Энергия ветра, также известная как энергия ветра, представляет собой способ использования ветра и превращения его в электричество. Средняя ветровая эффективность турбин составляет 35-45%.
Производство энергии ветра
Ветер возникает в земной атмосфере из-за разницы температур Земли на местном или региональном и глобальном уровнях. Когда тепло нагревается, оно поднимается, оставляя место с низким давлением воздуха; воздух из более прохладных регионов с более высоким давлением воздуха перемещается, чтобы выровнять давление воздуха.
Ветровые мельницы и турбины используют кинетическую энергию или «энергию движения», которая перемещает воздух или ветер из одного места в другое и преобразует его в электричество. Ветровые турбины устанавливают в ветреных местах, поэтому ветер может двигать лопасти турбин. Эти лопасти вращают двигатель, а шестерни увеличивают обороты настолько, чтобы производить электричество. Различные конструкции турбин подходят для разных условий.
КПД и коэффициент ветровой мощности
Эффективность ветра - это не то же самое, что коэффициент мощности ветра, который обсуждается, когда люди думают об энергоэффективности. Дозор Ветра объясняет разницу между этими двумя явлениями.
Эффективность ветра и ее предел
КПД ветра - это количество кинетической энергии ветра, которая преобразуется в механическую энергию и электричество. Законы физики, описанные Betz Limit, говорят, что максимальный теоретический предел составляет 59,6%. Ветру требуется остальная энергия, чтобы пронестись мимо лопастей. Это на самом деле хорошо. Если турбина удерживает 100% энергии, ветер перестанет дуть, и лопасти турбины не смогут вращаться для производства электроэнергии.
Однако в настоящее время ни одна машина не способна преобразовать все захваченные 59,6% кинетической энергии ветра в электричество. Существуют ограничения, связанные со способом изготовления и проектирования генераторов, которые еще больше уменьшают количество энергии, которая в конечном итоге преобразуется в мощность. Средний показатель в настоящее время составляет 35-45%, как отмечалось выше. По данным Wind Watch, максимальная производительность при пике может достигать 50%. В документе правительства Австралии (Новый Южный Уэльс) также утверждается, что 50% - это максимальная эффективность ветра, которую можно получить (стр. 3).
Энергоэффективность не меняется так сильно, как коэффициент мощности ветра, который во многом зависит от местоположения и погодных условий.
Коэффициент ветровой мощности
Коэффициент мощности ветра - это количество энергии, производимой генератором, по сравнению с тем, что он мог бы производить, если бы работал все время на пиковой мощности, согласно данным Green Tech Media. Коэффициент мощности ветра имеет тенденцию меняться от места к месту и в разное время года даже при использовании одних и тех же турбин, поскольку он зависит от скорости ветра, его плотности и омываемой площади, которая зависит от размера генератора, указывает Open EI.. Коэффициент ветровой мощности можно оптимизировать, выбирая места, где в течение всей или большей части года преобладают идеальные ветровые условия. Поэтому важно учитывать коэффициент мощности ветра и условия, влияющие на него, чтобы максимизировать выходную мощность.
- Скорость ветраниже 30 миль в час производит мало энергии по данным Wind Watch. Согласно Open EI, даже небольшое увеличение скорости может привести к существенному увеличению вырабатываемой мощности. Вырабатываемая электроэнергия - это куб скорости ветра, объясняет Wind EIS.
- Плотность воздуха больше в более прохладных регионах и на уровне моря, чем в горах. Таким образом, согласно Open EI, идеальными местами с высокой плотностью ветра являются моря с более низкой температурой. Это одна из причин широкомасштабного расширения морской ветрогенерации.
- Большие и высокие турбины могут использовать преимущества большего количества ветра выше над землей и увеличенного размаха их лопастей. Поэтому здесь важны экономические соображения.
Коэффициент мощности постоянно увеличивается за счет совершенствования технологий. По данным Green Tech Media, ветряные турбины, построенные в 2014 году, достигли коэффициента использования мощности 41,2% по сравнению с 31,2% для турбин, построенных в период с 2004 по 2011 год. Однако на коэффициент мощности ветра влияют не только технологии, но и сама доступность ветра. Так, в 2015 году коэффициент мощности турбин был ниже среднего показателя предыдущих лет из-за «ветровой засухи», поясняет Green Tech Media.
Сравнение с другими источниками питания
Энергоэффективность ветра выше, чем энергоэффективность угля. Только 29-37% энергии угля преобразуется в электричество, а газ имеет почти такую же эффективность, как ветер, поскольку 32-50% энергии газа можно преобразовать в электричество.
Однако, по данным Управления энергетической информации США (EIA), в 2016 году ископаемое топливо показало лучшие результаты, чем ветровая энергия, с точки зрения коэффициента мощности.
-
возобновляемые источники энергии против заводов Угольные электростанции в США работали на 52,7% своей мощности.
- Коэффициент мощности газовых электростанций в США составил 56%.
- Коэффициент использования мощности атомной энергетики составляет 92,5%, согласно данным EIA для неископаемого топлива.
- Коэффициент мощности гидроэлектростанции составил 38%.
- Коэффициент мощности ветроэнергетики составил 34,7%.
При сравнении выходной мощности разных источников энергии лучше учитывать не только коэффициент мощности, но и их энергоэффективность. Именно это делает увеличение производства электроэнергии с помощью ветра конкурентоспособным и осуществимым по сравнению с ископаемым топливом, которое также страдает от проблем с загрязнением, которое оно вызывает.
Периодичность влияет на выработку энергии ветра
Энергия ветра страдает от прерывистости, поскольку ветер не всегда доступен и может дуть с разной скоростью, а это означает, что энергия вырабатывается на непостоянном уровне. Прерывистость энергии - это явление, при котором энергия недоступна постоянно из-за множества факторов, которые люди не могут контролировать. Поэтому предложение варьируется.
Решения проблем с перебоями
Поскольку выработка электроэнергии ветряными турбинами колеблется от часа к часу или даже от секунды к секунде, поставщикам электроэнергии необходимо иметь большие запасы энергии, чтобы обеспечить и поддерживать постоянный уровень энергоснабжения, объясняет американский ученый. Прерывистость означает не только дефицит, но и периоды избытка; это также дает возможное решение. Американский учёный объясняет, что по мере увеличения количества источников ветровой энергии местные различия в погоде и ветровых условиях могут сбалансировать дефицит и избыток энергии.
Улучшенные прогнозы погоды и моделирование также облегчают учет даже краткосрочных изменений в энергии ветра. Сочетание источников также необходимо для выравнивания суточных или сезонных различий в выработке ветровой энергии.
Независимо от перебоев, новые ветряные электростанции, широко распространенные в США, фактически помогли стабилизировать электроснабжение, особенно во время экстремальных погодных условий в Техасе, согласно данным Clean Technica.
Стоимость
В 2017 году газета The Independent объявила, что производство энергии с помощью ветра обходится дешевле, чем с помощью ископаемого топлива. В 2017 году производство мегаватт-часа (МВтч) стоило 50 долларов. Благодаря совершенствованию технологий затраты продолжают падать, что делает его более привлекательным, чем традиционные источники энергии, загрязняющие окружающую среду. США надеются стимулировать это движение, предоставляя государственные стимулы для увеличения доли ветровой энергии, которая, по данным EIA, обеспечила 6% электроэнергии в 2016 году.
Wind EIS отмечает, что 80% затрат - это капитальные затраты, связанные с установкой турбин, а 20% - эксплуатационные. Однако, поскольку при этом не требуются затраты на топливо и учитывая мощность, вырабатываемую на протяжении всего жизненного цикла, энергия ветра является конкурентоспособной.
Безуглеродная энергия
Энергия ветра - одна из наиболее эффективных альтернатив энергии ископаемого топлива. Прогнозируется, что к 2050 году 139 стран, которые в настоящее время используют 99% мировой энергии, смогут использовать 100% возобновляемую энергию. Согласно отчету Всемирного форума за 2017 год, ветер и солнечная энергия вместе могут обеспечить до 97% этой энергии. Это может помочь сдержать рост глобального потепления до уровня ниже 1,5°C. Будь то ветряная электростанция на склоне холма или вдоль береговой линии, технология ветряных турбин предлагает гораздо более эффективный способ выработки полезной электроэнергии, чем традиционные невозобновляемые источники.
