风电场。发明和生产的历史

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风力发电厂 - 多个风力发电装置集中在一个或多个地方并组合成一个网络。大型风电场可能由 100 台或更多风力发电机组成。有时风力发电厂也被称为“风电场”（源自英语。Wind farm）。

风电场

事实上，风能的储量是无限的。这种能源是可再生的，与火力发电厂不同，风能不利用地下的财富，实际上煤炭、石油、天然气的开采与巨大的劳动力成本相关。此外，热站污染环境，水电站大坝在河流上形成人工海洋，扰乱了自然平衡。另一方面，与水力发电厂或核电厂容量相同的风力发电厂与它们相比占用的面积要大得多。公平地说，必须说风电场并非完全无害：它们会干扰鸟类和昆虫的飞行，制造噪音，用旋转的叶片反射无线电波，干扰附近定居点的电视接收。

通常，风力涡轮机的工作体是螺旋桨的叶片，称为风轮。它的理论是在 59,3 世纪初由俄罗斯著名科学家 N.E. 茹科夫斯基。为了描述与气流通过轮子有关的现象，他应用了飞机机翼的升力理论，并确定了理想轮子最大可能利用风能的值。效率等于 XNUMX%。

风电场方案

风是一种非常反复无常的元素，它从一侧吹来，过了一会儿——从另一侧吹来。为了使轮子有效地利用气流的能量，它必须每次都逆风展开。为此，使用了特殊装置 - 尾板（风向标）或小型风轮（windrose）。

风很少以恒定的速度吹。它的速度发生了变化 - 车轮和与之相关的轴的旋转已经减慢或加速，车轮的旋转通过它们传递到发电机。为了使轴以恒定频率旋转，使用了各种装置。

各种设计用于产生风能。这些是多叶片“雏菊”和螺旋桨，例如带有三个、两个甚至一个叶片的飞机螺旋桨。垂直结构很好，因为它们可以捕捉任何方向的风；其余的必须随风而变。这种垂直转子类似于沿轴切割并安装在轴上的桶。也有原始的解决方案。例如，一辆有帆的手推车骑在一圈铁轨上，它的轮子驱动发电机。

最常见的风力发电厂 (WPP) 是带有水平轴和叶片数量为 1 到 3 个的涡轮机。涡轮机、倍增器和发电机放置在安装在桅杆顶部的吊舱中。在最新型号的风力涡轮机中，使用了异步变速发电机，调节发电的任务由电子设备执行。

通常，风电场在年平均风速为每秒 6 米或更高且其他能源匮乏的地区以及燃料输送非常昂贵的地区是有益的。在俄罗斯，首先是萨哈林、堪察加、北极、远北等地。

年平均风速约为每秒 7 米，每年满负荷运行的平均小时数为 2500 小时，这种装置的发电成本为 7-8 美分/千瓦时。如今，单位容量为 100-500 kW 的风力涡轮机是最常见的，尽管单位容量为几兆瓦的风力涡轮机已经建成并投入运行。

小型风力涡轮机（小于 100 kW）通常设计用于自主运行。他们供电的系统很挑剔，需要更高质量的电源，并且不允许电力中断，例如在平静时期。因此，他们需要一个“替补”，即备用能源，例如与风力涡轮机功率相同或更低的柴油发动机。

至于更强大的风力涡轮机（超过100千瓦），它们被用作发电厂，通常包含在电力系统中。通常，在一个地点安装足够多的风力涡轮机，形成所谓的风电场。 “农场”的一侧可能会刮风，另一侧此时很安静。风车不应放置得太近，以免相互阻挡。因此，“农场”占用了大量空间。在美国、法国、英国和丹麦都有这样的“农场”，在北海的沿海浅水区放置了一个“风电场”——它不会干扰任何人，而且风比着陆。在加利福尼亚（美国），其中一个拥有大约一千台风力涡轮机，因此该农场的总装机容量超过 100 兆瓦。

通常，为了减少对风的突发奇想的依赖，系统中包括飞轮，部分消除阵风，以及各种电池，主要是电动的。但同时，他们也使用空气。在这种情况下，风车将空气泵入气缸。从那里出来，它的平滑射流使带有发电机的涡轮机旋转。另一种选择是液压蓄能器。在这里，风力使水上升到一定高度，然后下降，它使涡轮机旋转。他们甚至放了电解电池。风车产生电流，将水分解成氢气和氧气。它们储存在瓶子里。然后，根据需要，氢和氧在燃料电池或燃气轮机中燃烧，再次接收电流，但没有与风的变化相关的急剧电压波动。

在西班牙，一个惊人的风力涡轮机工作了很长时间，为自己创造了风！建造的高管底部的一大圈土被框架支撑上的塑料包裹着。炽热的西班牙太阳加热了薄膜下的地球和空气。结果，管道中出现了均匀恒定的推力，管道中内置的叶轮使发电机旋转。即使在阴天和晚上，气流也没有停止：地球长时间保持热量。然而，这种装置的运行结果证明是相当昂贵的。渐渐地，金属管生锈了，薄膜也崩塌了。又一次飓风过后，系统没有修复。

风力涡轮机已经并且正在俄罗斯使用。在 1990 年代初期，通过两次修改创建了低功率风力涡轮机“Konvet-1E” - 配备异步发电机（2 kW，230 V）和电感直流发电机（12 或 24 V）。带有两个叶片的风轮使发电机旋转。由于使用了逆变器或整流器，可以为电视、冰箱、收音机提供能量并为电池充电。在年平均风速为每秒5-6米的地区，这种风力发电机1千瓦时的成本比同等功率的汽油机低1,4-1,7倍。装置的质量为 460 公斤。

如您所知，许多风车的问题在于强大的气流，在气流的影响下它们经常破裂。在“Konvet-1E”中，使用了各种自动装置来防止车轮在强风中过度旋转。设计师设法实现了 46-48% 的空气动力学效率。这是通过使用高质量的非金属刀片实现的，刀片具有更完美的沿长度扭曲的轮廓。

国外公司的高速风力涡轮机主要以每秒5-6米的风速运行。叶片的特殊设计和特殊装置使“Konvetu-1E”即使在每秒 4 米的风力下也能有效地开始工作。

世界风力涡轮机的总容量正在迅速增长。在风力涡轮机的使用方面，美国领先世界，在欧洲——德国、英国、丹麦和荷兰。

德国十分之一的电力来自风能，风能为整个西欧提供 2500 兆瓦的电力。随着风电场的回报和设计的改进，“空气”电的价格下降。因此，1993 年在法国，风电场生产 1 千瓦时电力的成本为 40 生丁，到 2000 年下降了 1,5 倍。

作者：Musskiy S.A.

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