türbinleri için kritik malzemelere göre jeopolitik rekabeti artırıcı yol açacaktır öne sürülmüştür. Ama bu perspektif en rüzgar türbinleri kalıcı mıknatıslar kullanmayın fark etmediği için ve bu minerallerin genişletilmiş üretim için ekonomik teşvikler gücünü hafife için eleştiriliyor.
kaynaklar
Rüzgar Enerji yoğunluğu (WPD) herhangi bir yerde mevcut rüzgar enerjisi kantitatif ölçüsüdür. Bir türbin süpürüldü alanının metrekaresi başına kullanılabilir ortalama yıllık güçtür ve yerden farklı yüksekliklerde için hesaplanır. Hesaplanması rüzgar enerjisi yoğunluğu , rüzgar hızı ve hava yoğunluğunun etkisini de içermektedir.
Rüzgar türbinleri Cı rüzgar türbülans yoğunluğu atıfta için A, sınıf III sınıf I, bunlar için tasarlanmıştır rüzgar hızı ile sınıflandırılır.
|Sınıf||Ort Rüzgar hızı (m / s)||türbülans|
|IA||10||% 16|
|IB||10||% 14|
|IC||10||% 12|
|IIA||8.5||% 16|
|IIB||8.5||% 14|
|IIC||8.5||% 12|
|IIIA||7.5||% 16|
|IIIB||7.5||% 14|
|IIIC||7.5||% 12|
verim
Kütle korunumu hava miktarı giren ve bir türbinden çıkan eşit olmasını gerektirir. Bu duruma göre, Betz kanunu türbini içinden akan havanın toplam kinetik enerji 16/27 (% 59.3) gibi bir rüzgar türbini tarafından rüzgar enerjisi elde edilen maksimum ekstraksiyon verir.
Bir rüzgar makinesinin maksimum teorik güç çıkışı makinenin etkili bir disk alanı üzerinden geçen hava böylece 16/27 katı kinetik enerjisidir. diskin etkili bir alan A ve rüzgar hızı v ise, maksimum teorik güç çıkışı P:
- ,
burada ρ olan hava yoğunluğu .
Rüzgar rotor-(rotor kanadı da dahil verimliliği sürtünme ve sürükle ) nihai etkileyen faktörler arasındadır fiyatı rüzgar gücünün. Gibi Dahası verimsizlikler, şanzıman kayıpları, jeneratör ve dönüştürücü kayıpları, bir rüzgar türbininin sağladığı gücü azaltır. Aşırı aşınmaya karşı koruma parçaları için, ekstre edilen güç, teorik güç olarak nominal işletme hızının üzerinde tutulan sabit küp artar daha fazla teorik verimliliği azaltan rüzgar hızı. 2001 yılında, ticari yarar bağlanan türbin nominal işletme hızında, rüzgar enerji ekstre edilebilir bir Betz limiti% 80% 75 verdi.
Verimlilik, zaman içinde hafifçe esas azaltır değiştirir aerodinamik profil ve bıçakların üzerindeki toz ve böcek karkas olan ana nedenlerinden biri azaltabilir sürükleme oranı asansör arasında kanat profili . Danimarka'da 10 yaşından büyük 3128 rüzgar türbinlerinin Analizi diğer yarısı yılda% 1.2 üretim düşüşü görürken türbinlerinin yarısı, hiçbir azalma olduğunu gösterdi. Türbin kanatları üzerinde buz nema da büyük ölçüde soğuk iklimlerde ortak mücadeledir rüzgar türbinlerinin verimliliğini azaltmak bulunmuştur in-bulut buzlanma ve donma yağmur olaylar meydana gelir. Dikey türbin tasarımları standart yatay tasarımlar çok daha düşük verimliliğe sahiptir.
Genel olarak daha kararlı ve sürekli hava koşullarında bu şekilde sabit koşullarda rüzgar hızındaki% 7 kadar bir artış sağlayan, stabil olmayan hava koşullarında, bir rüzgar türbininin daha% 15 daha fazla verimliliği ortalama sonucu (özellikle hızlı rüzgar). Bunun nedeni, daha yüksek atmosferik stabilite şartlarda meydana gelen daha hızlı bir iyileşme sonrasında ve daha büyük bir akış sürüklenmesini etmektir. Ancak, rüzgar türbini dümen istikrarlı bir ortamda karşı stabil olmayan atmosferik şartlar altında daha hızlı geri bulunmuştur.
Farklı malzemeler rüzgar türbinlerinin verimliliği üzerinde değişen etkilere sahip olduğu tespit edilmiştir. Bir cam ve cam / karbon epoksi, cam / karbon, cam / polyester: Bir Ege Üniversitesi deneyde, üç rüzgar türbinleri (bir metrenin üzerindeki çaplarda üç bıçaklı Her) farklı malzemelerden yapılmış bıçaklar ile inşa edilmiştir. test edildiğinde, sonuçlar daha yüksek bir toplam kitlesi olan malzeme daha büyük bir sürtünme momenti ve dolayısıyla daha düşük bir güç katsayısına sahip olduğunu göstermiştir.
Türleri
Rüzgar türbinleri, bir yatay ya da dikey bir eksen ya da etrafında dönebilecek eski hem de eski ve daha yaygın olma. Onlar da bıçakları dahil etmek veya kanatsız olabilir. Dikey tasarımları daha az güç üretmek ve daha az yaygındır.
