Мегаконструкции. Самые большие ветрогенераторы
Siemens SWT-7.0-154
Кто говорил, что ветряки не способны конкурировать по мощности с атомными электростанциями? Посмотрите на самую большую в мире ветроэлектрическую установку Siemens SWT-7.0-154. С площадью ометания 18 600 м² этот гигант в одиночку генерирует максимальную мощность 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. Несколько сотен таких ветряков — и вот вам атомная электростанция.
SWT-7.0-154 — это флагманская модель компании Siemens. В её названии зашифрованы генерируемая мощность (7 МВт) и диаметр ротора с лопастями (154 м). Она пришла на смену предыдущему флагману SWT-6.0-154, от которого практически не отличается по техническим спецификациям, но оснащён более мощными магнитами. Более сильное магнитное поле позволяет генерировать больше электроэнергии при том же диаметре. Другими словами, в этой ВЭН параметр снимаемой мощности с квадратного метра площади ометания выше примерно на 16,7%.
Ветрогенератор включается в работу на минимальной скорости ветра 3-5 м/с, а генерируемая мощность поступательно растёт до максимальной 7 МВт при скорости ветра 13-15 м/с. При достижении скорости ветра 25 м/с генерация прекращается.
Казалось бы, на таких скоростях ветра лопасти ВЭУ должны вращаться быстро, но это совершенно не так. На самом деле они вращаются неторопливо и степенно, делая всего 5-11 оборотов в минуту. То есть полный оборот три лопасти совершают примерно за 5-12 секунд, в зависимости от скорости ветра.
Более сильное магнитное поле в новой модели означает также и то, что эту турбину труднее раскрутить. Для достижения той же скорости вращения 5-11 оборотов в минуту и максимальной генерируемой мощности (7 МВт вместо 6 МВт) этой турбине требуется повышенная скорость ветра: 13-15 м/с вместо 12-14 м/с. Соответственно, и начальная скорость ветрогенерации у неё выше. Вот почему данная модель-гигант наиболее оптимально подходит для размещения на территориях с относительно сильными ветрами, лучше всего в море.
Внутри турбины нет редуктора (коробки передач) — здесь работает система прямого привода, подключенная к синхронному генератору переменного тока с постоянными магнитами. Поскольку скорость генератора определяет напряжение и частоту тока, то «грязный переменный ток» преобразуется в постоянный ток, а затем преобразуется обратно в переменный ток перед подачей в сеть.
В последние годы в области ветряной энергетики происходит очень быстрый научно-технический прогресс. Буквально каждый год появляются новые модели ВЭУ большей мощности и эффективности. Большие и маленькие, рассчитанные на целые посёлки или отдельные дома, на большую скорость ветра в море или на среднюю скорость ветра над крышей частного дома.
Например, мировой рекорд по максимальной генерируемой мощности принадлежит вовсе не Siemens, а другой турбине ещё одного немецкого производителя Enercon E126, которая выдаёт до 7,58 МВт. На видео показан процесс установки такой турбины.
Высота стойки Enercon E126 — 135 м, диаметр ротора — 126 м, общая высота вместе с лопастями — 198 м. Общий вес фундамента турбины — 2500 тонн, а самого ветрогенератора — 2800 тонн. Только электрогенератор весит 220 тонн, а ротор вместе с лопастями — 364 тонны. Общий вес всей конструкции со всеми деталями — 6000 тонн. Первая установка подобного типа была установлена около немецкого Эмдена в 2007 году, хотя в той модификации максимальная мощность была меньше.
Почему ветряки не заменят АЭС
Одна из самых последних строящихся в Восточной Европе атомных станций — Белорусская АЭС — получит два энергоблока с реакторами ВВЭР-1200 мощностью по 1200 МВт. Казалось бы, несколько сотен ветряков Siemens сравнятся с атомной электростанцией. Стоимость строительства примерно одинаковая, зато «топливо» бесплатное. Что интересно, Белорусскую АЭС как раз строят в районе, где по климатическим данным за 1962-2000 годы почти самая высокая среднегодовая скорость ветра в Беларуси. Но в реальности эта «самая большая» среднегодовая скорость ветра — всего лишь около 4 м/c (на высоте 10 м), чего едва хватит для запуска ВЭУ на минимальной мощности.
