Větrná elektrárna (WPP): co je to větrná elektrárna, rozdíl od tepelné elektrárny

Obliba větrných elektráren (WPP) jako jednoho z nejúčinnějších a často používaných alternativních zdrojů energie je vysvětlována dvěma hlavními faktory.

Za prvé je to historické dědictví. Člověk poprvé využil sílu pohybujících se proudů vzduchu k získání energie. Příklady zahrnují větrné mlýny a plachty používané na lodích.

Za druhé, větry lze nalézt téměř všude na planetě. Když se změní směr nebo síla, dokonce i do bodu úplné absence větru, pohyb vzduchu je udržován po celé zeměkouli.

Co je VES?

Větrná elektrárna (WPP) je soubor několika větrných turbín instalovaných na jednom nebo více místech a integrovaných do společné energetické sítě. Velké větrné farmy mohou zahrnovat sto nebo více větrných turbín. Taková zařízení se nazývají větrné parky nebo větrné farmy.

Větrná elektrárna: účel a struktura

Větrná elektrárna je soubor větrných turbín, které jsou navrženy tak, aby přeměňovaly kinetickou energii pohybujících se proudů vzduchu na mechanickou energii, která se pak používá k provozu generátoru, který vyrábí elektřinu. Jeden komplex může zahrnovat různý počet větrných generátorů. Velké systémy zahrnují stovky takových instalací.

Princip činnosti každé instalace je založen na využití kinetické energie větru ke spuštění rotace části větrné turbíny, která je spojena s rotorem generátoru. Použití mechanismu převodovky umožňuje zvýšit rychlost otáčení hřídele a tím vytvořit třífázový střídavý proud.

Nejúčinnějším způsobem přeměny AC na DC je použití regulátoru. Zatímco stejnosměrný proud nabíjí baterie, zároveň přenáší energii do střídače.

V okamžiku, kdy měnič provádí zpětnou konverzi stejnosměrného proudu na střídavý, stává se již vhodným pro použití v elektrických zařízeních. Jeho napětí je 220V a frekvence 50Hz.

Příběh

Prvním příkladem větrné turbíny, kterou bylo možné vidět v akci, byl 9metrový „mlýn“, který postavil britský muž jménem Blyth v roce 1887 na svém pozemku v Marykirku v Anglii. Navrhl využít přebytečnou energii z tohoto „mlýna“ k osvětlení hlavní ulice v Marykirku, ale byl odmítnut obyvateli, kteří považovali elektřinu za ďáblovo dílo. Poté navrhl a postavil větrnou turbínu, která sloužila k poskytování nouzové energie nemocnici, psychiatrické klinice a ambulanci. Ale Blythova technologie byla považována za neekonomickou a v důsledku toho byla další větrná farma ve Spojeném království spuštěna až v roce 1951.

První automatizovaná větrná turbína, kterou vytvořil Američan Charles Brush, se objevila v roce 1888 a měla rotor o průměru 17 metrů.

Moderní větrná energetika začala svůj rozvoj v 1980. letech minulého století s turbínami, které vyráběly asi padesát kW energie.

Typy větrných elektráren

Země

V současné době jsou nejoblíbenějšími typy větrných turbín pozemní instalace. Mohou být umístěny na kopcích nebo ve vyvýšených oblastech.

Proces výstavby průmyslové větrné turbíny vyžaduje asi 7-10 dní na přípravu místa pro instalaci. Získání regulačních souhlasů může trvat až rok.

Při výstavbě je nutné mít k místu instalace cestu a také těžkou stavební techniku ​​s výškou výložníku více než 50 metrů, protože generátory jsou umístěny ve výšce asi 50 metrů.

Po instalaci je elektrárna připojena kabelem k přenosové síti.

Největší elektrárnou v současnosti je Gansu Power Station, která se nachází v čínské provincii Gansu, ve městě Jiuquan. Jeho plná kapacita je 7965 MW.

pobřežní

Pobřežní větrné elektrárny lze stavět v relativně krátké vzdálenosti od moře nebo oceánského pobřeží. Na pobřeží se vítr během dne mění: během dne fouká z vody na pevninu a v noci z ochlazeného pobřeží do nádrží.

Police

Offshore elektrárny se staví v moři, ve vzdálenosti 10 až 60 kilometrů od břehu. Mají následující výhody:

• Na břehu jsou prakticky neviditelní.
• Nezabírají půdu.
• Díky neustálému vystavení mořským větrům mají vyšší účinnost.

