ウィンドファーム。発明と生産の歴史

テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
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ウィンドファーム。発明と生産の歴史

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風力発電所 - 複数の風力発電所が 100 つ以上の場所に集められ、単一のネットワークに結合されます。大規模な風力発電所は XNUMX 台以上の風力タービンで構成される場合があります。風力発電所は「風力発電所」（英語から。Wind farm）と呼ばれることもあります。

ウィンドファーム

実際、風力エネルギーの蓄えは無限です。このエネルギーは再生可能であり、火力発電所とは異なり、風力エネルギーは豊富な下層土を利用せず、石炭、石油、ガスの採掘には莫大な人件費が伴います。さらに、火力発電所は環境を汚染し、水力発電ダムは川に人工的な海を作り、自然のバランスを乱します。一方、水力発電所や原子力発電所と同じ容量の風力発電所は、それらに比べてはるかに大きな面積を占めます。そして公平に言えば、風力発電所は完全に無害であると言わなければなりません.鳥や昆虫の飛行を妨げ、騒音を出し、回転するブレードで電波を反射し、近くの集落でのテレビ受信を妨げます.

通常、風力タービンの作動体は、風車と呼ばれるプロペラのブレードです。その理論は、有名なロシアの科学者 N.E. によって 59,3 世紀の初めに開発されました。ジュコフスキー。車輪を通る気流の通過に関連する現象を説明するために、彼は航空機の翼の揚力の理論を適用し、理想的な車輪による風力エネルギーの最大利用の値を決定しました。効率は XNUMX% でした。

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風力発電所のスキーム

風は非常に気まぐれな要素であり、片側から吹き、しばらくすると反対側から吹きます。ホイールが空気の流れのエネルギーを効果的に使用するためには、毎回風に逆らって展開する必要があります。この目的のために、テールプレート（風向計）または小さな風車（ウインドローズ）などの特別な装置が使用されます。

風が一定の速度で吹くことはめったにありません。その速度が変化しました-ホイールとそれに関連するシャフトの回転が減速または加速し、それによってホイールの回転が発電機に伝達されます。シャフトを一定の周波数で回転させるために、さまざまな装置が使用されます。

風力エネルギーを生成するために、さまざまな設計が使用されています。これらは、マルチブレードの「ヒナギク」と、XNUMX 枚、XNUMX 枚、さらには XNUMX 枚のブレードを持つ航空機のプロペラのようなプロペラです。垂直構造は、あらゆる方向の風をキャッチするため、優れています。残りは風で回らなければなりません。このような垂直ローターは、軸に沿って切断され、取り付けられたバレルに似ています。オリジナルのソリューションもあります。たとえば、帆の付いたカートがレールのリングに乗り、その車輪が発電機を駆動します。

最も一般的なタイプの風力発電所 (WPP) は、水平軸と 1 ～ 3 枚のブレードを備えたタービンです。タービン、マルチプライヤ、および発電機は、マストの上部に取り付けられたゴンドラに配置されます。風力タービンの最新モデルでは、非同期可変速発電機が使用され、生成された電気を調整するタスクは電子機器によって実行されます。

風力発電所は、原則として、年間平均風速が毎秒 6 メートル以上で、他のエネルギー源が不足している地域や、燃料供給が非常に高価な地域で有益です。ロシアでは、まず第一に、サハリン、カムチャツカ、北極、極北などです。

年間の平均風速は約 7 メートル/秒で、フル稼働時の平均稼働時間は年間 2500 時間で、このような設備は 7 ～ 8 セント / kWh のコストで発電します。現在、ユニット容量が 100 ～ 500 kW の風力タービンが最も一般的ですが、ユニット容量が数メガワットのユニットが製造され、稼働しています。

小型風力タービン (100 kW 未満) は通常、自律運転用に設計されています。それらが電力を供給するシステムは扱いにくく、より高品質の電源を必要とし、平穏な時間帯などに電力を中断することはできません。したがって、彼らは「予備調査」、つまりバックアップエネルギー源、たとえば風力タービンと同じかそれ以下の出力のディーゼルエンジンを必要としています。

