Datos de generación de energía eólica
El viento es uno de los fenómenos naturales más comunes. Se trata de un "flujo de aire" provocado por el calentamiento desigual de la superficie terrestre por parte del sol. La energía cinética del aire en movimiento se llama energía eólica. Por tanto, la energía eólica es un tipo de energía solar en un sentido amplio. Según un análisis de la Organización Meteorológica Mundial (OMM) y el Instituto de Ciencias Meteorológicas de la Administración Meteorológica de China, los recursos de energía eólica disponibles en la Tierra son 20 mil millones de kilovatios, que es 20 veces la energía hidráulica disponible en la Tierra. La energía eólica disponible a una altura de 10 m en tierra en mi país es de 253 millones de kW, la energía eólica disponible en el mar es tres veces mayor que la de la tierra y la energía eólica disponible a una altura de 50 m es el doble que la de una altura de 10 m. Los recursos de energía eólica son muy abundantes.
La energía eólica es una de las fuentes de energía renovables con tecnología madura y amplias perspectivas de desarrollo y utilización. El aprovechamiento de la energía eólica incluye no sólo la generación de energía eólica y la elevación del agua por el viento, sino también la calefacción por viento y la asistencia a la vela. Por lo tanto, el desarrollo y utilización de la energía eólica tiene una gran fascinación para los trabajadores científicos y tecnológicos de todo el mundo, lo que ha inspirado a muchos científicos de todo el mundo a dedicarse a la investigación sobre la utilización de la energía eólica. Este artículo discutirá el estado actual y las tendencias de desarrollo de la tecnología de energía eólica en el país y en el extranjero.
Conocimientos básicos de generación de energía eólica Editar este párrafo 1 Fórmula de cálculo de la energía eólica.
El movimiento del aire tiene energía cinética. La energía eólica se refiere a la energía cinética del viento. Si el área de la sección transversal del impulsor de la turbina eólica es a, cuando el viento con velocidad V pasa a través del impulsor, la energía eólica transferida al impulsor por el viento por unidad de tiempo
(1 ) Donde: el caudal másico por unidad de tiempo m=ρAV (2) En la práctica, en (3):
PW-energía eólica, es decir, potencia de energía eólica, donde el área de la sección transversal de aire que fluye a través del impulsor de la turbina eólica por segundo, w;
CP——El coeficiente de utilización de energía eólica del impulsor;
hm-La eficiencia mecánica de la caja de cambios y la transmisión el sistema es generalmente de 0,80 a 0,95 y la turbina eólica de accionamiento directo es de 1,0;
él ——Eficiencia del generador, generalmente de 0,70 a 0,98
r——Densidad del aire, kg/; m3;
A-El área barrida por el impulsor de la turbina eólica en una rotación, m2;
V-Velocidad del viento, metros/segundo.
2 Teoría de Bates
La primera teoría completa sobre las turbinas eólicas fue establecida en 1926 por A. Bates del Instituto de Göttingen en Alemania.
Bates supuso que la rueda de viento es ideal, es decir, no hay cubo, el número de palas es infinito y el flujo de aire pasa a través de la rueda de viento sin resistencia. Entonces este es un convertidor de energía pura. Además, se supone además que el flujo de aire es uniforme en toda la superficie barrida del rotor, y que la dirección de la velocidad del flujo de aire es a lo largo del eje del rotor antes y después de pasar a través del rotor.
Al analizar la rueda de viento "ideal" colocada en el aire que fluye, se concluye que la potencia máxima generada por la rueda de viento es
(4) Entre ellos: Pmax - el potencia generada por la rueda eólica Potencia máxima;
——Densidad del aire, kilogramo/metro cúbico;
A-El área barrida por el impulsor de la turbina eólica en una rotación, m2;
Velocidad del viento en V, metros/segundo.
Esta expresión se llama fórmula de Bates. Se supone que la velocidad del viento es consistente con la dirección del eje del rotor y es uniforme en toda la superficie de barrido del rotor.
La eficiencia máxima teórica del ventilador se puede obtener dividiendo la ecuación (4) por la energía cinética del viento cuando el flujo de aire pasa a través de la superficie de barrido A.
El valor límite de la teoría de Betz. Esto muestra que la energía obtenida por las turbinas eólicas a partir del viento natural es limitada y su pérdida de potencia puede explicarse por la energía cinética rotacional restante en la estela.