Yatay eksen
Rüzgara karşı kulenin bıçakları ile büyük üç kanatlı yatay eksenli rüzgar türbinleri (HAWT) bugün dünyada rüzgar gücünün ezici çoğunluğunu üretirler. Bu türbinler ana sahip rotor şaftı ve elektrik jeneratörü bir kulenin tepesinde ve rüzgar yönüne gerekir. Küçük türbinler basit tarafından işaret edilir rüzgar kanadın büyük türbinler, genel olarak, bir rota sistemi ile birlikte bir rüzgar sensörü kullanırken,. Çoğu bir elektrik jeneratörünü çalıştırmak için daha uygundur daha hızlı bir rotasyona bıçakların yavaş dönüşünü döner bir şanzıman var. Bazı türbinler yavaş dönme hızı girişine uygun jeneratörün farklı bir tür. Bunlar arasında hiçbir vites kutusu ile jeneratöre rotor doğrudan onlar çift anlamına gelen bir şanzıman gerekmez ve direkt sürücü denir. İken sürekli mıknatıs doğrudan tahrikli jeneratörler gerekli nadir toprak malzeme nedeniyle daha pahalıya mal olabilir, bu dişlisiz onlar ", ilgili güvenilirlik önemli birikmiş yorgunluk tork yükleme duyarlı olan dişli hız yükseltici, ortadan çünkü türbinler bazen şanzıman jeneratörler tercih edilir sorunları ve bakım maliyetleri." Sürekli mıknatıs doğrudan tahrik mekanizması üzerinde bazı avantajlara sahiptir sözde doğrudan tahrik mekanizması da vardır.
Çoğu Yatay eksen türbinleri kendi rotorlar destekleyen kulenin upwind var. onlar rüzgar doğrultusunda onları tutmak için ek bir mekanizma gerekmez çünkü rüzgar yönünde makineleri, inşa edilmiştir. yüksek rüzgarlar olarak, bıçaklar da böylece süpürüldü alanı ve onların rüzgar direnci azaltır bükmeye izin verilebilir. Her bir bıçak gibi rüzgardan yükleme değişim türbinine zarar görmesine neden olabilir destek kule arkasına geçer, çünkü bu avantajlara rağmen, rüzgara karşı tasarımlar, tercih edilir.
Kullanılan Türbinler rüzgar çiftlikleri elektrik enerjisi ticari üretimi için genellikle üç-bıçaklı bulunmaktadır. Bu düşük olması tork dalgalanma iyi güvenilirlik katkıda. Bıçakları genellikle uçağa göre gündüz görüş için beyaz renkli ve 20 ila 80 metre (66 262 ft) uzunluğu değişir edilir. Büyüklüğü ve türbinlerin yüksekliği yıldan yıla artar. Offshore rüzgar türbinleri 8 kadar inşa edilir MW bugün ve 80 metre (260 ft) bir bıçak uzunluğa sahiptir. 10 MW 12 Tasarımlar hazırlanmaktadır. Her zamanki gibi, çok megavat türbin 70 bir yüksekliğe sahip çelik boru kuleleri 120 m 160 kadar aşırı m ve m.
Dikey eksen
Dikey eksenli rüzgar türbini (veya VAWTs) ana rotor şaftı dikey olarak düzenlenmiştir. Bu düzenlemenin bir avantajı, türbin bir avantaj rüzgar yönü son derece değişken bir sitede olan, etkili olması için rüzgar yönüne gerek olmasıdır. O doğası gereği daha az yönlendirilebilir olduğu için türbin bir binanın içine entegre edildiğinde, aynı zamanda bir avantajdır. Ayrıca, jeneratör ve şanzıman bakım için erişilebilirliği iyileştirmek, yerde konuşlandırılmış şanzımana rotor montaj doğrudan bir sürücü kullanarak, zemine yakın yerleştirilebilir. Ancak bu tasarımlar çok daha az enerji büyük bir dezavantajı üzerinde zaman, ortalama üretirler.
Önemli dezavantajı sonuçta ortaya çıkan yüksek nispeten düşük dönme hızı dahil tork ve tahrik dolayısıyla daha yüksek bir maliyet, doğal olarak düşük güç katsayısı dolayısıyla, her döngü sırasında rüzgar akımı içinde hava kanadının 360 derece dönme ve yüksek dinamik yükleme bıçak, sürücü trende bazı rotor tasarımları tarafından üretilen titreşimli tork ve rüzgar analiz etme doğru ve dolayısıyla zorlukları akış modelleme ve prototip imalatı önce rotor tasarımı zorluk.
bir türbin, bir çatı üzerine monte edildiğinde, genellikle bina yönlendirmeler çatı üzerinde rüzgar ve bu türbin, rüzgar hızı iki katına çıkarabilir. Bir çatı yüksekliği türbini monte Eğer kule maksimum rüzgar enerjisi ve minimum rüzgar türbülans için optimum yakın yapı yüksekliği yaklaşık 50% 'dir. yapılı çevre içinde rüzgar hızları genelde açıkta kırsal bölgelerinde çok daha düşük olsa da, gürültü bir endişe olabilir ve mevcut bir yapı yeterince ilave stres direnmek olmayabilir.