より強力な風力タービン (100 kW 以上) については、それらは発電所として使用され、通常は電力システムに組み込まれています。通常、十分な数の風力タービンが 100 つのサイトに設置され、いわゆるウィンドファームが形成されます。「農場」の片側では風が吹くかもしれませんが、現時点では静かです。風車同士がぶつからないように、風車を近づけすぎないようにしてください。したがって、「農場」は多くのスペースを占有します。アメリカ、フランス、イギリス、デンマークにはそのような「農場」があり、北海の浅い沿岸海域に「風力発電所」が置かれました-そこでは誰にも干渉せず、風はより安定しています地上で。カリフォルニア州 (米国) では、そのうちの XNUMX つに約 XNUMX 基の風力タービンがあり、ファームの総設置容量は XNUMX MW を超えています。

通常、風の気まぐれへの依存を減らすために、フライホイールがシステムに含まれており、突風を部分的に滑らかにし、さまざまな種類のバッテリー（主に電気）を備えています。しかし同時に、空気も使用します。この場合、風車はシリンダーに空気を送り込みます。そこから出てくる滑らかなジェットは、発電機でタービンを回転させます。別のオプションは油圧アキュムレータです。ここでは、風の力で水が一定の高さまで上昇し、落下してタービンを回転させます。彼らは電解電池さえ入れました。風車は、水を水素と酸素に分解する電流を生成します。それらはボトルに保管されています。次に、必要に応じて、水素と酸素が燃料電池またはガスタービンで燃焼され、再び電流が流れますが、風の気まぐれに伴う急激な電圧変動はありません。

スペインでは、驚くべき風力タービンがかなり長い間稼働し、風を作り出していました。構築された高いパイプの基部にある広大な地球の円は、フレームサポートのプラスチックラップで覆われていました。暑いスペインの太陽が、フィルムの下の地面と空気の両方を温めました。その結果、均一な一定の推力がパイプに現れ、パイプに組み込まれたインペラーが発電機を回転させました。曇りの日や夜でもドラフトは止まりませんでした。地球は長い間熱を保ちます。しかし、そのような設備の運用にはかなりの費用がかかることが判明しました。徐々に、金属パイプが錆び、フィルムが崩壊しました。別のハリケーンの後、システムは修復されませんでした。

風力タービンは、ロシアでも使用されています。 1990 年代初頭、非同期発電機 (1 kW、2 V) とインダクタ DC 発電機 (230 または 12 V) を備えた低出力風力タービン「Konvet-24E」が 5 つの変更で作成されました。 6枚の羽根を持つ風車が発電機を回転させます。インバーターまたは整流器を使用することで、テレビ、冷蔵庫、ラジオにエネルギーを供給し、バッテリーを充電することができます。年間平均風速が毎秒 1 ～ 1,4 メートルの地域では、このような風力タービンの 1,7 kWh のコストは、同等の出力のガソリンユニットの 460 ～ XNUMX 分の XNUMX です。装置の質量は XNUMX キログラムです。

ご存知のように、多くの風車の問題は強力な気流であり、その影響で壊れることがよくあります。「Konvet-1E」では、強風時に車輪が過度に空転するのを防ぐために、さまざまな自動装置が使用されました。設計者は、46 ～ 48% の空力効率を達成することに成功しました。これは、長さに沿ってねじれたより完璧なプロファイルを持つ高品質の非金属ブレードを使用することで実現されます。

外資系の高速風力タービンは、主に風速5～6メートルから稼働しています。特殊設計のブレードと特殊装置により、「Konvetu-1E」は毎秒 4 メートルの強風でも効率的に作業を開始できます。

世界の風力タービンの総容量は急速に増加しています。風力タービンの使用に関しては、米国が世界をリードしており、ヨーロッパではドイツ、イギリス、デンマーク、オランダがリードしています。

ドイツは電力の 2500 分の 1993 を風力発電から受け取っており、風力発電は西ヨーロッパ全体に 1 MW の電力を供給しています。風力発電所が利益を上げ、その設計が改善されるにつれて、「空中」電力の価格が下がります。したがって、40 年にフランスで風力発電所で発電された 2000 kWh の電力のコストは 1,5 サンチームでしたが、XNUMX 年までに XNUMX 倍に減少しました。

著者：Musskiy S.A.

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