Kolik domů může pohánět větrná turbína?

Alternativní energie – například solární nebo větrná energie – nám dává možnost využívat neustále obnovitelný přírodní zdroj, jehož těžba nepoškozuje životní prostředí a nevyžaduje náklady na jeho těžbu, zpracování, přepravu a podobně. Pro získání větrné energie je nutná instalace větrného generátoru.

Větrný generátor neboli větrná elektrárna přeměňuje proudění větru nejprve na mechanickou energii otáčení hřídele a poté pomocí elektrického generátoru na elektrickou energii. Když vítr proudí přes lopatky větrného kola, začne se otáčet a vy můžete přijímat elektřinu z tohoto typu obnovitelné energie.

Moderní větrné elektrárny s aerodynamickým větrným kolem mají dosti vysokou účinnost – ve větrné energii se tomu říká faktor využití energie proudění větru. Je jasné, že nemůžeme využít všechnu energii, která přejde do obvodu větrného kola. Podle Betz–Žukovského kritéria je maximální možný faktor využití větrné energie 0,59 a moderní elektrárny dosahují 0,5. Pokud bychom to podmíněně prezentovali ve formě účinnosti, pak by to bylo více než 84%. To je velmi vysoká účinnost. Pro srovnání: účinnost parních turbín je asi 30%, plynových turbín – 34%. Průměr 3 megawattového větrného kola je asi 100 metrů – je instalováno na věži o výšce 100 metrů.

Proč má větrný generátor tři lopatky?

Při provozu větrného generátoru je důležitým parametrem rychlost větrného kola – jedná se o poměr lineární rychlosti špičky lopatky k rychlosti přicházejícího proudění. V důsledku četných studií se ukázalo, že větrná kola s rychlostí (tedy tímto poměrem) 6-7 přeměňují energii proudění větru nejefektivněji. Těchto hodnot dosahují větrné turbíny se třemi lopatkami. Existují jak jednolisté, tak dvoulisté větrné turbíny. Často v amerických westernech můžete vidět větrné turbíny s velkým počtem lopatek, které se otáčejí poměrně pomalu.

Instalace často používají systémy konverze rychlosti otáčení (převodovka, někdy nazývaná „násobič“) mezi větrným kolem a elektrickým generátorem. To znamená, že větrné kolo se otáčí například frekvencí 18-20 otáček za minutu a převodovka převádí otáčky generátoru na tisíc otáček. Tím se optimalizuje provoz větrného kola a provoz generátoru. Použití převodovky však snižuje celkovou účinnost celé větrné turbíny. Pokud je to možné, je tedy nutné mít větrné turbíny, které nemají převodovky. Inovace nyní spočívá v širším využití výkonové elektroniky při řízení kvality elektrického proudu a nových typech generátorů, které umožňují zbavit se převodovky.

Výkon větrné turbíny

Hlavním problémem zvyšování účinnosti větrných turbín je zvýšení faktoru využití energie pomocí větrného kola. Jedná se o širokou oblast pro využití nových materiálů a nových technologií při výrobě lopatek pro větrné turbíny.

Na úsvitu rozvoje větrné energie byly čepele vyrobeny ze dřeva nebo kovu. Měly velmi tuhé charakteristiky a neumožňovaly větrnému kolu účinně přeměňovat energii proudění větru. Později ale začali používat různé polymery, sklolaminát, kompozit a další materiály. Větrné kolo muselo být v tomto případě vyrobeno téměř ručně. Pro kvalitní přeměnu energie proudění větru bylo nutné pečlivě obrousit plochy, aby drsnost větrného kola byla co nejmenší. Použití syntetických materiálů umožnilo vyrobit čepele efektivnější, hladší, ohebnější a odolnější, ale ruční výroba byla mnohem pracnější. Zdá se, že v budoucnu bude možné vyrábět lopatky, včetně těch značně dlouhých, na základě digitálního designu, tedy 3D modelování. Počítačové modelování umožňuje použití robotických systémů pro výrobu lopatek, které jsou navzájem identické, nevyžadují speciální vyvažovací systémy a jsou vyráběny okamžitě a v plné připravenosti.

