Мощность и КПД ветрогенераторов различных типов: обзор технических характеристик

Описание и характеристики различных типов ветрогенераторов, их сильные и слабые стороны и применение в различных областях.

к содержанию ↑

Введение

Забота об окружающей среде и о собственном кошельке побудила светлые умы человечества к изобретению и внедрению новых методов производства энергии, источником, для которой, служили бы неисчерпаемые ресурсы: солнце, вода и ветер. Использование каждого такого источника имеет свои преимущества и недостатки, но наиболее доступной и эффективной считается энергия ветра.

Конечно, природа накладывает определённые ограничения на использование ветрогенераторов, и материальные затраты на выработку 1 кВт электричества от энергии солнца и ветра примерно сопоставимы. Но в северных широтах, особенно в прибрежных регионах, использование ветрогенераторов вне конкуренции.

Вопрос целесообразности установки упирается в среднюю скорость ветра по региону. Начиная с 4 м/с установка ветрогенератора считается целесообразной, а при 9-12 м/с он работает с максимальным КПД. Но мощность ветрогенератора зависит не только от скорости ветрового потока (схема 1), но и от диаметра ротора и площади лопастей (схема 2).

к содержанию ↑

Расчёт

Если известна средняя скорость ветра, то манипулируя величинами диаметра винта или его площади, можно вывести подходящую мощность установки, которая необходима.

Р = 2D*3V/7000, кВт, где
P — мощность;
D — диаметр винта в м;
V — скорость ветра в м/сек.

Данная формула расчёта эффективности ветрогенератора справедлива исключительно для крыльчатого — горизонтального типа.

к содержанию ↑

Виды

На данный момент в серийном производстве существует 2 вида ветрогенераторов:

1. Карусельные — ось вращения располагается вертикально по отношении к направлению ветра. Имеют ряд преимуществ по сравнению с классическими — горизонтальными:
2. Вырабатывают электроэнергию при небольшой силе ветра;
3. Не нуждаются в сложных, активных системах направления на поток ветра, как следствие, идеально подходят для местности с турбулентными воздушными потоками;.



4. Некоторые промышленные модели не нуждаются в высокой мачте, сама ось для лопастей является мачтой. Поэтому удобны в обслуживании;
5. Низкий уровень шумового загрязнения, до 30 дБ;
6. Отличный внешний вид.

Но они имеют серьёзный недостаток — тихоходность. Для его преодоления применяют повышающие редукторы, что несколько снижает КПД.

2. Крыльчатые — горизонтальные ветряки. Этот вид ветрогенератора наиболее распространён при использовании в промышленной выработке электроэнергии.

Преимущества:

• Большая скорость вращения, это позволяет соединяться с генератором, что увеличивает КПД;
• Простота изготовления;
• Большое разнообразие моделей.

Недостатки:

• Высокий уровень шумового и ультразвукового загрязнения. Это может быть опасно для здоровья людей. Поэтому генерирующие промышленные мощности располагают в безлюдных местах;
• Необходимость применять стабилизатор и устройства наведения на поток ветра;
• Скорость вращения находится в обратной пропорции к количеству лопастей, поэтому в промышленных моделях редко используют более трёх лопастей.

Работы по преодолению последнего недостатка ведутся уже довольно давно. Было разработано и выпущено несколько небольших моделей ветрогенераторов. Их КПД довольно высокий для своего класса мощности, из-за оригинального строения лопасти.

Площадь сопротивления ветру в такой модели минимальна, она может работать при силе ветра и 2 м/с и выдавать при этом 30 Вт. Но учитывая, что на трение и иные потери, в моделях такого класса, уходит до 40% энергии, оставшихся 18 Вт не хватит даже на освещение одной лампочкой. Для использования на даче или в частном доме нужно, что-то серьёзнее.

к содержанию ↑

Выбор модели

Стоимость комплекта ветрогенератора, инвертора, мачты, ШАВРа — шкафа автоматического включения резерва, напрямую зависит от мощности и КПД.

Максимальная мощность кВт	Диаметр ротора м	Высота мачты м	Номинальная скорость м/с	Напряжение Вт
0,55	2,5	6	8	24
2,6	3,2	9	9	120
6,5	6,4	12	10	240
11,2	8	12	10	240
22	10	18	12	360

Как видим для полного или частичного обеспечения усадьбы электричеством необходимы генераторы большой мощности, установить которые самостоятельно довольно проблематично. В любом случае высокие капитальные вложения и необходимость производства работ по монтажу мачты с помощью спецтехники существенно снижают популярность ветровых энергетических систем для частного использования.

Существуют переносные ветрогенераторы малой мощности, которые можно взять с собой в путешествие. Эти модели компактны быстро монтируются на местности, не требуют особого ухода, и дают достаточно энергии, для комфортного времяпрепровождения на природе.

И хоть максимальная мощность такой модели всего 450 Вт, этого достаточно для освещения всего кемпинга и даёт возможность использовать бытовые электроприборы вдали от цивилизации.

Для средних и малых предприятий установка нескольких генерирующих ветровых станций могла бы дать существенную экономию в энергозатратах. Множество европейских фирм занимаются производством продукции такого типа.

Это сложные инженерные системы, требующие профилактики и обслуживания, но их номинальная мощность такова, что может перекрыть нужды всего производства. Для примера в Техасе на самой большой ветроэлектростанции в США всего 420 таких генераторов вырабатывают за год 735 мегаватт.

к содержанию ↑

Новейшие разработки

Прогресс не стоит на месте, и новые разработки поднимают эффективность ветрогенераторов на новую высоту, в буквальном смысле. Одной из самых трудозатратных частей при создании ветровой электростанции был монтаж наземных систем: мачты, генератора, ротора, лопастей. На малых высотах, возле земли ветровые потоки не постоянны, а подъём генерирующих мощностей на большую высоту, делает мачту слишком сложной и дорогой конструкцией.

Теперь этого можно избежать. Компания Makani Power разработала летающий ветрогенератор — крыло, запустив который на большую высоту 550 м, можно получить до 1 МВт электроэнергии в год.

Ветрогенератор для дома своими руками: мой отзыв

Интернет начинает «трещать по швам» от хвалебных статей авторов, предлагающих всем желающим использовать природную энергию ветра для получения бесплатного электричества.

Я предлагаю рассмотреть этот вопрос с практической точки зрения, оценить экономический эффект до того, как начнете создавать ветрогенератор для частного дома своими руками или даже приобретать заводскую модель.

Поговорим о трудностях, с которыми вам придется столкнуться: их необходимо предусмотреть и преодолеть. Тема сложная. Надо оценить аэродинамические и механические характеристики, сделать электротехнический расчет.

Содержание статьи

Промышленные ветрогенераторы: образец для подражания

Не секрет, что альтернативная энергетика действительно позволяет получать электричество буквально из ветра. В странах Европы промышленные ветрогенераторы занимают огромные площади и работают автономно на благо человека.

Они имеют огромные размеры, расположены на открытых всем ветрам участках, возвышаются над деревьями и местными предметами.

А еще ветряки установлены на удалении друг от друга. Поэтому случайные поломки и повреждения одного не могут причинить вреда соседним конструкциям.

Эти принципы создания ветровых генераторов будем брать за основу разработки самодельных устройств. Они созданы по научным разработкам,
опробованы уже длительной эксплуатацией, эффективно работают.

Начнем с анализа характеристик местности, на которой планируем создавать ветряную электростанцию.

Как определить скорость ветра: хватит ли его напора для бытового ветряка

Вопрос обсудим на основе научных фактов и уже допущенных ошибок многими владельцами частных домов

Теоретическая часть проекта: на что обратить внимание при выборе конструкции

Среднегодовое значение ветра для любой местности России или другой страны можно узнать на карте ветров. Эти данные имеются в широком доступе.

Если рассмотреть всю территорию, то мест для благоприятного пользования ветряной энергией со скоростью от 5 м/сек и выше у нас не так уж много, как в Европе.

