Войти
Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная, ветровая, приливные, гидро, биомасса и геотермальные источники стали важными секторами энергетического рынка. Быстрый рост этих источников в 21 веке был вызван их эффектами ископаемого топлива, а также их воздействием на глобальную среду проблемы, которые значительно снизили использование.
Медь играет важную роль в этих системах возобновляемой энергии. Фактически, меди в системе возобновляемой энергетики в среднем в пять раз больше, чем при традиционном производстве, таком как ископаемое топливо и ядерная энергия. Медь является медь является тепловым и электрическим проводником среди технических металлов (уступая только серебру), энергосистемы, использующие медь, генерируют и передают энергию с высокой эффективностью и минимальным воздействием на отличием на ней отличием.
При выборе электрических проводников проектировщики и инженеры производственного оборудования учитывают капитальные вложения в материалы против эксплуатационных сбережений за счет повышения эффективности использования электроэнергии в течение их полезного использования, а также затрат на техническое обслуживание. В этих расчетах часто хорошо справляется медь. Одним из подходов использования факторов, называемых «интенсивностью использования», является установка одного мегаватта новой генерирующей мощности.
При планировании нового объекта возобновляемой энергетики инженеры и специалисты стремятся к спецификациям продукции избежать нехватки материалов для проводников. По данным геологической службы США, подземные запасы меди увеличились более чем на 700% с 1950 года, с почти 100 миллионов тонн до 720 миллионов тонн сегодня, несмотря на то, что в мире Использование рафинированного металла увеличилось более чем в три раза за последние 50 лет. Ресурсы меди, по оценкам, превышают 5 000 миллионов тонн. Увеличение годового предложения определяется тем фактом, что более 30 процентов меди, установленной в течение последнего десятилетия, было получено из переработанных источников.
Что устойчиво возобновляемых источников энергии, стоит отметить, что помимо высокой электрической и теплопроводности меди, скорости ее обработки выше, чем у любого другого другого металла..
В этой статье обсуждается роль меди в различных системах производства возобновляемой энергии.
Медь играет большую роль в возобновляемой энергии, чем на обычных тепловых электростанциях, с точки зрения тоннажа мед и на единицу установленной мощности. Интенсивность использования энергии в системе возобновляемой энергетики в четыре-шесть раз выше, чем в ископаемом топливе или на атомных станциях. Так, например, в то время как обычная электроэнергия требует примерно 1 тонны меди на установленный мегаватт (МВт), возобновляемые технологии, такие как ветровая и солнечная энергия, требуется в четыре-шесть раз больше меди на установленную МВт. Это связано с тем, что медь распространяется на гораздо больших территориях, особенно на солнечных и ветровых электростанциях, и существует потребность в соединениях компонентов, которые широко разбросаны, в том числе к системам хранения энергии и Главная электрическая сеть.
Ветровые и солнечные имеют фотоэлектрические энергетические системы самое высокое содержание меди среди всех технологий возобновляемой энергетики. Одна ветряная электростанция может содержать от 4 до 15 миллионов фунтов меди. Фотоэлектрическая солнечная электростанция содержит около 5,5 тонн меди на мегават выработки электроэнергии. Одна мощность 660 кВт, по оценкам, содержит около 800 фунтов меди.
Общее количество меди, использованной в возобновляемой и распределенной выработке электроэнергии в 2011 году, оценивается в 272 килотонны (кт). Совокупное использование меди в 2011 оценивается в 1 071 тыс. Руб. Тонн.
| Установленная мощность в 2011 году | Накопленная установленная мощность до 2011 года | Использование меди в 2011 году | Накопленное использование меди 2011 года | |
|---|---|---|---|---|
| Гигаватт (ГВт) | Гигаватт (ГВт) | Килотонн (кт) | Килотонн (кт) | |
| Фотогальваника | 30 | 70 | 150 | 350 |
| Солнечное тепловое электричество | 0,46 | 1,76 | 2 | 7 |
| Ветер | 40 | 238 | 120 | 714 |
| Итого по всем трем технологиям | 272 | 1071 |
Медные проводники используются в основном компоненте возобновляемой электроэнергии, таких как турбины, генераторы, трансформаторы, инверторы, электрические кабели, силовая электроника и информационный кабель. Примерно одинаковое использование меди в турбинах / генераторах, трансформаторах / инверторах и кабелях. В силовой электронике используется гораздо меньше меди.