Pobřežní elektrárny se budují v mělkých vodách. Věže větrných turbín jsou připevněny k základu, který musí být zaražen do hloubky až 30 metrů. Energie je přenášena na břeh pomocí podvodních kabelů. Pro stavbu a údržbu těchto stanic se používají speciální samozdvižné nádoby.

Pobřežní elektrárny vyžadují vyšší stavební náklady než ty pozemní. K vytvoření výkonných generátorů jsou potřeba vyšší věže a silnější základy. Mořská voda navíc může způsobit korozi kovových konstrukcí. Na začátku roku 2008 činila celková kapacita pobřežních elektráren po celém světě 1471 MW. V roce 2013 byl největším z nich London Array (UK) s instalovaným výkonem 630 MW.

Plovoucí

První experimentální plovoucí větrná turbína byla vyvinuta společností Technologies BV v roce 2007. Konstrukce je 80 kW větrná turbína instalovaná na plovoucí plošině 10.6 námořních mil od pobřeží jižní Itálie, v hloubce 108 metrů.

Norská společnost StatoilHydro vyvíjí plovoucí větrné turbíny pro pobřežní elektrárny v hlubokých vodách. V září 2009 byla postavena předváděcí verze o výkonu 2,3 ​​MW. Turbína, známá jako Hywind, váží 5300 tun a je vysoká 65 metrů. Nachází se 10 kilometrů od ostrova Karmøy, který se nachází na pobřeží jihozápadního pobřeží Norska.

V důsledku ponoření věže této větrné turbíny do mořské hloubky do hloubky 100 metrů vystoupá nad vodu o 65 metrů. Průměr rotoru je 82,4 metru. Pro zajištění stability větrné turbíny a její ponoření do požadované hloubky se na dně používá balast – štěrk a kameny. Tři lana s kotvami, připevněná ke dnu, zabraňují posunutí věže. Elektřina je přenášena na břeh pomocí podvodního kabelu.

V roce 2017 společnost zvýšila výkon turbíny na 6 MW a průměr rotoru na 154 metrů.

Stoupající

Plovoucí větrné turbíny jsou větrné turbíny, které mohou být umístěny vysoko nad zemí, aby vytvořily silnější a stabilnější vítr. Tento koncept vyvinul inženýr Egorov ve 1930. letech XNUMX. století v SSSR.

Hora

Vůbec první spuštění horské větrné elektrárny v postsovětském prostoru o výkonu 1,5 MW bylo provedeno v průsmyku Kordai v oblasti Zhambyl v Kazachstánu v roce 2011.

Výhody a nevýhody větrných elektráren

Příležitostí, které větrné elektrárny poskytují, je využití větru jako zcela bezplatného zdroje energie. Nejsou závislé na palivu a obecně nezpůsobují velké škody na životním prostředí (s výjimkou hluku a vzácných dopadů na ptáky a hmyz).

Stále však existují následující nevýhody:

• Vliv hluku.
• Nízká účinnost, která je typicky v rozmezí 30-45%.
• Náklady na vybavení a náhradní díly jsou velmi vysoké.
• Dlouhá doba návratnosti, která se zvyšuje s nárůstem instalovaného výkonu.

Výhody a nevýhody větrných elektráren se v různých provozních situacích částečně kompenzují. Stabilní a silné proudění větru není v Rusku běžným jevem, což brzdí rozvoj větrné energetiky ve srovnání s Evropou a Asií.

Ekonomické opodstatnění výstavby větrné elektrárny

Klady a zápory moderních větrných turbín spolu s jejich nedostatky naznačují, že v současné době mají v Rusku omezené uplatnění. Vysoké náklady na vybavení, průběžné provozní náklady a omezená životnost spotřebují velkou část vytvořených zisků. Toto tvrzení však není vždy pravdivé.

Při absenci jiných zdrojů energie nebo při existenci stabilních podmínek pro provoz větrných elektráren bude jejich použití opodstatněné. Velký význam zde mají větrné elektrárny, které kombinují větrné a dieselové generátory. Tyto stanice mohou zajistit nepřetržitou dodávku elektřiny a tepla, což umožňuje úsporu spotřeby paliva. Využití větrných elektráren v obytných budovách a soukromých domácnostech je přitom ekonomicky opodstatněné.

Je známo, že vliv větrných elektráren na životní prostředí je obecně považován za výrazně nižší než vliv jiných zdrojů energie, jako je uhlí nebo ropa. Všechny tyto aspekty je však nutné zohlednit při plánování a výstavbě větrných elektráren a přijmout opatření k minimalizaci jejich negativního vlivu na životní prostředí a zvířata.

