Megastruktury. Největší větrné turbíny / Habr

Kdo řekl, že větrné turbíny nejsou schopny konkurovat ve výkonu jaderným elektrárnám? Podívejte se na největší větrnou turbínu světa Siemens SWT-7.0-154. Na rozsáhlé ploše 18 600 m² tento gigant sám o sobě generuje maximální výkon 7 MW při rychlosti větru 13-15 m/s. Několik stovek těchto větrných turbín – a máte jadernou elektrárnu.

SWT-7.0-154 je vlajkový model společnosti Siemens. V jeho názvu je zakódován vyrobený výkon (7 MW) a průměr rotoru s lopatkami (154 m). Nahradil předchozí vlajkovou loď SWT-6.0-154, od které se v technických specifikacích prakticky neliší, je však vybaven výkonnějšími magnety. Silnější magnetické pole umožňuje generovat více elektřiny se stejným průměrem. Jinými slovy, u tohoto VEN je parametr výkonu na metr čtvereční zametací plochy přibližně o 16,7 % vyšší.

Větrný generátor se zapíná při minimální rychlosti větru 3-5 m/s a generovaný výkon se progresivně zvyšuje až na maximum 7 MW při rychlosti větru 13-15 m/s. Když rychlost větru dosáhne 25 m/s, generování se zastaví.

Zdálo by se, že při takové rychlosti větru by se lopatky větrné turbíny měly rychle otáčet, ale absolutně tomu tak není. Ve skutečnosti se otáčejí pomalu a plynule a dělají pouze 5-11 otáček za minutu. To znamená, že tři lopatky provedou plnou rotaci asi za 5-12 sekund, v závislosti na rychlosti větru.

Silnější magnetické pole nového modelu také znamená, že se turbína hůře točí. Pro dosažení stejné rychlosti otáčení 5-11 ot./min a maximálního generovaného výkonu (7 MW místo 6 MW) vyžaduje tato turbína zvýšenou rychlost větru: 13-15 m/s místo 12-14 m/s. V souladu s tím je jeho počáteční rychlost generování větru vyšší. Proto se tento obří model nejoptimálněji hodí pro umístění v oblastech s poměrně silným větrem, nejlépe v moři.

Uvnitř turbíny není převodovka (převodovka), jedná se o systém přímého pohonu spojený se synchronním alternátorem s permanentním magnetem. Protože rychlost generátoru určuje napětí a frekvenci proudu, špinavý střídavý proud se převádí na stejnosměrný a poté zpět na střídavý, než je dodáván do sítě.

V oblasti větrné energie dochází v posledních letech k velmi rychlému vědeckotechnickému pokroku. Doslova každý rok se objevují nové modely větrných turbín s větším výkonem a účinností. Velké i malé, určené pro celé vesnice nebo jednotlivé domy, pro vysoké rychlosti větru na moři nebo pro průměrné rychlosti větru nad střechou soukromého domu.

Například světový rekord maximálního vyrobeného výkonu nepatří Siemensu, ale jiné turbíně od jiného německého výrobce Enercon E126, která vyrábí až 7,58 MW. Video ukazuje proces instalace takové turbíny.

Výška stojanu Enercon E126 je 135 m, průměr rotoru 126 m, celková výška včetně lopatek 198 m Celková hmotnost základu turbíny je 2500 tun a samotného větrného generátoru 2800 tun. Samotný elektrický generátor váží 220 tun, rotor s lopatkami váží 364 tun. Celková hmotnost celé konstrukce se všemi díly je 6000 tun. První instalace tohoto typu byla instalována poblíž Emdenu v Německu v roce 2007, i když v této modifikaci byl maximální výkon menší.

Obří větrné generátory jsou však poměrně drahé. Jedna taková 7 MW větrná turbína bude stát 14 milionů dolarů včetně instalace, pokud si všechny práce objednáte u certifikovaných německých specialistů. Samozřejmě, pokud ovládáte výrobu ve své zemi, naštěstí je kovu dostatek, pak lze náklady několikrát snížit. Kdo ví, možná by takový gigantický národní stavební projekt zaměstnal obyvatele země a pomohl dostat se z ekonomické krize.

Jedna z posledních jaderných elektráren ve výstavbě ve východní Evropě, běloruská JE, dostane dva energetické bloky s reaktory VVER-1200 o výkonu 1200 MW každý. Zdálo by se, že několik stovek větrných turbín Siemens je srovnatelných s jadernou elektrárnou. Náklady na stavbu jsou přibližně stejné, ale „palivo“ je zdarma. Zajímavé je, že běloruská jaderná elektrárna se staví v oblasti, kde je podle klimatických údajů za roky 1962-2000 téměř nejvyšší průměrná roční rychlost větru v Bělorusku. Ale ve skutečnosti je tato „nejvyšší“ průměrná roční rychlost větru jen asi 4 m/s (ve výšce 10 m), což sotva stačí na provoz větrné turbíny na minimální výkon.