Солнечные тепловые системы отопления и охлаждения полагаются на медь в плане их повышения эффективности тепловой энергии. Медь также используется в специальном коррозионно-стойком материалах систем системы энергоснабжения влажных, влажных и соленых качестве коррозионных средах.
Медь - экологически чистый материал, который на 100% подлежит вторичной переработке. Скорость переработки меди выше, чем у любого другого металла. В конце полезного использования электростанции, работающей на возобновляемых источниках энергии или ее электрических или тепловых компонентов, медь может быть переработана без потерь ее полезных свойств.
В фотоэлектрических систем на единицу выработки меди содержит в 11-40 больше меди, чем на обычных установках, работающих на ископаемом топливе. Использование меди в фотоэлектрических системах составляет около 4-5 тонн на МВт или выше, соответствующие проводящие ленточные ленты, соединяющие отдельные фотоэлементы.
Медь используется в 1) небольших проводах, соединяющих фотоэлектрические модули ; 2) сетки заземления в электродах заземляющих штырях, горизонтальных пластинах, оголенных кабелях и проводах; 3) кабели постоянного тока, соединяющие фотоэлектрические модули с инверторами ; 4) кабели защиты низкого напряжения переменного тока, соединяющие инверторы с системами учета и шкафами; 5) высоковольтные кабели переменного тока; 6) кабели связи; 7) инверторы / силовая электроника; 8) ленты; 9) обмотки трансформатора.
Медь, использованная в фотоэлектрических системах в 2011 году, оценивалась в 150 тыс. Руб. Тонн. Суммарное использование меди в фотоэлектрических систем в течение 2011 года оценивается в 350 кт.
Солнечные фотоэлектрические системы высокой масштабируемостью, начиная от небольших систем на крупную фотоэлектрическую электростанцию мощностью в сотни мегаватт. Система потребления электроэнергии, по-предположительно, линейно-масштабная в зависимости от системы выработки электроэнергии. Жилые и коммунальные системы обычно имеют мощность от 10 кВт до 1 МВт.
Фотоэлементы сгруппированы в солнечные модули. Эти модули подключаются к панелям, а затем к фотоэлектрическим массивам. В подключенной к сети фотоэлектрической системе массивы могут формировать субполя, из которых собирается электричество и транспортируется к сетевому соединению.
Медные солнечные кабели соединяют модули (кабель модуля), массивы (кабель) и субполя (полевой кабель). Независимо от того, подключена ли система к сети или нет, электричество, собираемые фотоэлементами, необходимо преобразовать из постоянного тока в переменного тока и повысить напряжение. Это делается с помощью солнечных инверторов с медными обмотками, а также с помощью медьсодержащей силовой электроники.
В фотоэлектрической промышленности используется несколько различных полупроводниковых материалов для производства солнечных элементов и часто они группируются в технологии первого и второго поколения, в то время как третье поколение включает в себя ряд новых технологий, все еще находятся на стадии исследований и разработок. Солнечные элементы обычно преобразуют 20% падающего солнечного света в электричество, позволяя квадратный метр 100-150 кВтч на панели в год.
Технология Обычный кристаллический кремний (c-Si) включает монокристаллический кремний и поликристаллический кремний. Чтобы снизить затраты на эту технологию на основе пластин, кремниевые солнечные элементы, контактирующие с медью, выступающие альтернативой серебру в качестве предпочтительного материала проводника. Проблемы с металлическими солнечными элементами заключаются в создании однородного и качественно дорогого слоя между кремнием и медью, который служит барьером для диффузии меди в полупроводник. Металлизация лицевой стороны кремниевых солнечных элементов на основе меди является значительным шагом на пути к снижению стоимости.
Технология второго поколения включает тонкопленочные солнечные элементы. Несмотря на то, что эффективность преобразования несколько ниже, чем у традиционной фотоэлектрической технологии, общая цена на ватт все же ниже. Коммерчески значимые тонкопленочные технологии включают солнечные элементы из селенида меди, индия и галлия <>(CIGS) и фотоэлектрические элементы из теллурида кадмия (CdTe), а аморфный кремний (a -Si) и Тандемные ячейки из микроморфного кремния (m-Si) постепенно вытесняют конкуренцию в последние годы.
CIGS, который на самом деле представляет собой диселенид меди (индия-галлия) или Cu (InGa) Se 2, отличается от кремния тем, что представляет собой гетеропереход Полупроводник. Он имеет самый высокий коэффициент преобразования солнечной энергии (~ 20%) среди тонкопленочных материалов. CIGS сильно поглощает солнечный свет, требуется гораздо более тонкая пленка, чем для других полупроводниковых материалов.
