Turbină eoliană mică - Small wind turbine

Diagrama unei mici turbine eoliene și repeller.
O moară eoliană de 1 kW instalată în suburbiile Lahore , Pakistan .
Putere mică a turbinei eoliene

Turbinele eoliene mici , cunoscute și sub numele de micro turbine eoliene, sunt utilizate pentru microgenerarea energiei electrice, spre deosebire de turbine eoliene comerciale mari, cum ar fi cele găsite în parcurile eoliene . Turbinele eoliene mici au deseori sisteme pasive de gif , spre deosebire de cele active. Acestea folosesc un generator de acționare directă și folosesc o aripă de coadă pentru a indica spre vânt, în timp ce turbinele mai mari au transmisii cu transmisie orientate în mod activ spre vânt.

Turbinele eoliene mici produc de obicei între 500 W și 10 kW de putere, deși turbinele mai mici pot fi la fel de mici ca un generator de energie auxiliară de 50 W pentru o barcă, o rulotă sau o unitate frigorifică în miniatură, iar Asociația Canadiană pentru Energie Eoliană (CanWEA) definește „vânt mic” de până la 300 kW. Standardul IEC 61400 definește turbinele eoliene mici ca turbine eoliene cu o suprafață de rotor mai mică de 200 m 2 , generând o tensiune sub 1000 Va.c. sau 1500 Vd.c.

Proiecta

Lame

Palele de turbină la scară mai mică au de obicei 1,5 până la 3,5 metri (4 ft 11 in – 11 ft 6 in) în diametru și produc 0,5-10 kW de energie electrică la viteza lor optimă de vânt. Majoritatea turbinelor eoliene mici sunt turbine eoliene tradiționale cu ax orizontal . În unele situații, turbinele eoliene cu ax vertical au avantaje operaționale în întreținere și amplasare datorită simplității lor, totuși VAWT-urile sunt mai puțin fiabile decât HAWT-urile și sunt mai puțin eficiente la transformarea vântului în electricitate. Raportul dintre viteza vârfurilor lamei și viteza vântului se numește raportul vitezei vârfului . Aceasta trebuie menținută într-un punct optim de eficiență. Un raport ridicat de ridicare-tragere va crește, în general, și eficiența.

Turbinele eoliene mici montate la sol sunt de obicei susținute de patru fire tip și un stâlp de gin folosit pentru ridicarea și coborârea turnului. Sunt disponibile seturi complete de montare numite „seturi turn”.

Este disponibilă o gamă de materiale sintetice, inclusiv polimeri armați cu fibră de carbon, nanocompozite și E-sticlă-poliester. Deși fibrele naturale sunt susceptibile la variații de calitate, absorbție ridicată a umidității și stabilitate termică scăzută care le fac nedorite pentru lame mai mari, turbinele mici pot profita în continuare de ele. Lemnul poate fi folosit, iar tipul de lemn trebuie ales în funcție de disponibilitate, cost și timp de creștere, densitate medie, rigiditate ridicată și tensiune de rupere. Acoperirile sunt utilizate în general pentru a reduce umiditatea, iar smalțul alb cu grund s-a dovedit a fi deosebit de eficient. Molidul Sitka (folosit în elice) și Bradul Douglas au fost folosiți în palele turbinei. Nepal a folosit turbine cu lamă mică din lemn acoperit, inclusiv lemn de Sal , Saur , Sisau , Uttish , Tuni , Okhar , pin și lakuri. Dincolo de lemn, compozitele pe bază de bambus pot fi, de asemenea, utilizate atât în ​​turbine eoliene mari, cât și mici, datorită densității reduse și capacității de sechestrare a carbonului - ceea ce face ca materialele din bambus să fie ecologice. Mai mult, față de lemn, bambusul are o rezistență la rupere mai mare, o rezistență mai mare, costuri mai mici de procesare și o rată de creștere rapidă. Dezvoltările continue ale materialelor includ laminate de bambus folosind rășini și materiale hibride din fibre de carbon din bambus. Cânepa, inul, lemnul și bambusul sunt toate materiale candidate pentru lama pentru turbine mici.