Dikey eksen tasarım alt tipleri şunları içerir:
"Eggbeater" türbinleri veya Darrieus türbinleri, Fransız mucit, Georges Darrieus isimleri verildi. Onlar iyi verim var, ama büyük üretmek tork dalgalanma yoksul güvenilirlik hangi katkıda bulunur kulesi, açık ve periyodik gerilim. Onlar da genellikle başlangıç torku çok düşük olması nedeniyle, dönüm başlamak için bazı harici güç kaynağı, veya ek bir Savonius rotor gerektirir. Tork dalgalanması rotorun yüksek sağlamlığı içinde üç ya da daha çok bıçak, sonuçlar kullanılarak azaltılır. Sağlamlık, rotor alanı ile bölünen bıçak alanı ile ölçülür. Daha yeni Darrieus tipi türbinler tarafından düzenlenen değildir adam-telleri üst taşıma aracına bağlı bir harici üstyapı ama var.
Düz olan Darrieus türbininin bir alt tipi olarak kavisli, bıçaklara karşı. cycloturbine çeşitli tork darbelerini azaltmak için değişken sahası bulunmaktadır ve kendi kendine başlayan olduğunu. değişken saha avantajları şunlardır: yüksek başlangıç torku; geniş, nispeten düz bir tork eğrisi; daha yüksek bir performans katsayısı; sesine daha verimli çalışması; ve bir alt bıçak hızı oranı düşürür gerilmeleri eğme bıçağı olan. Düz, V veya kavisli bıçak kullanılabilmektedir.
Bu iki (veya daha fazla) anemometre kullanılan kepçe ile çekmeli tip cihazlar Flettner delikleri (yaygın yolu ve Van çatılarda görülen) ve bazı yüksek güvenilirlik, düşük verimli güç türbini. Onlar her zaman kendi kendine başlayan en az üç kaşık varsa vardır.
Uzun sarmal pürüzsüz tork sağlamak için kepçeler ile Twisted Savonius, değiştirilmiş Savonius olduğunu. Bu genellikle bir çatı rüzgar türbininin olarak kullanılır ve hatta edilmiş gemiler için uyarlanmış .
Paralel
Paralel türbin çapraz akım fan veya santrifüj fan benzerdir. Kullandığı zemin etkisi . Bu tip Dikey eksen türbinleri uzun yıllar denenmiştir: 10 üreten bir birim kW 1980'lerde İsrail rüzgar öncü Bruce Brill tarafından yaptırılmıştır.
Alışılmadık türleri
tasarım ve yapım
Rüzgar türbini tasarımı maliyet enerji çıkışı ve yorulma ömrünün dikkatli bir dengedir.
Bileşenler
Rüzgar türbinleri dağıtımı için elektrik enerjisine rüzgar enerjisini dönüştürmek. Geleneksel yatay eksen türbinleri üç bileşene ayrılabilir:
- Rüzgar türbini maliyetinin yaklaşık olarak% 20 olan rotor, düşük hızlı dönme enerjisi, rüzgar enerjisi dönüştürülmesi için bıçak ağızlarını içermektedir.
- Rüzgar türbini maliyetinin yaklaşık 34% olduğu jeneratör, içeren elektrik jeneratörü , kontrol elektroniği, ve büyük olasılıkla bir vites kutusu (örneğin, planet dişli kutusunu ), ayarlanabilir hızlı sürücü ya da sürekli değişken şanzıman düşük dönüştürülmesi için bir bileşen elektrik üretimi için elverişli bir yüksek devirli dönüşüne vitesli gelen döndürme.
- Rüzgar türbini maliyetinin yaklaşık 15% olduğu çevreleyen yapı, kule ve rotor sapma mekanizması içerir.
Bir 1.5 ( MW sıkça ABD'de görülen bir türden) rüzgar türbini bir kule 80 metre (260 ft) en yüksek vardır. Rotor montaj (bıçaklar ve göbek) 22,000 kilogram (48.000 lb) ağırlığındadır. Jeneratörü içeren, makine dairesi, 52.000 kilogram (115,000 lb) ağırlığındadır. Kule için Beton temel 26.000 kilogram (58,000 Ib), takviye edici çelik kullanılarak inşa edilmiş ve beton 190 metre küp (250 cu yd) ihtiva etmektedir. Taban çapı 15 metre (50 fit) ve kalın merkezi 2.4 metre (8 ft).
Türbin izleme ve teşhis
Nedeniyle veri iletim sorunlarına, izleme yapısal sağlık rüzgar türbinlerinin genellikle şanzıman ve ekipmanı izlemek için makine dairesinin bağlı çeşitli ivmeölçer ve gerilme mastar kullanılarak gerçekleştirilir. Şu anda, dijital görüntü korelasyon ve stereophotogrammetry rüzgar türbini kanatlarının dinamiklerini ölçmek için kullanılır. Bu yöntemler genellikle değiştirmeyi ölçmekte ve kusurların konumunu belirlemek için süzün. Dönmeyen rüzgar türbini dinamik özellikleri dijital görüntü korelasyon ve fotogrametrisinin kullanılarak ölçülmüştür. Üç boyutlu nokta izleme, rüzgar türbinleri döner dinamikleri ölçmek için kullanılmıştır.
teknolojisindeki son gelişmeler
Rüzgar türbini rotor bıçakları verimliliği artırmak için daha uzun yapılıyor. Bu onları, güçlü ışık ve yorgunluk dirençli sert, olmasını gerektirir. cam elyafı, karbon elyafı takviye edilmesi için kullanılmış olsa da, bu özelliklere sahip olan malzemeler, örneğin polyester ve epoksi gibi bileşiklerdir. İnşaat manuel turnike veya enjeksiyon kalıplama kullanabilir.