Перед установкой следует сверяться с годовой картой ветров в районе дислокации с данными средней удельной мощности ветрового потока на высоте 100 м и выше. Хорошо бы составить такие карты для всей территории страны, чтобы найти места наиболее оптимального строительства ВЭУ. Нужно иметь в виду, что скорость ветра сильно зависит от высоты, что хорошо известно жителям высотных домов. В обычных прогнозах погоды по ТВ сообщают скорость ветра на высоте 10 м над землёй, а для ветровой турбины следует измерять скорость на высоте 100-150 м, где ветры гораздо сильнее.
Так что наиболее оптимально такие гиганты подходят для установки в море, в нескольких километрах от побережья, на большой высоте. Например, если установить такие установки вдоль северного побережья России с шагом 200 метров, то максимальная мощность массива составит 690,3 ГВт (побережье Северного Ледовитого океана составляет 19724,1 км). Скорость ветра там должна быть приемлемая, только при заливке фундаментов придётся иметь дело с вечной мерзлотой.
Правда, по стабильности работы ВЭУ никогда не сравнятся с АЭС или ГЭС. Здесь энергетикам приходится постоянно следить за прогнозом погоды, потому что генерируемая мощность напрямую зависит от скорости ветра. Ветер должен быть не слишком сильным и не слишком слабым. Хорошо, если в среднем ВЭУ будут выдавать хотя бы треть от максимальной мощности.
Где находится самый большой ветрогенератор в мире
Обновлено: 16 января 2021
Выработка электрического тока с помощью ветрогенератора напрямую зависит от его размеров. Чем больше магниты, катушки и прочие элементы, тем мощнее будет ток, ими созданный. Вопреки бытующему мнению о непобедимости гидроэлектростанций, преобладающему в нашей стране, западные инженеры демонстрируют высокую эффективность ветрогенераторов, которые в Европе и США распространены в гораздо большей степени. Разработки мощных устройств ведутся довольно давно, достигнуты немалые успехи. Рассмотрим наиболее заметные из них.
Какой ветрогенератор самый большой
Самым большим ветрогенератором в мире на сегодняшний день считается детище немецких инженеров из Гамбурга Энеркон Е-126. Запуск первой турбины был осуществлен в Германии в 2007 году, неподалеку от Эмдена. Мощность ветряка составляла 6 Мвт, что на тот момент являлось максимумом, но уже в 2009 году была произведена частичная реконструкция, в результате которой мощность возросла до 7, 58 Мвт, что вывело турбину в мировые лидеры.
Это достижение было весьма значимым и поставило ветровую энергетику в ряд полноценных лидеров в мире. Отношение к ней изменилось, из разряда довольно робких попыток получить серьезные результаты отрасль перешла в категорию крупных производителей энергии, заставляя подсчитывать экономический эффект и перспективы ветроэнергетики в ближайшее время.
Пальму первенства перехватила MHI Vestas Offshore Wind, чьи турбины имеют заявленную мощность 9 Мвт. Установка первой такой турбины была закончена в конце 2016 года с рабочей мощностью 8 Мвт, но уже в 2017 году был зафиксирован 24-часовой режим работы на мощности в 9 Мвт, полученной на турбине Vestas V-164.
Такие ветряки имеют поистине колоссальные размеры и устанавливаются, чаще всего, на шельфе западного побережья Европы и в Великобритании, хотя отдельные экземпляры имеются и на Балтике. Объединенные в систему, такие ветрогенераторы создают суммарную мощность в 400-500 Мвт, составляя значительную конкуренцию гидроэлектростанциям.
Установка подобных турбин производится в местах с преобладанием достаточно сильных и ровных ветров, и таким условиям в максимальной степени соответствует морское побережье. Отсутствие естественных преград для ветра, постоянный и стабильный поток позволяют организовать наиболее благоприятный режим функционирования генераторов, повышая их эффективность до наиболее высоких значений.