Před instalací byste měli zkontrolovat roční mapu větru v oblasti nasazení s údaji o průměrném měrném výkonu proudění větru v nadmořské výšce 100 m a výše. Bylo by dobré vypracovat takové mapy pro celé území republiky, abychom našli nejoptimálnější místa pro stavbu větrných turbín. Je třeba mít na paměti, že rychlost větru silně závisí na výšce, což je dobře známo obyvatelům výškových budov. Normální televizní předpovědi počasí uvádějí rychlost větru ve výšce 10 m nad zemí, ale u větrné turbíny by měla být rychlost měřena ve výšce 100-150 m, kde je vítr mnohem silnější.

Takoví obři jsou tedy nejoptimálněji vhodní pro instalaci v moři, několik kilometrů od pobřeží, ve vysoké nadmořské výšce. Pokud například nainstalujete takové instalace podél severního pobřeží Ruska s krokem 200 metrů, pak maximální výkon pole bude 690,3 GW (pobřeží Severního ledového oceánu je 19724,1 km). Rychlost větru by tam měla být přijatelná, jen při vylévání základů se budete muset vypořádat s permafrostem.

Pravda, z hlediska provozní stability nebudou větrné turbíny nikdy srovnatelné s jadernými elektrárnami nebo vodními elektrárnami. Zde musí energetici neustále sledovat předpověď počasí, protože generovaný výkon přímo závisí na rychlosti větru. Vítr by neměl být příliš silný a ne příliš slabý. Bylo by dobré, kdyby větrné turbíny produkovaly v průměru alespoň třetinu maximálního výkonu.

• větrná turbína
• větrná energie
• Siemens SWT-7.0-154
• Siemens SWT-6.0-154
• Enercon E126

Rozvoj větrných elektráren a zvýšená poptávka po zelené energii po celém světě podněcuje vlastníky k posunu směrem k výstavbě velkých větrných elektráren. Někdy takové projekty dosahují skutečně obrovských rozměrů. Následují největší větrné elektrárny na světě, a to jak na souši, tak na moři.

1. Gansu Wind Farm (Gansu Wind Farm)

Čína. Pobřežní větrná farma s kapacitou 7 965 MW (plánované zvýšení na 20 000 MW).

Projekt větrné farmy Gansu (Jiuquan Wind Power Base) je skupina velkých větrných elektráren umístěných na západě provincie Gansu v Číně, na okraji pouště Gobi.

Projekt větrné farmy je jedním ze šesti národních megaprojektů větrných elektráren schválených čínskou vládou. Podle původního plánu se předpokládalo, že instalovaný výkon bude do roku 2020 asi 20 000 MW s odhadovanými náklady 17,5 miliardy dolarů. Od roku 2022 je instalovaný výkon větrné farmy něco málo přes 10 GW, ale skutečná využívaná kapacita je 7 965 MW.

Nízké využití větrných elektráren je způsobeno následujícími faktory:

• větrná elektrárna se nachází daleko od velkých spotřebitelů elektrické energie;
• náklady na elektřinu z větrných elektráren jsou vyšší než cena elektřiny z místních uhelných tepelných elektráren;
• nedostatek infrastruktury a elektrických vedení, které by umožnily přenos elektřiny k velkým spotřebitelům.

Čínská národní energetická statistika například odhaduje, že v roce 2015 nebyla větrná farma Gansu využívána 39 % času, přestože měla dostatek větru k provozu. Za účelem zlepšení účinnosti větrných elektráren byla přijata řada technických řešení:

• byl zaveden „koordinovaný systém řízení větrné energie“. k regulaci výkonu větrné elektrárny. To umožnilo vyrobit o 1 GWh elektřiny denně více než dříve a výrazně zvýšilo stabilitu systému;
• Bylo zprovozněno stejnosměrné elektrické vedení Jiuquan-Hunan o délce 2383 km, propojení větrné farmy s elektrickou sítí provincie Hunan, což umožňuje zvýšit využití vyrobené elektřiny.

2. Větrná farma Hornsea

Spojené království. Offshore větrná farma s výkonem 2604 6 MW (plánované zvýšení na 000 XNUMX MW).

Od dubna 2023 je Hornsey Wind Farm největší pobřežní větrná farma na světě. Větrná farma se nachází v Severním moři u pobřeží Yorkshire ve Velké Británii.