Yeni tasarımlar
Şirketler, tasarımlardan daha yüksek verimlilik çizmek için yollar ararlar. Baskın bir yol bıçak uzunluğu ve böylece rotor çapı arttırmak olmuştur. Daha büyük bıçaklarla mevcut türbinleri Güçlendirme çalışmaları azaltır ve sistemin yeniden tasarlanmasının riske atar. Geçerli en uzun bıçak (LM Wind Power) 88,4 m, ama 2021 yılına kadar offshore türbinleri 10- olması bekleniyor MW 100 m bıçaklarıyla. Daha uzun bıçak yüksek sertlik-ağırlık oranına sahip malzemeler gerektirir sapmayı önlemek için sert olması gerekir. Bıçakları 20-25 yıllık bir süre boyunca 100 milyon yük döngüsü boyunca işlevine ihtiyaç olduğundan, bıçak malzemelerin yorulma da kritiktir.
bıçak malzemeler
Genel olarak rüzgar türbini kanatlarının kullanılan malzemeler aşağıda tarif edilmektedir.
Cam ve karbon fiberler
Kompozit sertlik elyafların sertlik ve ses içeriği ile belirlenir. Tipik olarak, E-cam elyafları kompozitlerde ana takviye olarak kullanılır. Tipik olarak, rüzgar türbini kanatlarının için cam / epoksi kompozit ağırlık ile% 75 cam içerebilir. Bu sertlik, gerilme ve sıkıştırma kuvvetini arttırır. Bir umut verici bileşik malzeme, S-cam, R-cam, v.b. Owens Corning tarafından geliştirilen diğer cam elyafları ECRGLAS, advantex ve WindStrand olduğu gibi tadil edilmiş bileşimlere sahip cam elyaftır.
Karbon fiber daha gelişmiş gerilme kuvveti, daha yüksek sertlik ve cam elyaf daha düşük bir yoğunluğa sahiptir. Bu özellikler için ideal bir aday lonjeron kap, yüksek bir gerilme yükü yaşayan bir bıçağın yapısal bir elemanıdır. Lonjeron% 20 ila% 30 ağırlık tasarrufu 15 mt hakkında, karbon fiber kullanarak 100 m cam elyaf bıçağı, 50 mt kadar ağırlığı olabilir. Karbon fiber on kat daha pahalı olduğu için, ancak, cam elyaf yine baskındır.
Hibrid takviyeler
Bunun yerine, saf cam ya da saf karbondan rüzgar türbini kanadı takviye yapma, melez tasarımlar maliyet ağırlığı ticaret. % 30 yerine% 90 oranında ağırlığı ve artış maliyetlerinin% 50 tasarruf olacağını Örneğin, bir 8 m bıçak için, karbon fiber ile tam bir değiştirme,% 150 ağırlık ancak artış maliyetlerinin% 80 tasarruf sağlayacaktır. Hibrid takviye malzemeler E-cam / karbon, E-cam / aramid bulunmaktadır. LM rüzgar enerjisi geçerli uzun bıçak karbon / cam hibrid bileşimden yapılmıştır. Daha fazla araştırma malzemelerin optimum bileşimi hakkında gerekli olan
Nano işlenmiş polimer ve kompozitler
Nanoreinforcement az miktarda (0.5% ağırlık) ilave edilmesi ( karbon nanotüpleri kompozitler, elyaf haşıllama veya tabakalar arası tabakaların polimer matrisinde veya nanokil) 80% 30 kompozitlerin yorulma direncini, kesme ya da sıkıştırma mukavemeti ve kırılma pekliği artırabilir %. Araştırma ayrıca karbon nano (CNT) küçük miktarlarda içeren% 1500'e kadar kullanım süresi kadar artış göstermiştir.
Maliyetler
2019 itibariyle bir rüzgar türbini megavat başına yaklaşık 1 milyon $ mal olabilir.
Malzeme maliyeti çok daha yüksek hibrid cam için olan bir rüzgar türbini kanatlarının için, / hepsi cam elyaf bıçakları fazla karbon elyaf bıçakları, işçilik maliyetleri düşük olabilir. Karbon fiber kullanarak daha az hammadde kullanımı daha basit tasarımlar sağlar. bıçak imalatında baş imalat işleminin katlarının katman olup. Tiner bıçaklar emek katmanlarının ve böylece sayısının azaltılması, ve bazı durumlarda, cam elyaf bıçakları için emek maliyetine eşit izin.
Sigara bıçak malzemeleri
(Rotor göbeği, vites kutusu, çerçeve ve kulenin dahil) rotor bıçakları dışındaki Rüzgar türbini parçaları büyük ölçüde çelikten yapılmıştır. Daha küçük jeneratörler (aynı zamanda megavat ölçekli Enercon türbinleri) türbin daha hafif ve daha etkili hale getirmek için, bu bileşenler için alüminyum alaşımları kullanmaya başlamıştır. Yorgunluk ve mukavemet özellikleri geliştirilebilir, bu eğilim artabilir. Ön gerilimli beton giderek kulenin malzeme için kullanılan, ama yine de türbin gücü ihtiyacını karşılamak için çok takviye çelik belirlenmesi gerekli. Buna ek olarak, yükseltici redüktör giderek manyetik malzeme gerektiren değişken hızlı jeneratörler ile ikame edilmektedir. Özellikle bu nadir toprak metali bir fazla arz gerektirecektir neodmiyum .
Modern türbinler bakır ton bir çift kullanmak jeneratörler, kablolar ve bu tür için. 2018 itibariyle rüzgar türbinlerinin küresel üretim yılda bakır 450,000 ton kullanın.
