Преобразование ветра в электричество, или: двойное

Человечество на протяжении веков собирало энергию ветра. Эта практика восходит, по крайней мере, к Персии 8-го века, где появились первые известные исторические записи о ветряных мельницах, но, вероятно, она простирается еще дальше. По сравнению с обширной историей использования энергии ветра непосредственно для таких целей, как помол зерна, перекачивание воды, распиловка древесины или производство тканей, производство электроэнергии все еще является относительно новым явлением. Несмотря на это, есть несколько интригующих способов использования ветра для производства электроэнергии. Из-за непредсказуемой природы ветра в любой момент использовать его для вращения большого подключенного к сети генератора не так просто, как может показаться. Давайте рассмотрим четыре типа конфигураций ветряных турбин и то, как каждая из них справляется с внезапными изменениями скорости ветра.

Однако во-первых, важно отметить, что режимы ветра порядка года и более в любой конкретной местности хорошо известны и используются при проектировании ветряных электростанций. Более того, прогнозы скорости ветра на более короткие сроки, например на день или неделю, также достаточно точны, чтобы получить очень точную оценку возможностей производства электроэнергии в этих временных масштабах, хотя существует широко распространенное общественное заблуждение, что ветер не является надежным источником электроэнергии, потому что не всегда дует. Наоборот; Чрезвычайно точные прогнозы средней скорости ветра доступны на несколько часов и дней вперед благодаря тому, насколько хорошими стали прогнозы погоды за последние несколько десятилетий, что позволяет производителям, таким как заводы по производству ископаемого топлива, сокращать производство по мере того, как становится доступным больше ветровой генерации с большим количеством предупреждений.

Несмотря на то, что долгосрочные и краткосрочные прогнозы ветра чрезвычайно надежны, с порывами ветра гораздо труднее бороться, и они остаются проблемой для любой ветряной турбины. Хотя может быть легко предположить, что турбина просто применяет механический тормоз для замедления вращения при порыве ветра, для больших турбин это, как правило, экономически невыгодное решение. Это означало бы постоянную отправку технических специалистов для замены тормозных колодок, не говоря уже о механических нагрузках на турбину, которые могло бы вызвать постоянное торможение. Хотя существуют также системы шага лопастей, также известные как аэродинамические тормоза, которые могут поворачивать лопасти (или только кончики лопастей) против ветра или против него, чтобы оставаться как можно ближе к идеальной расчетной скорости вращения турбины, эти параметры шага системы все еще слишком медленны для некоторых порывов ветра.

Однако механические тормоза необходимы. Обычно они используются только во время аварийной остановки, когда техник подвергается физической опасности, в качестве последнего средства для предотвращения серьезного превышения скорости в случае отказа системы шага лопаток или для временной «парковки» ротора турбины во время определенных процессов технического обслуживания только после были задействованы аэродинамические тормоза. Автономные турбины, например, ожидающие замены генератора или коробки передач, также не могут использовать тормоз в течение длительного времени, поскольку турбины с лопастями, направленными против ветра, могут без риска «вращаться» в течение длительных периодов времени даже при сильном ветре.

Даже для задач технического обслуживания, требующих полной остановки вращения турбины, их обычно используют только на время, достаточное для установки механизма блокировки ротора. Вместо использования этих тормозов для контроля скорости вращения во время работы были найдены гораздо более умные электрические решения проблемы порывов ветра, которые уменьшают количество потраченной впустую энергии, уменьшают объем технического обслуживания, которое в противном случае пришлось бы проводить в тормозных системах. , и который иногда может собирать энергию из самого порыва ветра. Первое решение невероятно простое.

Ветряная турбина типа 1, которую иногда называют турбиной с фиксированной скоростью, на самом деле не особо заботится о кратковременных, переходных изменениях скорости ветра. Использование свойств, присущих индукционному генератору, решает эту проблему без особых усилий. В этой конфигурации выход генератора подключен непосредственно к сети, и инерция сети поддерживает правильную скорость вращения. При появлении порыва генератор просто «проскальзывает» немного выше своей синхронной скорости, а затем возвращается в нормальное состояние после того, как поглотит порыв. Если порыв слишком силен, турбины этой категории также могут использовать электрический «тормоз», который сбрасывает избыточную энергию в блок резисторов или аналогичное устройство, слегка замедляя турбину.