READ
Jak ošetřit papriky proti chorobám a škůdcům?

S využitím principů digitálního designu a technologií 3D modelování jsme v našem výzkumném a vzdělávacím centru „Obnovitelná energie a zařízení na nich založená“ na Polytechnické univerzitě v Petrohradu navrhli a vyrobili lopatku větrného kola pro větrnou turbínu přizpůsobenou nízkým rychlostem větru. Například v moskevské oblasti a v mnoha dalších oblastech středního Ruska je průměrná roční rychlost větru ve výšce korouhvičky asi 3,5 metru za sekundu, což vyžaduje speciální profil lopatky. Pomocí výkonného superpočítače dostupného na Polytechnické univerzitě bylo vymodelováno a optimalizováno větrné kolo, sestaven digitální model třílistého větrného kola a vytištěn na 3D tiskárně. Tento model byl testován v aerodynamickém tunelu, aby se potvrdil jeho výkon. Následně byla digitálně vytvořena šablona a z ní bylo vyrobeno větrné kolo o průměru 6 metrů pro 2kilowattovou větrnou turbínu. V současnosti úspěšně funguje s velmi vysokou účinností větrné energie 0,46.

Materiál pro lopatky se volí v závislosti na aktuálním zatížení. Je žádoucí, aby byl také elektricky vodivý, aby bylo možné poskytnout větrné turbíně ochranu před bleskem průchodem vysokých napětí přes lopatku a jejich zhášením na základně větrné turbíny. Proto musí být materiály a konstrukce větrných turbín přizpůsobeny podmínkám, ve kterých bude větrná elektrárna provozována.

Adaptace větrného generátoru

Existuje koncept adaptačních opatření. Při realizaci větrné turbíny je nutné vzít v úvahu klimatické podmínky, které mohou nastat při provozu větrné turbíny – to je důležité zejména pro dnešní vývoj Arktidy. Kromě nízkých teplot se totiž mohou vyskytnout další potíže při práci, jako je námraza nožů, ostrý, nárazový vítr nebo permafrost. Stavba na permafrostu vyžaduje speciální technologie. Zavedením adaptačních opatření vnášíme do výroby této větrné turbíny dodatečné náklady. Zároveň ale bude pracovat delší dobu v drsných klimatických podmínkách a vyrobí více elektřiny. I když můžete jít jinou cestou: zastavit provoz větrné turbíny v obdobích extrémních podmínek a nedostatečně vyrábět energii a poté ji znovu spustit.

Ostré poryvy větru ovlivňují charakter přeměny větrné energie, neboť větrné kolo má tendenci se v poryvech více nebo naopak méně točit. Dochází ke kolísání napětí a rychlosti otáčení, což negativně ovlivňuje kvalitu napájení. V dnešní době existují elektrokomplexy, které umožňují kompenzovat kolísání parametrů elektrického proudu – tzv. systémy pro úplnou přeměnu elektrické energie. V tomto případě je počáteční nekvalitní energie nejprve přeměněna na stejnosměrný proud a následně zpět na střídavý proud s požadovanými parametry elektrické sítě. Větrná turbína tedy nezavádí disonanci do provozu energetického systému.

Elektřina větrného generátoru

Větrný generátor o průměru 6 metrů má výkon 2 kilowatty. V soukromém domě je instalovaný výkon elektrického zařízení 10 kilowattů. Ale jak víme, ne všechny fungují současně. Existuje jakýsi graf zatížení spotřeby energie. Například pro autonomní nebo soukromé napájení může větrná turbína s kapacitou 10 kilowattů za podmínek průměrné roční rychlosti větru asi 5 metrů za sekundu poskytnout soukromému domu elektřinu. A samozřejmě musí existovat nějaký druh akumulátoru energie, který přerozděluje energii v obdobích nesouladu mezi příjmem a spotřebou.