Plasament

Turbinele eoliene suficient de mici pentru a fi ținute de o singură țeavă de oțel sunt adesea fixate cu placa de bază a schelei montată pe o fundație de beton. Un design articulat permite coborârea ușoară pentru întreținere.

Turbinele eoliene mici necesită o viteză minimă a vântului pentru a începe generarea, numită viteză de intrare. Această viteză este de obicei de aproximativ 4 metri pe secundă (8,9 mph), deși unele turbine eoliene mici pot fi proiectate să funcționeze la viteze mai mici ale vântului. Turbinele sunt adesea montate pe un turn pentru a le ridica deasupra oricăror obstacole din apropiere. O regulă de ansamblu este că turbinele ar trebui să fie cu cel puțin 9 m (30 ft) mai mari decât orice în limita a 150 m (490 ft). Locațiile mai bune pentru turbinele eoliene sunt departe de obstacolele mari în direcția vântului. Măsurătorile efectuate într-un tunel de vânt al stratului limită au indicat faptul că efectele dăunătoare semnificative asociate obstacolelor din apropiere se pot extinde până la 80 de ori înălțimea obstacolului în direcția vântului. Cu toate acestea, acesta este un caz extrem. O altă abordare a amplasării unei mici turbine este utilizarea unui model de adăpost pentru a prezice modul în care obstacolele din apropiere vor afecta condițiile locale ale vântului. Modelele de acest tip sunt generale și pot fi aplicate pe orice site. Acestea sunt adesea dezvoltate pe baza măsurătorilor efective ale vântului și pot estima proprietățile de curgere, cum ar fi viteza medie a vântului și nivelurile de turbulență într-o locație potențială a turbinei, ținând cont de dimensiunea, forma și distanța până la obstacolele din apropiere.

Pe un acoperiș se poate instala o mică turbină eoliană. Problemele de instalare includ apoi rezistența acoperișului, vibrațiile și turbulența cauzată de pervazul acoperișului. Turbinele de pe acoperiș la scară mică suferă de turbulențe și rareori generează cantități semnificative de energie, în special în orașe.

Cablare

O schemă de cablare la nivel înalt pentru un sistem eolian / PV hibrid în afara rețelei.

Generatoarele pentru turbine eoliene mici sunt de obicei generatoare de curent alternativ trifazate și tendința este de a utiliza tipul de inducție , deși unele modele utilizează generatoare monofazate sau ieșire de curent continuu .

După trecerea firului de curent alternativ trifazat printr-un inel de alunecare și până la capătul de recepție, se folosește un redresor trifazat pentru a converti AC în DC rectificat pentru încărcarea bateriei, în special în sistemele solare de alimentare hibridă . Redresorul trebuie montat pe un radiator pentru răcire, cu opțiunea de a adăuga un ventilator de computer care este activat de un întrerupător termic bimetal pentru răcire activă.

Un redresor trifazat utilizat pe o turbină eoliană urbană montată pe acoperiș.

Capătul CC al redresorului este apoi conectat la baterii. Această conexiune ar trebui să fie cât mai scurtă posibil pentru a evita pierderile de energie, de obicei cu un wattmetru digital manevrat între ele pentru monitorizare. Bateriile sunt apoi conectate la un invertor de putere , care convertește puterea înapoi la curent alternativ la o frecvență constantă pentru conectivitatea la rețea și utilizarea finală.

Rezistențele sunt utilizate ca o sarcină de deviere care protejează turbina în caz de vânt puternic.