Разработан процесс производства фотоэлектрических элементов, позволяющий печатать полупроводники CIGS. Эта технология может снизить стоимость поставки солнечной энергии.
Хотя медь является одним из компонентов солнечных элементов CIGS, содержание меди в элементе на самом деле невелико: около 50 кг меди на МВт мощности.
Монодисперсный нанокристаллы сульфида меди исследуются в качестве альтернативы обычным монокристаллам и тонким пленкам для фотоэлектрических устройств. Эта технология, которая все еще находится в зачаточном состоянии, имеет потенциал для сенсибилизированных красителем солнечных элементов, полностью неорганических солнечных элементов и гибридных окристаллических -полимерных композитных солнечных элементов.
Системы солнечной генерации покрывают большие площади. Существует множество соединений между модулями и массивами, а также соединениями между собой в подполях и связями с сетью. Солнечные кабели используются для подключения солнечных электростанций. Количество кабелей может быть значительным. Типичные диаметры используемых медных кабелей составляют 4–6 мм для модульного кабеля, 6–10 мм для массива и 30–50 мм для полевого кабеля.
Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии - два столпа устойчивого развития энергетики будущего. Однако, несмотря на потенциальную синергию, эти столпы связаны мало. Чем эффективнее налоговые услуги, тем быстрее возобновляемые источники энергии могут стать энергетическим и значительным источником первичной энергии. Чем больше энергии получается из возобновляемых источников, тем меньше энергии требуется для удовлетворения того же спроса на энергию. Эта связь возобновляемых источников энергии с энергоэффективностью частично зависит от преимуществ меди в области энергоэффективности.
Увеличение диаметра медного кабеля увеличивает его электрическую энергоэффективность (см.: Медный провод и кабель ). Более толстые кабели уменьшают резистивные (IR) потери, что влияет на рентабельность инвестиций в фотоэлектрическую систему на протяжении всего срока службы. Комплексная оценка затрат с учетом дополнительных затрат на материалы, количества солнечного излучения направленного на солнечные модули в год (с учетом суточных и сезонных колебаний, субсидий, тарифов, сроков окупаемости и т. Д.), Необходимы для определения того, необходимы ли более высокие большие инвестиции для более толстых кабелей оправданы.
В зависимости от обстоятельств некоторые проводники в фотоэлектрических системах могут быть выполнены из меди или алюминия. Как и в случае с другими электрическими проводящими системами, каждая имеет свои преимущества (см.: Медный провод и кабель ). Медь является предпочтительным материалом, когда первостепенное значение имеют высокие характеристики электропроводности и гибкость кабеля. Кроме того, медь больше подходит для небольших крыш, кабельных лотков меньшего размера и при прокладке каналов из стальных или пластиковых труб.
Кабельные каналы не нужны в небольших объектах электроснабжения, где длина медных кабелей менее 25 мм. Без воздуховодов затраты на установку для меди ниже, чем для алюминия.
Сети передачи данных полагаются на медь, оптоволокно и / или радиоканалы. У каждого материала есть свои достоинства и недостатки. Медь надежнее радиосвязи. Затухание сигнала с помощью медных проводов и кабелей может быть решено с помощью усилителей сигнала.
Концентрирование солнечной энергии (CSP), также известное как солнечное тепловое электричество (STE), использует массивы зеркал, которые концентрируют солнечные лучи до температуры от 400C до 1000C. Электроэнергия вырабатывается, когда концентрированный свет преобразуется в тепло, которое приводит в действие тепловую машину (обычно паровую турбину ), подключенную к генератору электроэнергии.
Система CSP состоит из: 1) концентратора или коллектора, содержащихего зеркала, которые отражают солнечное излучение и доставляют его на приемник; 2) приемник, который поглощает концентрированный солнечный свет и передает тепловую мощность рабочему телу (обычно минеральное масло, реже расплав соли, металлы, пар <2)>или воздух ); 3) система доставки и хранения, по которой текучая среда проходит от приемника к системе преобразования энергии; и 4) паровая турбина, преобразующая тепловую мощность в электричество по запросу.
Медь используется в полевых кабелях, сетях заземления и двигателях для использования и перекачки жидкостей, а также в главном генераторе и высоком напряжении. трансформаторы. Как правило, на электростанцию мощностью 50 МВт приходится около 200 тонн меди.