READ
Kolik dní bych měl pít extrakt z vodního pepře?

Pro vysokovýkonné síťové napájení jsou větrné generátory vždy instalovány společně a tvoří větrné farmy. Kapacita zasíťovaných větrných elektráren dosahuje stovek megawattů. To stačí k zajištění elektřiny pro celé město.

Je zřejmé, že nejdůležitější věcí pro provoz větrné turbíny je přítomnost větru. Efektivní je využití větrné energie tam, kde její průměrná roční rychlost ve výšce korouhvičky přesahuje 4,5-5 metrů za sekundu. Samozřejmě je iracionální instalovat větrnou turbínu na místa se slabým větrem, protože bude většinu času nečinná. Dalším důležitým ukazatelem je průměr větrného kola, který charakterizuje možnou sílu proudění větru. Rychlost větru 10 metrů za sekundu produkuje výkon přibližně 300 wattů na metr čtvereční. Pokud tedy chceme mít 3 kilowatty, pak průměr větrného kola musí být alespoň 20 metrů čtverečních, protože se spotřebuje pouze polovina celkové energie.

Existují různé principy fungování větrných elektráren pro výrobu elektřiny. U velkých větrných elektráren připojených k síti obvykle fungují paralelně se sítí a dodávají tolik energie, kolik dovoluje proudění větru. Akumulaci energie zajišťuje provozovatel systému. Ten se stará o to, aby existovala nějaká výkonová rezerva, kterou bude potřeba zapojit, aby se kompenzovala podprodukce větrné farmy. Pokud mluvíme o práci v autonomním energetickém systému, kde je větrná turbína hlavním výrobním zařízením, pak je samozřejmě nutné použít nějaký druh systému skladování energie, aby bylo možné ji přenést do sítě v obdobích nízké produkce. . Lze použít elektrochemické baterie. Ale mohou existovat úplně jiná schémata. Pro velké objemy akumulace – 1000 a více megawattů za hodinu – lze využít přečerpávací elektrárny, které elektřinu spotřebovávají, když je jí dostatek, a uvolňují ji, když je jí nedostatek.

V současné době je 92 % trhu akumulačních systémů obsazeno přečerpávacími elektrárnami. Další možností je vzduchové akumulace větrné energie: při vzniku přebytečné energie z provozu větrných turbín se vzduch čerpá do podzemních nádrží pomocí systémů pohonu kompresorů a při potřebě výroby energie se připojí vzduchová turbína, která vyrábí elektrickou energii. Existují také obvody – například supravodivá indukční paměťová zařízení a superkondenzátory.

Petrohradská polytechnická univerzita se aktivně podílí na problémech autonomního zásobování energií na severu, kdy se pomocí větrné turbíny snižuje spotřeba dieselových elektráren, které jsou provozovány ve významných objemech (kapacita cca 3000 megawattů) v r. sever, je redukován. Optimalizujeme parametry energetického komplexu, který zahrnuje větrnou turbínu a dieselagregát – jinými slovy větrnou naftovou elektrárnu, která využitím energie proudění větru a provozu větrné turbíny dokáže odlehčit dieselový generátor a ušetřit velmi drahou naftu dodávanou na sever. Jinými slovy, vzniká účinný energetický komplex, který využívá volné větrné zdroje. Uvnitř tohoto elektrického komplexu může být malá baterie, která vyhlazuje krátkodobé změny zátěže a výkonu. A hlavní částí je paralelní provoz větrné a dieselové elektrárny. Navíc navrhujeme a vyvíjíme algoritmy, abychom zajistili maximální úsporu motorové nafty, tedy při náhradě více než 50 % spotřebovaného paliva, a výrazně snížili náklady na vyrobenou elektřinu. Pak se tento systém stává velmi, velmi efektivním. Představte si, jak je to relevantní, protože v mnoha severních regionech jsou v důsledku provozu dieselových elektráren náklady na jednu kilowatthodinu elektřiny 15–20 a dokonce 50 nebo více rublů. (Například v Moskvě je to přibližně 3-3,5 rublu za kilowatthodinu.) Proto je velmi efektivní zavádění takových systémů, které by využívaly obnovitelné zdroje energie poskytované přírodou.