Я объясняю эту ситуацию тем, что теплый воздух Гольфстрима, поднимаясь от нагретой воды, сразу устремляется в холодные районы. Чем выше перепад температур, тем больше его скорость.

Пройдя несколько тысяч километров над Европой, его сила слабеет. Наибольший перепад температур весной и осенью вызывает бури и ураганы.
Нам важно понимать, как определить скорость ветра правильно в своей местности.

Возьмем величину 5 м/сек за основу, и рассчитаем мощность ветрового потока для наиболее распространенного горизонтально расположенного осевого генератора.

Учтем, что его лопасти охватывают площадь круга S (м кв.) с диаметром D (м). Через нее проходит ветер со скоростью V (м/сек).

Ветровая энергия Рв рассчитывается по формуле:

Рв=V³∙ρ∙S

ρ — это плотность воздушной массы (кг/м куб.)

Если взять усредненные значения, например, площадь 3 м кв и плотность
воздуха 1,25 кг/м³, то ветер, дующий со скоростью 5 м/сек, способен создать мощность чуть меньше, чем 2 киловатта.

Теперь наша задача — определить, какая ее часть сможет преобразоваться в полезную электрическую энергию. Грубо ее можно оценить по процентному соотношению в 30÷40%. Конструкция и технологические характеристики ветряного колеса просто не позволят эффективно взять больше.

Более точное определение находят формулой, учитывающей:

• коэффициент ε, определяющий долю использования ветряной энергии конструкцией ветряка. Максимальная величина, создаваемая быстроходными конструкциями, составляет 40-50%;
• КПД редуктора —∙максимум порядка 90%;
• КПД генератора ≈85%.

Величины всех этих коэффициентов у разных моделей генераторов ветряков сильно отличаются между собой. Я привел значения для промышленных изделий. У самодельщиков они будут значительно ниже.

Если подставить все эти цифры, то даже для заводской конструкции ветрогенератора, сделанной по точным чертежам и на промышленных станках, мы сможем при скорости 5 м/сек и описываемой площадью лопастями винта 3 метра квадратных получить меньше 700 ватт электрической энергии.

Какую ее часть сможет взять самодельный ветряк, остается только догадываться.

Мировые производители ветрогенераторов указывают, что для того, чтобы вырабатывать 3 кВт электроэнергии, а это оптимальная величина для частного дома, необходимо:

• снимать с ветряного колеса порядка 5,1 кВТ;
• иметь диаметр ротора 4,5 метра;
• располагать ветряк на высоте от 12 метров;
• использовать ветер со скоростью 10 м/сек.

Колесо должно начинать вращать генератор уже на 2 м/сек. Только в этом случае можно говорить об окупаемости всей конструкции и эффективном использовании мощности ветра.

Если же скорость снизится, хотя бы до 7 м/сек, то энергия ветрогенератора упадет на 50%. А теперь еще раз внимательно посмотрите на карту ветров России…

Однако не все так плохо. Теоретические расчеты можно проверить на практике. Для нашего случая продажа предлагает многочисленные конструкции измерительных приборов — анемометры.

Стоят они не дорого, имеют дополнительные функции измерения температуры, указания текущего времени. Их можно заказать в Китае.

Такой анемометр позволяет реально оценить силу ветра на вашей местности, чтобы проанализировать варианты эксплуатации будущей ветроэлектростанции (ВЭС). А их минимум 2:

1. частичное удовлетворение потребностей в электроэнергии;
2. полный переход на альтернативную энергетику.

Скрытая ошибка — слабый ветер: что умалчивают продавцы

Первая трудность

Обратите внимание на высоту размещения ветряного колеса относительно земли. Подумайте, почему все промышленные ветряки располагают от 25 метров и более.

Ведь это значительно усложняет их установку, эксплуатацию, обслуживание, ремонт. Приходится применять дорогую высотную технику, создавать прочные площадки для ее размещения.

А ответ прост: на высоте от 25 метров скорость ветра намного выше, чем у земли. Все таблицы и справочники с картами ветров создаются в первую очередь для промышленных установок, поднятых в зону 50-70м.

Если вы смонтируете свой самодельный ветрогенератор на 10 метрах, то ветер будет дуть слабее, чем указано в справочнике. А на большую высоту без специальных технических средств поместить ветряк весьма проблематично.

Работу ветряного колеса вызывает не столько скорость передвижения воздушной массы, сколько ее давление на лопасти колеса. А оно зависит еще от веса и плотности атмосферы.

Альтернативные энергетики давно учитывают соотношение, определяющее, что удвоение давления ветра увеличивает в восемь раз вырабатываемую ветрогенератором мощность.

Как влияет зона турбулентности

Работу ветряка, расположенного на небольшой высоте, может значительно осложнять зона турбулентности, которая зависит не только от рельефа местности и формы возвышенности, но и от скорости перемещения воздушных масс.

Молниезащита ветрогенератора

Работающая крыльчатка постоянно трется о воздух, накапливая статическое электричество, как и фюзеляж любого самолета во время полета. Авиаконструкторы успешно решают этот вопрос различными способами.

Промышленные ветрогенераторы тоже снабжены действенной защитой от молнии, разряды которой могут возникнуть в любой момент грозоопасного периода.

Большинство же владельцев частных домов даже не задумывается об этой проблеме, а зря. В лучшем случае у отдельных хозяев можно встретить УЗИП в вводном электрощите, чего явно не достаточно.

Подняв над крышей своего жилища железную конструкцию, которая к тому же вырабатывает электрическое напряжение, они уже создали отличный молниеприемник. Он будет надежно притягивать на себя огромные токи атмосферных разрядов.

Если не обеспечить действенный путь их отвода мимо здания на потенциал земли, то придется постоянно испытывать судьбу, подвергать себя неожиданной опасности.

Как лукавят производители ветряков

Окончательные испытания заводские модели проходят в аэродинамической трубе при идеальной ламинарности потока с равномерной структурой его направленности и высокой плотности.

В реальных условиях частного дома таких условий просто нет. Они больше подходят для движения воздушных масс у промышленных установок, расположенных на большой высоте.

Для самодельных ветрогенератов, смонтированных даже на 10 метрах, условия турбулентности и слабый ветер могут сильно ограничивать раскрутку ротора.

Рельеф местности влияет на удельную мощность. Например, непосредственно под холмом она резко снижается, а на его вершине создаются идеальные условия за счет сжатия аэродинамических характеристик и повышения давления.

Также будут сказываться хозяйственные застройки, деревья сада, заборы, соседние здания.

Ветряки для дома своими руками: обзор конструкций

Как вы уже поняли, самая первая часть, которая воспринимает энергию ветра — это ветряное колесо. Без него не обходится ни одна схема ветряка для дома.

Его можно выполнить:

• с вертикальной осью вращения;
• или горизонтальной.

Вертикальный ветрогенератор

Покажу фотографией одну из легких для изготовления конструкций, сделанную из обычной стальной бочки.

Вот такой вертикальный ветрогенератор, изготовленный своими руками, да еще расположенный над самой землей в окружении застроек и растений, не сможет развить нормальных оборотов для выработки достаточного количества электроэнергии, чтобы питать частный дом.

Он сможет выполнять только какие-то единичные задачи для маломощного оборудования. Причем небольшая скорость вращения его ротора потребует обязательного использования повышающего редуктора, а это дополнительные потери энергии.

Такие конструкции были популярны в начале прошлого века на пароходах. Водяное колесо, расположенное своими лопастями вдоль направления движения судна, обеспечивало его движение.

Сейчас это раритет, утративший свою актуальность. В авиации такая конструкция не то что не прижилась, а даже не рассматривалась.

Ротор Онипко

Из тихоходных конструкций ветряных колес сейчас через интернет массово распространяют ротор Онипко. Рекламщики показывают его вращение даже при очень слабом ветре.

Однако к этой разработке у меня почему-то тоже критическое отношение, хотя повторить ее своими руками не так уж и сложно. Восторженных отзывов среди покупателей не нашел, как и научных расчетов экономической целесообразности ее использования.

Если кто-то из читателей сможет меня разубедить в этом мнении, то буду признателен.

