Ветер

Ветер является переменным источником энергии с сильными суточными, сезонными, межгодовыми и географическими закономерностями. На рис. 1 показано общее распределение среднегодовых скоростей ветра на суше и на море на высоте 80 метров (м).

Региональный ветровой климат в Соединенных Штатах обусловлен взаимодействием траекторий штормов, вызванных струйными течениями, метеорологическими факторами, которые возникают ближе к поверхности земли, и особенностями регионального и местного рельефа. В Восточном межсоединении наземные ветровые ресурсы присутствуют в горных районах на востоке, а менее интенсивные, но более стабильные ветровые ресурсы присутствуют в центральной части Великих равнин. Ветровые ресурсы менее многочисленны на юго-востоке, но некоторые подходящие участки можно найти вдоль побережья или на возвышенностях.

Внедрение ветряных турбин значительно увеличилось, и рынок ветровой энергии был самым быстрорастущим рынком технологий возобновляемых источников энергии в Соединенных Штатах за последнее десятилетие.Управление энергетической информации сообщило, что в 2010 г. было установлено почти 40 ГВт установленной мощности ветра (EIA 2011); Wind Powering America и Американская ассоциация ветроэнергетики сообщили, что в 2011 году были установлены дополнительные 7 ГВт ветряных электростанций (WPA 2012). Почти половина всей ветроэнергетической мощности США установлена ​​в Восточной межсистемной связи, и более половины установленной ветровой мощности Восточной межсистемной связи находится в зонах контроля Midwest ISO (MISO) или Southwest Power Pool (SPP). На сегодняшний день вся установленная мощность в Соединенных Штатах находится на суше, но было предложено несколько морских ветряных электростанций.

Рис. 1. Расчетные среднегодовые наземные и морские ветровые ресурсы на высоте 80 м над землей (Источник: Инструмент картирования энергетических зон, 2013 г.)

Технологии ветроэнергетики

Ветряные турбины используют кинетическую энергию ветра для вращения большого ротора, а затем преобразуют эту энергию вращения в электричество. Наземные данные о ветровых ресурсах доступны на высоте 80 и 100 м над землей. Эти высоты являются типичной высотой ступицы современных ветряных турбин, устанавливаемых в Соединенных Штатах, и остаются стабильными в течение последних нескольких лет (Wiser and Bolinger 2011). Наиболее распространенным типом технологии является ветряная турбина с горизонтальной осью (рис. 2), в которой используется высокая башня с лопастями аэродинамического профиля, соединенная с генератором, расположенным в гондоле (корпусе). Типичная мощность составляет от 1,5 до 2,5 мегаватт на турбину. В этой конструкции могут быть вариации (например, количество лопастей [две или три], размер лопасти, пассивные и активные системы рыскания). Ротор в верхней части башни может быть обращен к ветру или против него.

Морские ветряные турбины используют ту же конструкцию ветряной турбины с горизонтальной осью, но их необходимо закреплять или поддерживать для стабильной работы в фиксированном месте. Большинство морских ветровых установок в мире находятся на относительно мелководье (глубина 30 м и менее), где турбины могут быть закреплены непосредственно на морском дне.Развертывание ветряных турбин на больших глубинах с использованием плавучих платформ или других методов все еще находится на ранних стадиях разработки (Musial and Ram 2010).

Параметры в дополнение к скорости ветра и плотности энергии ветра, которые влияют на производительность ветровой электростанции, включают преобладающее направление ветра, частотные распределения скорости и направления ветра и сдвиг ветра (изменение скорости ветра с высотой). Скорость ветра обычно указывается в метрах в секунду (м/с), а значения плотности энергии ветра — в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).

Рисунок 2. Ветряная электростанция Maple Ridge, округ Льюис, штат Нью-Йорк.
(Примечание: ветряная электростанция состоит из 195 ветряных турбин мощностью 1,65 МВт с горизонтальной осью) (Источник: NREL, 2013 г.)

использованная литература

EIA (Управление энергетической информации), 2011 г., Годовые таблицы данных по электроэнергии за 2010 г. Министерство энергетики США. http://www.eia.gov/electricity/annual/html/table1.2.cfm. По состоянию на 19 июля 2012 г.

Мюзиал В. и Б. Рам, 2010 г., Крупномасштабная оффшорная ветроэнергетика в США: оценка возможностей и барьеров. Отчет Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии TP 500-40745.

NREL (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии), 2013 г., Обмен фотографической информацией, фото № 15236, http://images.nrel.gov/. По состоянию на март 2013 г.

WPA (Wind Powering America), 2011 г., Потенциал береговых ветровых ресурсов, Министерство энергетики США, Управление по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии. http://www.windpoweringamerica.gov/windmaps/resource_potential.asp. По состоянию на 20 июля 2012 г.

Уизер, Р., и М. Болинджер, 2011 г., Отчет о рынке ветровых технологий за 2010 г. Отчет Национальной лаборатории Лоуренса Беркли LBNL-4820E.