Malzeme temini
Malzeme tüketimi eğilimleri ve Avrupa'da rüzgar enerjisi için gereksinimleri bir çalışma daha büyük türbinler değerli metallerin yüksek bir tüketim var ama başına malzeme girişini düşürmek bulundu kW üretti. Geçerli malzeme tüketimi ve stok çeşitli karada sistem boyutları için giriş malzemelere karşılaştırılmıştır. Tüm AB ülkelerinde 2020 için tahminler Örneğin 2020 için tahmin edilen talebi karşılamak için kendi kaynaklarını genişletmek gerekir 2009. Bu ülkelerde tüketilen değerleri iki katına, şu anda AB fluorspar dünya arzının% 3 sahiptir ve% 14 gerektirir 2020 Global olarak sağlanması temel ihraç eden ülkeler Güney Afrika, Meksika ve Çin'dir. Bu, magnezyum, gümüş ve indiyum gibi enerji sistemleri için gerekli olan diğer önemli ve değerli maddelerle benzerdir. Bu malzemelerin geri dönüşümü seviyeleri çok düşük olduğunu ve odaklanan arz hafifletmek olabilir. Bu değerli maddelerin çoğu da benzeri diğer gelişen teknolojiler, kullanılan Çünkü ışık yayan diyot (LED), fotoğraf voltaics (PV'lerinin) ve sıvı kristal ekranlar (LCD'ler), onların talep büyümesi bekleniyor.
Amerika Birleşik Devletleri Jeolojik Araştırmalar tarafından yapılan bir çalışma bu 2008 ne zaman çalışmaya yaygın değildi çünkü küçük türbinler veya açık deniz türbinlerinin gereksinimlerini dikkate almadı 2030 yılında rüzgar gücünden elektrik ihtiyacının% 20'sini tedarik kurma taahhüdünü yerine getirmek için gerekli kaynakları tahmin yapıldı. dökme demir, çelik ve beton gibi yaygın malzemeler yılda gerekli olacaktır cam elyaf 2008 110.000 ila 115.000 metrik ton,% 14 artışa oranla% 2-% 3 oranında artması beklenmektedir. Nadir metal kullanımı mevcut arz ile karşılaştırıldığında aynı zamanda küresel talebin ihtiyacı dikkate alınması gereken artıyor pil gibi diğer teknolojiler için kullanılır ancak nadir metaller çok artış olmaz. Arazi 50.000 kilometrekare karada ve 11,000 deniz olacağını gerektiriyordu. Bunun nedeninin geniş bir alana ve aynı arazi tarım için kullanılabilir, çünkü ABD'de bir sorun olmaz. Başka bir zorluk yüksek talep alanlara değişkenliği ve iletim olacaktır.
Rüzgar enerjisi için sürekli mıknatıslar gibi nadir metaller içeren neodim (Nd), praseodimyum (Pr), terbium (Tb) ve disprosyum (Dy). Manyetik doğrudan tahrik türbinleri kullanmak Sistemleri nadir metallerin büyük miktarlarda gerektirir. Bu nedenle, rüzgar türbini üretiminde bir artış bu kaynakların talebi artıracak. 2035 olarak, Nd talebi 200 1200 ton tarafından Dy 4.000 18.000 ton ve için artacağı tahmin edilmektedir. Bu değerler mevcut üretimin yarısına dörtte vardır. Teknolojiler hızla gelişmekte çünkü Ancak bu tahminler çok belirsizdir.
Dayanmak belki nadir toprak mineralleri bileşenleri için Çin (2009 yılında% 96) nadir toprak mineralleri ana üreticisi olduğu gibi masraf ve fiyat oynaklığı riske sahiptir ve ihracat kotaları azaltılması oldu. Ancak, son yıllarda diğer üreticilerin üretim arttı ve Çin daha yüksek arz ve düşük maliyet ve değişken hız jeneratörlerinin büyük ölçekli kullanımı daha da canlılığı yol ihracat kotaları artmıştır.
Cam elyaf takviyesi için en yaygın malzemedir. Onun talebi nedeniyle inşaat, ulaşım ve rüzgar türbinleri büyüme büyüdü. Onun küresel pazar 2014 yılında 2014 yılında ABD'ye kıyasla, 2024 tarafından ABD $ 8.5 milyar $ 17400000000 ulaşabilir, Asya Pasifik pazarının% 45'inden fazlasını üretti; Şimdi Çin en büyük üreticisidir. endüstrisi, ABD ve Avrupa'ya ucuz aktarmasını sağlar Çin hükümetinden para yardımı alır. Ancak, fiyat savaşları böyle Çinli cam elyaf üzerindeki tarife gibi anti-damping önlemlerinin yol açmıştır.
geri dönüşüm
Geri dönüşüm bıçakları olan ilgi farklı pazarlarda değişir ve atık mevzuatı ve yerel ekonomi bağlıdır. Geri dönüşüm bıçakları bir zorluk, bir ısı ile sertleşen matris ve cam elyaflar ya da cam ve karbon liflerin bir kombinasyonundan yapılmış kompozit malzeme ile ilgilidir. Isı ile sertleşen matris yeni kompozit malzemelerin oluşturulması için remolded edilemez. Seçenekleri bıçak ve bıçak bulunan kompozit malzeme unsurları yeniden veya malzemenin yeni kaynağına kompozit malzemeyi dönüştürmek için, depolama sahasına bıçağı göndermek ya bedendir. Almanya'da, rüzgar türbin kanatları, ticari olarak bir çimento fabrikası için alternatif bir yakıt karışımının bir parçası olarak geri döndürülür. ABD'de Casper, Wyoming kasaba kasaba için $ 675.000 kazanç, kendi depolama sahasında 1.000 dönüşsüz bıçakları gömüldü. Bu rüzgar santrali atık diğer çöp daha az toksik olduğunu ifade etti. Rüzgar türbini kanatları göre, ABD'de toplam atık “yok denecek kadar küçük bir kısmını” temsil Amerikan Rüzgar Enerjisi Birliği .