Горизонтальный ветрогенератор

С самого начала двигатели самолетов стали применять винт, прогоняющий поток воздуха вдоль корпуса самолета. Его форму и конструкцию выбирают так, чтобы использовать дополнительно к активной силе давления реактивную составляющую.

По этому принципу работает любой горизонтальный ветрогенератор, который делают промышленным способом или своими руками. Пример самодельной конструкции показываю фотографией.

По принципу использования энергии ветра это более эффективная конструкция, а по исполнению для обеспечения бытовых вопросов снабжения электроэнергией — маломощная.

Небольшой электродвигатель, ротор которого раскручивает ветряк, может даже при оптимальном давлении и силе ветра, выработать в качестве генератора только малую мощность. На нее можно подключить слабенькую светодиодную лампочку.

Подумайте сами, нужно ли собирать такой флюгер с подсветкой или не стоит. С другими задачи подобная конструкция не справится. Хотя ее еще можно использовать для отпугивания кротов на участке. Они очень не любят шумы, сопровождаемые вращением металлических частей.

Для того, чтобы полноценно пользоваться электроэнергией, получаемой от ветра, рабочее колесо ветрогенератора должно иметь соответствующие потребляемой мощности размеры. Рассчитывайте примерно на пятиметровый диаметр.

При его создании вы столкнетесь с технической трудностью: вам придется точно выдержать балансировку больших деталей. Центр масс должен постоянно находиться в средней точке оси вращения.

Это сведет к минимуму биения подшипников и раскачивание конструкции, расположенной на большой высоте. Однако выполнить подобную балансировку не так уж просто.

Как установить ветрогенератор: надежная схема мачты для крепления на высоте

Вес рабочего колеса для нормального получения электрической энергии получается довольно приличным. На простой стойке его не установить.

Потребуется создавать прочный бетонный фундамент под металлическую мачту и анкерные болты оттяжек. Иначе вся собранная с большим трудом конструкция может рухнуть в любой неподходящий момент времени.

Стойка для ветрогенератора, поднятого на высоту, может быть выполнена:

1. в виде сборной мачты, собранной из секций с раскосами;
2. или конусной трубчатой опорой.

Обе схемы потребуют усиления от опрокидывания за счет создания нескольких ярусов оттяжек из тросов, которые необходимы для удержания мачты при шквальных порывах ветра. Их придется надежно крепить к стопорам и анкерам.

Из личного неудачного опыта: во время пользования аналоговым телевидением у меня работала антенна «Паутинка» с диаметром обруча 2м. Она располагалась на высоте 8 метров, была закреплена на деревянном шесте с двумя уровнями оттяжек. Шквальные порывы ветра ее раскачали так, что стойка развалилась.

Современное цифровое телевидение, к счастью, требует использования антенн значительно меньших размеров. Их не только просто делать своими руками, но и крепить не так уж сложно.

Как сделать мачту для ветряка

Сразу обратите внимание на создание прочной, безаварийной конструкции. Иначе просто повторите печальный опыт работников «ЯнтарьЭнерго», у которых во время шторма произошла авария: многотонная мачта рухнула, а осколки от лопастей разлетелись по всей округе.

Устройство мачты потребует расчета количества материалов, необходимых для создания сооружения из стального уголка различного сечения. Форма и габариты выбираются по местным условиям.

Ее делают из трех или четырех вертикальных стоек. Каждая из них снизу монтируется на упор. Вверху мачты создается площадка для установки ветряка.

Поскольку длина уголков ограничена, то мачту собирают из нескольких секций. Жесткость общему креплению придают боковые ребра, крепящиеся через раскосы.

Обязательным элементом фундамента являются закладные металлические элементы. Они будут использоваться для крепежа деталей. Придется позаботиться о сварке и соединительных болтах.

Не стоит пренебрегать дополнительными оттяжками.

Как сделать опору из труб

Телескопическую конструкцию из стальных труб соответствующего профиля собрать проще, но ее следует более тщательно рассчитать на прочность. Изгибающий момент, создаваемый тяжелой верхушкой при штормовом ветре не должен превысить критического значения.

При этом возникнут сложности с профилактическим обслуживанием, осмотром и ремонтом собранной воздушной электростанции. Если по мачте можно подняться на высоту как по лестнице, то по трубе это сделать проблематично. Да и работать наверху очень опасно.

Поэтому сразу необходимо продумать вариант безопасного опускания оборудования на землю и доступного способа его подъема. Это позволяет выполнить одна из двух схем с:

1. Поворотной осью на основной опоре.
2. Упорным рычагом на нижней части опорной стойки.

В первом случае создается прочный фундамент для установки основной опоры. На ее оси вращения крепится сваренная трубная конструкция с ветряком и полиспастной системой на стальных тросах.

Снизу трубы расположен противовес, облегчающий работу по подъему и опусканию с помощью ручной лебедки.

На картинке не показаны страховочные тросы поясов оттяжек. Они просто свисают со своих креплений вниз на землю при подъеме и опускании мачты, а к стационарным забетонированным кольям крепятся для постоянной работы.

Схема установки и опускания ветряка по второму варианту приведена ниже.

Мачту и расположенный под прямым углом к ней упорный рычаг с противовесом, усиленный ребром жесткости, поворачивают в вертикальном направлении лебедкой с полиспастной системой.

Ось вращения созданной конструкции находится в вершине прямого угла и закреплена в направляющих, вмонтированных в фундамент. Троса оттяжек при подъеме или опускании мачты снимают со стационарных креплений на земле. Они могут использоваться в качестве страховочных фал.

Ветрогенератор: устройство и принцип работы электрической схемы простыми словами

Промышленные ветряные электростанции спроектированы так, что способны сразу выдавать электрическую энергию в сеть потребителям. Своими руками так сделать не получится.

При выборе генератора, который будет раскручивать ветряное колесо, используют принцип обратимости электрических машин. К электродвигателю прикладывают крутящий момент и обеспечивают возбуждение обмоток статора.

Однако, идея раскручивать ротор трехфазного асинхронного электродвигателя в качестве генератора для получения электрического тока напряжением 220/380 вольт реализуется от двигателей внутреннего сгорания, напора воды, но не ветра.

Общая конструкция генератора с ротором станет иметь большой вес, а иначе обеспечить высокие обороты вала не получится.

Для небольших мощностей можно:

• использовать автомобильный генератор, который выдает 12/24 вольта;
• применить мотор колесо от электробайка;
• собрать
  конструкцию из неодимовых магнитов с катушками из медной проволоки.

Также за основу можно взять ветряк, продаваемый в Китае. Но ему необходимо сразу провести ревизию: обратить внимание на качество монтажа обмоток, состояние подшипников, прочность лопастей, общую балансировку ротора.

Придется настроиться на то, что величина выходного напряжения генератора будет сильно меняться в зависимости от скорости ветра. Поэтому в качестве промежуточного звена используют аккумуляторы.

Их зарядку необходимо возложить на контроллер.

Бытовые приборы сети 220 вольт должны питаться переменным током от специального преобразователя — инвертора. Простейшая схема домашней ветряной электростанции имеет следующий вид.

Ее можно значительно упростить потому, что бытовая цифровая электроника: компьютеры, телевизоры, телефоны работают от постоянного тока блоков питания 12 вольт.

Если их исключить из работы и запитать цифровое оборудование непосредственно от аккумуляторов, то потери электрической энергии сократятся за счет отмены двойного преобразования в инверторе и блоках.

Поэтому рекомендую сделать отдельные розетки на 12 вольт, запитать их сразу от аккумуляторов.

Внутри электрической схемы придется соблюдать такой же баланс мощностей, как и в механической конструкции. Каждая подключенная нагрузка должна соответствовать энергетическим характеристикам вышестоящего источника.

Бытовые приборы 220 вольт не должны перегружать инвертор. Иначе он будет отключаться от встроенной защиты, а при ее неисправности просто сгорит. По этому же принципу работают аккумуляторные батареи, силовые контакты контроллера, да и сам генератор.

Защита автоматическим выключателем домашней ветряной установки должна быть выполнена в обязательном порядке.