Perspektivy rozvoje větrných elektráren

V oblasti obnovitelné energie sektor větrné energie rychle roste a jeho vyhlídky mají velký potenciál poskytovat energii všem oblastem společnosti. Několik klíčových bodů hovoří o vyhlídkách tohoto odvětví:

• Příležitost k rychlému růstu. Podle předpovědí Globální rady pro větrnou energii (GWEC) by do roku 2050 mohl podíl energie vyrobené větrem na celosvětové energetické bilanci dosáhnout 20 %. V důsledku toho se využití větrných turbín stane důležitým faktorem při zásobování průmyslovými podniky a obyvatelstvem elektřinou.
• Snížení nákladů. Náklady na výrobu energie z větrných elektráren se rok od roku snižují díky rozvoji technologií, rozšiřování výroby a optimalizaci procesů. Tento přístup činí větrnou energii na trhu konkurenceschopnější ve srovnání s tradičními zdroji energie.
• Inovace v technologii. Oblast větrné energie je v současné době ve stádiu aktivního výzkumu a zlepšování. Vyvíjejí se nové koncepce, jako jsou plovoucí větrné farmy a turbíny s vertikální osou, stejně jako kombinace větru s jinými zdroji energie, jako jsou solární panely a baterie.
• Šetrné k životnímu prostředí. Přírodní energie získávaná z větru je šetrná k životnímu prostředí a neznečišťuje ovzduší emisemi plynů a jiných škodlivých látek. Tato skutečnost z něj činí atraktivní nástroj pro boj se změnou klimatu a zlepšování životního prostředí.
• Podpora místní ekonomiky. Výstavba a provoz větrných elektráren přispívá k rozvoji místních ekonomik, vytváření pracovních míst a přilákání investic, což přispívá k celkovému růstu regionální infrastruktury.

Obecně lze říci, že vyhlídky rozvoje větrné energetiky jsou vcelku příznivé. V podstatě se jedná o efektivní a ekologicky šetrný zdroj energie, který se může významně podílet na zajištění energetické bezpečnosti společnosti a jejího udržitelného rozvoje.

Rozdíly mezi větrnými a tepelnými elektrárnami

Charakterizace	Větrná elektrárna	Тепловая эlektrostanция
Zdroj energie	Využívá větrnou energii	Používá palivo (uhlí, plyn, ropu atd.) k ohřevu vody a výrobě páry
Environmentální aspekty	Ekologické, žádné emise skleníkových plynů	Může způsobit významné emise škodlivých látek a skleníkových plynů
Spolehlivost a stabilita	Závisí na větrných podmínkách, méně předvídatelné	Stabilnější a spolehlivější v provozu
Prostorové požadavky	Vyžaduje velkou plochu pro umístění větrných turbín	Méně prostoru, ale vyžaduje infrastrukturu pro skladování paliva a manipulaci
Závislost na zdrojích	Má omezení při použití kvůli nestabilitě proudění větru	Méně závislý na přírodních faktorech, ale vyžaduje přístup k palivu

Při výběru mezi tepelnými elektrárnami (CHP) a větrnými elektrárnami je třeba zvážit mnoho faktorů. Existují však argumenty ve prospěch používání kombinované výroby tepla a elektřiny za určitých okolností. Na rozdíl od větrných turbín nejsou tepelné elektrárny závislé na přírodních jevech, jako je vítr. To umožňuje stabilnější výrobu energie ve srovnání s větrnými elektrárnami. To může být zvláště důležité pro regiony, kde je klíčové spolehlivé zásobování energií. Tepelné elektrárny mají také vyšší míru využití paliva, což jim umožňuje efektivněji využívat zdroje.

Závěr

Jednou z nejslibnějších a vysoce účinných metod výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů je využití větrných generátorů. Navzdory tomu mají své nevýhody. Mohou vytvářet vibrace a hluk, které mohou mít negativní dopad na životní prostředí. K úspěšnému fungování vyžadují stálý vítr, což omezuje jejich použití v některých regionech. Navzdory tomu se větrné turbíny stále zlepšují a stávají se stále více rozšířenými. Očekává se, že jejich využití se bude v budoucnu nadále zvyšovat. Očekává se, že v blízké budoucnosti budou hrát stále důležitější roli ve výrobě elektřiny a jejich význam bude jen narůstat.