La conversión de energía produce una reducción de potencia, que varía según el tipo de aerogenerador y generador utilizado. Por lo tanto, el coeficiente real de utilización de la energía eólica CP del conjunto de turbina eólica
3 Temperatura, presión atmosférica y densidad del aire
La temperatura ambiente y la presión atmosférica del sitio experimental se miden con un termómetro y barómetro, y la densidad del aire se calcula mediante la siguiente fórmula.
En la fórmula: ρ——densidad del aire, kg/m3;
h——presión atmosférica local,
t——temperatura, ℃; .
Se puede ver en la fórmula de la densidad del aire que la densidad del aire está relacionada con la presión y la temperatura atmosféricas.
4 Los principales componentes de los aerogeneradores
1) Pequeños aerogeneradores
Los principales componentes de los pequeños aerogeneradores de eje horizontal son: rueda eólica, generador, torres , mecanismos de dirección, sistemas de almacenamiento de energía, inversores, etc.
(1) Rueda de viento
La rueda de viento es la parte del aerogenerador que absorbe la energía del viento. Su función es convertir la energía cinética del flujo de aire en energía. Energía mecánica de la rotación de la rueda de viento. El rotor de un aerogenerador de eje horizontal consta de 1 a 3 palas. Hay varias formas estructurales de aspas y los materiales dependen del modelo y la potencia del ventilador, como aspas de fibra de vidrio con núcleo de madera, aspas de resina de fibra de vidrio, etc.
(2) Generador
En las turbinas eólicas, existen tres tipos de generadores, a saber, generadores de CC, alternadores síncronos y alternadores asíncronos. Las pequeñas turbinas eólicas utilizan principalmente alternadores síncronos o asíncronos, y la corriente alterna generada se convierte en corriente continua a través de un dispositivo rectificador.
(3) Torre
La torre se utiliza para soportar el generador y el mecanismo de dirección. Debido a que la velocidad del viento aumenta con la altura sobre el suelo, cuanto más alta es la torre, más energía eólica puede capturar la turbina por unidad de área, pero el costo y los costos de instalación también aumentan.
(4) Mecanismo de dirección
Las turbinas eólicas de eje vertical pueden aceptar el viento que sopla desde cualquier dirección, por lo que no hay necesidad de un mecanismo de dirección. Para las turbinas eólicas de eje horizontal, para obtener la mayor eficiencia de utilización de la energía eólica, la superficie giratoria del rotor siempre debe estar alineada con la dirección del viento, lo que requiere un dispositivo de energía eólica. Los mecanismos de dirección comúnmente utilizados incluyen principalmente el timón de cola, el volante y el dispositivo de energía eólica eléctrica.
(5) Mecanismo limitador de velocidad
Cuando la velocidad del viento es mayor que la velocidad del viento de diseño de la turbina eólica, es necesario controlar la velocidad de la turbina eólica para evitar daños a las cuchillas.
(6) Dispositivo de almacenamiento de energía
El dispositivo de almacenamiento de energía es muy importante para pequeñas turbinas eólicas que funcionan de forma independiente. Sus métodos de almacenamiento de energía incluyen el almacenamiento de energía térmica y el almacenamiento de energía química.
(7) Inversor
Se utiliza para convertir CC en corriente alterna para cumplir con los requisitos de los equipos eléctricos de CA.
2) Grandes aerogeneradores
Los aerogeneradores de gran escala se componen de dos partes: parte mecánica aerodinámica y parte eléctrica. La parte de la maquinaria neumática incluye la rueda eólica, el eje de baja velocidad, la caja de cambios de aumento de velocidad y el eje de alta velocidad. Su función es impulsar el rotor del generador y convertir la energía eólica en energía mecánica. La parte eléctrica incluye generadores asíncronos, convertidores de frecuencia electrónicos de potencia, transformadores y redes eléctricas. Su función es convertir la energía mecánica en energía eléctrica con frecuencia constante. En los últimos años se han desarrollado con éxito aerogeneradores de frecuencia constante, velocidad variable y accionamiento directo (sin caja de cambios que aumenta la velocidad).
Turbinas eólicas y tecnología de generación de energía eólica Editar este párrafo 1 Historia de las turbinas eólicas y tecnología de generación de energía eólica
La energía eólica es una de las primeras fuentes de energía utilizadas por los humanos. Ya en el año 2000 a.C. aparecieron veleros y molinos de viento en Egipto, Persia y otros países. En la Edad Media, los Países Bajos y los Estados Unidos utilizaban molinos de viento de eje horizontal para riego y drenaje. China es uno de los primeros países del mundo en utilizar energía eólica. Ya en 1800, China tenía registros de cómo la energía eólica levantaba agua. En 1890, la empresa danesa P Lacour desarrolló con éxito una turbina eólica. En 1908 se construyeron cientos de pequeñas centrales eólicas en Dinamarca. Desde principios del siglo XX hasta finales de los años 1960, el desarrollo de los recursos de energía eólica en algunos países todavía se encontraba en la etapa de utilización a pequeña escala.