Для этого его необходимо правильно выбрать строго по
научным рекомендациям, проверить и наладить.

Случайную перегрузку, а тем более появление тока короткого замыкания предусмотреть невозможно. Поэтому этот модуль обязательно устанавливают в качестве основной защиты.

Схема подключения аккумуляторов, инвертора и контроллера для ветрогенератора практически ничем не отличается от той, что используется на гелиостанциях со световыми панелями.

Поэтому сразу напрашивается разумный вывод: собирать комбинированную домашнюю электростанцию, работающую от энергии ветра и солнца одновременно. Эти два источника вместе хорошо дополняют друг друга, а затраты на сборку одиночных станций значительно снижаются.

На Ютубе очень много каналов посвящено ветрогенераторам для дома. Мне понравилась работа владельца «Солнечные батареи». Считаю, что он довольно объективен при изложении этой темы. Поэтому рекомендую внимательно посмотреть.

Аккумуляторы для ветрогенератора: еще одна проблема для владельца дома

Одна из затратных задач ветряной или солнечной электростанции — вопрос хранения электрической энергии, которую решают только аккумуляторы. Их придется покупать и обновлять, а стоимость — довольно высокая.

Для их выбора необходимо знать рабочие характеристики: напряжение и емкость. Обычно применяются составные батареи из АКБ на 12 V, а количество ампер-часов в каждом конкретном случае стоит определить опытным путем, исходя из мощности потребителей, времени их работы.

Выбирать аккумуляторы для ветрогенератора придется из довольно широкого ассортимента. Ограничусь не полным обзором, а только четырьмя
популярными типами кислотных АКБ:

1. обычные стартерный автомобильные;
2. AGM типа;
3. гелевые;
4. панцирные.

Продавцы не рекомендуют приобретать для ветростанций стартерные аккумуляторы потому, что они созданы для работы в критических условиях эксплуатации автомобиля:

• при хранении на морозе должны выдерживать огромные токи стартера, которые создаются при раскрутке холодного двигателя;
• во время езды подвергаются вибрациям и тряске;
• подзарядка происходит в буферном режиме от генератора
  при движении авто с различными оборотами двигателя.

При этом:

• обслуживаемые АКБ, требующие периодического уровня электролита и доливки дистиллированной воды, созданы для выдерживания 100 циклов разряд/заряд;
• не обслуживаемые — имеют более сложную конструкцию и количество циклов 200.

Однако АКБ ветрогенератора при эксплуатации внутри дома:

• обычно помещаются в подвальном помещении, где температура, круглогодично поддерживаемая на уровне +5÷+10 градусов, является оптимальной;
• не подвергаются тряскам и вибрациям, стационарно
  установлены в неподвижном состоянии;
• не получают экстремальные нагрузки при стартерном запуске, а при включении бытовых приборов через инвертор работают в щадящем режиме;
• заряжаются от генератора небольшими токами, которые благоприятно действуют на режим десульфатации пластин.

Все это является самыми выгодными условиями для их эксплуатации. Поэтому этот вариант предлагаю взять на заметку тем, кому не лень периодически контролировать напряжение на банках и следить за уровнем
электролита в них.

AGM аккумуляторы более сложные по устройству. У них такие же пластины, но кислотой пропитаны стеклянные маты, работающие одновременно диэлектрическим слоем. Их цикл разряда/заряда — 250÷400. Перезаряд опасен.

Голевые АКБ тоже создаются необслуживаемой конструкцией с герметичным корпусом и загущенным до состояния геля электролитом. Они очень не любят перезаряд, но более стойки к глубокому разряду. Число расчетных циклов —350.

Панцирные аккумуляторы относятся к самым современным разработкам. Их электродные пластины защищены полимерами от воздействия кислоты. Диапазон циклов эксплуатации: 900÷1500.

Все эти четыре типа АКБ значительно отличаются по цене и условиям эксплуатации. Если взять во внимание рекомендации продавцов, то придется выложить довольно приличную сумму денег.

Однако я вам рекомендую предварительно послушать полезные советы, которые дает в своем видеоролике «Как выбрать аккумуляторы для ВЭС и солнечной станции» все тот же владелец «Солнечные батареи».

У него на этот счет свое, противоположное мнение. Как вы отнесетесь к нему — ваше личное дело. Однако, знать информацию из противоположных источников и выбрать из нее наиболее подходящий вариант: оптимальное решение для думающего человека.

Как рассчитать экономический эффект: цена ветрогенератора

Одним из маркетинговых ходов продавцов являются прайс листы,
показывающие расчеты экономии покупателей, создаваемой за счет приобретения их продукции. Стоит ли им верить?

Я предлагаю вам самостоятельно оценить экономическую выгоду от установки ветряной электростанции на вашем участке. Для этого потребуется учесть минимум расход денег на:

1. возведение фундамента под мачту, на который пойдет немало бетона и металлический арматуры;
2. создание высотной опоры для установки
   ветроколеса в зоне благоприятного давления ветра. Сюда войдут не только
   металлические уголки, трубы и крепежные детали со сваркой, но и затраты на весь монтаж;
3. цену приобретения готового ветрогенератора или
   его изготовление в домашних условиях;
4. покупку инвертора, контроллера, аккумуляторов, защитных модулей, кабелей и проводов. Учтите, что лет за 10-12 комплект АКБ придется сменить несколько раз;
5. эксплуатационные расходы на профилактическое обслуживание и ремонт;
6. решение ряда организационных вопросов.

Практика использования ветряных станций показала, что тихо они не работают, а постоянные вибрации и шумы ветрогенератора раздражают ближайших соседей. Иногда придется решать вопросы через суд.

К тому же в область вращающегося колеса иногда попадают птицы: пластиковые лопасти ломаются, металлические гнутся. Требуется надежная защита и резервный комплект запасных частей.

Можно даже допустить, что лет 10 все будет работать надежно и эффективно, хотя про скорость ветра я объяснил довольно подробно в самом
начале статьи.

Когда рассчитаете все эти затраты (сделайте поправку на часть непредвиденных расходов), то прикиньте цену 1 киловатта электроэнергии, которую вы платите по счетчику сейчас.

Умножьте ее на то количество киловатт, на которое создаете ветряную станцию, например на 3. Дальше останется определить период времени для сравнения.

Возьмем за основу время, за которое предварительно планируете окупить свои затраты, например, 15 лет эксплуатации. Оплату 3 кВТ в час надо умножить на этот срок, выраженный в часах, и сравнить со стоимостью затрат на создание и эксплуатацию ВЭС за этот же период.

Оценка очень приблизительная, цены плавают, но расчет для моего случая показал, что проще оплачивать электроэнергию государству. Затраты будут ниже в 4 раза.

Считаю, что ветрогенератор для частного дома своим руками создать можно. Примеров его работы много. Однако, надо хорошо продумать целесообразность его использования, обосновать экономическую пользу.

Без точного предварительного расчета деньги на его создание в прямом смысле могут быть пущены на ветер и не принесут никакой выгоды владельцу. Если я ошибся в прогнозах, то поправьте в комментариях.

Учтите, что ваш опыт интересует не только меня, но и большое количество других людей. Он принесет пользу и им.