READ
Co se stane, když blesk zasáhne soukromý dům?

Výhody a perspektivy větrné energie

Hlavní výhodou je využití obnovitelného zdroje poskytovaného přírodou, který nic nestojí. Je to také ekologický zdroj energie, protože neprodukuje prakticky žádné znečištění. A znečištění, které přináší, například hluk, lze vypočítat a optimalizovat z hlediska umístění na zemi. Další výhodou je systém distribuované výroby, tedy několik instalací na různých místech namísto jedné velké. Pokud například dojde k nějaké nehodě, porucha jednoho z těchto bloků nezpůsobí žádné poškození provozu energetického systému. Samozřejmě existují i ​​nevýhody spojené s tím, že se stále jedná o nízkopotenciální zdroj, který pro svou těžbu vyžaduje materiálově poměrně náročné a výškové stavby.

Je však zřejmé, že směr větrné energie je velmi perspektivní, protože v současné době je instalovaný výkon větrných stanic ve světě více než 500 milionů kilowattů a roční nárůst výkonu je více než 10-15%.

Spotřebitelská volba je obecně dobrá věc. U většiny spotřeby, která se odehrává v mém domě – káva, lego, díly na kolo – rozumíme našim preferencím a naše volby nejsou příliš složité. Díky tomu je snadné dělat správná rozhodnutí. Ostatní kategorie spotřeby nejsou tak jednoznačné. Je například obtížné sledovat, kolik elektřiny spotřebujeme a jakou cenu za ni platíme.

Mnozí z nás nemají na výběr, pokud jde o naše dodavatele energií. Ale několik jurisdikcí (včetně 13 amerických států a District of Columbia) podporuje „výběr maloobchodu“. Na těchto trzích poskytuje zavedená energetická společnost služby přenosu a distribuce všem. Domácnosti však mohou buď nakupovat elektřinu od společnosti za standardní (regulovanou) sazbu, nebo uzavřít smlouvu s jedním z mnoha maloobchodních dodavatelů, kteří nabízejí nákup elektřiny a poskytují maloobchodní služby.

První zastánci maloobchodního výběru doufali, že umožnění komerčním maloobchodníkům soutěžit s dominantní utilitou přinese inovace v zákaznických službách a sníží spotřebitelské náklady. Viděli jsme několik inovací zaměřených na spotřebitele. A značný počet spotřebitelů v domácnostech na těchto trzích nyní uplatňuje své právo volby.

Rostou však obavy ze zmatených zákazníků, vysokých maloobchodních cen a klamavých marketingových praktik. Některé státy začaly tyto trhy přísněji regulovat. Massachusetts uvažovalo o úplném uzavření maloobchodní prodejny.

Když regulátoři zvažují své možnosti reformy maloobchodního trhu, mohli bychom skutečně použít objektivní a důkladnou analýzu toho, jak si spotřebitelé elektřiny na těchto trzích vedou. Podívejte se na tento nový pracovní dokument od postgraduálního studenta Energetického institutu (a vynikajícího pracovníka na trhu práce) Genia Kahn-Lang. Jenya kombinuje velké množství údajů na úrovni spotřebitelů, průzkum mezi maloobchodními zákazníky a některé intuitivní ekonomické modely, aby vysvětlila, co vidíme na maloobchodních trzích (a proč bychom se tím měli znepokojovat).

READ
Potřebujete namočit mléčné houby před horkým solením?

