Плавающие ветряные турбины для сбора зеленой электроэнергии

Плавающие ветряные турбины для сбора зеленой электроэнергии

Генерация

В сегодняшнем мире энергия ветра стала одним из наиболее динамично развивающихся источников энергии. Она не только соперничает с другими традиционными ресурсами, но и становится менее шумной и более эффективной.

Кардинальное изменение сектора производства электроэнергии на основе энергии ветра произошло с появлением плавающих ветряных турбин. Эту концепцию впервые выдвинул в 1972 году профессор Уильям Иеронимус (William. E. Heronemus) из Университета Массачусетса, находящегося в городе Амхерст.

Первая морская ветряная турбина, сконструированная на основе этой концепции, была установлена в море недалеко от Апулии (Италия) в 2008 году компанией Blue H Technologies, и являлась прототипом глубоководной платформы с турбиной мощностью в 80 кВт. После сбора нужных испытательных данных о ветре и морских условиях, в 2008 году она была выведена из эксплуатации. Затем появилась первая в мире работающая ветряная турбина морского базирования, Hywind, с мощностью 2.3 МВт. Она была установлена в 2009 году в Норвегии компанией Statoil.

За ней последовали множество удачных реализаций этой идеи от таких венчурных компаний, как Wind Plus.

Ветряная турбина, базирующаяся в море

Как все мы знаем, вне берега ветры дуют намного сильнее, и более постоянны. Поэтому, размещение турбины в море предоставляет инженерам больше шансов для удовлетворения в значительной степени стремительно растущего спроса на электроэнергию. При этом оказывается меньше влияние на эстетику местности.

Существует формула P =1/2 ρ A V3, где

P = энергия ветра,

ρ = плотность воздуха,

A = площадь, очерчиваемая лопастями турбины,

V = скорость ветра

Следовательно, мощность ветра пропорциональна кубу скорости ветра. Поэтому скорость ветра над морем выше, чем над сушей. А значит, над морем энергии получить можно больше.

Вначале, технологические ограничения давали возможность конструировать ветряные установки только на участках с неглубоким дном. Но сегодня стали вполне реальными установки в глубоких и даже очень глубоких местах, что позволяет получить доступ к более плотным ресурсам. Ветряная турбина устанавливается на плавающей платформе, прикрепляющейся якорями к океанскому дну.

Ветряная турбина морского базирования состоит из следующих частей:

— Лопасти ротора,

— Гондола,

— Вышка,

— Плавающая площадка,

— Якорные канаты.

Помимо этого, на вершине турбины ставится анемометр для фиксации скорости и направления ветра. Самыми распространенными являются три основных способа постановки этих турбин на якорь: система натяжного вертикального крепления, крепление на цепи, и крепление на цепи с применением балласта.

Платформы с натяжным вертикальным креплением (TLP) предназначаются для вертикальной швартовки плавающей конструкции. Этот подход по сути устраняет вертикальные движения конструкции. Плавающая платформа постоянно зафиксирована группой фалов, называемых натяжным креплением, каждый фал крепится к одному из углов платформы.

Данный тип фиксации платформы является выгодным с точки зрения затрат. Но в мелких водах более распространенным является крепление на цепи, так как сам вес этих цепей швартовки придает возвращающую силу, и тем самым эффективно удерживает плавающую конструкцию на месте.

Для повышения устойчивости платформы, к ней добавляется балласт, увеличивающий дополнительное натяжение кабеля, а значит, и жесткость плавающей конструкции.

Hywind, первая в мире плавающая «ветряная ферма»

Для получения большого количества энергии нужно применять несколько ветряных турбин, работающих вместе и объединяющихся в плавающие электростанции, получившие название «ветряных ферм». Энергия, производимая такими электростанциями, передается в электрические сети на берегу через подводные кабели.

По сути, вращающиеся лопасти соединены с ротором, который прикреплен к валу, соединяющим его с вращающейся частью генератора. Все это вместе заключено в гондолу.

Энергия, полученная ветряной турбиной, спускается вниз по вышке через кабель, и поступает на трансформаторную платформу, находящуюся в каждой ветряной ферме. Наконец, собранная таким образом энергия передается в электрические сети на суше при помощи подводных кабелей, и уже оттуда идет к местным потребителям.

Однако применению ветра присуща проблема, связанная с непредсказуемостью ресурса ветряной энергии. Для ее решения в 2011 году фирма SeaTwirl спроектировала свою первую плавающую сеть, в которой кроме ветряных турбин имелся и маховик, предназначенный для накопления энергии, для того, чтобы поддерживать непрерывную поставку энергии, когда ветер переставал дуть. Это еще одна веха в развитии морских ветряных турбин.

Одним из самых больших достоинств подобных плавающих конструкций является то, что они могли бы гасить силу ветра сталкивающихся с ними ураганов, понижая пиковую скорость ветра. Эти ветряные турбины, фактически, замедляют внешний вращающий ветер урагана и уменьшают высоту волны, что, в свою очередь, затормаживает движение урагана и быстрее рассеивает его энергию. В результате снижаются издержки, связанные с повреждениями на берегу.

Кроме того, согласно результатам исследований, турбины с вертикальной осью еще более выгодны по сравнению с турбинами, имеющими горизонтальную ось. Это дает возможность компенсировать большие затраты по установке. Тщательное проектирование таких турбин может десятикратно увеличить генерируемую мощность по сравнению с турбинами того же размера, имеющими горизонтальную ось.

Ветряные турбины Darrieus, имеющие вертикальную ось, могут производить вдвое большую мощность, чем ветряные турбины с вертикальным расположением лопастей пропеллера.

Более того, турбины с вертикальной осью компактнее, поэтому на выделенном пространстве их можно разместить больше. Наконец, они работают тише.

С целью снижения затрат, почти все монтажные работы проводятся на берегу, и собранные конструкции транспортируются на место при помощи специальных судов.

Достоинства:

— Экологически чистая электроэнергия

— Меньшее влияние на внешний вид местности

— Новое место обитания для живущих на морском дне существ

— Сопротивление ураганам, как природым катастрофам

— Более мощный ресурс

— Компьютерное и масштабное моделирование позволяет избежать дорогостоящих ошибок.

Недостатки:

— Влияние на миграцию рыб, хотя и не сильное

— Дороговизна установки и обслуживания

— Определенные угрозы, связанные с безопасностью на море.

Производимая таким способом электроэнергия является совершенно экологически чистой, ведь для ее выработки не требуется сжигать никакого топлива, что приводит к выделению парниковых газов. Поэтому, продолжаются исследования, направленные на поиск действенных способов снижения расходов, и обеспечения поставки в будущем этой экологически чистой электроэнергии в миллионы домов.

Рубрики2

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


*