90000 Wind Farm — DFIG Detailed Model — MATLAB & Simulink 90001 90002 This example shows a 9 MW wind farm using a detailed model of a Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) driven by a wind turbine. 90003 90004 1 Simulation Methods of the DFIG 90005 90002 Depending on the range of frequencies to be represented, three simulation methods are currently available in Specialized Power Systems to model VSC based energy conversion systems connected on power grids. 90003 90002 90009 The detailed model (discrete) 90010 such as the one presented in this example.The detailed model includes detailed representation of power electronic IGBT converters. In order to achieve an acceptable accuracy with the 1620 Hz and 2700 Hz switching frequencies used in this example, the model must be discretized at a relatively small time step (5 microseconds). This model is well suited for observing harmonics and control system dynamic performance over relatively short periods of times (typically hundreds of milliseconds to one second). 90003 90002 90009 The average model (discrete) 90010 such as the one presented in the power_wind_dfig_avg model in the Renewable Energy examples library.In this type of model the IGBT Voltage-sourced converters (VSC) are represented by equivalent voltage sources generating the AC voltage averaged over one cycle of the switching frequency. This model does not represent harmonics, but the dynamics resulting from control system and power system interaction is preserved. This model allows using much larger time steps (typically 50 microseconds), thus allowing simulations of several seconds. 90003 90002 90009 The phasor model (continuous) 90010 such as the one presented in the «power_wind_dfig» model in the Renewable Energy examples library.This model is better adapted to simulate the low frequency electromechanical oscillations over long periods of time (tens of seconds to minutes). In the phasor simulation method, the sinusoidal voltages and currents are replaced by phasor quantities (complex numbers) at the system nominal frequency (50 Hz or 60 Hz) .This is the same technique which is used in transient stability software. 90003 90004 2. Description 90005 90002 A 9 MW wind farm consisting of six 1.5 MW wind turbines connected to a 25 kV distribution system exports power to a 120 kV grid through a 30 km, 25 kV feeder.90003 90002 Wind turbines using a doubly-fed induction generator (DFIG) consist of a wound rotor induction generator and an AC / DC / AC IGBT-based PWM converter. The stator winding is connected directly to the 60 Hz grid while the rotor is fed at variable frequency through the AC / DC / AC converter. The DFIG technology allows extracting maximum energy from the wind for low wind speeds by optimizing the turbine speed, while minimizing mechanical stresses on the turbine during gusts of wind. 90003 90002 In this example the wind speed is maintained constant at 15 m / s.The control system uses a torque controller in order to maintain the speed at 1.2 pu. The reactive power produced by the wind turbine is regulated at 0 Mvar. 90003 90002 Right-click on the «DFIG Wind Turbine» block and select «Look Under Mask» to see how the model is built. The sample time used to discretize the model (Ts = 50 microseconds) is specified in the Initialization function of the Model Properties. 90003 90002 Open the «DFIG Wind Turbine» block menu to see the data of the generator, the converter, the turbine, the drive train and the control systems.In the Display menu select «Turbine data for 1 wind turbine», check «Display wind turbine power characteristics» and then click Apply. The turbine Cp curves are displayed in Figure 1. The turbine power, the tip speed ratio lambda and the Cp values ​​are displayed in Figure 2 as function of wind speed. For a wind speed of 15 m / s, the turbine output power is 1 pu of its rated power, the pitch angle is 8.7 deg and the generator speed is 1.2 pu. 90003 90004 3. Simulation 90005 90002 In this example you will observe the steady-state operation of the DFIG and its dynamic response to voltage sag resulting from a remote fault on the 120-kV system.Open the «120 kV» block modeling the voltage source and see how a six-cycle 0.5 pu voltage drop is programmed at t = 0.03 s 90003 90002 Start simulation. Observe voltage and current waveforms on the Scope block. At simulation start the «xInitial» variable containing the initial state variables is automatically loaded (from the «power_wind_dfig_det.mat» file specified in the Model Properties) so that the simulation starts in steady state. 90003 90002 Initially the DFIG wind farm produces 9 MW. The corresponding turbine speed is 1.2 pu of generator synchronous speed. The DC voltage is regulated at 1150 V and reactive power is kept at 0 Mvar. At t = 0.03 s the positive-sequence voltage suddenly drops to 0.5 p.u. causing an oscillation on the DC bus voltage and on the DFIG output power. During the voltage sag the control system tries to regulate DC voltage and reactive power at their set points (1150 V, 0 Mvar). The system recovers in approximately 4 cycles. 90003 90004 4. Regenerate Initial Conditions 90005 90002 This example is set-up with all states initialized so that the simulation starts in steady-state.Otherwise, due to the long time constants of the electromechanical part of the wind turbine model and to its relatively slow regulators you would have to wait for tens of seconds before reaching steady-state. The initial conditions have been saved in the «power_wind_dfig_det.mat» file. When you start simulation, the InitFcn callback (in the Model Properties / Callbacks) automatically loads into your workspace the contents of this .mat file ( «xInitial» variable specified in the «Initial state» parameter in the Simulation / Configuration Parameters menu).90003 90002 If you modify this model, or change parameter values ​​of power components, the initial conditions stored in the «xInitial» variable will no longer be valid and Simulink® will issue an error message. To regenerate the initial conditions for your modified model, follow the steps listed below: 90003 90002 1. In the Simulation / Configuration Parameters menu, uncheck the «Initial state» parameter. 90003 90002 2. In the 120 kV Three-phase Voltage Source menu, disable the source voltage step by setting the «Time variation of» parameter to «none».90003 90002 3. In order to shorten the time required to reach steady-state, temporarily decrease the inertia of the turbine-generator group. Open the DFIG Wind Turbine menu and in the Drive train data and Generator data, divide the H inertia constants by 10. 90003 90002 4. Change the Simulation Stop Time to 5 seconds. Note that in order to generate initial conditions coherent with the 60 Hz voltage source phase angles, the Stop Time must be an integer number of 60 Hz cycles. 90003 90002 5. Change the Simulation Mode from «Normal» to «Accelerator».90003 90002 6. Start simulation. When Simulation is completed, verify that steady state has been reached by looking at waveforms displayed on the Scope block. The final states which have been saved in the «xFinal» structure with time can be used as initial states for future simulations. Executing the next two commands copies these final conditions in «xInitial» and saves this variable in a new file (myModel_init.mat). 90003 90058 >> save myModel_init xInitial 90059 90002 7. In the File / Model Properties / Callbacks / InitFcn window, replace the first line of initialization commands with «load myModel_init».Next time you start a simulation with this model, the variable xInitial saved in the myModel_init.mat file will be loaded in your workspace. 90003 90002 8. In the Simulation / Configuration Parameters menu, check «Initial state». 90003 90002 9. In the Wind Turbine Generator and Drive train data, reset the inertia constants H back to their original values. 90003 90002 10. Start simulation and verify that your model starts in steady-state. 90003 90002 11. In the 120 kV Three-phase voltage source menu, set the «Time variation of» parameter back to «Amplitude».90003 90002 12. Change the Simulation Stop Time and Simulation Mode back to their original values ​​(0.2 seconds, Normal). 90003 90002 13. Save your model. 90003.90000 Wind Farm — DFIG Average Model — MATLAB & Simulink 90001 90002 This example shows a 9 MW wind farm using an average model of a Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) driven by a wind turbine. 90003 90004 1 Simulation Methods of the DFIG 90005 90002 Depending on the range of frequencies to be represented, three simulation methods are currently available in Specialized Power Systems to model VSC based energy conversion systems connected on power grids. 90003 90002 90009 The detailed model (discrete) 90010 such as the one presented in the power_wind_dfig_det model in the Renewable Energy examples library.The detailed model includes detailed representation of power electronic IGBT converters. In order to achieve an acceptable accuracy with the 1620 Hz and 2700 Hz switching frequencies used in this example, the model must be discretized at a relatively small time step (5 microseconds). This model is well suited for observing harmonics and control system dynamic performance over relatively short periods of times (typically hundreds of milliseconds to one second). 