Rüzgar halka teşhir türbinleri
Bazı şehirlerde uzağa veya görüntüleme alanları ile bunların üsleri etrafında ziyaretçi merkezleri ile ya halka teşhir yerleştirerek rüzgar türbinlerinin dikkat çekici doğasından yaralanıyor. rüzgar türbinleri genellikle geleneksel yatay ekseni, üç kanatlı bir tasarıma sahiptir ve elektrik şebekelerini beslemek için güç üretir, ancak aynı zamanda teknoloji gösteri, halkla ilişkiler ve eğitimin geleneksel olmayan rolleri hizmet vermektedir.
Küçük rüzgar türbinleri
Küçük rüzgar türbinleri hiçbir elektrik ızgara, ya da nerede ızgara var enerjiyi gerektiren açık ya da kapalı ızgara konutlar, telekom kuleleri, deniz platformları, kırsal okullar ve klinikler, uzaktan izleme ve diğer amaçlar da dahil çeşitli uygulamalar için de kullanılabilir istikrarsız. Küçük rüzgar türbinleri tekne veya bir elli watt'lık jeneratör olduğunca küçük olabilir karavan kullanımı. Onlar yakın şebeke bağlantı noktasından uzun kablo döşemeye gerek kalmamaktadır Hibrid güneş ve rüzgar türbin bağlar giderek, özellikle kırsal yerlerde, trafik tabelalar için kullanılmaktadır. Enerji Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı US Department (NREL) daha küçük veya 100 kilowatt eşit olanlar gibi küçük rüzgar türbinleri tanımlar. Küçük birimler genellikle doğrudan tahrikli jeneratörler, sahip doğru akım çıkışı, aeroelastik bıçakları, ömür boyu rulmanlar ve rüzgara doğru noktaya bir rüzgar gülü kullanılır.
Daha büyük ve daha pahalı türbinleri genel olarak dişli aktarma organları, akım çıkışı alternatif ve kanatlara sahip ve aktif olarak rüzgar yönüne edilir. Büyük rüzgar türbinleri için doğrudan tahrik jeneratörleri ve aeroelastik bıçaklar araştırılmaktadır.
Rüzgar türbini aralığı
En yatay rüzgar türbini çiftliklerde, yaklaşık 6-10 kat, rotor çaplı bir aralık genellikle desteklenmiştir. Ancak, yaklaşık 15 rotor çapları büyük rüzgar santralleri için mesafeler hesap tipik rüzgar türbini ve arazi maliyetleri dikkate alınarak, daha ekonomik olması gerekir. Bu sonuç, tarafından yapılan araştırmayla ulaşıldı Charles Meneveau rüzgar türbinleri (uyku modundan çıkar) sıra tüm çalkantılı atmosferik sınırda olduğu gibi arasında dikkate detaylı etkileşimler bilgisayar simülasyonlarını temel Belçika'da Leuven Üniversitesi Johns Hopkins Üniversitesi ve Johan Meyers, arasında katman.
Caltech'ten John Dabiri tarafından yapılan son araştırma birbirlerini yaklaşım ile aynı yönde hareket ettirmek için türbinleri komşu bıçakların izin oluşturulan dikey rüzgar türbinleri bir dönme dalgalı olarak çok daha yakın bir şekilde çok uzun yerleştirilebilir olabileceğini düşündürmektedir.
çalışabilirlik
Bakım
Modern türbinler genellikle küçük Teknede sahip vinç kaldırma bakım araçları ve minör bileşenleri için. Ancak, böyle devam jeneratör, vites kutusu, bıçaklar ve benzeri büyük, ağır bileşenler nadiren değiştirilir ve ağır kaldırma dış vinç durumlarda gereklidir. Türbin zor bir ulaşım yolu varsa, bir konteynerle vinç ağır kaldırma sağlamak için iç vinçle yukarı kaldırılabilir.
repowering
Yeni rüzgar türbinlerinin montajı tartışmalı olabilir. tutmak veya kapasiteyi artırırken varolan rüzgar türbinleri bazen daha küçük sayılarda, daha büyük, daha güçlü olanlarla değiştirildi nerede bir alternatif repowering edilir.
Yıkım
Yaşlı türbinler hayatlarının sonuna ulaşan kaldırılacak gerekmez bazı erken vakalarda idi. Bazıları hala bekleyen, stand geri dönüşümlü veya repowered.
fosil yakıt türbinleri ile Karşılaştırılması
Avantajları
Rüzgar düşük fiyatlı yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan kilovat-saat başına iki ila altı sent üretmek elektrik türbinleri. rüzgar türbinleri için gerekli teknoloji geliştirmeye devam ettikçe, fiyatlar da düşmüştür. Rüzgar kullanılmayan Bunların çoğunun bir serbestçe kullanılabilir doğal kaynak, çünkü ek olarak, şu anda rüzgar enerjisi için hiçbir rekabetçi bir piyasa yoktur. küçük rüzgar türbinleri ana maliyet alım ve yükleme işlemi, olan $ 48.000 ve kurulum başına $ 65.000 arasında ortalamalar. sıra yıllardır neredeyse bedava enerji sağlamak olarak türbin hasat enerji, kurulum maliyetini karşılayacak.