Větrná farma Hornsea se skládá ze čtyř velkých větrných farem:

• Hornsea Project One (zprovozněn). Byla to první pobřežní větrná farma na světě, která překročila 1 GW instalovaného výkonu. Větrná farma zabírá 407 kilometrů čtverečních a skládá se ze 174 turbín Siemens Gamesa SWT-7.0-154 s jednotkovým instalovaným výkonem 7 MW. Celkový instalovaný výkon je 1 218 MW;
• Hornsea Project Two (zprovozněn). Stanice se nachází přibližně 89 km od pobřeží Yorkshire a pokrývá plochu 462 kilometrů čtverečních. Větrná farma se skládá ze 165 DD turbín Siemens Gamesa 8.0-167 o jmenovitém výkonu 8000 kW. Průměr rotoru je 167 m;
• Hornsea Project Three (probíhající vývoj projektu). Plánovaná kapacita větrné farmy bude 2,4 GW na ploše cca 696 kilometrů čtverečních. Předpokládané datum dokončení je 2025;
• Hornsea Project Four (probíhají schválení návrhu). V tuto chvíli nejsou k dispozici žádné technické informace o kapacitě budoucího větrného parku. Podle údajů uvedených na webu majitele větrné elektrárny prochází projekt schvalováním a získáváním povolení k projekčním pracím.

3. Markbygden Wind Farm

Švédsko. Pobřežní větrná farma o výkonu 2007 MW (plánovaný nárůst na 4 000 MW).

Markbygden Wind Farm je síť vzájemně propojených pobřežních větrných farem v oblasti Markbygden západně od Piteå v severním Švédsku.

Projekt větrné farmy je rozdělen do tří hlavních fází a dvou pilotních projektů, které zahrnují:

Pokud bude dokončena, stane se větrná farma Markbygden jednou z největších na světě. Větrný park se bude skládat z 1 větrných turbín (tento počet byl schválen ve fázi přípravy projektu). Konečné náklady projektu se odhadují na 101 miliardy amerických dolarů. Zabraná plocha větrné farmy bude asi 6,9 kilometrů čtverečních a ročně vyrobí až 450 TWh elektřiny.

4. Alta Wind Energy Center (WPP Alta Wind Energy Center)

USA. Pobřežní větrná farma s výkonem 1 548 MW (plánovaný nárůst na 3 000 MW).

Centrum větrné energie Alta (AWEC), známé také jako Mohavská větrná farma, je třetím největším projektem větrné energie na pevnině na světě. Větrná farma má instalovaný výkon 1548 3 MW (s plánovaným zvýšením na 000 XNUMX MW) a je největší větrnou elektrárnou v USA.

Centrum větrné energie Alta se nachází v pohoří Tehachapi v okrese Kern v Kalifornii. Větrná farma se nachází jen dvě míle od Tehachapi Wind Resource Area (WRA), která se skládá z větrných farem postavených v 1970. a 1980. letech XNUMX. století.

Projekt větrné farmy Mojave zahrnuje instalaci až 600 větrných turbín. V současné době se větrná farma skládá z 11 velkých větrných farem, které jsou sloučeny do jednoho výrobního zařízení.

5. Větrná farma Muppandal

Indie. Pobřežní větrná farma o výkonu 1 500 MW.

Větrná farma Muppandal je největší funkční pobřežní větrná farma v Indii. Tento projekt se nachází v okrese Kanyakumari, Tamil Nadu.

Projekt začal v roce 1986. Dnes je součástí větrné elektrárny asi 3000 větrných turbín o jednotkovém výkonu 200 kW až 1650 kW. Větrná farma zahrnuje různé typy turbín a výrobců, jako jsou Enercon, NEG Micon, Suzlon a Vestas, protože větrná farma nemá jediného vlastníka a turbíny jsou ve vlastnictví jak velkých finančních společností, tak místních farmářů.

Vzhledem k tomu, že větrná elektrárna funguje již 4 desetiletí, některým turbínám již skončila záruční životnost a vyžadují restaurátorské práce nebo výměnu. Místní zemědělci, kteří část turbín vlastní, však na provedení prací nemají finanční prostředky. Použití zastaralých modelů větrných turbín zároveň neumožňuje maximální využití větrných zdrojů dané oblasti. Podle studií provedených na této stanici je u zastaralých turbín faktor využití instalovaného výkonu nižší než 20 %, zatímco u nových modelů větrných turbín dosahuje kapacitní faktor 45 %. Městské úřady proto v současné době vyvíjejí mechanismy pro rekonstrukci větrné elektrárny s přihlédnutím k zájmům zainteresovaných stran.