90003 90002 90009 The average model (discrete) 90010 such as the one presented in this example.In this type of model the IGBT Voltage-sourced converters (VSC) are represented by equivalent voltage sources generating the AC voltage averaged over one cycle of the switching frequency. This model does not represent harmonics, but the dynamics resulting from control system and power system interaction is preserved. This model allows using much larger time steps (typically 50 microseconds), thus allowing simulations of several seconds. 90003 90002 90009 The phasor model (continuous) 90010 such as the one presented in the «power_wind_dfig» model in the Renewable Energy examples library.This model is better adapted to simulate the low frequency electromechanical oscillations over long periods of time (tens of seconds to minutes). In the phasor simulation method, the sinusoidal voltages and currents are replaced by phasor quantities (complex numbers) at the system nominal frequency (50 Hz or 60 Hz) .This is the same technique which is used in transient stability software. 90003 90004 2. Description 90005 90002 A 9 MW wind farm consisting of six 1.5 MW wind turbines connected to a 25 kV distribution system exports power to a 120 kV grid through a 30 km, 25 kV feeder.90003 90002 Wind turbines using a doubly-fed induction generator (DFIG) consist of a wound rotor induction generator and an AC / DC / AC IGBT-based PWM converter modeled by voltage sources. The stator winding is connected directly to the 60 Hz grid while the rotor is fed at variable frequency through the AC / DC / AC converter. The DFIG technology allows extracting maximum energy from the wind for low wind speeds by optimizing the turbine speed, while minimizing mechanical stresses on the turbine during gusts of wind.90003 90002 In this example the wind speed is maintained constant at 15 m / s. The control system uses a torque controller in order to maintain the speed at 1.2 pu. The reactive power produced by the wind turbine is regulated at 0 Mvar. 90003 90002 Right-click on the «DFIG Wind Turbine» block and select «Look Under Mask» to see how the model is built. The sample time used to discretize the model (Ts = 50 microseconds) is specified in the Initialization function of the Model Properties. 90003 90002 Open the «DFIG Wind Turbine» block menu to see the data of the generator, the converter, the turbine, the drive train and the control systems.In the Display menu select «Turbine data for 1 wind turbine» check «Display wind turbine power characteristics» and then click Apply. The turbine Cp curves are displayed in Figure 1. The turbine power, the tip speed ratio lambda and the Cp values ​​are displayed in Figure 2 as function of wind speed. For a wind speed of 15 m / s, the turbine output power is 1 pu of its rated power, the pitch angle is 8.7 deg and the generator speed is 1.2 pu. 90003 90004 3. Simulation 90005 90002 In this example you will observe the steady-state operation of the DFIG and its dynamic response to voltage sag resulting from a remote fault on the 120-kV system.Open the «120 kV» block modeling the voltage source and see how a six-cycle 0.5 pu voltage drop is programmed at t = 0.03 s 90003 90002 Start simulation. Observe voltage and current waveforms on the Scope block. At simulation start the «xInitial» variable containing the initial state variables is automatically loaded (from the «power_wind_dfig_avg.mat» file specified in the Model Properties) so that the simulation starts in steady state. 90003 90002 Initially the DFIG wind farm produces 9 MW. The corresponding turbine speed is 1.2 pu of generator synchronous speed. The DC voltage is regulated at 1150 V and reactive power is kept at 0 Mvar. At t = 0.03 s the positive-sequence voltage suddenly drops to 0.5 p.u. causing an oscillation on the DC bus voltage and on the DFIG output power. During the voltage sag the control system tries to regulate DC voltage and reactive power at their set points (1150 V, 0 Mvar). The system recovers in approximately 4 cycles. 90003 90002 Double click the blue block entitled «Show Detailed and Average Simulation Results».A figure opens showing comparison of the phase A voltage at DFIG terminals, DC link voltage, active and reactive powers and speed for the detailed model and the average model. Notice that the two models are in good agreement. The average model represents correctly the low frequency control and power system oscillations produced by the voltage sag, but voltage waveforms do not show the high frequency harmonics produced by the PWM switching of the two converters. 90003 90004 4. Regenerate Initial Conditions 90005 90002 This example is set-up with all states initialized so that the simulation starts in steady-state.Otherwise, due to the long time constants of the electromechanical part of the wind turbine model and to its relatively slow regulators you would have to wait for tens of seconds before reaching steady-state. The initial conditions have been saved in the «power_wind_dfig_avg.mat» file. When you start simulation, the InitFcn callback (in the Model Properties / Callbacks) automatically loads into your workspace the contents of this .mat file ( «xInitial» variable specified in the «Initial state» parameter in the Simulation / Configuration Parameters menu).90003 90002 If you modify this model, or change parameter values ​​of power components, the initial conditions stored in the «xInitial» variable will no longer be valid and Simulink® will issue an error message. To regenerate the initial conditions for your modified model, follow the steps listed below: 90003 90002 1. In the Simulation / Configuration Parameters menu, uncheck the «Initial state» parameter. 90003 90002 2. In the 120 kV Three-phase Voltage Source menu, disable the source voltage step by setting the «Time variation of» parameter to «none».90003 90002 3. In order to shorten the time required to reach steady-state, temporarily decrease the inertia of the turbine-generator group. Open the DFIG Wind Turbine menu and in the Drive train data and Generator data, divide the H inertia constants by 10. 90003 90002 4. Change the Simulation Stop Time to 5 seconds. Note that in order to generate initial conditions coherent with the 60 Hz voltage source phase angles, the Stop Time must be an integer number of 60 Hz cycles. 90003 90002 5. Change the Simulation Mode from «Normal» to «Accelerator».90003 90002 6. Start simulation. When Simulation is completed, verify that steady state has been reached by looking at waveforms displayed on the Scope block. The final states which have been saved in the «xFinal» structure with time can be used as initial states for future simulations. Executing the next two commands copies these final conditions in «xInitial» and saves this variable in a new file (myModel_init.mat). 90003 90060 >> save myModel_init xInitial 90061 90002 7. In the File / Model Properties / Callbacks / InitFcn window, replace the first line of initialization commands with «load myModel_init».Next time you start a simulation with this model, the variable xInitial saved in the myModel_init.mat file will be loaded in your workspace. 90003 90002 8. In the Simulation / Configuration Parameters menu, check «Initial state». 90003 90002 9. In the Wind Turbine Generator and Drive train data, reset the inertia constants H back to their original values. 90003 90002 10. Start simulation and verify that your model starts in steady-state. 90003 90002 11. In the 120 kV Three-phase voltage source menu, set the «Time variation of» parameter back to «Amplitude».90003 90002 12. Change the Simulation Stop Time and Simulation Mode back to their original values ​​(0.2 seconds, Normal). 90003 90002 13. Save your model. 90003.90000 Wind Farm (DFIG Phasor Model) — MATLAB & Simulink 90001 90002 This example shows phasor simulation of a 9 MW wind farm using Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) driven by a wind turbine. 90003 90002 Note: This example uses a generic model of a DFIG wind turbine. The model is useful for education and academic works. 90003 90006 Description 90007 90002 A 9-MW wind farm consisting of six 1.5 MW wind turbines connected to a 25-kV distribution system exports power to a 120-kV grid through a 30-km, 25-kV feeder.A 2300V, 2-MVA plant consisting of a motor load (1.68 MW induction motor at 0.93 PF) and of a 200-kW resistive load is connected on the same feeder at bus B25. Both the wind turbine and the motor load have a protection system monitoring voltage, current and machine speed. The DC link voltage of the DFIG is also monitored. 