Rüzgar türbinleri, biraz su kullanmak hiçbir sera gazlarını ve hiçbir atık ürünleri yayan, temiz bir enerji kaynağı sağlar. yılda karbondioksit 1,500 ton bir fosil yakıt yerine enerjinin bir megavat bir megawatt türbin kullanılarak elimine edilebilir.
Dezavantajları
Rüzgar türbinleri boyunda 140 m (460 ft) üzerinde ve uzun bıçaklar 55 m (180 ft) ile ulaşan çok büyük olabilir ve insanlar genellikle görsel etkisi hakkında şikayet ediyorlar.
Rüzgar enerjisinin Çevresel etki yaban üzerindeki etkisini içerir, ancak uygun izleme ve hafifletme stratejileri uygulanması halinde hafifletilebilir. Rüzgar türbinleri antropojenik kuş ölümleri nispeten önemsiz katkıda rağmen nadir türler de dahil olmak üzere kuşlar binlerce, rüzgar türbinlerinin kanatları tarafından öldürüldü. Fosil elektrik santralleri GWh başına 5.2 hakkında ölüm sorumludur yakıtlı iken Rüzgar çiftlikleri ve nükleer güç santralleri elektrik gigawatt-saat başına 0,3 ila 0,4 kuş ölümlerinin (GWh) sorumludur. 2009 yılında ABD'de bir rüzgar türbininin tarafından öldürülen her kuş için, yaklaşık 500.000 kediler tarafından öldürüldüğü ve binalarla başka 500,000. Buna karşılık, geleneksel kömür duman yığınlarının süzülürler ve (partiküllerden ve ağır metallerin baca gazlarının rüzgar altı da dahil olmak üzere), emisyon yan ürünleri ile zehirlenerek yakalanmış jeneratörler Yakılarak, kuş mortaliteye önemli ölçüde daha fazla katkı ateş. Ayrıca, deniz yaşamı (örn Avustralya'nın Büyük Bariyer Resifi zarar) ve yanma monoksit su asidifikasyon ile deniz ekosistemlerinde kömür tozu mevduat, nükleer ve fosil yakıt jeneratörler için kuleler (ısı eşanjörleri) soğutma buhar türbininin Su emme etkilenir.
Enerji rüzgar türbinleri tarafından koşulmuş aralıklı ve güç "yük dağıtımına" kaynak değildir; onun kullanılabilirlik rüzgar elektrik gereklidir, olmadığını üfleme olup olmadığını dayanmaktadır. Türbinler sahip oldukları rüzgar erişimini en üst düzeye çıkarmak için birçok kabartma veya blöf üzerine yerleştirilebilir, ancak bu aynı zamanda yerleştirilebilir yerleri sınırlandırır. Bu şekilde, rüzgar enerjisi enerji özellikle güvenilir bir kaynak değildir. Ancak, bir parçasını oluşturabilir enerji karması başka kaynaklardan da güç içerir. Özellikle, rüzgar ve güneş kaynaklardan göre mevcut çıkış genellikle (dengeleyen) ters orantılıdır. Teknoloji ayrıca daha sonra arzında herhangi açıkları telafi edebilir fazla enerjiyi depolamak için geliştiriliyor.
kayıtlar
- En büyük kapasiteli geleneksel tahrik
-
Ayrıca bkz en güçlü rüzgar türbinleri listesi Vestas V164 8 bir puan kapasiteli MW sonra 9.5 yükseltilmiş, MW . Rüzgar türbini, 220 m (722 ft), 164 m (538 ft) 'lik bir çapa bir dış yüksekliğe sahip Offshore kullanımı için olan ve 2014 Geleneksel sürüş trenlerde tanıtımı oluşur beri dünyanın en büyük kapasiteli rüzgar türbini bir ana vites kutusu ve bir orta hızda PM jeneratör. Prototip de 2014 yılında yüklü Osterild yakındaki Ulusal Test Merkezi Danimarka'da . Seri üretim 2015 yılı sonuna başladı.
- En büyük kapasite doğrudan tahrik
- Enercon E-126 7.58 ile MW ve 127 m rotor çapı büyük doğrudan tahrik türbin olduğunu. Ancak, türbin dünyanın en güçlü olduğu karadaki okunur rüzgar türbini. Türbin taşıma için 2 bölümleri ile rotor kanatlarının ayırdı. E-126 daha sonra Siemens SWT-8,0-167-GG ( "doğrudan sürücüye" kısaltması olan GG), en güçlü tarafından geçildi deniz okunur rüzgar türbini.
- Büyük düşey eksenli
- Le Nordais rüzgar santrali Cap-Chat, Quebec , bir sahip dikey eksenli rüzgar türbini dünyanın en büyük 110 m olan eole adında (VAWT). Bu bir var tabela kapasitesi 3.8 MW .
- Büyük 1-kanatlı bir türbin
- Büyük tek kanatlı türbin tasarımı tam kapasite az 640 daha kW toplam güç çıkışıyla MBB Messerschmitt Monopteros M50 tam işlem içine koymak için. Bildiğim kadarıyla birim sayısı ile ilgili olarak, sadece üç ebediyen gitti hangi bir fiili rüzgâr parkı monte edilmiş Jade Rüzgar Parkı .