Con la adopción de grandes unidades de energía hidroeléctrica y térmica y el desarrollo de sistemas de energía, las turbinas eólicas medianas y grandes desarrolladas antes de 1970 fueron eliminadas gradualmente debido a su alto costo y poca confiabilidad, y todas dejaron de operar a finales de 1970. Década de 1960.
La investigación experimental en esta etapa demostró que estas unidades medianas y grandes eran en general técnicamente viables, sentando las bases para un gran desarrollo a finales de los años setenta.
Desde la década de 1980, la tecnología de turbinas eólicas se ha comercializado cada vez más en todo el mundo. Las capacidades de las unidades principales son 300kW, 600kW, 750kW, 850kW, 1MW y 2MW. En 1991, Dinamarca construyó el primer parque eólico marino del mundo en Winderby, que consta de 11 unidades danesas más 450 kW, con una capacidad instalada total de 4,95 MW. Posteriormente, los Países Bajos, Suecia y el Reino Unido también construyeron sus propios parques eólicos marinos.
Los fabricantes que actualmente tienen capacidades de producción comercial de equipos de energía eólica marina incluyen a Vestas de Dinamarca (incluido NEG-Micon integrado por ella), GE Wind Energy de Estados Unidos, Nordex, Repower, Pfleiderer/Prokon, Bonus de Alemania y la famosa empresa alemana Enercon. La cobertura de potencia nominal de una sola unidad varía de 2 MW, 2,3 MW, 3,6 MW, 4,2 MW, 4,5 MW a 5 MW. Los diámetros del impulsor varían desde 80 m, 82,4 m, 100 m, 110 m, 114 m, 116 m hasta 126.
2 Tipos de Aerogeneradores
Un aerogenerador es un dispositivo que convierte la energía eólica en energía eléctrica. Dada la gran variedad de aerogeneradores, también existen muchas clasificaciones. Según el número de palas, hay palas simples, palas dobles, tres palas, cuatro palas y palas múltiples según la posición relativa del eje principal y el suelo, se divide en eje horizontal y eje vertical (eje vertical) ; según el principio de funcionamiento de la hoja, existen tipos de elevación y de resistencia. Actualmente, existen muchos tipos de ejes horizontales de tres palas para aerogeneradores.
Para aerogeneradores de eje horizontal, el eje de rotación de la rueda eólica es paralelo a la dirección del viento; para aerogeneradores de eje vertical, el eje de rotación de la rueda eólica es perpendicular al suelo o la dirección del flujo de aire.
Redactor sobre la situación actual de la generación eólica en el país y en el extranjero. Este apartado 1 La situación actual de la generación de energía eólica en el mundo.
En la actualidad, más de 40 países en el mundo han conectado a la red turbinas eólicas medianas y grandes en tierra y mar, y la tendencia de que la energía eólica crezca más rápido que otras fuentes de energía continúa. Como se muestra en el Cuadro 1, a finales de febrero de 2005, la capacidad instalada mundial había alcanzado los 58.982 MW, con una capacidad instalada anual de 113.100 MW y una tasa de crecimiento del 24. La energía eólica representa el 1% de la electricidad mundial y algunos países y regiones representan más del 20%. Los diez países con la mayor capacidad acumulada de energía eólica instalada en el mundo en 2005 se muestran en la Tabla 2. Los diez primeros países suman 51.750,9 MW, lo que representa el 87,7 de la capacidad instalada total del mundo.
En 2005, la diversificación de la cuota de mercado internacional de la energía eólica mostró una tendencia de desarrollo continuo: 11 países tenían una capacidad instalada de más de 1.000 MW, incluidos 7 países europeos (Alemania, España, Italia, Dinamarca, Reino Unido, Países Bajos y Portugal), 3 países asiáticos (India, China y Japón) y Estados Unidos. Asia se está convirtiendo en una nueva fuerza en el desarrollo mundial de la energía eólica, con una tasa de crecimiento del 48%.