Frânarea dinamică reglează viteza prin evacuarea excesului de energie printr-o sarcină rezistivă în timpul vânturilor puternice pentru a preveni deteriorarea turbinei. Rezistența dinamică de frânare este adesea numită sarcină de deviere sau încărcare de descărcare. Frânarea dinamică este realizată de un controler care este activat atunci când bateriile depășesc o anumită tensiune, care pornesc sarcina de descărcare printr-un solenoid sau un releu DC / DC solid , acesta din urmă având avantajul suplimentar de „ dacă nu se deschide ". Controlerul trebuie reglat corect pentru a evita oscilațiile parazite , care pot fi realizate prin adăugarea unei funcții de întârziere sau prin utilizarea unui controler de încărcare PWM stoc bine conceput, care acceptă o funcție de deviere.

Cablul rezistent la radiațiile UV și la fluctuațiile de temperatură, cum ar fi cablul solar , trebuie utilizat în cazurile în care cablajul este expus elementelor. Indicatorul de sârmă de pe întregul sistem trebuie să fie adecvat pentru cantitatea de curent care îl traversează. Rezistența firului, care crește liniar cu lungimea sa, nu ar trebui să creeze o cădere de tensiune mai mare de 2-5% din căderea totală de tensiune.

Piețe

Japonia

În iulie 2012, a intrat în vigoare un nou tarif de alimentare, aprobat de ministrul japonez al industriei, Yukio Edano, promițând să stimuleze producția de energie eoliană și solară a țării. Țara își propune să crească investițiile în energie regenerabilă parțial ca răspuns la criza de radiații din Fukushima din martie 2011. Tariful de alimentare se aplică panourilor solare și turbinelor eoliene mici și solicită utilităților să răscumpere electricitatea generată din surse regenerabile de energie la guvern - tarife stabilite.

Energia eoliană la scară mică (turbine cu o capacitate mai mică de 20 kW) va fi subvenționată cu cel puțin 57,75 JPY (aproximativ 0,74 USD pe kwh).

Regatul Unit

Proprietățile din zonele rurale sau suburbane ale Regatului Unit pot opta pentru o turbină eoliană cu invertor pentru a suplimenta puterea rețelei locale. Schema de certificare a microgenerării din Marea Britanie (MCS) oferă tarife de alimentare proprietarilor de mici turbine eoliene calificate.

Statele Unite

Un turn eolian la scară mică în Indiana rurală, Statele Unite

Turbinele eoliene mici au adăugat un total de 17,3 MW de capacitate de producție în toate Statele Unite în 2008, potrivit Asociației Americane pentru Energie Eoliană (AWEA). Această creștere a egalat o creștere de 78% pe piața internă a turbinelor eoliene mici, care sunt definite ca turbine eoliene cu capacități de 100 kW sau mai puțin. „Studiul de piață globală eoliană 2009” al AWEA, publicat la sfârșitul lunii mai 2009, a atribuit creșterea parțială unor volume mai mari de producție, întrucât industria a reușit să atragă investiții private suficiente pentru a finanța extinderile fabricilor. De asemenea, a creditat creșterea prețurilor la electricitate și o mai mare conștientizare a publicului cu privire la tehnologiile eoliene pentru o creștere a vânzărilor rezidențiale.

În 2019, o mare parte din cererea SUA pentru turbine eoliene mici a fost pentru generarea de energie electrică în locații îndepărtate și în scopul evaluării amplasamentului pentru instalații eoliene pe scară largă.

De asemenea, industria eoliană mică din SUA beneficiază de piața globală, deoarece controlează aproximativ jumătate din cota de piață globală. Producătorii americani au strâns 77 de milioane de dolari din cei 156 de milioane de dolari cheltuiți în întreaga lume pentru instalații mici de turbine eoliene. Un total de 38,7 MW de putere eoliană mică a fost instalat la nivel global în 2008.

În Statele Unite, turbinele eoliene rezidențiale cu puteri de 2-10 kW costă de obicei între 12.000 USD și 55.000 USD instalate ( 6 USD pe watt), deși există stimulente și reduceri disponibile în 19 state care pot reduce prețul de achiziție pentru proprietarii de case cu până la 50 la sută, la 3 dolari pe watt. Producătorul SUA Southwest Windpower estimează că o turbină își va plăti singură economiile de energie în 5-12 ani.