Было подсчитано, что использование меди на концентрированных солнечных тепловых электростанциях составило 2 тыс. Тонн в 2011 году. Было оценено совокупное использование на этих станциях в течение 2011 года. быть 7 кт.
Существует четыре основных типа технологий CSP, каждая из которых содержит разное количество меди: установки с параболическим желобом, колонные установки, распределенные линейные абсорбционные системы, включая линейные установки Френеля, и установки Стирлинга с тарелками. Здесь используется использование меди в этих установках.
Установки с параболическим желобом - это наиболее распространенная технология CSP, на которую приходится около 94% электроэнергии, установленной в Испании. Эти установки собирают солнечную энергию в параболических желобных концентраторах с линейными коллекторами. Жидкости-теплоносители обычно представляют собой синтетическое масло, которое циркулирует по трубам на входе и выходе при температурах от 300 ° C до 400 ° C. Типичная емкость хранилища мощностью 50 МВт составляет 7 часов при номинальной мощности. Завод такого размера и такой емкости может производить 160 ГВтч / год в таком регионе, как Испания.
В установках с параболическими желобами медь используется в области солнечных коллекторов (силовые кабели, сигналы, заземление, электродвигатели); паровой цикл (водяные насосы, вентиляторы конденсатора, кабели к точкам потребления, управляющий сигнал и датчики, двигатели), генераторы электроэнергии (генератор переменного тока, трансформатор) и системы хранения (циркуляционные насосы, кабели до точек потребления). Установка мощностью 50 МВт с 7,5 часами хранения содержит примерно 196 тонн меди, из которых 131 500 кг находятся в кабелях, а 64 700 кг - в различном оборудовании (генераторы, трансформаторы, зеркала и двигатели). Это составляет примерно 3,9 тонны / МВт, или, другими словами, 1,2 тонны / ГВтч / год. Установка такого же размера без хранилища может иметь на 20% меньше меди в солнечной области и на 10% меньше в электронном оборудовании. Установка мощностью 100 МВт будет иметь на 30% меньше относительного содержания меди на МВт в солнечной области и на 10% меньше в электронном оборудовании.
Количество меди также зависит от конструкции. Солнечное поле типичной электростанции мощностью 50 МВт с накопительной емкостью 7 часов состоит из 150 контуров и 600 двигателей, в то время как аналогичная установка без накопителя использует 100 контуров и 400 двигателей. Клапаны с электроприводом для регулирования массового расхода в контурах используют больше меди. В зеркалах используется небольшое количество меди для обеспечения защиты от гальванической коррозии отражающего слоя серебра. Изменения размера установок, размеров коллекторов, эффективности теплоносителя также будут влиять на объемы материалов.
Башенные установки, также называемые центральными башенными электростанциями, могут стать предпочтительная технология CSP в будущем. Они собирают солнечную энергию, сконцентрированную полем гелиостата в центральном приемнике, установленном на вершине башни. Каждый гелиостат отслеживает Солнце по двум осям (азимуту и углу места). Следовательно, требуется два двигателя на единицу.
Медь требуется в области гелиостата (силовые кабели, сигнал, заземление, двигатели), приемника (электронагреватели, сигнальные кабели), системы хранения (циркуляционные насосы, кабели к точкам потребления), производства электроэнергии (генератор, трансформатор), паровой цикл (водяные насосы, вентиляторы конденсатора), кабели к точкам потребления, управляющий сигнал и датчики, двигатели.
Солнечная башня мощностью 50 МВт с 7,5 часами хранения потребляет около 219 тонн меди. Это соответствует 4,4 тонны меди / МВт, или, другими словами, 1,4 тонны /ГВт-ч / год. Из этого количества кабеля приходится примерно 154 720 кг. На электронное оборудование, как генераторы, трансформаторы и двигатели, приходится примерно 64 620 кг меди. Установка мощностью 100 МВт имеет немного больше меди на МВт в солнечном поле, потому что эффективность поля гелиостата уменьшается с размером. Станция мощностью 100 МВт будет иметь несколько меньше меди на МВт в технологическом оборудовании.
Линейные установки Френеля используют линейные отражатели для солнечных лучей в абсорбирующей трубе, аналогично установкам с параболическим желобом. Коэффициент благоприятствования меньше, чем в установках с параболическим желобом, температура благоприятствования ниже. Вот почему большинство заводов используют насыщенный пар в качестве рабочего тела как в солнечной батарее, так и в турбине.