En 2002, la Asociación Europea de Energía Eólica (EWEA) y Greenpeace publicaron un informe llamado "Wind Power 12", en el que se esbozaba un plan para que la energía eólica alcanzara la potencia mundial 12 en 2020. El informe señala que este documento no es una previsión, sino una revisión de los recursos mundiales de energía eólica, la demanda mundial de energía y el crecimiento de la capacidad de la red, las tendencias de desarrollo del mercado de energía eólica y las tasas de crecimiento potenciales, comparaciones con otras tecnologías energéticas como la energía nuclear y las grandes energía hidroeléctrica, reducción de CO2, etc. Las necesidades de gases de efecto invernadero y otros aspectos demuestran la posibilidad de que la energía eólica alcance el 12% de la electricidad mundial. El informe también señala que la capacidad instalada de energía eólica de China podría alcanzar los 65.438 millones de kilovatios en 2020.
2 Estado actual de la generación de energía eólica en China
Según estimaciones del Instituto Meteorológico Nacional, la cantidad teórica desarrollable de energía eólica a una altura de 10 metros en tierra firme de mi país es de 3.200 millones de kW y la cantidad realmente explotable es de 253 millones de kW. La cantidad de energía eólica marina que se puede desarrollar es tres veces mayor que la de las reservas de energía eólica terrestre.
La capacidad real explotable en Mongolia Interior es de 61,8 millones de kW.
La capacidad real explotable del Tíbet es de 40,8 millones de kilovatios.
La capacidad real explotable en Xinjiang es de 34,3 millones de kilovatios.
La capacidad real explotable en Qinghai es de 24,2 millones de kilovatios.
La capacidad real explotable en Heilongjiang es de 172 millones de kW.
En 2005, excluyendo la provincia de Taiwán, China añadió 592 turbinas eólicas con una capacidad instalada de 503.000 kilovatios. En comparación con la nueva capacidad instalada de 6,5438098 millones de kilovatios en 2004, la tasa de crecimiento de la nueva capacidad instalada en 2005 fue del 254.
A finales de 2005, excluyendo la provincia de Taiwán, China tenía un total de 1.864 turbinas eólicas con una capacidad instalada de 12.660 kilovatios y 62 parques eólicos. Distribuidas en 15 provincias (ciudades, regiones autónomas, regiones administrativas especiales), su ranking según la capacidad instalada se muestra en el Cuadro 3. En comparación con la capacidad instalada acumulada de 764.000 kilovatios en 2004, la tasa de crecimiento de la capacidad instalada acumulada en 2005 fue del 65,6. En 2005, la cantidad de electricidad conectada a la red de energía eólica fue de aproximadamente 65.438 millones de kW·h [9].
El importante proyecto del Plan Nacional de Apoyo a la Ciencia y la Tecnología del "Undécimo Plan Quinquenal" de China, "Desarrollo y demostración de turbinas eólicas de alta potencia", respalda el desarrollo de turbinas eólicas de frecuencia constante y velocidad variable de 1,5 a 2,5 MW y doble alimentación. por encima de 1,5~2,5 Desarrollo de aerogeneradores de frecuencia constante y velocidad variable de accionamiento directo de MW y superiores a 2,5 MW: desarrollo e industrialización de palas, cajas de engranajes, generadores de doble alimentación y generadores de imanes permanentes de accionamiento directo de aerogeneradores superiores a 1,5 MW; sistemas de control para aerogeneradores de doble alimentación de 1,5 MW y desarrollo e industrialización de convertidores, sistemas de control de aerogeneradores de accionamiento directo y convertidores, investigación de tecnologías clave para la construcción de parques eólicos marinos: desarrollo de equipos especiales para la instalación y mantenimiento de aerogeneradores marinos; formulación de normas relevantes para grandes turbinas eólicas y análisis del desarrollo de la tecnología de energía eólica, etc. 16 temas de investigación. Al final del XI Plan Quinquenal, las capacidades independientes de investigación y desarrollo de China en tecnología de energía eólica estarán cerca del nivel líder mundial.
3 pequeños aerogeneradores
Situación de la pequeña industria eólica
Como uno de los principales pilares de la energía renovable rural, la pequeña industria eólica logró el éxito en 2005 logró un gran desarrollo, con 70 unidades dedicadas al desarrollo, investigación y producción de la pequeña industria de energía eólica. Según estadísticas de 23 empresas manufactureras, en 2005, *** produjo 33.253 pequeñas turbinas eólicas de funcionamiento independiente de menos de 30 kW, un aumento del 34,4% con respecto al año anterior, de las cuales 24.123 eran unidades de 200W, 300W y 500W, lo que representa el 72,5%. de la producción anual total, se exportaron 15 * * * 5.884 pequeñas turbinas eólicas, un aumento del 40,7% con respecto al año anterior, y las exportaciones generaron 2.827 millones de dólares estadounidenses, exportados principalmente a 24 países y regiones, incluidos Filipinas y Vietnam. Además, debido al aumento de los precios de la gasolina, el diésel y el queroseno y los deficientes canales de suministro, los usuarios que utilizan generadores diésel en zonas del interior, ríos y lagos, barcos de pesca, puestos fronterizos, tropas, estaciones meteorológicas, estaciones de microondas, etc. pasar gradualmente a turbinas eólicas o sistemas híbridos eólico-solar.