- Büyük 2-kanatlı bir türbin
- En büyük 2 kanatlı bir türbin tarafından inşa edilmiştir Mingyang Rüzgar Enerji Bir SCD6.5 2013 yılında MW tarafından tasarlanan deniz rüzgar yönünde türbin, Aerodyn Energiesysteme .
- Büyük süpürme alanı
- En süpürülen alan türbin 22.966 m kadar olan toplam bir tarama yaparken, 171 m'lik bir çapa sahip Samsung S7.0-171 olan 2 .
- En uzun
- Bir Nordex 3.3 MW Bu 230M toplam yükseklik ve üst çelik borular 100 beton kule alt 164m bir göbek yüksekliği (hibrid kulesi) sahiptir Temmuz 2016 monte edilmiştir.
- Vestas V164 duran, uzun rüzgar türbini olduğu Osterild , Danimarka bir çelik boru kule vardır 2014 yılında yapılan, 220 metre boyunda.
- En yüksek kule
- Fuhrländer 2,5 yüklü MW , 2003 yılında 160 milyon kafes kule üzerinde türbini (bkz Fuhrländer Rüzgar Türbini Laasow ve Nowy Tomysl Rüzgar Türbinleri ).
- çoğu rotorlar
- Lagerwey'in inşa Dört Birarada, bir kule ve Maasvlakte yakın dört rotorlu bir çok rotor, rüzgar türbini. Nisan 2016 de Vestas 900 monte kW de dört rotor testi rüzgar türbini Riso 4 geri 225 yapılmış, kW V29 türbini.
- En üretken
- Four türbinleri Rønland Offshore Rüzgar Santrali her Haziran 2010 tarihine kadar 63,2 GWh oluşturulan sahip olan Danimarka'da, en verimli rüzgar türbinleri için kayıt paylaşır.
- En yüksek yer
- 2013'ten beri dünyanın en yüksek-alan rüzgar türbini imal edilmiş ve WindAid tarafından yüklenen ve tabanında bulunan Pastoruri buzul deniz seviyesinden 4877 metre (16.001 ft) de Peru'da. Site WindAid 2.5 kullanan kW Pastoruri buzul gelen turistlere hitap mikro girişimcilerin küçük kırsal topluma tedarik gücüne rüzgar jeneratörü.
- Büyük yüzer rüzgar türbini
- Dünyanın en büyük yüzer rüzgar türbini 30 MW beş 6 MW türbin herhangi biridir Hywind İskoçya offshore rüzgar çiftliği.
Ayrıca bakınız
Referanslar
daha fazla okuma
- Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins Ervin Bossanyi: Rüzgar Enerjisi Handbook , John Wiley & Sons, 2. baskı (2011), ISBN 978-0-470-69975-1
- Darrell Dodge, 1875 Yoluyla Erken Tarih , TeloNet Web Geliştirme, Telif Hakkı 1996-2001
- Ersen Erdem, Rüzgar Türbini Endüstriyel Uygulamalar
- Robert Gasch, Jochen Twele (ed.), Rüzgar enerji santralleri. Temelleri, tasarım, yapım ve işletme 2012 Springer ISBN 978-3-642-22937-4 .
- Erich Hau, Rüzgar türbinleri: temelleri, teknolojiler, uygulama, ekonomi Springer 2013 ISBN 978-3-642-27150-2 (Google Kitaplar önizleme)
- Siegfried Heier, rüzgar enerji dönüşüm sistemleri Izgara entegrasyonu , John Wiley & Sons, 3. Baskı (2014), ISBN 978-1-119-96294-6
- Peter Jamieson, Rüzgar Türbini Tasarım Yenilik . Wiley & Sons 2011, ISBN 978-0-470-69981-2
- JF Manwell JG McGowan, AL Roberts, Rüzgar Enerjisi Açıklaması: Teori, Tasarım ve Uygulama , John Wiley & Sons, 2. baskı (2012), ISBN 978-0-47001-500-1
- David Spera (ed) Rüzgar Türbini Teknolojisi: Rüzgar Türbini Mühendisliğinde Temel Kavramlar , İkinci Baskı (2009), ASME Press, ISBN 9780791802601
- Alois Schaffarczyk (ed.), Anlama rüzgar enerjisi teknolojisi , John Wiley and Sons, (2014), ISBN 978-1-118-64751-6
- Hermann-Josef Wagner, Jyotirmay Mathur, giriş enerji sistemlerini rüzgar. Temelleri, teknoloji ve operasyon . Springer (2013), ISBN 978-3-642-32975-3
- GA Mansoori, N Enayati LB Agyarko (2016), model Devlet olarak kaynaklar, kullanımı, mevzuat, sürdürülebilirlik, Illinois: Enerji
|Vikipedi ile ilgili çoklu ortam olan rüzgar türbini .|
- Profesör Magdi Ragheb rüzgar (rüzgar türbinleri yaklaşık 45 ders Hasat
- Newphysicist tarafından ev Komple video ve resim Kılavuzu 'DIY rüzgar türbini
- Rüzgar enerjisine Adım adım tur
- Rüzgar Enerjisi Teknoloji Dünya Rüzgar Enerjisi Birliği
- Rüzgar türbini simülasyonu, National Geographic
- Havadan Rüzgar Endüstrisi Derneği uluslararası
- Dünyada En 21 Büyük Rüzgar Türbini
- Tethys veritabanı, toplamak, düzenlemek ve deniz rüzgar enerjisi gelişiminin potansiyel çevre etkileri hakkında bilgi koymak istiyor