90003 90002 Wind turbines use a doubly-fed induction generator (DFIG) consisting of a wound rotor induction generator and an AC / DC / AC IGBT-based PWM converter. The stator winding is connected directly to the 60 Hz grid while the rotor is fed at variable frequency through the AC / DC / AC converter.The DFIG technology allows extracting maximum energy from the wind for low wind speeds by optimizing the turbine speed, while minimizing mechanical stresses on the turbine during gusts of wind. The optimum turbine speed producing maximum mechanical energy for a given wind speed is proportional to the wind speed. For wind speeds lower than 10 m / s the rotor is running at subsynchronous speed. At high wind speed it is running at hypersynchronous speed. Open the turbine menu, select «Turbine data» and check «Display wind-turbine power characteristics».The turbine mechanical power as function of turbine speed is displayed for wind speeds ranging from 5 m / s to 16.2 m / s. The DFIG is controlled in order to follow the red curve. Turbine speed optimization is obtained between point B and point C on this curve. Another advantage of the DFIG technology is the ability for power electronic converters to generate or absorb reactive power, thus eliminating the need for installing capacitor banks as in the case of squirrel-cage induction generators. 90003 90002 The wind-turbine model is a phasor model that allows transient stability type studies with long simulation times.In this example, the system is observed during 50 s. 90003 90002 Open the wind turbine block menu and look at the four sets of parameters specified for the turbine, the generator and the converters (grid-side and rotor-side). The 6-wind-turbine farm is simulated by a single wind-turbine block by multiplying the following three parameters by six, as follows: 90003 90002 1. The nominal wind turbine mechanical output: 6 * 1.5e6 watts, specified in the Turbine data menu 90003 90002 2. The generator rated power: 6 * 1.5 / 0.9 MVA (6 * 1.5 MW at 0.9 PF), specified in the Generator data menu 90003 90002 3. The nominal DC bus capacitor: 6 * 10000 microfarads, specified in the Converters data menu 90003 90002 Also, notice in the Control parameters menu that the «Mode of operation» is set to «Voltage regulation». The terminal voltage will be controlled to a value imposed by the reference voltage (Vref = 1 pu) and the voltage droop (Xs = 0.02 pu). 90003 90006 Simulation 90007 90002 90027 1. Turbine response to a change in wind speed 90028 90003 90002 Open the «Wind Speed» step block specifying the wind speed.Initially, wind speed is set at 8 m / s, then at t = 5s, wind speed increases suddenly at 14 m / s. Start simulation and observe the signals on the «Wind Turbine» scope monitoring the wind turbine voltage, current, generated active and reactive powers, DC bus voltage and turbine speed. At t = 5 s, the generated active power starts increasing smoothly (together with the turbine speed) to reach its rated value of 9 MW in approximately 15 s. Over that time frame the turbine speed will have increased from 0.8 pu to 1.21 pu. Initially, the pitch angle of the turbine blades is zero degree and the turbine operating point follows the red curve of the turbine power characteristics up to point D. Then the pitch angle is increased from 0 deg to 0.76 deg in order to limit the mechanical power . Observe also the voltage and the generated reactive power. The reactive power is controlled to maintain a 1 pu voltage. At nominal power, the wind turbine absorbs 0.68 Mvar (generated Q = -0.68 Mvar) to control voltage at 1pu.If you change the mode of operation to «Var regulation» with the «Generated reactive power Qref» set to zero, you will observe that voltage increases to 1.021 pu when the wind turbine generates its nominal power at unity power factor. 90003 90002 90027 2. Simulation of a voltage sag on the 120-kV system 90028 90003 90002 You will now observe the impact of a voltage sag resulting from a remote fault on the 120-kV system. First, in the wind speed step block, disable the wind speed step by changing the Final value from 14 to 8 m / s.Then open the 120-kV voltage source menu. In the parameter «Time variation of», select «Amplitude». A 0.15 pu voltage drop lasting 0.5 s is programmed to occur at t = 5 s. Make sure that the control mode is still in Var regulation with Qref = 0. Start simulation and open the «Grid» scope. Observe the plant voltage and current as well as the motor speed. Note that the wind farm produces 1.87 MW. At t = 5 s, the voltage falls below 0.9 pu and at t = 5.22 s, the protection system trips the plant because an undervoltage lasting more than 0.2 s has been detected (look at the protection settings and status in the «Plant» subsystem). The plant current falls to zero and motor speed decreases gradually, while the wind farm continues generating at a power level of 1.87 MW. After the plant has tripped, 1.25 MW of power (P_B25 measured at bus B25) is exported to the grid. 90003 90002 Now, change the wind turbine control mode to «Voltage regulation» and repeat the test. You will notice that the plant does not trip anymore. This is because the voltage support provided by the 5 Mvar reactive power generated by the wind-turbines during the voltage sag keeps the plant voltage above the 0.9 pu protection threshold. The plant voltage during the voltage sag is now 0.93 pu. 90003 90002 90027 3. Simulation of a fault on the 25-kV system 90028 90003 90002 Finally, you will now observe impact of a single phase-to-ground fault occurring on the 25-kV line at B25 bus. First disable the 120-kV voltage step. Now open the «Fault» block menu and select «Phase A Fault». Check that the fault is programmed to apply a 9-cycle single-phase to ground fault at t = 5 s. 90003 90002 You should observe that when the wind turbine is in «Voltage regulation» mode, the positive-sequence voltage at wind-turbine terminals (V1_B575) drops to 0.8 pu during the fault, which is above the undervoltage protection threshold (0.75 pu for a t> 0.1 s). The wind farm therefore stays in service. However, if the «Var regulation» mode is used with Qref = 0, the voltage drops under 0.7 pu and the undervoltage protection trips the wind farm. We can now observe that the turbine speed increases. At t = 40 s the pitch angle starts to increase in order to limit the speed. 90003 90006 Regenerate Initial Conditions 90007 90002 This example is set-up with all states initialized so that the simulation starts in steady-state.The initial conditions have been saved in the «power_wind_dfig.mat» file. When you open this model, the InitFcn callback (in the Model Properties / Callbacks) automatically loads into your workspace the contents of this .mat file ( «xInitial» variable). 90003 90002 If you modify this model, or change parameter values ​​of power components, the initial conditions stored in the «xInitial» variable will no longer be valid and Simulink® will issue an error message. To regenerate the initial conditions for your modified model, follow the steps listed below: 90003 90002 1.In the Simulation / Configuration Parameters / Data Import / Export Parameters menu, uncheck the «Initial state« parameter. 90003 90002 2. Double click the Step block labeled «Wind Speed ​​(m / s)» and temporarily disable the change of wind speed by multiplying the Step time by 100. 90003 90002 3. Double click the Breaker block and make sure that no fault is applied (Phase A, B and C checkboxes not selected). 90003 90002 4. Double click the 120 kV voltage source block and make sure that the «Time variation of» parameter is set to «None».90003 90002 5. Start simulation. When Simulation is completed, verify that steady state has been reached by looking at waveforms displayed on the scopes. The final states which have been saved in the «xFinal» array can be used as initial states for future simulations. Executing the next two commands copies these final conditions in «xInitial» and saves this variable in a new file (myModel_init.mat). 90003 90064 >> save myModel_init xInitial 90065 90002 6. In the File / Model Properties / Callbacks / InitFcn window, replace the line «xInitial = init_power_wind_dfig;» with «load myModel_init.mat «. Next time you open this model, the variable xInitial saved in the myModel_init.mat file will be loaded in your workspace. 90003 90002 7. In the Simulation / Configuration Parameters menu, check» Initial state «. 90003 90002 8. Start simulation and verify that your model starts in steady-state. 90003 90002 9. Double click the Step block labeled «Wind Speed ​​(m / s)» and re-enable the change of wind speed at t = 5 s (remove the 100 multiplication factor). 90003 90002 10. Save your model. 90003.90000 The 11+ Biggest Wind Farms and Wind Power Constructions That Reduce Carbon Footprint 90001 90002 The human race is at a point in time where we look back and reflect on what we have done to this world. 90003 90002 The increasing pollution and contamination have got our world suffering in more ways than one. It is high time that we change to renewable sources of energy. Thankfully, countries all around the world have come to realize this common goal. 90003 90002 The wind is one of the unlimited sources of energy we have on earth.Now, we have built massive wind farms to harness wind energy that would otherwise go unused. 