Линейная электростанция Френеля мощностью 50 МВт требует около 1960 следящих двигателей. Мощность, необходимая для каждого двигателя, намного ниже, чем у параболоцилиндров. Линейная установка Френеля мощностью 50 МВт без хранилища будет содержать около 127 тонн меди. Это соответствует 2,6 тонны меди / МВт, или, другими словами, 1,3 тонны меди / ГВт-ч / год. Из этого количества 69 960 кг приходится на кабели, идущие от технологической зоны, солнечного поля, заземления и молниезащиты и средств управления. Еще 57 300 кг меди находится в оборудовании (трансформаторы, генераторы, двигатели, зеркала, насосы, вентиляторы).
Эти заводы представляют собой развивающуюся технологию, которая имеет потенциал в качестве решения для децентрализованные приложения. Технология не требует воды для охлаждения в конверсионном цикле. Эти заводы не подлежат отправке. Производство энергии прекращается, когда облака проходят над головой. Ведутся исследования передовых систем хранения и гибридизации.
Самая большая тарелочная установка Sterling имеет общую мощность 1,5 МВт. В области солнечной энергетики требуется CSP. Исходя из используемых установок мощностью 1,5 МВт, содержание составляет 4 тонны / МВт, или другими, 2,2 тонны меди / ГВт-ч / год. Электростанция мощностью 1,5 МВт имеет около 6060 кг меди в кабелях, индукционных генераторов, приводов, полевых и сетевых трансформаторах, заземлении и молниезащите.
Солнечная вода обогреватели могут быть экономичным способом горячей воды для дома. Их можно использовать в любом климате. Топливо, которое они используют, солнечный свет, предоставляется бесплатно.
Солнечные коллекторы горячей воды используются более чем 200 миллионами домашних хозяйств, а также многих общественных и коммерческих зданийх по всему миру. Общая установленная мощность солнечных тепловых установок для системы и охлаждения в 2010 году составила 185 ГВт-тепловых.
Тепловая мощность солнечной энергии увеличилась примерно на 27% в 2011 году и достигла примерно 232 ГВт-тепл, без учета неостекленного обогрева плавательных бассейнов. Большая часть солнечной энергии используется для системы воды, но солнечное отопление и охлаждение помещений набирает популярность, особенно в Европе.
Существует два типа солнечных водонагревательных: активные, с циркуляционными системными насосами и элементами управления, и пассивные., чего нет. Пассивные солнечные технологии не требуют работающих или механических элементов. Они включают в себя выбор материалов с благоприятными тепловыми свойствами, проектирование пространств с естественной циркуляцией воздуха и привязку положения здания к Солнцу.
Медь является важным компонентом солнечных тепловых систем отопления и охлаждения из-за своей высокой теплопроводность, соединение к атмосферной и водной коррозии, герметизация и пайкой, механическая прочность. Медь используется как в ресиверах, так и в первичных контурах (трубы и теплообменники для резервуаров с водой). абсорбирующая пластина иногда используется алюминий, потому что он дешевле, но в связи с тем, чтобы абсорбирующая пластина могла быть надлежащим образом это тепло в трубопроводе. В настоящее время используется альтернативный материал PEX-AL-PEX, но могут возникнуть аналогичные проблемы с теплопередачей между пластиной абсорбера и трубами. Один из способов обойти это - просто использовать один и тот же материал для трубопровода, так и для пластин абсорбера. Этот материал может быть, конечно, медью, но также может быть алюминий или PEX-AL-PEX.
Три типа солнечных тепловых коллекторов используются для жилых помещений: плоские коллекторы, интегрированный коллектор-накопитель и солнечный тепловой коллектор: вакуумные трубчатые коллекторы ; Это могут быть системы с прямой циркуляцией (т.е. нагревает воду и подает ее прямо в дом для использования) или косвенной циркуляцией (т.е. насосы нагревают передающую жидкость через теплообменник, который нагревает воду, которая течет в дом).
В вакуумном трубчатом солнечном водонагревателе с системой циркуенной циркуляции вакуумированные трубки содержат стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Солнечная тепловая энергия поглощается откачанными трубами и преобразует полезное концентрированное тепло. Медные тепловые трубки передают тепловую энергию из солнечной трубки в медный коллектор. Жидкий теплоноситель (вода или смесь гликоля ) прокачивается через медный коллектор. По мере того, как циркулирует через медный коллектор, уровень повышается. Вакуумные стеклянные трубки имеют двойной слой. Внешний слой полностью прозрачен, что позволяет беспрепятственно проходить солнечную энергию. Внутренний слой обработан селективным оптическим покрытием которое поглощает энергию без отражения. Внутренний и внешний слой сливаются в конце, оставляя пустое пространство между внутренним и внешним слоями. Весь воздух откачивается из пространства между двумя слоями (процесс откачки), тем самым создаваемым эффектом термоса, который останавливается, происходит кондуктивный и конвективный перенос тепла, которое в результате может быть уйти в атмосферу. Потери тепла еще больше уменьшаются за счет низкого излучения используемого стекла. Внутри стеклянной трубки находится медная тепловая трубка. Это герметичная полая медная трубка, содержащая небольшое количество фирменной жидкости, которая под давлением кипит при очень низкой температуре. Другие компоненты включают резервуар солнечного теплообменника и солнечную насосную станцию с насосами и контроллерами.
В ветряной турбине кинетическая энергия ветра преобразуется в механическую энергию для привода генератора, который, в свою очередь, вырабатывает электричество. Основные компоненты ветроэнергетической системы состоят из башни с вращающимися лопастями, в которых находятся генератор электроэнергии и трансформатор для повышения напряжения для передачи электроэнергии на подстанцию в сети. Кабели и электроника также являются важными компонентами.
Суровые условия морские ветряные электростанции означают, что компоненты должны быть более прочными и защищенными от коррозии, чем их наземные компоненты. В настоящее время требуются все более длинные соединения с берегом с помощью подводных кабелей среднего и высокого напряжения. Необходимость в защите от коррозии обеспечивает тому, что плакировка медно-никелевым покрытием является предпочтительным сплавом для опор.
Медь - важный проводник в ветроэнергетике. Ветряные электростанции могут содержать несколько сотен тысяч футов меди от 4 до 15 миллионов фунтов, в основном в электропроводке, кабелях, трубах, генераторах и повышающих трансформаторах.
Интенсивность использования высока из ветровых турбин. генерирующие фермы разбросаны по большим территориям. В наземных ветряных электростанциях плотность меди составляет от 5600 до 14 900 фунтов на МВт, в зависимости от того, имеют ли повышающие трансформаторы медные или алюминиевые проводники. Примерно 21 000 фунтов на МВт, включая подводные кабели, идущие к берегу. Как на суше, так и на море используются дополнительные медные кабели для подключения ветряных электростанций к основным электрическим сетям.
Количество меди, используемой для ветроэнергетических систем в 2011 году, оценивается в 120 кт. Общий объем установленной меди в 2011 году оценивается в 714 тыс. Руб. Тонн. По состоянию на 2018 год в мировом производстве ветряных турбин используется 450 000 тонн меди в год.
Для ветряных электростанций с трехступенчатым редуктором с двойным питанием индукционных генераторов мощностью 3 МВт для стандартных ветряных турбин требуется примерно 2,7 т на МВт. Для ветряных турбин с трансформаторами низкого / среднего напряжения в гондоле требуется 1,85 т на МВт.
Медь в основном используется в обмотках катушек в частях статора и ротора генераторов (которые преобразуют механическую энергию в электрическую), в проводниках высокого напряжения и низкого напряжения, включая вертикальный электрический кабель, соединяющий гондолу на базе ветряной турбины, в катушках трансформаторов (которые повышают переменный ток низкого напряжения до высокого переменного тока, согласового с сетью), в редукторах (которые преобразуют от медленных оборотов в минуту лопастей ротора до более высоких оборотов в минуту) и в системе электрического заземления ветряных электростанций. Медь также может быть в гондоле (корпус ветряной турбины, которая опирается на башню, содержит все основные компоненты), вспомогательные двигатели (двигатель, вращение для вращения гондолы, а также для управления углом наклона лопастей ротора), контурах охлаждения. (конфигурация охлаждения для всей трансмиссии ) и силовая электроника (которые позволяют системам ветряных турбин работать как силовая установка).
В катушках ветрогенератора электрический ток страдает потерями, которые пропорциональны сопротивлению провода, по которому течет ток. Это сопротивление, вызываемое потерянным источником энергии . В ветроэнергетических установках охлаждения это сопротивление может быть уменьшено с помощью более толстого медного провода и при необходимости с помощью системы генератора.