Krátký blogový příspěvek nemůže dostát působivému článku Zhenya o trhu práce. Mým cílem je upozornit vás na pět nápadných faktů z článku, shrnout některá důležitá zjištění z jeho ekonomického modelování a přimět lidi, aby o tomto důležitém problému hovořili.

Fakt 1: Kolísání maloobchodní ceny Holy Batmana

Na rozdíl od kávových zrn a částí jízdních kol je elektřina poměrně jednotná. Můj notebook se nabíjí stejně bez ohledu na to, kdo mi kWh prodá. Dá se tedy očekávat, že ceny elektřiny nabízené konkurenčními prodejci budou velmi podobné.

Genya ve skutečnosti zjistil, že spotřebitelé na stejném maloobchodním trhu platí výrazně odlišné ceny. Tato čísla ukazují distribuci maloobchodních cen elektřiny (měřeno v dolarech za kWh elektřiny), které maloobchodní zákazníci zaplatili na dvou trzích, které Zhenya studoval. Pokud by vás to zajímalo, jen malou část tohoto rozptylu lze vysvětlit různými atributy (např. jako rozdíly v obsahu obnovitelných zdrojů energie).

Fakt 2: Nízkopříjmové domácnosti platí v průměru vyšší maloobchodní ceny

Tyto údaje o maloobchodních cenách elektřiny lze rozdělit podle příjmových skupin. Níže uvedený graf ukazuje průměrné ceny, které zákazníci elektřiny v domácnostech platí v Baltimoru.

Vidíte, že domácnosti s nižšími příjmy (světle modré) platí v průměru za elektřinu vyšší ceny. Podobné cenové vzorce jsou pozorovány na dalších maloobchodních trzích, které Genya zkoumá.

Co se tam děje? Zhenya vylučuje několik možností. Někteří maloobchodní dodavatelé prodávají „zelenou energii“ založenou na obnovitelných zdrojích energie. To přichází s nákladovou prémií, ale věří, že bohatší domácnosti mají vyšší poptávku po zelené energii, takže cenový rozdíl by měl být opačný.

Další možností je, že vyšší sazby odrážejí dodatečné náklady na obsluhu zákazníků, kteří nemusí platit své účty. Ale v Baltimoru dostávají maloobchodní poskytovatelé zaplaceno, i když zákazníci zaostávají, a utilita vyžehlí chybějící platby všem poskytovatelům, takže to nevysvětluje mezeru.

Genya nabízí tři další fakta, která poskytují určitá vodítka.

Fakt 3: Ceny rostou (pokud nedáváte pozor)

Když domácnosti uzavírají smlouvu s novým maloobchodním dodavatelem elektřiny, obvykle podepisují smlouvu s pevnou maloobchodní cenou na 2–3 měsíce. Tyto smlouvy o dodávkách se pak automaticky obnovují každý měsíc za aktualizovanou maloobchodní cenu.

Předpokládejme, že většina spotřebitelů nevěnuje pozornost svým účtům za elektřinu. Pokud to komerční maloobchodníci pochopí, mohou časem zvýšit ceny. Někteří pozorní zákazníci si toho všimnou. Ale většině klientů, kteří tomu nevěnují velkou pozornost, může trvat měsíce nebo roky, než na to přijdou.

Jana zdokumentuje v datech vzory, které jsou v souladu s tímto příběhem. Pomocí podrobných fakturačních údajů na trhu v Baltimoru může vidět, jak dlouho je zákazník u daného dodavatele, a sledovat, jak se ceny za obnovení smlouvy v průběhu času pohybují. Obrázek níže ukazuje, jak rostou maloobchodní ceny pro zákazníky, kteří se nechytají (nebo je jim to jedno).

READ
Jak urychlit růst dýní ve volné půdě?