90003 90002 Here are some of the biggest wind farms that are making a significant difference in reducing carbon footprints: 90003 90010 Gansu Wind Farm, China 90011 90012 Source: 90013 Popolon / Wikimedia Commons 90014 90002 Pollution levels in China have soared in the last few years. According to WHO, more than 1 million Chinese citizens died prematurely as a result of the deadly airborne toxins.Hence, China has started investing in green energies to curb this situation. 90003 90002 The Gansu Wind Farm in China is the biggest in the world and is capable of generating nearly 7,900 MW. The sheer power generation is a resultant of 7000 wind turbines arranged in rows in the Gopi desert. This wind farm is also known as Jiuquan Wind Power Base. 90003 90002 Unfortunately, more than 90020 60% 90021 of the farm’s capacity goes unused each year due to weak demand. The giant Windfarm is capable enough to power a small country and is expected to provide an output of 20,000 MW by the year 2020.90003 90010 Muppandal Wind Farm, India 90011 90025 Source: 90013 PlaneMad / Wikimedia Commons 90014 90002 If you do not know where the third-largest wind farm is situated, it’s in Tamil Nadu, India — The Muppandal Windfarm. 90003 90002 There are about 3000 turbines set up on the farm, which produces 1500 MW of clean energy. As per the wind power reports, the state of Tamil Nadu has a gross wind potential of 3050 MW. 90003 90002 The wind farm has helped to reduce the reliance on fossil fuels and will eventually lead to a reduction in the emission of greenhouse gases.The Government has plans to extend the initiative of clean energy to provide electricity for the villages in Tamil Nadu. 90003 90010 Roscoe Wind Farm, US 90011 Source: 90013 Fredlyfish5 / Wikimedia Commons 90014 90002 The Roscoe Wind Farm is located in Roscoe, Texas. It was once the world’s largest wind farm. The wind farm spread over 100,000 acres of land, and it can power about 265,000 homes easily! 90003 90002 For a fun fact, Texas produces more energy from wind than the combined efforts of the other 25 states in the US! The wind farm has about 627 wind turbines with the capacity to produce a combined total of 781.5 MW clean energy. 90003 90002 The construction of the Roscoe Wind Farm took place in four phases. The first phase in 2008 and consisted of 209 1 MW Mitsubishi turbines. The 2 90043 nd 90044 phase was also completed in the same year and included 55 2.3 MW Siemens machines. The 3 90043 rd 90044 phase was completed by mid-2009 and added 166 GE 1.5 MW turbines. And the last phase added 197 Mitsubishi 1MW turbines. 90003 90010 Horse Hollow Wind Energy Centre, US 90011 90002 Texas is famous for its wind potential.There are large spaces of privately owned land that makes investing in wind energy an attractive offer for landlords as well as investors. 90003 90002 Horse Hollow Wind Energy Center is the seventh-largest wind farm with a capacity of producing 735 MW of clean energy. The farm is distributed over an area of ​​100,000 acres in Nolan County and Taylor of Texas. The project has been operational since 2009. Completed in three phases, the farm consists of 421 turbines, including 142 GE 1.5 MW, 130 Siemens 2.3MW, and 149 GE 1.5MW wind turbines. 90003 90010 Jaisalmer Wind Park, India 90011 90056 Source: 90013 Nagarjun Kandukuru / Wikimedia Commons 90014 90002 The Jaisalmer Wind Park, located in the district of Jaisalmer in Rajasthan, is the largest onshore wind park in India. The farm makes use of the wind from the Arabian Sea to produce clean energy of 1,065 MW. 90003 90002 The project uses a variety of turbines, as it is a mix of old machinery like the 350kW models to the newer S9Xs that are capable of producing 2.1MW of power. 90003 90010 London Array Offshore Wind Farm, UK 90011 90065 Source: 90013 synecdoche / Flickr 90014 90002 The London Array wind farm rest on the coast of the United Kingdom. The farm has 175 turbines, which produce 630 MW of clean energy, enough to power half a million UK homes. In terms of capacity, it is the largest one in Europe. The farm alone helps in reducing more than 925,000 tons of CO2 emissions per year. 90003 90002 Having an offshore wind farm has some perks over onshore wind farms.One of them is the advantage of higher wind speeds available over the water compared to ground. Also, there is no restriction on boundaries. The only restriction comes in the form of depth at which the seafloor lies. This is why many countries are eyeing offshore wind farms as opposed to offshore ones. 90003 90010 Fowler Ridge Wind Farm, US 90011 90074 Source: 90013 Patrick Finnegan / Wikimedia Commons 90014 90002 The Fowler Ridge Wind Farm spreads over 50,000 acres in Benton County of Indiana, United States.The wind plant is owned and operated jointly by the Dominion Resources and the BP Alternative Energy North America (each with a 50% stake). 90003 90002 With 537 wind turbines, the farm produces 750 MW of clean energy, which is used to meet the power consumption of about 200,000 American homes. 90003 90010 Gemini Wind Farm, Netherlands 90011 90083 Source: 90013 Korisnik12345 / Wikimedia Commons 90014 90002 The recently opened Gemini wind farm is the second most powerful offshore wind farm that comes after the London Array, constructed in the Netherlands.The Gemini wind farm is capable of producing 600MW of power using 150 Siemens SWT -4.0 Turbines. The project started in 2015 and was finished in 2017. It was in the same year that it was commissioned. 90003 90002 The project was allowed a total of 2.8 billion as funding, but it was completed with money to spare. The turbines became operational in 2016 and generated 250 million euros even before the date of its commission. 90003 90010 Alta Wind Energy Center, US 90011 90092 Source: 90013 Z22 / Wikimedia Commons 90014 90002 National Renewable Energy Laboratory or NREL of the United States has released its verdict of green energy.A study made by the organization concluded that the US could make 80% of power from renewable energy sources by 2050. 90003 90097 90002 The Alta wind farm energy center is an effort in this direction. It stands as the largest wind facility in North America and is located in the Tehachapi Mountains of California. The farm is also known as Mojave Wind Farm and is spread across an area of ​​3,200 acres. 90003 90002 The Alta wind farm has been providing renewable energy of 1,548 MWs to the SCE (Southern California Edison) for more than 25 years and is estimated to reach 3000MWs by the year 2040.The turbines have been installed at an altitude between 3,000ft and 6,000ft above the sea level. 90003 90010 Sweetwater Windpower, US 90011 90104 Source: 90013 BBC World Service / Flickr 90014 90002 The Sweetwater Windpower is the 9 90043 th 90044 largest wind farm in the world, located in the Nolan County of the United States. It has 392 GE, MHI, and Siemens wind turbines, which produce about 585.3 MW of electricity supplied to Austin Energy, CPS and others. 90003 90002 Operational since 2003 the farm is jointly owned by Duke Energy and Infigen Energy and was built in five phases added through 2007.90003 90010 Buffalo Gap Wind Farm, US 90011 90002 90116 90117 90003 90002 The Buffalo Gap Wind Farm is the tenth largest wind farm in the world located in Texas. The 524MW wind farm was completed in three phases and made use of 155 GE 1.5MW turbines with windCONTROL system along with 74 Siemens wind turbine generators. The windCONTROL feature allows regulating voltage and power in real-time, supplying reactive power to the grid when needed to stabilize weak grids and regulate the system voltage.90003 90010 90020 Dogger Bank Wind Farms, North Sea 90021 90011 90002 90126 90117 90003 90002 Breaking previous records, the world’s biggest offshore wind farm is opening at Dogger Bank in the North Sea and will be operational by 2023. It will begin powering no less than 16,000 British homes next year. 90003 90002 It is built as a joint venture between SSE and Norway’s Equinor. It is unique in using 12MW turbines with a height of 260m high, as opposed to traditional 8MW turbines. This will significantly reduce the operational costs of these farms.90003 90010 90020 Capricorn Ridge Wind Farm, Texas, US 90021 90011 90002 Texas has many examples of the proper utilization of the state’s wind potential. The Capricorn Ridge Wind Farm is located in Sterling and Coke counties. 90003 90002 NextEra Energy Resources own the texas farm. It started in 2008 with investment from GE Energy Financial Services and JPMorgan Chase, who said that they would invest $ 225m in Capricorn Ridge. 90003 90002 The farm has 342 GE 1.5MW wind turbines and 65 Siemens 2.3MW wind turbines, producing a total of 662.5MW that can power up to 220,000 households easily. 90003 90010 90020 Walney Extension Offshore Wind Farm, UK 90021 90011 90002 90020 90002 90150 90117 90003 90021 90003 90002 Walney Extension Offshore Wind Farm is located in the Irish Sea, 19km off the shore of Walney Island, Cumbria. 90003 90002 It is partly owned and run Ørsted, with the Danish pension funds PKA and PFA collectively owning 50%. The project launched in September 2018.90003 90002 It has 40 MHI Vestas 8MW wind turbines and 47 Siemens Gamesa 7MW wind turbines with a total capacity of 659MW, enough to power 600,000 homes in the UK. The electricity is transmitted using two 4,000t offshore substations. 90003 .