Технические характеристики
Размеры таких турбин впечатляют:
Необходимо учитывать, что мощность этих сооружений нельзя рассматривать как нечто постоянное и неизменное. Она целиком зависит от скорости и направления ветра, который существует по своим законам. Поэтому общая выработка энергии намного меньше, чем максимальные значения, полученные для определения возможностей турбин. И, тем не менее, крупные комплексы (ветропарки), состоящие из десятков турбин, объединенных в единую систему, способны обеспечивать электроэнергией потребителей в масштабах достаточно большого государства.
Какие аналоги существуют, их рабочие параметры
Производителей ветровых электрогенераторов в мире довольно много, и все они стремятся к увеличению размеров своих турбин. Это прибыльно, позволяет увеличить производительность своих изделий, повысить количество вырабатываемой энергии и заинтересовать крупные компании и правительства в продвижении программы ветроэнергетики. Поэтому практически все крупные производители активно выпускают сооружения максимальной мощности и размеров.
Следует отметить, что бесконечно наращивать размеры ветряков невозможно, поскольку с каждым метром высоты увеличивается вес и материалоемкость турбин, срок окупаемости которых уже перевалил за 40 лет.
Среди наиболее заметных компаний-изготовителей больших ветрогенераторов можно отметить уже упоминавшиеся MHI Vestas Offshore Wind, Эркон. Кроме того, известны турбины Haliade150 или SWT-7.0-154 от известной компании Siemens. Перечислять производителей и их продукцию можно достаточно долго, но эта информация несет мало пользы. Главное — это развитие и продвижение ветроэнергетики в промышленных масштабах, использование энергии ветра в интересах человечества.
Технические характеристики ветрогенераторов от разных производителей приблизительно равны. Это равенство обусловлено использованием практически одинаковых технологий, соблюдением характеристик и параметров сооружений в единой размерности. Создание более крупных ветряков на сегодняшний день не планируется, так как каждый такой гигант стоит огромных денег и требует значительных расходов на обслуживание и содержание.
Ремонтные работы на подобном сооружении обходятся в значительные суммы, если увеличивать размеры, то рост расходов пойдет в геометрической прогрессии, что автоматически вызовет рост цен на электроэнергию. Такие изменения крайне губительны для экономики и вызывают у всех серьезные возражения.
Сравнение с традиционными электростанциями, стоит ли ожидать перехода на ветровую энергетику?
Переход на ветровую энергетику возможен там, где для нее не имеется достойной альтернативы. Если для стран Западной Европы создание гидроэлектростанций затруднено или вовсе невозможно, то, естественно, им приходится искать выход из положения, используя альтернативные источники энергии.
Атомные электростанции подвергаются постоянной критике за использование «грязных» источников, создающих опасность распространения радиационного заражения. Кроме того, отходы ядерной энергетики требуют соответствующей утилизации или хранения, для чего в перенаселенной Европе нет места или условий. Для государств, расположенных на побережье Атлантического океана использование крупных ветряков является необходимостью, тем более, что такой способ получения энергии для них вполне подходит.
Для России, как государства, имеющего большое количество рек, что создает массу возможностей для гидроэнергетики, создание крупных ветряков экономически нецелесообразно.
Другое дело, что развивать и продвигать это начинание необходимо, особенно в относительно небольших, местных масштабах. Возможность получения энергии при небольших вложениях весьма привлекательно для жителей таких регионов, заставляет внимательнее рассматривать ветроэнергетику как один из возможных источников.
Гигантские ветряки — самые большие ветрогенераторы в мире: GE Haliade-X, Enercon, Siemens, LM
Ветрогенераторы или ветряки — это ветроэлектрические установки (сокращенно ВЭУ), которые служат для преобразования кинетической энергии воздушного потока ветра в механическую энергию вращения ротора для преобразования такого вращения в электрическую энергию.
Промышленные ветрогенераторы, как правило, устанавливаются либо государством, либо крупными энергетическими корпорациями, из-за высокой стоимости как самих ветряков, так и создания инфраструктуры для их функционирования. Чаще всего ветряки объединяют в сеть, чтобы обеспечить более высокую мощность — такие сети ВЭУ представляют собой ветровые электростанции, которых всё больше и больше появляется на планете за последние десятилетия.
Обычно ветроэлектрическая установка состоит из мачты, ротора с лопастями, ветротурбины и электрогенератора. Но разные производители ветряков могут использовать различные конструкционные материалы и запатентованные узлы и агрегаты в конструкции своих ветрогенераторов.