Для генераторные кабели. Медь имеет более высокую электропроводность и, следовательно, более высокую эффективность использования электроэнергии. Он также выбран за его безопасность и надежность. Основное соображение при выборе алюминия - его более низкая капитальная стоимость. Со временем это преимущество компенсируется более высокими высокими энергиями за годы передачи электроэнергии. Решение о том, какой провод использовать, когда коммунальные службы обсуждают эти вопросы с производителями турбин и кабелей.
Что касается меди, ее вес в генераторе будет зависеть от типа генератора, номинальной мощности и конфигурации. Его вес почти линейно зависит от номинальной мощности.
Генераторы в ветряных турбинах с прямым приводом обычно содержат больше меди, так как сам генератор больше из-за отсутствия редуктора.
Генератор с прямым приводом может быть в 3,5-6 раз тяжелее, чем в конфигурации с редуктором, в зависимости от типа генератора.
В ветроэнергетике используются пять различных типов технологий генерации:
Здесь указано количество меди в каждом из этих типов генераторов.
| Технология | Среднее содержание меди (кг / МВт) | Примечания | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Асинхронный генератор с двойным питанием (DFAG) | 650 | с редуктором; самый распространенный ветрогенератор в Европе (70% в 2009 г.; высокий спрос до 2015 г., затем нейтральный, высокая стоимость технического обслуживания и обслуживания, а также потребность в оборудовании коррекции мощности для соответствия требованиям сети сделают их менее популярными в следующие десять лет). | ||||||||||||||
| Обычные асинхронные двигатели генераторы (CAG) | 390 | С редуктором; нейтральный спрос до 2015 года; станет незначительным к 2020 году. | ||||||||||||||
| Обычные синхронные генераторы (CSG) | 330–4000 | Редукторный и прямой; могут стать более популярными к 2020 году. | ||||||||||||||
| Синхронные генераторы с постоянными магнитами (PMSG) | 600–2150 | Рынок планируется к 2015 году. | ||||||||||||||
| Генераторы высокотемпературных сверхпроводников (HTSG) | 325 | Начальная стадия разработки. Машины будут иметь большую мощность, чем другие WTG. и синхронных машин с прямым приводом обычно содержат больше меди, но в некоторых используется алюминий. Генераторы США (CSG) с прямым приводом имеют самое высокое содержание меди на единицу. Доля CSG увеличится с 2009 по 2020 год, особенно для машин с прямым приводом. Наибольшее количество проданных единиц в 2009 году пришлось на DFAG.
Различия в содержании меди в генераторах CSG зависят от того, сочетаются ли они с одноступенчатыми (более тяжелыми) или трехступенчатыми (более легкими) редукторами. Точно так же разница в содержании меди в генераторах PMSG зависит от того, являются ли турбины среднескоростными, которые тяжелее, или высокоскоростными турбинами, которые легче. Растет спрос на синхронные машины и прямой привод. конфигурации. Прямые и ориентированные DFAG CSG будут лидировать в спросе на медь. Ожидается, что наибольший рост спроса будет на прямые ГПМС, на которые, по прогнозам, будет приходиться 7,7% от общего спроса на медь в ветроэнергетической системе в 2015 году. Однако, поскольку постоянные магниты, редкоземельный элемент неодим, не распространены во всем мире, синхронных магнитов с прямым приводом (DDSM) могут быть более перспективными. Количество меди необходим, для генератора ДДСМ мощностью 3 МВт, составляет 12,6 т. Места с высокоскоростным турбулентным ветром лучше подходят для генераторов ветряных турбин с регулируемой скоростью и полномасштабными преобразователями мощности из-за большей надежности и доступности, которые они предоставляются в таких условиях. Из вариантов ветряных турбин с регулируемой скоростью в таких местах PMSG может быть предпочтительнее, чем DFAG. В условиях низкой скорости ветра и турбулентности DFAG могут быть предпочтительнее PMSG. Как правило, PMSG лучше справляется с ошибками, данными с сетью, и в конечном итоге они могут использовать более эффективную эффективность, надежность и доступность, чем аналогичные устройства. Этого можно уменьшить за счет уменьшения количества механических компонентов в их конструкции. Однако в настоящее время ветряные турбогенераторы с редуктором прошли более тщательные полевые испытания и менее дорогими из-за больших размеров производства. Текущая тенденция заключается в использовании гибридных установок PMSG с одноступенчатой или двухступенчатой коробкой передач.. Самый последний ветрогенератор от Вестас имеет редукторный привод. Самый последний ветрогенератор от Сименс является гибридом. В среднесрочной перспективе, если стоимость силовой электроники продолжит снижаться, PMSG с прямым приводом, как ожидается, станет более привлекательной. Технология высокотемпературных сверхпроводников (HTSG) в настоящее время находится в стадии разработки. Ожидается, что эти машины огромную мощность, чем другие генераторы ветряных турбин. Оффшорный рынок должен стать наиболее подходящей нишей для HTSG. Медь в других компонентахДля турбинной системы мощностью 2 МВт следующие количества меди были оценены для компонентов, отличных от генератора:
Кабельная разводка - второй по величине медьсодержащий компонент после генератора. Система ветряных мачт с трансформатором с генератором будет иметь силовые кабели среднего напряжения (MV), идущие сверху вниз башни, к точке сбора для нескольких ветряных башен и к сетевой подстанции. или прямо на подстанцию. Сборка мачты будет включать в себя жгуты проводов и контрольные / сигнальные кабели, в то время как силовые кабели низкого напряжения (LV) необходимы для питания рабочих частей по всей системе. Для ветряной турбины мощностью 2 МВт вертикальный кабель может варьируются от 1000 до 1500 кг меди, в зависимости от ее типа. Медь является основным материалом в подземных кабелях. Медь в системах заземленияМедь жизненно важна для системы электрического заземления ветряных электростанций. Системы заземления могут быть либо полностью медными (сплошные или многопроволочные медные провода и медные шины), часто с рейтингом американского калибра 4/0, но, возможно, величиной до 250 тысяч круглых милов или плакированной медью сталью, более дешевой альтернативой. Турбинные мачты привлекают l удары молнии, поэтому для них требуются системы молниезащиты. Когда молния поражает лопатку турбины, ток проходит вдоль лопатки через ступицу лопасти в гондоле (редуктор / корпус генератора) и вниз по мачте к системе заземления. Лезвие включает в себя медный проводник с большим поперечным сечением, который проходит по всей его длине и позволяет пройти по лезвию без вредных механизмов. Гондола защищена молниеотводом, часто медным. Система заземления в основании мачты состоит из толстого медного кольцевого проводника, прикрепленного к основанию или расположенного в пределах метра от основания. Кольцо крепится к диаметрально противоположным точкам на основании мачты. Медные провода выходят наружу из кольца и подключаются к медным заземляющим электродам. Кольца заземления на турбинах ветряных электростанций соединены между собой, системой сетевую систему с низким совокупным сопротивлением. Сплошной медный провод обычно используется для заземления и его превосходная электрическая проводимость. Однако производители переходят на менее дорогие заземляющие провода и кабели с биметаллической медной или алюминиевой оболочкой. Проводятся медные работы. Текущие недостатки медного провода включают меньшую проводимость, размер, вес, гибкость и способность выдерживать ток. Медь в остальном оборудованииПосле генераторов и кабеля в остальном оборудовании используется небольшое количество меди. Во вспомогательных двигателях рысканья и тангажа привод рыскания использует комбинацию асинхронных двигателей и многоступенчатых планетарных редукторов с небольшим количеством меди. Силовая электроника содержит минимальное количество меди по сравнению с другим оборудованием. По мере увеличения мощности турбины номинальные параметры преобразователей также увеличиваются от низкого напряжения (<1 kV) to medium voltage (1–5 kV). Most wind turbines have full преобразователи мощности, которые имеют ту же номинальную мощность, что и генератор, за исключением DFAG, Медные силовые кабели класса 5 используются исключительно от генератора через петлю. Сверхпроводящие материалы проходят испытания внутри и за пределами ветряных турбин, они обеспечивают более высокий электрический КПД, способность выдерживать более выдерживать более высокую степень выдерживания. Эти материалы, однако, в настоящее время намного дороже, чем медь. Медь в морских ветряных электроста нцияхКоличество медь в морских ветряных электростанциях увеличивается с удалением от берега. В оффшорных ветряных турбинах значение e составляет порядка 10,5 т на МВт. Морская ветряная электростанция Боркум 2 потребляет 5 800 тонн для 400 МВт, 200-километрового подключения к внешней сети, или приблизительно 14,5 т меди на МВт. Морская ветряная электростанция Horns Rev использует 8,75 тонны меди на МВт для передачи 160 МВт на 21 км в сети. Ссылки
Последняя правка сделана 2021-05-15 11:58:44
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное). 
|