Fakt 4: Hledejte (online) a najdete. nižší maloobchodní ceny elektřiny

Aby regulátoři pomohli spotřebitelům orientovat se v tomto složitém prostředí, vytvořili srovnávací webové stránky. Pokud aktivně vyhledáváte, možná jste použili některou z těchto webových stránek, která vám pomůže najít prodejce, který nejlépe vyhovuje vašim potřebám.

Kdo chce strávit sobotní večer prohlížením smluvních podmínek? Já ne. Mezi respondenty průzkumu Jenya je nejběžnějším způsobem uzavření smlouvy s dodavatelem elektřiny osobní marketingová interakce. Jinými slovy, maloobchodníci se aktivně zapojují do přímého marketingu pro potenciální zákazníky.

Zde je další potenciální příležitost pro maloobchodníky k cenové diskriminaci mezi těžkými uživateli a námi ostatními. Jenya porovnává ceny na srovnávacích webech s cenami nabízenými prostřednictvím jiných registračních metod (jako je přímý marketing). Níže uvedený obrázek ukazuje, že zákazníci, kteří se zaregistrují prostřednictvím srovnávacího webu, platí výrazně nižší ceny.

Fakt č. 5: Obchodníci jsou aktivnější v nízkopříjmových čtvrtích

Vzhledem k faktům, která jsme již probrali, je zřejmé, že přímý marketing hraje důležitou roli při získávání určitých typů zákazníků. Jenya shromažďuje údaje o těchto marketingových snahách podle PSČ, aby lépe pochopila, jak jsou snahy distribuovány. Jak v marketingových datech, tak ve svém spotřebitelském průzkumu nachází výrazně více přímé marketingové aktivity v oblastech s nízkými příjmy.

Proč nízkopříjmové domácnosti platí vyšší ceny za elektřinu?

Pro pochopení tržních sil, které k těmto skutečnostem vedou, Genya staví ekonomický model tržní nabídky a poptávky.Na straně poptávky spotřebitelé nevěnují příliš velkou pozornost svým účtům. Někteří spotřebitelé se domnívají, že hledání nejlepší ceny je drahé. Pokud jde o zásobování, důvtipní maloobchodníci to chápou. Přímý marketing jim umožňuje přilákat zákazníky vysokými náklady na vyhledávání a účtovat těmto zákazníkům vyšší ceny. Marketing je nákladný, takže maloobchodníci zaměřují své přímé marketingové úsilí do oblastí s relativně nízkými marketingovými náklady.

Zhenya aplikuje tento ekonomický model na reálná data pro výzkum Proč Oblasti s nízkými příjmy nakonec zaplatí více. Domnívá se, že nižší marketingové náklady v oblastech s nižšími příjmy (jako jsou oblasti s vyšší hustotou) hrají důležitou roli. Cenové mezery mohou být obecně způsobeny především rozdíly v marketingových nákladech na straně nabídky, i když důležitou roli hrají také rozdíly ve výběrovém chování na straně poptávky.

Mají spotřebitelé elektřiny prospěch, když mají na výběr?

Celkově mě tato studie nutí přemýšlet, zda výhody otevření maloobchodních trhů s elektřinou konkurenci mohou ospravedlnit náklady. Pokud jde o výhody, existují důkazy, že někteří maloobchodní zákazníci jsou ochotni zaplatit více za prémiové produkty (např. zelené potraviny), které by bez maloobchodní volby nemusely být poskytovány. Ale z hlediska nákladů se zdá, že mnoho domácností, které uzavřely smlouvu s maloobchodníkem, nakonec zaplatí více, než je regulovaná sazba. Pokud jsou domácnosti s nižšími příjmy obzvláště zranitelné, vyvolává to obavy z efektivity i spravedlnosti. Zajímá mě, co si naši čtenáři blogu myslí o kompromisech mezi ochranou spotřebitele a inovacemi na maloobchodním trhu, o kterých pojednává tento skvělý článek.

Sledujte blogové příspěvky, výzkumy a události Energetického institutu na Twitteru @energyathaas.

Rate article
Add a comment

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: