Принцип действия и устройство ветрогенератора (общие понятия)

В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом.

Сила ветра приводит в движение лопасти, которые через специальный привод заставляют вращаться ротор. Благодаря наличию статорной обмотки, механическая энергия превращается в электрический ток. Аэродинамические особенности винтов позволяют быстро крутить турбину генератора.

Принцип работы

Дальше сила вращения преобразуются в электричество, которое аккумулируется в батарее. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее крутятся лопасти, производя больше энергии. Поскольку работа ветрогенератора основана на максимальном использовании альтернативного источника энергии, одна сторона лопастей имеет закругленную форму, вторая – относительно ровная. Когда воздушный поток проходит по закругленной стороне, создается участок вакуума. Это засасывает лопасть, уводя её в сторону. При этом создается энергия, которая и заставляет раскручиваться лопасти.

Схема работы ветрогенератора: показан принцип преобразования энергии ветра и действия внутренних механизмов

Во время своих поворотов винты также вращают ось, соединённую с генераторным ротором. Когда двенадцать магнитиков, закреплённых на роторе, вращаются в статоре, создаётся переменный электрический ток, имеющий такую же частоту, как и в обычных комнатных розетках. Это основной принцип того, как работает ветрогенератор. Переменный ток легко вырабатывать и передавать на большие расстояния, но невозможно аккумулировать.

Принципиальная схема ветрогенератора

Для этого его нужно преобразовать в постоянный ток. Такую работу выполняет электронная цепь внутри турбины. Чтобы получить большое количество электроэнергии, изготавливаются промышленные установки. Ветровой парк обычно состоит из нескольких десятков установок. Благодаря использованию такого устройства дома, можно получить существенное снижение расходов на электроэнергию. Принцип действия ветрогенераторов позволяет применять их в таких вариантах:

• для автономной работы;
• параллельно с резервным аккумулятором;
• вместе с солнечными батареями;
• параллельно с дизельным или бензиновым генератором.

Если поток воздуха движется со скоростью 45 км/час, турбина вырабатывает 400 Вт электроэнергии. Этого хватает для освещения дачного участка. Данную мощность можно накапливать, собирая её в аккумуляторе.

Специальное устройство управляет зарядкой аккумуляторной батареи. По мере уменьшения заряда вращение лопастей замедляется. При полной разрядке батареи лопасти снова начинают вращаться. Таким способом зарядка поддерживается на определённом уровне. Чем сильнее воздушный поток, тем больше электроэнергии может произвести турбина.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

• установка экологически чистая;
• отсутствует потребность её заправки топливом;
• не накапливаются какие-либо отходы;
• устройство работает очень тихо;
• имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Увеличение мощности установки

Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик. Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока. Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных. На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.

Увеличить мощность ветроустановки можно с помощью системы резервирования электроэнергии на базе аккумуляторных батарей.

Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.

Для трехфазных схемы электропитания необходимо установить по инвертору на каждую фазу.

Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем. При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.

Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора

Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем. Соответственно,

скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.

Выбор ветрогенератора

Самые качественные ветряки производят в Германии, Франции и Дании. Эти страны делают ветровые установки для снабжения электричеством жилого частного сектора, фермерских хозяйств, школ, небольших торговых точек. В России из-за низкой стоимости электроэнергии и негласной монополии на продажу электроэнергии ветроустановки, солнечные панели и другие виды альтернативной энергии не сильно распространены.

Мобильный ветрогенератор подойдет для нефтепромышленности или монтажных бригад, которые ведут строительство в полях (прототип)

Но высокая стоимость подключения удаленных объектов от электросетей (есть до сих пор не электрифицированные деревни), хамство чиновников, длительные процедуры хождения и получения ТУ у монопольных компаний вынуждают собственников использовать альтернативную энергию своих объектов.

Прежде все вы должны понимать, что КПД ветровой установки составляет около 60%, есть зависимость от скорости ветра, и потребуется периодически проводить ТО. Если вы все-таки решили сделать выбор в пользу ветрогенератора, следует знать. Выбирать ветрогенератор нужно исходя из конкретных обстоятельств его применения. Существуют новые разработки и модели: с повышенным КПД, вертикальные, горизонтальные, ортогональные, безлопастные.

Подсчитывается активная и резистивная мощность всех потребителей энергии.

Для предприятий или частного дома эти данные могут быть в проекте или счетах за электроэнергию. Если вам необходимо обеспечить электроэнергией дачу выбирается модель ветроустановки на 1-3 кВт, инвертор нужно небольшой мощности и можно обойтись без аккумуляторных батарей. Принцип наличия дачной ветроустановки прост: есть ветер — есть электричество, нет ветра — работаем в огороде или по хозяйству. Простой ветрогенератор можно сделать самому, достаточно собрать необходимые материалы и соединить их вместе.

Для частного дома постоянного проживания, такой принцип не подойдет. При частом отсутствии ветра следует придать особое значение аккумулятору. Здесь нужна большая ёмкость. Однако, чтобы он быстрее заряжался, сам генератор электричества также должен быть большой мощности. То есть отдельные узлы установки тесно взаимосвязаны друг с другом. Более надежная комбинация — симбиоз с дизель-генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электричества в доме, но и более дорогая.

При наличии скважины вы будете полностью энергонезависимые от внешних сетей.

Сейчас большое распространение получили коммерческие ветровые установки. Получаемая с их помощью электроэнергия продается различным предприятиям, испытывающим недостаток в энергоснабжении. Обычно такие электростанции состоят из нескольких ветрогенераторов различной мощности. Вырабатываемое ими переменное напряжение в 380 вольт подается непосредственно в электросеть предприятия. Кроме того, ветрогенераторы могут использоваться для зарядки большого числа аккумуляторных батарей, с которых потом преобразованная в переменное напряжение энергия также подается в электрическую сеть.

Ветрогенераторы российского производства

В большинстве случаев владельцы предприятий ставят ветроустановки, солнечные панели и дизель-генераторы для нужд собственного производства. Получение разрешение на продажу электричества в России — это, скажем так, отдельная история. После проведения энергоаудита, высвобождаются мощности, например, путем замены ламп освещения на светодиодные. Подсчитывается срок окупаемости, при отсутствии бюджета можно разделить модернизацию на этапы.

Технологии развиваются. Создаются энергонезависимые дома, офисы, станции на земле и воде. Наша команда инженеров поможет вам с выбором, расчетом, проектом и монтажом оборудования. Готовы ответить на ваши вопросы в комментариях или через форму.

№1 Ветрогенератор для дома. Готовая система «Базовая» до 250 кВт*ч в месяц

Данная система способна вырабатывать до 250 кВт*час электроэнергии в месяц

 

1. Ветроустановка FLAMINGO AERO-3.1 (48В) (в комплекте: контроллер заряда АБ, выносной информационный пульт) 1 шт. Цена: 2214 USD

2. Мачта консольная ферменная, высота — 17 м — 1шт. Цена: 2690 USD

3. Инвертор мощностью 2,4 кВт — 1шт. Цена: 568 USD

4. Аккумуляторные батареи — 4 шт. Цена: 1560 USD

 

Всего за основное оборудование: 7032 USD

 

*Доп. Материалы. Уточняется по привязке к местности. 

** Без монтажных, фундаментных работ и логистики.

Актуальность цен на 1.05.2021.

 

Ветроустановка Flamingo Aero-3.1 предназначена для обеспечения электроэнергией небольших объектов.Ветроустановка Flamingo Aero применяется как в местах, где отсутствует сетевая энергия (туристические лагеря, фермерские хозяйства, дачные участки, питание автономных комплексов), так и в качестве резервного источника электроэнергии для частных домов, коттеджей.

На Ветроустановках Flamingo Aero применена аэромеханическая система стабилизации частоты вращения ветротурбины, позволяющая эксплуатировать ветроугенератор в широком диапазоне скоростей ветра. Тихоходный генератор на постоянных магнитах прямо приводится в движение турбиной. Отсутствие мультипликатора в ветрогенераторе и системы возбуждения генератора обеспечивает высокий ресурс ветроустановки.

В типовой состав системы энергообеспечения нагрузок 220В/50Гц на основе ветрогенератора Flamingo Aero-3.1 входят следующие компоненты:

Головка ветрогенератора Flamingo Aero-3.1 — вырабатывает «грубую» электроэнергию с нестабильными параметрами, зависящими от скорости ветра.

Мощность номинальная ветрогенератора:	0,8 кВт
Диаметр ветротурбины:	3.1 м
Количество лопастей:	3 шт.
Стартовая скорость ветра:	2,5 м/с
Расчетная скорость ветра:	8 м/с
Максимальная экспл. скорость ветра:	50 м/с
Ориентация по ветру:	при помощи киля
Метод остановки:	флюгирование
Регулирование частоты вращения:	аэромеханическое
Расположение относительно мачты:	наветренное
Тип генератора:	многополюсный с возбужд.  отпост. магнитов,3-х фазный
Материал лопости:	стеклопластик
Выработка энергии (средняя в месяц):	от 120 до 250 кВт*ч
Рекомендуемая высота мачты:	17 м

Фотоэлектрический модуль (ФЭМ,солнечный модуль) — опциональный компонент, вырабатывающий дополнительную «грубую» энергию. Повышает надежность энергообеспечения и суммарную выработку энергии.

Аккумуляторная батарея (АБ) — накопитель энергии для согласования графиков выработки и потребления энергии. Применяется кислотная АБ с номинальным напряжением 24В и рекомендуемой емкостью 190 АЧ. Может составляться из двух автомобильных стартерных АБ 12В.

Инвертор — служит для преобразования постоянного тока с аккумуляторов в переменный 220(380)В 50 Гц, пригодный для подключения потребителей электрического тока.

Мачта — служит для установки головки ветрогенератора на высоте 11-17 м, на которой ветровой поток не затеняется препятствиями и имеет достаточную скорость.

В Ростовской области возвели первую ветроэнергетическую установку

На строительной площадке Сулинской ветряной электростанции (ВЭС) завершен монтаж первой в донском регионе ветроэнергетической установки. Это поистине эпохальный шаг энергетической отрасли региона, говорят эксперты. Всего в 2019-2020 году на Дону УК «Ветроэнергетика» планирует построить три ВЭС — 78 ветроэнергетических установок общей мощностью 300 МВт. А первые поставки на рынок «самого экологичного» электричества начнутся уже к лету 2020 года.

— Наш регион один из первых в России начал реализовывать проекты в направлении ветроэнергетики. Донской регион обладает обширными территориями, высоким ветропотенциалом и инвестиционной привлекательностью, — отметил министр промышленности и энергетики Ростовской области Игорь Сорокин. — Сегодня на территории области реализуется сразу несколько проектов по строительству ветропарков. Один из них выполняется управляющей компанией «Ветроэнергетика» и является самым масштабным по объему инвестиций и планируемой суммарной мощности.

Как рассказали представители бизнеса, вторую площадку сразу после прохождения госэкспертизы начнут строить недалеко от Гуково (по планам, строительство начнется до конца октября), а третью, в начале 2020 года — рядом с Каменск-Шахтинским. Вообще же еще в 2017 году УК «Ветроэнергетика» и правительство Ростовской области заключили соглашение о строительстве к 2021 году нескольких ветряных станций совокупной мощностью до 600 МВт.

Примечательно, что донские ветропарки будут строиться с использованием лопастей, башен и гондол отечественного производства. По расчетам специалистов, степень локализации на донских ВЭС достигнет 65 процентов. Более того — стальные башни, один из ключевых элементов ветроустановки, уже производятся в Таганроге. На открытие этого завода, которое местные СМИ уже окрестили «историческим», в прошлом году приезжали глава региона Василий Голубев и председатель правления УК «РОСНАНО» Анатолий Чубайс. А в феврале 2019 года на «Российском инвестиционном форуме» в Сочи губернатор подписал специальный инвестиционный контракт по созданию в Волгодонске сборочного производства компонентов ветроустановок.

То есть Ростовская область станет не только одним из крупнейших производителей чистой ветровой энергии, но и ключевым производителем российского оборудования. Все это делается при помощи государства, одно из условий партнерства — обязательство бизнеса наладить и экспортные поставки. Это значит, что донская хай-тек продукция начнет завоевывать и зарубежные страны. Как рассказали специалисты, уже сегодня обсуждаются варианты поставок донского оборудования в несколько стран Средней Азии.

Ростовская область и без того является энергопрофицитным регионом. Мощность генерации, даже без учета четвертого энергоблока Ростовской АЭС, превышает шесть гигаватт (из них внутри региона потребляется всего около 50 процентов). Но за счет того, что электроэнергия будет поставляться на оптовый, федеральный рынок электроэнергии, проблем со сбытом не будет.

Кстати

Помимо проекта УК «Ветроэнергетика», в 2020 году на территории бывшей игорной зоны «Азов-Сити» на площади 133 гектара планирует начать работу ветропарк компании «Энел Рус Винд Азов». Место строительства выбрано не случайно. Южный берег Таганрогского залива очень ветреный, кроме того, когда здесь планировался проект игорной зоны, уже была подведена необходимая инфраструктура. Установленная мощность ветропарков более 90 МВт. Всего же Азовская ВЭС сможет генерировать порядка 300 ГВтч в год.

Утилизация лопастей турбин: ахиллесова пята ветроэнергетики

Одни называют ветряные турбины потрясающим элементом экологически чистых технологий. Другие же считают их слишком шумными, чересчур громоздкими или опасными для биоразнообразия. Но одно можно сказать наверняка. Ветроэнергетика сталкивается с трудностями в Европе. Одна из насущных проблем – проблема с лопастями турбин, их трудно утилизировать.

Борьба с ветряными мельницами

Жители города Лунас на юге Франции требуют демонтировать 7 турбин ветряной электростанции Бернаг. Они годами борются за это, судебное разбирательство все еще продолжается.

Марион — представитель «Коллектива 34-12». В начале июня она призвала жителей митинговать у входа на ветряную электростанцию «Бернаг» после того, как застройщик выиграл апелляцию в суде против демонтажа спорных ветряных турбин.

В ближайшее время в Европе будет демонтировано огромное количество ветряных турбин, но жалобы местного населения тут не при чем.

Ветряные турбины первого поколения устаревают, и их необходимо заменить более современными и эффективными. Этот процесс, называемый обновлением мощности, начался разными темпами по всей Европе. То, что мы увидели на одном из производственных объектов в Генте.

В связи с обновлением мощности к 2030 году в Европе, возможно, придется вывести из эксплуатации до 5700 ветряных турбин. Сегодня утилизировать можно почти все, что есть в ветрогенераторе, до 90%. Проблема в лопастях. Они сделаны из композитных материалов, предназначенных для длительного использования, а не для вторичной переработки.

Длина одной ветряной лопасти составляет около 40 метров, она весит семь тонн и составляет те 10% ветряной турбины, которые трудно утилизировать. Эти 10% вызвали споры во всем мире относительно устойчивости этой возобновляемой энергии.

Так что же происходит с лопастями сегодня? Большинство из них используются повторно. Например, эта отправится на Украину. Но количество выведенных из эксплуатации лопастей через пять-десять лет будет настолько большим, что придется менять всю систему.

Сегодня те лопасти, которые не используются повторно или не сжигаются, в идеале для регенерации энергии, оказываются на свалке. Этот снимок был сделан в США и стал символом одной из темных сторон возобновляемых источников энергии во всем мире.

Только четыре страны Европы запретили подобные «кладбища турбин»: Германия, Австрия, Нидерланды и Финляндия. Голос европейской ветроэнергетики призвал к 2025 году ввести общеевропейский запрет на такие свалки.

Сделать ветряные лопасти 100% перерабатываемыми

Сегодня вы можете по пальцам одной руки пересчитать количество предприятий, способных утилизировать ветряные лопасти в Европе. Технологии еще не достаточно развиты и недоступны в промышленных масштабах. Испанский стартап получает лопасти из Франции, Португалии и Северной Африки. Они уверяют, что в скором времени смогут перерабатывать 1500 лопастей ежегодно.

Отрасль ветроэнергетики считает, что призыв к запрету свалок во всем Евросоюзе ускорит расширение масштабов технологий рециркуляции, но также ускорит рост спроса на переработанные материалы.

Усилия направлены на повышение устойчивости по всей цепочке создания стоимости от проектирования до производства. Как это делает датский ветроэнергетический гигант Vestas. Конечная цель — сделать лопасть на 100% пригодной для вторичной переработки.

Помогут рыбки

Отрасль движется к увеличению производства, эффективности и циркуляции. Что, если мы сделаем шаг назад и спросим себя, сколько энергии нам действительно нужно будет производить в ближайшем будущем и как? Как раз этим вопросом задается Парижская лаборатория энергий завтрашнего дня. И ответы стали поступать от этих рыбок.

В таком случае сокращение количества отходов могло бы стать главным индикатором для нахождения лучшего баланса между окружающей средой, потребностями людей, технологиями и экономикой.

Высота построенного немцами Max Bögl Wind ветрогенератора составляет рекордные 264,5 м

Немецкая компания Max Bögl Wind построила ветрогенератор, который, по ее словам, является самым высоким в мире. Он расположен в районе города Гайльдорф, неподалеку от Штутгарта. Как сообщается, высота башни составляет 178 метров, а общая высота ветрогенератора (вместе с лопастями) и вовсе достигает 264,5 метра.

Как утверждается, каждый дополнительный метр высоты конструкции позволяет повысить энергоэффективность установки примерно на 0,5-1% за счет более сильных ветровых потоков и снижения турбулентных завихрений, создаваемых лопастями.

Это только первый из четырех ветряков, которые войдут в состав будущей ветряной электростанции. Правда, другие будут существенно ниже, высота их башни не будет превышать 155 метров. Несмотря на разную высоту башен, все турбины будут оснащены одинаковыми генераторами производства GE 3.4-137 мощностью 3,4 МВт каждый. То есть, суммарная мощность ветряной электростанции составит 13,6 МВт. По расчетам проектантов, станция сможет ежегодно вырабатывать до 10500 МВт⋅ч. Расчетный коэффициент использования энергии ветра составляет 34,4%.

Стоимость проекта в целом оценивается в €70 млн, доход прогнозируется на уровне €6,5 млн в год. То есть, инвесторам проект окупится примерно за 11 лет.

Строящаяся ветряная электростанция Max Bögl Wind будет дополнена экспериментальной «водяной системой накопления энергии», которая позволит сгладить неравномерность генерации. Это еще одна отличительная особенность проекта. Говоря конкретнее, хранилищем выступит водонапорная башня высотой 40 м – избытки энергии будут использоваться для закачивания воды в башню, а затем при необходимости энергия будет высвобождаться путем сброса воды с пропусканием через лопасти гидрогенераторов. Сообщается, что водяное хранилище сможет вмещать до 70 МВт⋅ч энергии. Также говорится, что эффективность этой водяной системы аккумулирования энергии будет значительно выше, чем всех созданных ранее систем данного типа, но точные цифры не указываются. Зато авторы проекта отмечают крайне высокое быстродействие системы – переключаться между режимами накопления и производства она может всего за 30 секунд.

Ветроэлектростанция Гайльдорф должна заработать уже в следующем году.

Последние исследования указывают на то, что в будущем ветряки будут становиться все выше поскольку это позволяет повысить эффективность добычи электроэнергии. Судя по всему, скоро ветряки будут соревноваться по высоте с небоскребами.

Остается добавить, что конкурент Max Bögl Wind – датская компания Vestas – планирует установить прототип турбины фирменной конструкции LDST (стальная башня большого диаметра) с общей высотой 241 м.

Источник: Electrek

В Тунисе разработали крылатые ветряки

TYER WIND / YouTube

Тунисская компания VyndSolutions разработала ветрогенератор, в конструкции которого вместо ротора с лопастями используются плоскости, напоминающие птичьи крылья. Об этом сообщает New Atlas.

Традиционно эксплуатация классических ветрогенераторов связаны с такими проблемами, как шум и негативное влияние на популяции птиц на расстоянии свыше ста километров. Кроме того, из-за большого диаметра ротора с лопастями некоторые ветряки требуют большой площади для установки, поэтому мощные ветрогенераторы, как правило, не устанавливаются в населенных пунктах.

Разработчики ветрогенератора Tyer Wind отошли от традиционных схем конструкции ветряка и создали ветрогенератор с крыльями, вдохновляясь работой крыльев колибри. По словам изобретателей, благодаря такому решению Tyer Wind создает меньше шума, а также представляет меньшую угрозу для птиц, однако о каких-либо конкретных замерах ничего не сообщается.

Необходимо отметить, что Tyer Wind уступает в мощности ветрякам, аналогичным по размеру. При длине каждой плоскости 1,6 метра рабочий диаметр крылатого ветряка составляет 3,56 метра, при этом устройство выдает один киловатт. Для сравнения можно привести ветрогенератор Trinity 2500, который при рабочем радиусе 3,2 метра обладает мощностью 2,5 киловатта. Однако разработчики Tyer Wind считают, что недостаток мощности можно компенсировать более высокой максимальной скоростью ветра и увеличением количества устанавливаемых ветряков.

На данный момент разработка Tyer Wind не закончена и несколько построенных прототипов проходят различные испытания. Киловаттную версию ветряка разработчики планируют продавать частным лицам, также VyndSolutions намерена построить увеличенную версию турбины для оффшорных ветряных электростанций.

Ранее испанский стартап Vortex Bladeless также представил свою версию ветрогенератора с пониженным шумом и небольшой опасностью для птиц — устройство в виде составного столба просто раскачивается под действием ветра.

В последнее время ветровая энергетика становится все более эффективной — Нидерланды, например, с начала 2017 года перевели все электропоезда на ветровую энергию.

Николай Воронцов

Установка ветрогенератора своими руками на даче

Есть еще нюансы, которые надо учесть, если вы собираетесь приобщиться к ветроэнергетике. Так, стоит подумать о том, где лучше всего произвести установку ветрогенератора на даче.

Ветрогенератор для питания пары электрических лампочек и телевизора (малый дачный набор потребителей электроэнергии) можно установить прямо на крыше дома, особенно если модель не очень шумная. Но более серьезное оборудование придется выносить подальше от жилых строений — минимум на 20 м (а лучше — на 30-40 м).

Дело в том, что во время работы генератора возникают электромагнитные поля, которые никак нельзя считать полезными для здоровья (жить с мощным ветрогенератором на крыше — все равно, что жить под линией электро-передачи, на что не согласится ни один разумный человек). Кроме того, они создают помехи для работы электронной техники.

Помимо удаленности от жилых строений, при установке оборудования, следует предусмотреть высоту мачты. Чем выше, тем сильнее ветер и тем эффективнее работа ветрогенератора. Постройки и деревья мешают ветру, поэтому пропеллер желательно поднять как можно выше.

Оптимальной считается мачта, на 10 м превосходящая по высоте самую высокую помеху (дерево, здание) в радиусе 100 м.

Выбор высоты мачты ветрогенератора в зависимости от высоты препятствия: Н — высота мачты; h — высота препятствия; R — радиус ветрогенератора (расстояние от оси вращения до нижнего края лопасти)

Как вариант, можно увеличить радиус до 200 м, тогда мачта должна быть выше самой высокой помехи на 3-4 м. Установка ветрогенератора на даче посреди поля — оптимальный вариант: ни деревьев, ни домов — ветру есть, где разгуляться.

Если нет возможности установить ветрогенератор так, чтобы в радиусе 100 м не было никаких препятствий для ветра, то следует обеспечить, по крайней мере, такую длину мачты, чтобы от верхушки самого высокого препятствия до нижнего края лопасти имелось расстояние 3-4 м.

К сожалению, далеко не на каждом участке можно установить мощный ветрогенератор, соблюдая все требования. К тому же чем выше мачта, тем дороже оборудование, ведь нужны усиленное крепление и различные приспособления, обеспечивающие безопасность и предотвращающие опрокидывание мачты.

Еще один минус ветрогенератора заключается в том, что с его помощью невозможно организовать полностью автономное энергоснабжение загородного дома.

Среднестатистического ветроэлектростанцию, предлагаемыми современными производителями — достаточно для питания бытовых приборов, но его мощности не хватит для отопления в холодный сезон.

К примеру, на рынке предлагаются ветроустановки мощностью 5 кВт, укомплектованные генератором, мачтой, инвертором и 20 аккумуляторами (то есть полный набор оборудования, необходимый для работы устройства). Стоит такой комплект около $20 тыс., а заявленные 5 кВт выдает только при идеальных условиях (их оговаривает продавец, но скорость ветра в вашем регионе может и не соответствовать этим условиям).

Фактически такая ветроустановка снабжает электроэнергией только самые необходимые потребители. Если добавить к ним еще и внешнее освещение дома (двор, участок), то потребляемая мощность значительно возрастет (даже при условии использования энергосберегающих ламп) и придется приобретать ветроустановку, обеспечивающую 10 кВт.

А такое оборудование в полной комплектации стоит уже около $31 тыс. При этом заявленную мощность можно получить опять же лишь в идеальных условиях, которых может и не быть в данном конкретном регионе. Конечно, можно установить несколько ветрогенераторов или один, но очень мощный, созданный для небольших скоростей ветра. Однако это нерентабельно, к тому же оборудование займет много места.

С учетом всех перечисленных минусов ветроэлектростанцию рекомендуется использовать в качестве вспомогательного источника энергии для загородного дома. В сочетании с мини-ГЭС или солнечной электростанцией он прекрасно обеспечит дом электричеством.

Основы ветроэнергетики | NREL

Ветер возникает, когда поверхность земли неравномерно нагревается солнцем. Энергия ветра можно использовать для выработки электроэнергии.

Ветряные турбины

Ветряные турбины, как и ветряные мельницы, устанавливаются на башне для улавливания наибольшего количества энергии. На высоте 100 футов (30 метров) и более они могут воспользоваться более быстрым и менее бурный ветер.Турбины улавливают энергию ветра своим пропеллером. лезвия. Обычно на валу устанавливаются две или три лопасти, образующие ротор .

Лезвие действует как крыло самолета. Когда дует ветер, карман низкого давления воздух образуется на подветренной стороне лопасти. Затем воздушный карман низкого давления вытягивает лезвие к нему, заставляя ротор вращаться. Это называется лифт .Сила подъемника на самом деле намного сильнее, чем сила ветра, направленная против ветра. передняя сторона клинка, которая называется , драг . Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер, и вращающийся вал вращает генератор, чтобы вырабатывать электричество.

Исследования ветроэнергетики

NREL в основном проводятся в кампусе Флэтайронс, недалеко от Боулдера, Колорадо.

Ветряные турбины коммунального назначения на ветряной электростанции Сидар-Крик в Гровере, штат Колорадо. Фото Денниса Шредера / NREL

Плавающая морская ветряная турбина VolturnUS с полупогружной плавучей ветроустановкой Платформа, Университет штата Мэн, часть консорциума DeepCWind. Фотография из Университета штата Мэн

Наземная ветроэнергетика

Ветряные турбины могут использоваться как автономные приложения или их можно подключать к электросети или даже в сочетании с фотоэлектрической системой (солнечными элементами).За коммунальные (мегаваттные) источники энергии ветра, большое количество ветряных турбин обычно строятся близко друг к другу и образуют ветряную электростанцию ​​ , также называемую ветровой электростанцией . Некоторые поставщики электроэнергии сегодня используют ветряные электростанции для снабжения электроэнергией своих потребителей.

Автономные ветряные турбины обычно используются для перекачки воды или связи. Однако домовладельцы, фермеры и владельцы ранчо в ветреных районах также могут использовать ветряные турбины. как способ сократить свои счета за электричество.

Распределенная энергия ветра

Малые ветровые системы также обладают потенциалом в качестве распределенных энергоресурсов. Распространено энергоресурсы относятся к множеству небольших модульных технологий производства энергии. которые могут быть объединены для улучшения работы системы подачи электроэнергии. Для получения дополнительной информации о распределенном ветре посетите Управление ветроэнергетических технологий Министерства энергетики США.

Морская ветроэнергетика

Оффшорная ветроэнергетика — относительно новая отрасль в США. Америки первая оффшорная ветряная электростанция, расположенная в Род-Айленде, у побережья острова Блок, был запущен в декабре 2016 года. В отчете Wind Vision Министерства энергетики показано, что к 2050 году морской ветер будет доступен во всех прибрежных регионах страны.

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о ветровой энергии посетите следующие ресурсы:

Основы ветроэнергетики
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Карты и данные по ветроэнергетике
DOE’s WINDExchange

Как работают ветряные турбины
U.S. Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики.

Малые ветроэнергетические системы
Программа энергосбережения Министерства энергетики США

Американская ассоциация ветроэнергетики

Energy Kids Wind Basics
Управление энергетической информации США Energy Kids

Хорошая вибрация: безлопастные турбины могут принести энергию ветра в ваш дом | Возобновляемая энергия

Гигантские ветряные электростанции, расположенные вдоль холмов и береговых линий, — не единственный способ использовать силу ветра, говорят пионеры зеленой энергетики, которые планируют заново изобрести ветроэнергетику, отказавшись от необходимости в башнях турбин, лопастях и даже ветре.

«Мы не против традиционных ветряных электростанций», — говорит Давид Яньес, изобретатель Vortex Bladeless. Его стартап из шести человек, расположенный недалеко от Мадрида, впервые разработал конструкцию турбины, которая может использовать энергию ветра без широких белых лопастей, которые считаются синонимом энергии ветра.

Дизайн недавно получил одобрение государственной энергетической компании Норвегии Equinor, которая включила Vortex в список 10 самых интересных стартапов в энергетическом секторе. Equinor также предложит поддержку в развитии стартапов в рамках своей программы технического акселератора.

Безлопастные турбины стоят на высоте 3 метра и представляют собой цилиндр с закругленной вершиной, закрепленный вертикально с помощью упругого стержня. Неподготовленному глазу кажется, что он качается взад и вперед, как игрушку на приборной панели автомобиля. На самом деле, он разработан, чтобы колебаться в пределах диапазона ветра и генерировать электричество от вибрации.

Это уже вызвало недоумение на форуме Reddit, где турбину сравнивали с гигантской вибрирующей секс-игрушкой, или «скайбратором». Безошибочно фаллический дизайн собрал на сайте более 94 000 оценок и 3500 комментариев.Самый популярный комментарий предполагает, что подобное устройство может быть найдено в ящике комода вашей матери. Он получил 20 000 положительных оценок пользователей Reddit.

«Наша технология обладает различными характеристиками, которые могут помочь заполнить пробелы, в которых традиционные ветряные электростанции могут не подходить», — говорит Яньес.

Эти пробелы могут включать городские и жилые районы, где влияние ветряной электростанции было бы слишком большим, а пространство для ее строительства было бы слишком маленьким. Он отражает ту же тенденцию к установке небольших локальных генераторов энергии, что помогло домам и компаниям по всей стране сэкономить на счетах за электроэнергию.

«Это могло быть ответом энергии ветра на домашние солнечные панели», — говорит Яньес.

«Они хорошо дополняют друг друга, потому что солнечные панели производят электричество в течение дня, а скорость ветра, как правило, выше ночью», — говорит он. «Но главное преимущество технологии заключается в снижении ее воздействия на окружающую среду, визуального воздействия, а также затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание турбины».

Турбина не представляет опасности для миграций птиц или дикой природы, особенно при использовании в городских условиях.Для людей, живущих или работающих поблизости, турбина будет создавать шум с частотой, практически не обнаруживаемой человеком.

«Сегодня турбина небольшая и вырабатывает небольшое количество электроэнергии. Но мы ищем промышленного партнера, который расширил бы наши планы до 140-метровой турбины с мощностью 1 мегаватт », — говорит Яньес.

Vortex — не единственный стартап, который надеется заново изобрести энергию ветра. Alpha 311, начавшаяся в садовом сарае в Уитстабле, Кент, начала производство небольшой вертикальной ветряной турбины, которая, по ее утверждениям, может вырабатывать электричество без ветра.

2-метровая турбина, сделанная из переработанного пластика, предназначена для установки на существующие уличные фонари и вырабатывает электричество, поскольку проезжающие машины вытесняют воздух. Независимое исследование, проведенное по заказу компании, показало, что каждая турбина, установленная вдоль автомагистрали, может генерировать столько же электроэнергии, сколько 20 квадратных метров солнечных панелей, что более чем достаточно, чтобы держать уличный фонарь включенным, а также обеспечивать питание местной энергосистемы.

Уменьшенная версия турбины высотой менее 1 метра будет установлена ​​на O2 Arena в Лондоне, где она поможет вырабатывать чистую электроэнергию для 9 миллионов человек, которые посещают это место развлечений в течение обычного года.

«Хотя наши турбины можно разместить где угодно, оптимальное расположение — рядом с шоссе, где они могут быть встроены в существующую инфраструктуру. Нет необходимости что-либо копать, так как они могут быть прикреплены к уже имеющимся осветительным колонкам и использовать существующие кабели для непосредственного ввода в сеть », — говорит Майк Шоу, представитель компании. «Площадь небольшая, а автомагистрали — не самое красивое место».

Возможно, наиболее амбициозным отклонением от стандартной ветряной турбины стал немецкий стартап SkySails, который надеется использовать бортовую конструкцию, чтобы использовать энергию ветра прямо с неба.

SkySails производит большие полностью автоматизированные воздушные змеи, предназначенные для полета на высоте 400 метров, чтобы уловить силу высокогорного ветра. Во время подъема кайт тянет за трос, привязанный к лебедке и генератору на земле. Воздушный змей вырабатывает электричество, когда он поднимается в небо, и, будучи полностью разобранным, использует только часть произведенного электричества, чтобы вернуться к земле.

Стефан Рэйдж, исполнительный директор SkySails, говорит, что бортовые ветроэнергетические системы означают «минимальное воздействие на людей и окружающую среду … Системы работают очень тихо, практически не оказывают видимого воздействия на ландшафт и почти не отбрасывают тень», он добавляет.

Сегодня проект может генерировать максимальную мощность от 100 до 200 киловатт, но новое партнерство с немецкой энергетической фирмой RWE может увеличить потенциальную мощность с киловатт до мегаватт. Представитель RWE сказал, что пара в настоящее время ищет идеальное место для запуска воздушных змеев в сельской местности Германии.

Энергия ветра

Энергия ветра — одна из самых быстрорастущих технологий возобновляемой энергетики. Во всем мире их использование растет, отчасти потому, что снижаются затраты.Согласно последним данным IRENA, глобальная установленная мощность ветроэнергетики на суше и на море увеличилась почти в 75 раз, с 7,5 гигаватт (ГВт) в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году. В период с 2009 по 2013 год производство ветровой электроэнергии увеличилось вдвое, а в 2016 году на ветровую энергию приходилось 16% электроэнергии, производимой из возобновляемых источников. Во многих частях мира сильный ветер, но лучшие места для выработки энергии ветра иногда находятся в удаленных местах. Оффшорная ветроэнергетика предлагает огромный потенциал.

Ветряные турбины впервые появились более века назад. После изобретения электрического генератора в 1830-х годах инженеры начали попытки использовать энергию ветра для производства электроэнергии. Производство энергии ветра имело место в Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах в 1887 и 1888 годах, но считается, что современная ветроэнергетика была впервые разработана в Дании, где в 1891 году были построены ветряные турбины с горизонтальной осью и началась ветряная турбина высотой 22,8 метра. операция 1897 г.

Ветер используется для производства электроэнергии с использованием кинетической энергии, создаваемой движущимся воздухом.Она преобразуется в электрическую энергию с помощью ветряных турбин или систем преобразования энергии ветра. Сначала ветер поражает лопасти турбины, заставляя их вращаться и вращать присоединенную к ним турбину. Это изменяет кинетическую энергию на энергию вращения, перемещая вал, который подключен к генератору, и тем самым вырабатывает электрическую энергию за счет электромагнетизма.

Количество энергии, которое может быть получено от ветра, зависит от размера турбины и длины ее лопастей.Мощность пропорциональна размерам ротора и кубу скорости ветра. Теоретически, когда скорость ветра удваивается, потенциал энергии ветра увеличивается в восемь раз.

Мощность ветряных турбин со временем увеличивалась. В 1985 году типичные турбины имели номинальную мощность 0,05 мегаватт (МВт) и диаметр ротора 15 метров. Сегодняшние новые ветроэнергетические проекты имеют турбинную мощность около 2 МВт на суше и 3-5 МВт на суше.

Имеющиеся в продаже ветряные турбины достигли мощности 8 МВт с диаметром ротора до 164 метров.Средняя мощность ветряных турбин увеличилась с 1,6 МВт в 2009 году до 2 МВт в 2014 году.

Согласно последним данным IRENA, производство ветровой электроэнергии в 2016 году составило 6% электроэнергии, произведенной с помощью возобновляемых источников энергии. Во многих частях мира сильный ветер, но лучшие места для выработки энергии ветра иногда находятся в удаленных местах. Оффшорная ветроэнергетика предлагает огромный потенциал.

---

---

Ветровая энергия — один из самых дешевых источников электроэнергии, и он становится все дешевле

Ранее в этом месяце U.Министерство энергетики США (DOE) выпустило последнюю версию своего ежегодного отчета о рынке ветряных технологий, в котором собраны множество данных для отслеживания тенденций в стоимости, производительности и росте ветроэнергетики.

В отчете установлено, что ветровая энергия в США будет по-прежнему одной из доступных технологий производства электроэнергии с наименьшими затратами, при этом долгосрочная цена на ветровую электроэнергию, доступную по соглашению о закупке электроэнергии, составляет примерно половину ожидаемых затрат на простое управление электричеством. электростанция, работающая на природном газе.

Кроме того, жесткая конкуренция со стороны как природного газа, так и солнечной энергии может подтолкнуть ветроэнергетику к достижению еще более низких цен и более высокой производительности за счет разработки более крупных турбин, предназначенных для максимальной производительности даже в регионах с менее чем оптимальной скоростью ветра.

В этом посте будут рассмотрены некоторые из основных тенденций в области ветроэнергетики в США, отслеживаемых в отчете Министерства энергетики США. Чтобы получить полное изложение, я предлагаю вам проверить полный отчет и связанную с ним колоду слайдов.

Энергия ветра — один из самых дешевых источников электроэнергии в США

В то время как общая цена энергии ветра напрямую зависит от скорости ветра в конкретном месте, изучение национальных тенденций в установленной стоимости энергии ветра однозначно показывает, что энергия ветра стала чрезвычайно недорогим источником электроэнергии.

Средний потребитель в США платит за электроэнергию около 12 центов за киловатт-час. Эта цена включает стоимость выработки электроэнергии, проводов, по которым она доставляется от генераторов к нашим домам, и стоимость ведения коммунального хозяйства. Фактические затраты только на производство электроэнергии составляют от 2 до 4 центов за киловатт-час — это цена, с которой энергия ветра должна конкурировать, чтобы быть успешной.

На основании данных, собранных в Отчете о рынке ветряных технологий, ветровая энергия стабильно стоит на уровне или ниже текущих рыночных ставок на электроэнергию.Энергия ветра часто приобретается крупными блоками по долгосрочному контракту, который называется договором купли-продажи электроэнергии (PPA). На рисунке ниже показана историческая цена контрактов PPA на ветроэнергетику с 1996 года. Диаметр каждого круга — это размер построенной ветряной электростанции в мегаваттах, а высота круга на оси Y — цена контракта в долларах за мегаватт. -час (или долларов за 1000 киловатт-часов).

На этом рисунке сравнивается цена контракта по соглашению о закупке электроэнергии (PPA) для энергии ветра (кружки) с приведенной стоимостью природного газа (черные полосы), основанной на прогнозах Управления энергетической информации (EIA).Диаметр каждого круга представляет мощность ветряной электростанции в мегаваттах по контракту. Энергия ветра внутри США с 2011 года соответствует или ниже долгосрочных прогнозов цен на газ. В последние годы цена на внутренний ветер упала ниже 20 долларов за мегаватт-час, или 2 цента за киловатт-час. Кредит: Отчет о рынке ветряных технологий Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

В последние годы было закуплено огромное количество энергии ветра по цене 20 долларов за мегаватт-час или ниже, или всего 2 цента за киловатт-час.Это по любым параметрам конкурентоспособно с ценами на обычном оптовом рынке электроэнергии.

Но важно отметить, что цена на ветровую энергию, предлагаемую через PPA, представляет собой полную цену, которая включает эффект субсидий, таких как федеральный налоговый кредит на производство ветровой энергии, который обеспечивает налоговую субсидию в размере от 18 до 23 долларов за мегаватт-час. произведенной энергии. Если исключить налоговую льготу на производство и посмотреть на приведенную стоимость энергии (LCOE) от внутреннего ветра, она по-прежнему будет стоить менее 50 долларов за мегаватт-час (5 центов за киловатт-час).Для сравнения, по оценке Управления энергетической информации, лучшая в своем классе электростанция на природном газе с комбинированным циклом имеет LCOE около 54 долларов за мегаватт-час (5,4 цента за киловатт-час). Таким образом, даже если учесть эффект федерального налогового кредита на производство ветровой энергии, энергия ветра остается чрезвычайно конкурентоспособным генерирующим ресурсом.

Приведенная стоимость энергии (LCOE) отражает среднюю стоимость энергии ветра без учета каких-либо федеральных налоговых льгот или других субсидий. Внутренний ветер, построенный в 2014 и 2015 годах, имеет LCOE менее 50 долларов за мегаватт-час или 5 центов за киловатт-час.Для сравнения, по оценке Управления энергетической информации, лучшая в своем классе электростанция на природном газе с комбинированным циклом имеет LCOE около 54 долларов за мегаватт-час, или 5,4 цента за киловатт-час. Кредит: Отчет о рынке ветряных технологий Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Конкуренция поднимает ветер, чтобы быть дешевле, больше и лучше

Одним из преимуществ того, что энергия ветра становится полностью конкурентоспособной по сравнению с традиционным производством электроэнергии на ископаемом топливе, является то, что она оказывает значительное давление на ветроэнергетику, которая требует постоянного повышения стоимости и производительности своих ветряных турбин, чтобы оставаться на шаг впереди конкурентов.

Отраслевые данные показывают, что ветряные турбины, развернутые в 2016 году, имеют роторы большего диаметра, что позволяет им улавливать больше ветра в целом, и более высокую высоту ступицы, что позволяет им улавливать более устойчивые ветры, доступные на больших высотах. Средний диаметр ротора в 2016 году составил 108 метров, что на 13 процентов больше, чем в среднем за предыдущие 5 лет, а средняя высота ступицы в 2016 году составила 83 метра, что на 1 процент выше среднего показателя за предыдущие 5 лет. В результате средняя генерирующая мощность вновь установленных ветряных турбин в США в 2016 году составила 2.15 мегаватт, что на 11 процентов выше среднего показателя за предыдущие 5 лет.

Усовершенствования конструкции ветряных турбин не только помогли увеличить максимальную мощность, которую они могут производить (или их генерирующую мощность), но и их коэффициент мощности, то есть показатель того, как часто они фактически производят энергию. Средний коэффициент мощности проектов, установленных в 2014 и 2015 годах, составлял более 40 процентов — это означает, что они производили 40 процентов максимально возможной энергии, которую они могли бы произвести, если бы было очень ветрено 24 часа в сутки, 365 дней в году.

Улучшение конструкции ветряных турбин привело к значительному увеличению коэффициента использования ветряных электростанций — показателя того, как часто они фактически производят энергию. Средний коэффициент мощности среди проектов, построенных в 2014 и 2015 годах, составлял 42,6 процента по сравнению со средним показателем 32,1 процента среди проектов, построенных с 2004 по 2011 год, и 25,4 процента среди проектов, построенных с 1998 по 2001 годы. Фото: Отчет о рынке ветряных технологий Lawrence Berkeley National Лаборатория

Как насчет затрат на интеграцию, связанных с изменчивостью ветра?

Здесь вы можете спросить, а как насчет всех затрат, связанных с изменчивостью ветра? Разве нам не нужны хранилища для управления колебаниями выработки энергии ветра? К сожалению, нет кратких ответов на вопрос, каковы затраты на интеграцию переменного источника электроэнергии, такого как ветер.Ответ — однозначный: «это зависит от обстоятельств».

Одна вещь, которую мы можем сделать, — это посмотреть, как количество ветра, принудительно уменьшенное или ограниченное операторами сети, изменилось по мере того, как количество энергии ветра в сети увеличилось. На приведенном ниже рисунке показаны как скорость проникновения ветра, так и скорость ослабления ветра в период с 2008 по 2016 год для семи независимых системных операторов США (ISO) (карта ISO США здесь).

Эта цифра отслеживает изменения в проникновении ветра и ограничении ветра, или количестве ветровой генерации, которая принудительно отключается оператором сети, на семи единицах.С. независимый системный оператор (ISO) регионов. Несмотря на то, что проникновение ветра значительно увеличилось, сокращение ветровой нагрузки на уменьшилось на из-за инвестиций в передачу и других операционных изменений, направленных на использование энергии ветра. Кредит: Отчет о рынке ветряных технологий Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Если посмотреть на общее изменение проникновения ветра и ограничения ветра по всем семи ISO, сокращение фактически уменьшилось на , даже несмотря на то, что проникновение ветра значительно увеличилось.Это не означает, что затраты на интеграцию ветроэнергетики незначительны. Фактически, главная причина, по которой сокращение выбросов сократилось с момента его пика в 2009 году, заключается в том, что регионы вкладывают средства в крупномасштабные линии электропередачи, чтобы направлять энергию ветра с равнин в города и лучше сбалансировать выработку энергии ветра со спросом. В регионе Совета по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT), например, коммунальные предприятия инвестировали 7 миллиардов долларов в линии электропередачи, связывающие ветреный Западный Техас с восточными и центральными городами, что значительно сократило количество сокращений.Как и все инвестиции в линии электропередачи, эти затраты были распределены по всей клиентской базе, поэтому они не отражены в стоимости энергии ветра, показанной на диаграммах выше. Но когда вы распределяете миллиардные инвестиции между миллионами клиентов, затраты, понесенные в расчете на одного клиента, относительно невелики.

Поскольку исключительно низкая цена на ветровую энергию в США стимулирует дальнейшее строительство ветряных электростанций, будет интересно посмотреть, как операторы сетей в США справятся с задачей интеграции энергии ветра с остальной сетью.По крайней мере, пока они успешны. Но директивные органы и регулирующие органы должны осознавать необходимость в новых мощностях передачи и других модернизациях сети для интеграции ветра, поскольку все больше турбин устанавливается в большем количестве мест. Определение инвестиций с наименьшими затратами для интеграции наиболее возобновляемой энергии — непростая задача, но она будет становиться все более жизненно важной, поскольку возобновляемые источники энергии теряют ярлык «альтернативной энергии» и становятся основным источником поставок электроэнергии в США.

Лопасти ветряных турбин не должны попадать на свалки

Это один из четырех блогов в серии, посвященной текущим проблемам и возможностям вторичного использования экологически чистых технологий.См. Вводный пост , а также другие записи о солнечных панелях и аккумуляторных батареях . Особая благодарность Джессике Гарсиа, научному сотруднику UCS по политике чистой энергии Среднего Запада на лето 2020 года, за поддержку в исследованиях и соавторство этих публикаций.

Ветровые турбины увеличились в размерах и количестве, чтобы удовлетворить потребности в чистой энергии

Современная ветроэнергетика преобразует кинетическую энергию (движение) ветра в механическую.Это происходит за счет вращения больших лезвий из стекловолокна, которые затем вращают генератор для производства электроэнергии. Известные ветряные турбины могут располагаться на суше или на море.

Прогнозируется, что к 2050 году ветроэнергетика продолжит расти в США. Последний отчет о рынке ветряных технологий, подготовленный Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли, показал, что цены на ветровую энергию находятся на рекордно низком уровне, а в 2019 году — 7,3 процента выработки электроэнергии коммунальными предприятиями. в США пришел ветер.В этом сообщении блога мы рассмотрим наземные ветряные турбины и возможности утилизации, которые существуют, но еще не получили широкого распространения для лопаток турбин.

Источник: Berkeley Lab Electric Markets & Policy (https://emp.lbl.gov/wind-energy-growth)

Конструкции ветряных турбин со временем развивались, увеличиваясь в размерах и увеличивая эффективность, что в конечном итоге привело к увеличению генерирующих мощностей. Основная конструкция промышленных турбин сегодня — это ветряные турбины с горизонтальной осью, состоящие из ротора с тремя лопастями из стекловолокна, прикрепленными к ступице, которая сама прикреплена к центральной детали (гондоле), установленной на стальной башне.Различное другое оборудование и бетонные фундаменты также включены в современные конструкции ветряных турбин, которые включают более 8000 деталей на турбину.

Лопасти ветряных турбин в существующем парке США в среднем составляют около 50 метров в длину или около 164 футов (примерно ширина американского футбольного поля). А с учетом недавних тенденций к использованию более длинных лопастей на более крупных турбинах и более высоких башнях для увеличения выработки электроэнергии, некоторые из самых крупных лопастей, производимых сегодня, достигают 60-80 метров в длину.

Источник: Лаборатория Беркли, Обновление данных по ветроэнергетическим технологиям: издание 2020 г., стр. 37.Обратите внимание, что диаметр ротора (показанный здесь в метрах) чуть более чем в два раза превышает длину лопастей

.

Фото: Джеймс Жиньяк

Что касается долговечности, ветряные турбины служат в среднем около 25 лет. Около 85% материалов компонентов турбины, таких как сталь, медная проволока, электроника и зубчатые передачи, можно переработать или использовать повторно. Но лезвия отличаются, поскольку они сделаны из стекловолокна (композитного материала), чтобы быть легкими для эффективности, но при этом достаточно прочными, чтобы выдерживать штормы.Смешанная природа материала лезвия затрудняет отделение пластмассы от стекловолокна для переработки в пригодный для обработки стекловолоконный материал, а прочность, необходимая для лезвий, означает, что их также физически сложно сломать.

Куда теперь попадают бывшие в употреблении лопасти ветряных турбин?

Лопасти ветряных турбин требуют утилизации или вторичной переработки, когда турбины выводятся из эксплуатации на стадии завершения использования или когда ветряные электростанции модернизируются в процессе, известном как восстановление мощности.Обновление включает в себя сохранение того же места и часто обслуживание или повторное использование первичной инфраструктуры ветряных турбин, но модернизацию с использованием турбин большей мощности. Лезвия могут быть заменены на более современные и, как правило, большие лезвия. В любом случае лопасти из стекловолокна, когда они больше не нужны, представляют собой серьезнейшую проблему с точки зрения конечного использования ветроэнергетики.

Хотя лезвия можно разрезать на несколько частей на месте во время вывода из эксплуатации или повторного включения, эти части по-прежнему сложно и дорого транспортировать для переработки или утилизации.А процесс резки чрезвычайно прочных лезвий требует огромного оборудования, такого как канатные пилы на транспортных средствах или пилы с алмазным канатом, подобные тем, что используются в карьерах. Поскольку в настоящее время существует очень мало вариантов утилизации лезвий, подавляющее большинство из тех, которые достигают конца использования, либо хранятся в разных местах, либо отправляются на свалки.

Действительно, Bloomberg Green ранее в этом году сообщал о вывозе лопастей ветряных турбин на свалки. Несмотря на то, что поток отходов представляет собой лишь крошечную долю твердых бытовых отходов США, это явно не идеальная ситуация.По мере вывода из эксплуатации или замены ветряных турбин возникает необходимость в более творческих решениях по переработке использованных лопастей.

Хорошая новость в том, что в настоящее время ведутся работы по разработке альтернатив. Две крупные компании в США, PacificCorp и MidAmerican Energy, например, недавно объявили о планах наладить партнерские отношения с компанией Carbon Rivers из Теннесси по переработке некоторых израсходованных лопаток турбин вместо их захоронения. Технология, используемая Carbon Rivers, поддерживается за счет грантов Министерства энергетики США и будет использоваться для разрушения и повторного использования стекловолокна из использованных лопаток турбин.

Фото: Flickr / Chuck Coker

Новые инновации в переработке стекловолокна

В то время как композитная природа лопаток турбины из стекловолокна, как известно, затрудняет их устранение на этапе завершения использования, интерес к поиску альтернатив также может стимулировать творчество и инновации. Например, в рамках партнерства с участием университетов США, Ирландии и Северной Ирландии под названием Re-wind было разработано несколько интересных идей проектов гражданского строительства для повторного использования и перепрофилирования лезвий из стекловолокна.Сюда входит использование выведенных из эксплуатации лопастей в проектах гражданского строительства в составе конструкций линий электропередач или башен, а также крыш для аварийного или доступного жилья. В Северной Ирландии Re-wind также рассматривает возможность их использования на пешеходных мостах вдоль зеленых насаждений.

Далее по иерархии отходов начинают появляться дополнительные варианты переработки. WindEurope, представляющая ветроэнергетику Европейского Союза, сотрудничает с Европейским советом химической промышленности (Cefic) и Европейской ассоциацией производителей композитов (EuCIA) для разработки новых методов повторного использования материалов для лопастей.По оценкам организаций, только в Европе в течение следующих нескольких лет будет выведено из эксплуатации 14 000 лопастей ветряных турбин. В мае 2020 года консорциум выпустил Accelerating Wind Turbine Blade Circularity, всеобъемлющий отчет, в котором подробно описаны дизайн, исследования и технические решения, ориентированные на жизненный цикл ветряных турбин.

Ключевым моментом при переработке композитных материалов является обеспечение того, чтобы процесс переработки имел чистый положительный результат по сравнению с альтернативой утилизации на свалках.Одним из примеров является Германия, где концепция переработки турбинных лопаток в цемент впервые была разработана около десяти лет назад на заводе, построенном в рамках партнерства между Geocycle, бизнес-подразделением корпорации строительных материалов HolcimAG, и компанией Zajons.

Эта форма рециркуляции включает в себя контроль цепочки поставок утилизации, в том числе распиливание лопаток турбины на более мелкие части на месте вывода из эксплуатации для снижения логистики и затрат на транспортировку. Этот процесс обещает 100-процентную переработку и сокращение выбросов углекислого газа при совместной переработке цемента за счет замены производства цементного сырья на переработанные лопасти, а также использование биогаза из органических остатков вместо угля в качестве топлива.

Разрабатываются и другие технологии, такие как механическая переработка, сольволиз и пиролиз, которые в идеале предоставят промышленности дополнительные возможности для работы с лезвиями из стекловолокна, когда они достигают конца использования.

Другой творческий вариант переработки позволяет получать гранулы или доски, которые можно использовать в столярных работах. В 2019 году Global Fiberglass Solutions начала производство продукта под названием EcoPoly Pellets в США и вскоре дополнительно будет производить панельную версию.Эти продукты сертифицированы как переработанные из лопастей выведенных из эксплуатации лопастей ветряных турбин посредством отслеживания радиочастотной идентификации (RFID) от лопастей до конечного продукта. EcoPoly Pellets можно превратить в различные продукты, такие как складские поддоны, напольные покрытия или парковочные болларды. Основываясь на своих прогнозах спроса, Global Fiberglass Solutions ожидает, что сможет обрабатывать от 6000 до 7000 лезвий в год на каждом из двух своих заводов в Техасе и Айове.

Дополнительный подход к переработке лезвий состоит в том, чтобы сосредоточить внимание на исходной детали — на том, из чего сделаны лезвия.Дополнительные исследования и разработки направлены на использование термопластической смолы вместо стекловолокна или углеродного волокна для лопастей ветряных турбин. Материал может быть проще и дешевле утилизировать.

В конце концов, цель увеличения количества инноваций в направлении дополнительных приложений использования списанных лопаток турбин требует наличия достаточного рыночного спроса, чтобы стимулировать создание предприятий, которые могут перерабатывать лопатки. Наряду с этой проблемой в США является отсутствие политики в отношении конечного использования лопаток турбин, что еще больше способствует сохранению статус-кво или утилизации твердых отходов на полигонах.

Достижение 100-процентной возможности вторичной переработки ветряных турбин

Как обсуждалось выше, в настоящее время утилизировать лопасти ветряных турбин на ближайшем полигоне дешевле, чем часто перевозить на большие расстояния, необходимые для переработки на ограниченном количестве предприятий, которые могут их эффективно переработать. Кроме того, отрасль в настоящее время страдает от недостаточного давления со стороны регулирующих органов или рыночных стимулов для полной разработки других вариантов конечного использования.

Два подхода к более замкнутой экономике — это более тесная связь в цепочке поставок ветряных турбин и амбициозные цели.Например, Vestas Wind Systems A / S, компания, занимающаяся проектированием, производством и глобальным монтажом ветряных турбин, объявила о твердом намерении произвести к 2040 году ветровые турбины без отходов. тесно сотрудничать со своими партнерами по всей цепочке поставок, чтобы в конечном итоге избежать сжигания или захоронения своей продукции. Необходимо больше партнерских отношений между компаниями ветроэнергетики, чтобы восполнить пробел и сделать системы ветроэнергетики на 100% пригодными для вторичной переработки.

Кроме того, штаты США должны рассмотреть механизмы политики для стимулирования развития рынка альтернативных решений, таких как усиление ответственности производителей, помимо утилизации лопастей ветряных турбин на свалках. Штаты могли бы дополнительно рассмотреть способы поддержки строительства региональной инфраструктуры утилизации отходов — особенно в штатах с более крупными ветряными электростанциями, такими как Техас или Айова, — для решения проблемы прекращения использования лопастей ветряных турбин.

В других блогах этой серии вы найдете введение в технологии переработки экологически чистой энергии, а также дополнительную информацию о переработке солнечных панелей и аккумуляторов энергии.

Энергия ветра — образование в области энергетики

Рисунок 1. Ветряная электростанция в Техасе. ^[1]

Энергия ветра — это выработка электроэнергии из ветра. Энергия ветра собирает поток первичной энергии атмосферы, образующийся в результате неравномерного нагрева поверхности Земли Солнцем. Следовательно, энергия ветра — это косвенный способ использования солнечной энергии. Энергия ветра преобразуется в электрическую энергию ветряными турбинами. ^[2]

Ресурс ветра

Несколько различных факторов влияют на потенциальный ветровой ресурс в районе.На выходную мощность влияют три основных фактора: скорость ветра , плотность воздуха и радиус лопасти . ^[3] Ветровые турбины должны регулярно находиться в районах с сильным ветром, что более важно, чем периодические сильные ветра.

Скорость ветра

Рис. 2. Произвольная кривая мощности ветряной турбины мощностью 1 МВт в сравнении со скоростью ветра. Обратите внимание на скорость резки. ^[4]

Скорость ветра в значительной степени определяет количество электроэнергии, вырабатываемой турбиной.Более высокая скорость ветра дает больше энергии, потому что более сильный ветер позволяет лопастям вращаться быстрее. ^[3] Более быстрое вращение приводит к большей механической мощности и большей электрической мощности от генератора. Взаимосвязь между скоростью ветра и мощностью для типичной ветряной турбины показана на рисунке 2.

Турбины предназначены для работы в определенном диапазоне скоростей ветра. Пределы диапазона известны как скорость включения и скорость выключения. ^[5] Скорость включения — это точка, при которой ветряная турбина может вырабатывать электроэнергию.Между скоростью включения и номинальной скоростью, где достигается максимальная мощность, выходная мощность будет увеличиваться кубическим образом со скоростью ветра. Например, если скорость ветра увеличится вдвое, выходная мощность увеличится в 8 раз. Это кубическое соотношение делает скорость ветра таким важным фактором для ветроэнергетики. Эта кубическая зависимость действительно отключается при номинальной скорости ветра. Это приводит к относительно пологой части кривой на Рисунке 2, поэтому кубическая зависимость наблюдается при скоростях ниже 15 м / с (54 км / ч).

Скорость отключения — это точка, при которой турбина должна быть остановлена, чтобы избежать повреждения оборудования.Скорости включения и выключения зависят от конструкции и размера турбины и определяются до начала строительства. ^[6]

Плотность воздуха

Выходная мощность связана с местной плотностью воздуха, которая является функцией высоты, давления и температуры. Плотный воздух оказывает большее давление на роторы, что приводит к увеличению выходной мощности. ^[7]

Конструкция турбины

Ветровые турбины предназначены для увеличения радиуса лопастей ротора и увеличения выходной мощности.Лопасти большего размера позволяют турбине улавливать больше кинетической энергии ветра за счет перемещения большего количества воздуха через роторы. ^[8] Однако для работы более крупных лопастей требуется больше места и более высокая скорость ветра. Как правило, турбины имеют расстояние в четыре раза больше диаметра ротора. ^[6] Это расстояние необходимо для предотвращения помех между турбинами, что снижает выходную мощность. ^[5] Относительное расстояние между ветряными турбинами показано на Рисунке 1.

Интерактивный график

Ветроэнергетика довольно быстро растет во многих регионах; изучите приведенные ниже данные, чтобы увидеть, как растет энергия ветра в разных странах. ^[9]

Для дальнейшего чтения

Список литературы

1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GreenMountainWindFarm_Fluvanna_2004.jpg#/media/File:GreenMountainWindFarm_Fluvanna_2004.jpg
2. ↑ Развитие ветроэнергетики. (18 августа 2015 г.). Основы ветроэнергетики [Онлайн], доступно: http://windeis.anl.gov/guide/basics/
3. ↑ ^{3,0 3,1} Европейская ассоциация ветроэнергетики.(2013, 4 ноября). Как работает ветряная турбина [Online]. Доступно: http://www.ewea.org/wind-energy-basics/how-a-wind-turbine-works/
4. ↑ По материалам: R. Wolfson, Energy, Environment and Climate, 2nd ed. Нью-Йорк: Norton, 2012. и WindPowerProgram, [Online], Доступно: http://www.wind-power-program.com/popups/powercurve.htm
5. ↑ ^{5,0 5,1} Д. Вуд, частное сообщение, октябрь 2013 г.
6. ↑ ^{6,0 6.1} Energy Research Unit (нет данных). (2013, 4 ноября). Energy Research Unit Meteorological Data [Online]. Доступно: http://www.elm.eru.rl.ac.uk/ins4.html
7. ↑ WindTurbines.net (2013, 4 ноября). Факторы, влияющие на КПД ветряных турбин [Online]. Доступно: http://www.slideshare.net/windturbinesnet/factors-affecting-wind-turbine-efficiency-7146602
8. ↑ Оренда. (2013, 4 ноября). Имеет ли значение длина лопастей ветряной турбины? [Интернет]. Доступно: http: // orendaenergy.com / действительно-имеет-значение-длина-лопасти-ветряной-турбины /
9. ↑ BP Worldwide. (2014, 1 июля). Статистический обзор мировой энергетики, 2017 г. [Онлайн]. Доступно: https://calculators.io/statistical-review-of-world-energy/

Ветряной электрогенератор

— обзор

9.3.1 Водонасосные системы

Водонасосные системы — это особый тип WHPS. Эти системы используют энергию ветра для подачи энергии на валу, которая используется непосредственно для перекачивания воды или для выработки электроэнергии для привода электрического насоса.Ветряные водяные насосы использовались на протяжении многих веков в таких странах, как Нидерланды; даже сегодня большое количество этих устройств используется в удаленных местах.

Водонасосные системы могут применяться на обширных территориях лучше, чем системы поверхностного водоснабжения, основанные на больших ирригационных плотинах. Из-за большого количества воды, необходимой для орошения, энергия ветра редко используется для орошения сельскохозяйственных культур. Однако более крупные и эффективные ветряные турбины способны вырабатывать достаточно электроэнергии для использования в ирригационных проектах (Gipe, 1993; Gasch and Twele, 2002).

В развивающихся странах, где многие регионы не подключены к электросети, энергия ветра может применяться для выработки механической энергии или электроэнергии для перекачивания воды с небольших глубин. Солнечная энергия и обычные дизельные двигатели также могут быть рассмотрены для улучшения водоснабжения, хотя в случае дизельных двигателей (используемых для привода электродвигателей) важно учитывать запас топлива (Gipe, 1993; Gasch and Twele, 2002).

Большое количество лопастей использовалось в старых роторах с низким передаточным числом для водяных насосов, а также в тех случаях, когда требовался высокий пусковой крутящий момент.Современные роторы с высоким передаточным числом для выработки электроэнергии имеют всего две или три лопасти. Количество лопастей ротора косвенно связано с отношением скорости вершины лопасти λ, которое является радиосвязью скорости вершины лопасти и скорости ветра (Manwell и др. , 2002):

9,1λ = ωRv

, где ω (с ^-1 ) — частота вращения, R (м) — радиус аэродинамического ротора и v (м с ^-1 ) — скорость ветра.

Преобразование ветровой энергии в гидравлическую с помощью ветряной насосной системы может быть произведено, если скорость ветра больше 2.5–3,0 м с ⁻¹ , с коэффициентом мощности более 45% (т. Е. Отношение фактической мощности ветряной турбины за период времени к ее мощности, если она все время работала с полной номинальной мощностью) . Можно использовать ветровую насосную систему, если уровень воды в водохранилище существенно не меняется, и если также возможно хранить воду на три дня или одну неделю, чтобы учесть дни без ветра. Для работы механического привода для перекачивания воды ветряная турбина должна быть размещена рядом с резервуаром для воды, а основные части системы должны быть защищены от погодных условий.В случае ветряных турбин, которые подают электроэнергию для перекачивания воды, ветряную турбину можно разместить далеко от резервуара с водой, чтобы максимизировать преобразование энергии ветра.

Можно выделить четыре типа ветровой откачки: сельское водоснабжение, ирригация, водоснабжение скота и дренаж. Ветряные турбины с прямым механическим соединением — наиболее распространенный метод перекачки воды на пахотные земли и домашний скот. Многие более современные ветряные турбины имеют электрическую связь, при этом водяной насос подключен к ветровой турбине через соединение двигателя-генератора.Типичный ветряной насос изображен на рис. 9.1.

9.1. Система ветрового насоса и резервуар для хранения. Хранение необходимо для обеспечения водой в безветренный период (Aermotor Windmill Company, Inc.).

В настоящее время существует три типа ветроэнергетических систем для перекачивания воды: два используют механическую энергию для перекачивания воды, а третий преобразует энергию ветра в электрическую (Gasch and Twele, 2002):

•

Механический (поршневой) насос). Эта система преобразует вращающуюся энергию ветра в вертикальное движение, используя змеевик и поршневой насос для подъема воды.

•

Механический (эрлифтный насос). Эта система использует энергию ветра для зарядки компрессора, который нагнетает воздух для подъема воды.

•

Электронасос. Электрическая насосная система направляет генерируемую энергию непосредственно в водяной насос и / или в аккумуляторную систему хранения.

Конструкция системы зависит от конкретных потребностей в энергии, от того, требуется ли аккумуляторная система хранения и от количества ветра, доступного на площадке.Гибридные ветряные / солнечные / традиционные системы рассматриваются, когда ветровые ресурсы недоступны в течение нескольких месяцев в году (например, летом, когда увеличивается потребность в воде). Новые спиральные насосные системы могут питаться либо от солнечно-фотоэлектрической (PV) энергии, либо от энергии ветра и поддерживаться дизельной или аккумуляторной системой. Винтовой насос (поршневой насос прямого вытеснения) должен обеспечивать более высокие скорости потока на большей глубине откачки при меньших потребностях в мощности, чем центробежный насос (насос большого объема). Еще один аспект, который следует учитывать при выборе системы, заключается в том, что на батареи могут приходиться более 20% общих капитальных вложений.

Чтобы оценить размер ветряной турбины, необходимой для перекачивания воды, необходимо учитывать три основных параметра: напор насоса (H м), требуемый расход воды (Q м ³ с ⁻¹ ) и средняя скорость ветра (v¯.m s ⁻¹ ) для данной местности. Фактическая передаваемая мощность ротора должна равняться требуемой гидравлической мощности, а именно:

9,2Cpηm12ρairAv¯3 = ρwgHQ

, где C _p — коэффициент полезного действия или эффективность преобразования ветра ротора, η _м — механический КПД ветрового насоса, ρ _воздух — плотность воздуха (принята равной 1.15 кг · м ⁻³ ), A (m ² ) — площадь ротора, ρ _w — плотность воды (принята равной 1000 кг · м ⁻³ ) и г. (м с ⁻² ) — ускорение свободного падения. Площадь ротора может быть выражена как:

9,3A = 1000 кгм − 310HQ0,58 кгм − 3Cpηmv¯3

, а диаметр ротора D получается из

9,4D = 4Aπ

. расход воды, напор насоса и скорость ветра будут меняться в течение года; поэтому удобно оценивать среднее значение каждой переменной для каждого месяца (Omer, 2008).Электрическая мощность различных водяных насосов представлена ​​на рис. 9.2.

9.2. Оптимальные энергетические характеристики небольшой ветряной турбины по сравнению с потребляемой мощностью поршневого насоса и центробежного насоса.

Сравнение рабочих характеристик винтовых и центробежных водяных насосов с характеристиками мощности высокоскоростной ветряной турбины показывает, что рабочие характеристики водяного насоса могут быть легче согласованы с характеристиками мощности ветряного ротора, если вода насос центробежный (рис.9.2). Простая причина заключается в том, что характеристики двух «гидравлических машин», ветряного ротора и центробежного насоса, лучше совпадают (Hau, 2006). Хотя электрическая передача энергии от ветряной турбины к водяному насосу включает в себя двойное преобразование энергии с соответствующими потерями в общей сложности около 30%, в большинстве случаев эти потери более чем компенсируются оптимальным размещением ветряной турбины (Hau, 2006). .

Электрические водяные насосы, которые подключаются к розетке с использованием переменного тока (AC), как правило, не рассчитаны на очень эффективную работу, потому что нет контроля над количеством подаваемой электроэнергии, и двигатели переменного тока должны работать с полной номинальной мощностью, чтобы работать эффективно.Системы ветряных насосов предназначены для использования постоянного тока (DC), обеспечиваемого ветряной турбиной, хотя в некоторых более новых версиях используется двигатель переменного тока с переменной частотой и контроллер трехфазного насоса переменного тока, который позволяет им питаться напрямую от ветряных турбин. Поскольку ветряные турбины дороги, а их выработка энергии может изменяться, ветряные насосные системы должны быть как можно более эффективными; то есть им необходимо максимально увеличить общее количество литров воды, перекачиваемой на ватт потребляемой электроэнергии. Они также должны быть способны перекачивать в условиях низкой скорости ветра.

Чтобы удовлетворить эти требования, производителям насосов пришлось изменить конструкцию водяных насосов. В большинстве обычных насосов переменного тока используется центробежная крыльчатка, которая «приводит» воду в движение. Многоступенчатый центробежный насос имеет ряд установленных друг на друга рабочих колес и камер. При работе на малой мощности резко падает количество воды, перекачиваемой центробежными насосами. Это ограничивает использование центробежных насосов в солнечных батареях (хотя доступны и эффективные центробежные насосы). Многие разработчики водяных насосов прибегли к использованию поршневых насосов прямого вытеснения, которые нагнетают воду в камеру, а затем вытесняют ее с помощью поршня или винтового винта.Как правило, они перекачивают медленнее, чем другие типы насосов, но обладают хорошими характеристиками в условиях малой мощности и могут достигать высокого подъема. Доступны как погружные (с оставшимся под водой насос), так и поверхностные насосы. Поверхностные насосы менее дороги, чем погружные, но они плохо подходят для всасывания и могут забирать воду только с высоты примерно 6 метров по вертикали. Поверхностные насосы отлично подходят для перекачивания воды на большие расстояния. В некоторых случаях оба типа насосов используются в одной и той же системе, когда напор насоса превышает 6 м, а вода перекачивается на большие расстояния.

Во многих странах мира, таких как Индия, Китай, Австралия, Греция и Египет, реализуются программы по откачке воды с использованием энергии ветра. Соединенные Штаты осуществили одну из важнейших программ в этой области. В сентябре 2004 года Р. Нолан Кларк и Брайан Д. Вик из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (Бушленд, Техас) начали исследовательский проект под названием «Удаленная перекачка воды и выработка электроэнергии с использованием возобновляемых источников энергии».