Проблемы эксплуатации промышленных ветрогенераторов
Одной из серьезных проблем эксплуатации промышленных ветрогенераторов является обледенение лопастей генератора при отрицательных температурах окружающей среды, ведь сильное обледенение может значительно увеличить массу лопастей, что приведет к падению производительности, и повышению нагрузок на ротор ветроэлектрической установки.
Шум и вибрацию можно назвать второй по значимости проблемой эксплуатации ветряков — в непосредственной близости от ветрогенератора уровень громкости может превышать 100 дБ для промышленной ВЭУ. Например, в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании приняты отдельные законы, ограничивающие уровень шума для ветряных электростанций до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью, при этом законодательство этих стран регулирует и минимальное расстояние от промышленного ветряка до жилых домов — оно не может быть меньше 300 метров.
Самые большие ветряки в мире
Огромные ветрогенераторы можно классифицировать как по геометрическим размерам, так и по величине вырабатываемой мощности, ведь самый большой еще не означает самый мощный!
Ветрогенератор Enercon E-126 — диаметр лопастей 126 м
Высота башни этого огромного ветрогенератора Enercon E-126 составляет 135 метров, при этом диаметр размаха лопастей составляет 126 метров при общей высоте почти 200 метров над землей.
При оптимальном ветре промышленный ветрогенератор Enercon E-126 способен вырабатывать до 7,58 мегаватт электроэнергии.
Первый такой внушительный ветряк был установил еще в 2007 году в Германии. Стоит Enercon E-126 в районе 14 миллионов долларов (не считая стоимость доставки, монтажа и пусконаладочных работ).
Ветрогенератор Siemens SWT-6.0 — диаметр лопастей 154 метров
Огромный ветрогенератор Siemens SWT-6.0-154 при идеальной скорости ветра (13-15 м/с) способен генерировать мощность до 6 МВт.
На текущее время Siemens выпустил обновленную версию этой ВЭУ с таким же диаметром лопастей в 154 метра, но 1 мегаватт большей мощности.
Интересно, что при оптимальном ветре лопасти этого ветряка вращаются со скоростью всего лишь 5-11 оборотов в минуту.
Ветрогенератор LM 88.4 P — диаметр лопастей 180 метров
Огромный ветрогенератор LM 88.4 P разработан несколько лет назад в Голландии и при оптимальных условиях производит 8 мегаватт электроэнергии.
Заявленный срок службы одного комплекта лопастей этого ветряка составляет 25 лет. Такая установка способна в течении почти четверте века обеспечивать электроэнергией больше 10 000 частных домов.
При транспортировке лопастей для монтажа первого ветрогенератора LM 88.4 P привлекались корабли и огромные плавающие краны, с помощью которых эти морские ветряки устанавливаются в прибрежных водах.
Для создания ветрогенератора LM 88.4 P компания LM Wind Power воспользовалась разработками производителя ветрогенерационной техники Adven — именно турбина Adven AD8-180 (одну из самых крупнейших в мире) устанавливается на ветряке LM 88.4 P.
Ветрогенератор Haliade-X — диаметр лопастей 220 метров
А теперь расскажем про рекордсмена — самый большой в мире ветрогенератор Haliade-X 12 MW, создание которого было анонсировано американской корпорацией General Electric в 2018 году для британской компании Offshore Renewable Energy (ORE) Catapult.
В США для британских заказчиков General Electric начал создавать серию самых больших в мире ветряков, которые в количестве 24 штук способны генерировать до 288 мегаватт электроэнергии в сутки при оптимальной скорости ветра.
Уже в 2021 году GE планирует провести все необходимые тесты и получить сертификат на работу ветряной электростанции на базе 24 самых больших в мире ветряков Haliade-X 12 MW.
При этом General Electric уже сейчас анонсировал разработку еще более мощного ветрогенератора 13 MW GE Haliade-X. Планируется, что эти самые мощные в мире ветряки будут использованы для оснащения электростанции Dogger Bank Wind Farm в 2023 году.