Tendencia de desarrollo de la industria de pequeñas turbinas eólicas
1) Debido a la mejora del nivel de vida de los agricultores y pastores y al aumento del consumo de electricidad, la potencia única de las pequeñas turbinas eólicas continúa aumenta y ya no se producen unidades de 50 W. La producción de unidades de 100 W y 150 W disminuye año tras año, mientras que la producción de unidades de 200 W, 300 W, 500 W y 1 kW aumenta año tras año, lo que representa el 80% de la producción anual total.
2) A medida que los agricultores están ansiosos por seguir usando electricidad, la promoción y aplicación de "sistemas de generación de energía híbrida eólica y solar" se han acelerado significativamente, y el desarrollo de combinaciones de unidades múltiples se convertirá en el desarrollo dirección en el futuro.
3) Con la formulación de la Ley Nacional de Energías Renovables y el Catálogo de Orientación para la Industria de Energías Renovables, se introducirán una variedad de medidas de apoyo y políticas fiscales preferenciales, que seguramente aumentarán el entusiasmo de producción de las empresas de producción y promover el desarrollo de la industria.
4) En la actualidad, todavía hay 28.000 aldeas, 7 millones de hogares y 28 millones de personas en mi país sin electricidad. Viven en zonas montañosas remotas, zonas agrícolas y pastorales, y son de difícil acceso. Redes eléctricas convencionales. Un análisis de expertos pertinente muestra que entre los 7 millones de hogares sin electricidad, 3 millones de hogares pueden utilizar la microenergía hidroeléctrica para resolver sus problemas de electricidad, y 4 millones de hogares pueden utilizar la pequeña generación de energía eólica o la generación de energía híbrida eólica-solar para satisfacer las necesidades de electricidad de agricultores y pastores.
Turbina eólica de energía eólica concentrada
La turbina eólica de energía eólica concentrada fue desarrollada por el Instituto de Investigación de Nuevas Tecnologías Energéticas de la Universidad Agrícola de Mongolia Interior y ha obtenido una patente de modelo de utilidad china (número de patente : ZL94244155.9) . Este tipo de turbina eólica acelera, rectifica y homogeneiza la energía eólica fina a través de dispositivos de energía eólica concentrada y luego hace que el impulsor gire para generar electricidad, aumentando así la densidad del flujo de energía de la energía eólica, reduciendo la turbulencia natural del viento y mejorando la inestabilidad. de la energía eólica, y mejorar la calidad de la energía eólica reduce el costo de la energía eólica. La turbina eólica tiene las características de baja velocidad del viento, gran generación de energía, bajo nivel de ruido, alta seguridad, larga vida útil y bajo costo de kilovatios-hora.
Las turbinas eólicas de energía eólica concentrada pueden funcionar de forma independiente, complementar la energía eólica y solar, conectar en red varias máquinas e integrarse en redes eléctricas de bajo voltaje. En la actualidad, se ha desarrollado una serie de productos, que incluyen unidades de 200W, 300W, 600W, 1kW, 2kW y otras. Después de las pruebas piloto, las turbinas eólicas de energía eólica concentrada se pueden desarrollar en unidades medianas y grandes. La aplicación de esta nueva tecnología de energía eólica en China e incluso en todo el mundo mejorará efectivamente el nivel de suministro de energía y la calidad de los sistemas de energía eólica, utilizará de manera efectiva la energía eólica de baja calidad, mejorará la competitividad de los productos de energía eólica y tendrá importantes beneficios económicos. y beneficios ecológicos y ambientales.
Conclusión
En los próximos 20 años, la industria de la energía eólica será la de más rápido crecimiento en el mundo, y la tecnología de la energía eólica también entrará en una era dorada de rápido desarrollo en; China, la capacidad instalada de turbinas eólicas conectadas a la red La tasa de crecimiento se acelerará significativamente, atrayendo la atención del mundo. Las turbinas eólicas aisladas tienen amplias áreas de desarrollo y un gran potencial, y la capacidad instalada total eventualmente superará la de las turbinas eólicas conectadas a la red.