Modelele dominante de pe piață, în special în Statele Unite, sunt turbinele eoliene cu axă orizontală .

Pentru a permite consumatorilor să ia o decizie în cunoștință de cauză atunci când achiziționează o turbină eoliană mică, o metodă de etichetare a consumatorilor a fost dezvoltată de IEA Wind Task 27 în colaborare cu IEC TC88 MT2. În 2011, IEA Wind a publicat o practică recomandată, care descrie testele și procedurile necesare pentru aplicarea etichetei.

Croaţia

Sistem hibrid, turbine eoliene de 2400W, module solare de 4000W , insula Žirje , Croația

Croația este o piață ideală pentru turbinele eoliene mici datorită climatului mediteranean și a numeroaselor insule fără acces la rețeaua electrică. În lunile de iarnă, când este mai puțin soare, dar mai mult vânt, turbinele eoliene mici sunt un excelent supliment la siturile izolate de energie regenerabilă ( GSM , stații, porturi etc.). Astfel, energia solară și eoliană furnizează energie constantă pe tot parcursul anului.

Germania

În Germania, tariful de alimentare pentru turbinele eoliene mici a fost întotdeauna același ca și pentru turbinele mari. Acesta este principalul motiv pentru care sectorul micilor turbine eoliene din Germania s-a dezvoltat lent. În schimb, sistemele fotovoltaice mici din Germania au beneficiat de un tarif ridicat de alimentare, uneori peste 50 Euro-cent pe kilowatt oră.

În august 2014, legea germană privind energiile regenerabile a fost ajustată, afectând și tarifele de alimentare pentru turbinele eoliene. Pentru funcționarea unei mici turbine eoliene cu o capacitate sub 50 kilowati, tariful se ridică la 8,5 Euro-Cent pe o perioadă de 20 de ani.

Datorită tarifului redus de alimentare și a prețurilor ridicate la electricitate din Germania, funcționarea economică a unei turbine eoliene mici depinde de o rată mare de autoconsum a energiei electrice produse de turbina eoliană mică. Gospodăriile private plătesc în medie 28% pe kilowatt-oră pentru electricitate (19% TVA inclus).

Ca parte a legii germane privind energia regenerabilă din 2014, a fost introdusă o taxă pentru energia electrică autoconsumată în august 2014. Regulamentul nu se aplică centralelor electrice mici cu o capacitate sub 10 kilowați. Cu o sumă de 1,87 euro-cenți, taxa este mică.

de fabricație

Construcție DIY

Unii pasionați au construit turbine eoliene din kituri, componente provenite sau de la zero. Turbinele eoliene DIY sunt de obicei turbine mai mici (pe acoperiș) de aproximativ 1 kW sau mai puțin. Aceste turbine eoliene mici sunt , de obicei prelate-up sau fixe / guyed turnuri.

Do it yourself sau construcția de turbine eoliene DIY a fost popularizată de reviste precum OtherPower și Home Power .

Organizațiile ca acțiune practică au proiectat turbine eoliene DIY care pot fi ușor construite de comunitățile din țările în curs de dezvoltare și furnizează documente concrete despre cum să facă acest lucru.

Producția locală

Proiectele de turbine eoliene mici DIY datează de la începutul anilor 1970 și au fost dezvoltate în continuare de mișcarea înapoi la sol de la sfârșitul anilor 1970 în Statele Unite și Europa.

Turbinele eoliene mici fabricate local, fiind la scară mică, cu costuri reduse, încorporate social, adoptive în contextele locale și bazate pe schimbul deschis de cunoștințe, au fost încadrate sau asociate cu perspectivele tehnologiei adecvate sau intermediare , a tehnologiei conviviale, descreștere , proiectare deschisă și fabricație deschisă .

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare

  • Dan Fink; Dan Bartmann (2008). Energie eoliană Homebrew . Buckville Publications LLC. ISBN 978-0-9819201-0-8.CS1 maint: mai multe nume: lista autorilor ( link )

linkuri externe