Характеристики самого большого и мощного в мире ветрогенератора:
Самый большой в мире ветряной генератор
Опытный образец турбины MySE 16.0-242 будет возведен в следующем году, и он будет использоваться для проведения всесторонних испытаний. Три лопасти турбины, длиной по 118 метров, охватят площадь в 46 тысяч квадратных метров, что превосходит площадь шести футбольных полей.
Увеличение эффективности ветрогенератора MySE 16.0-242 должно оказать положительное влияние на стоимость электроэнергии, направляемой на снабжение прибрежных районов. Ведь, согласно статистике, производство электроэнергии за счет энергии ветра является самым дорогостоящим видом «зеленой» энергетики. Стоимость мегаватт-часа «ветряной» электроэнергии составляет сейчас порядка 120.5 долларов США, в то время, как такое же количество энергии, полученной за счет сжигания совершенно неэкологичного угля, стоит около 73 долларов, а производство энергии на солнечных электростанциях выливается в 32.8 доллара без учета субсидий.
Но, даже с учетом достаточно высокой стоимости, область ветряной энергетики достаточно быстро развивается за счет того, что подавляющее большинство ветряных ферм располагаются в море в оффшорных зонах. Согласно прогнозам, к 2050 году общий вклад ветряной энергетики в общую «зеленую» энергетику увеличится с 37 до 49 процентов.
Испытан самый мощный ветряк в мире
Одиночная ветровая турбина достигла рекордных показателей, дополнительно подкрепив свой статус самой эффективной из существующих.
Vestas V164, ранее получивший установленную мощность в 8 мегаватт, на 24-часовых испытаниях показал устойчивую мощность в 9 мегаватт. Он выработал 216 000 киловатт-часов за одни сутки. Это мировой рекорд, причём достигнутый практически без изменений в конструкции ветряка — лишь за счёт оптимизации его работы при сильном ветре.
Vestas V164 — самый крупный ветряк на планете. Нижний край его лопастей начинается примерно на уровне в 80 метров от земли, верхний заканчивается в 220 метрах от неё. Объект высотой в полторы пирамиды Хеопса имеет размах лопастей в 164 метра (что отражено в его названии). Каждая из трёх стеклопластиковых лопастей весит от 33 до 35 тонн. Ветротурбина в целом весит 1300 тонн, башня-основание — 4000 тонн (с фундаментом).
Исходно турбина была разработана под мощность в 7 мегаватт. Максимальная мощность была ограничена оборотами, до которых считалось безопасным раскручивать мегалопасти. Как только ветер превышал безопасный порог (
15–16 метров в секунду), ветряк тут же переходил в пассивный режим, прекращая работу. Однако, накопив опыт испытаний системы, допустимую скорость вращения турбин подняли, добившись от ветряка максимальной отдачи в 8 мегаватт.
В новой серии модернизаций допустимую скорость вращения подняли ещё больше. В итоге сутки подряд Vestas V164 выдавала мощность в 9 мегаватт. Общая выработка составила 216 мегаватт-часов. Это было достигнуто за счёт использования ветра высокой скорости, который ранее считалось небезопасным использовать и при котором турбина отключалась автоматикой.
Следует отметить, что мощность ветряка зависит от куба скорости ветра и такая мощность на протяжении суток в безветренном месте создаваться не будет. Ранее имевшиеся опасения по дестабилизации конструкции при шквальных порывах ветра не оправдались. Как показала практика, огромные лопасти обладают достаточной инерцией, чтобы порывы ветра не могли слишком быстро раскрутить их, а достаточно долгие резкие порывы ветра бывают весьма редко.
Vestas V164 предназначена главным образом для морских и приморских локаций, поскольку в отсутствии крупных дирижаблей везти её вглубь суши крайне сложно. Зато на море она весьма эффективна. Чем крупнее ветряк, тем меньше удельные расходы на единицу его мощности и на единицу выработки (эффект масштаба). Морские офшорные ветряки обычно дороже сухопутных (сложнее строить башню-фундамент в море). Однако при больших размерах ситуация выравнивается. В Великобритании в 2012–2016 годах за счёт установки экстремально больших турбин (в том числе Vestas V164 с 2016 года) стоимость электричества от офшорных ветряков сократилась на 15 процентов и, предположительно, упадёт ещё больше.
