Kobber i vedvarende energi

Vedvarende energikilder som sol, vind og tidevandsenergi, vandkraft, biomasse, og geotermisk blevet væsentlige dele af energimarkedet. Den hurtige vækst i disse kilder i det 21. århundrede er blevet foranlediget af stigende omkostninger til fossile brændstoffer samt deres negative miljøpåvirkninger. Mens den gennemsnitlige kapacitet af vedvarende energikilder var kun 7% på verdensplan i 2010, har de fleste installation af ny kapacitet været sammen med vedvarende energi. Få nye anlæg var fra fossile brændstof-kraftværker. Tendensen til nye magt kapacitet ved vedvarende energi forventes at fortsætte gennem 2020. Da forsyninger vedvarende energi udligne mængden af ​​fossile brændstoffer, der skal forbrændes i kraftværker, brug af vedvarende energi indirekte er med til at reducere CO2-udledningen. Derfor leverer vedvarende energi gør det muligt samfundene til fremskridt i retning af lavere-carbon-baserede økonomier.

Kobber spiller en vigtig rolle i vedvarende energisystemer. Da kobber er den højeste nominel termisk og elektrisk leder blandt ingeniør metaller, el-systemer, der udnytter kobber generere og transmittere energi med maksimal effektivitet og med et minimum af miljøpåvirkninger. Ved anvendelse af kobber i stedet for andre lavere elektriske energieffektive metalledere, skal genereres for at opfylde en given effektbehov mindre strøm.

I denne artikel beskrives den rolle, kobber i forskellige vedvarende energi generation af systemer.

Oversigt brug kobber i vedvarende energi

Kobber spiller en større rolle i produktion af vedvarende energi end i konventionelle varmekraftværker, udtrykt i tonnage af kobber pr installeret effekt. Mens konventionelle magt kræver ca. 1 ton kobber pr installerede megawatt, vedvarende teknologier som vind og sol kræver fire gange mere kobber pr installeret MW.

Vind og fotovoltaisk solenergi systemer har den højeste kobber indholdet af alle vedvarende energiteknologier. Vindkraft og solcelleenergi er de hurtigst voksende vedvarende-baserede markeder. Betydelig vækst forventes også i termisk koncentreret solenergi.

Den samlede mængde kobber, der bruges i vedvarende-baserede og distribueret elproduktion i 2011 blev anslået til at være 272 kiloton. Kumulativ kobber brug gennem 2011, blev anslået til at være 1.071 kt.

Kobberledere anvendes i større elektriske komponenter vedvarende energi, såsom turbiner, generatorer, transformere, omformere, kabler, effektelektronik og information kabel. Brugen Kobber er omtrent den samme i turbiner / generatorer, transformatorer / invertere og kabler. Meget mindre kobber anvendes i effektelektronik.

Solvarme til opvarmning og køling energisystemer afhængige kobber for deres termiske energieffektivitet fordele. Kobber bruges også som en særlig korrosionsbestandigt materiale i vedvarende energisystemer i våde, fugtige og saltholdige korrosive miljøer.

Solar solcelle elproduktion

The Sun leverer næsten 4 millioner exajoules energi til Jorden. Forskellige teknologier bliver udviklet til at udnytte denne enorme energikilde.

Solcelleenergi er en vigtig, men stadig fremadskridende teknologi, der udnytter Solens magt til at generere elektricitet. Som sollys rammer en solcelle, det frigør og vækker elektroner, som derefter indsamler på ledende plader til at skabe elektricitet.

Af de 20.000 TWh strøm der forbruges globalt i et enkelt år, er cirka 90 TWh genereret fra solar solcelleanlæg. Mens dette er kun en meget lille procentdel af det globale energiforbrug, er det alligevel tilstrækkeligt til at forsyne de behov, mere end 10 millioner mennesker, der lever på levestandarden i et udviklet land.

Forskellige overlappende statistikker vedrørende væksten i solenergi PV'er er blevet citeret. Solar PV'er er blevet citeret for at have en årlig vækstrate på 40%, hvilket kan vokse endnu hurtigere som prisen på teknologien fortsætter med at falde. En anden kilde citerer driftskapacitet at være steget med gennemsnitligt 58% om året fra år ultimo 2006 gennem 2011. installeret kapacitet estimater til 2020 tyder på en hurtig stigning i solcelleanlæg generation, der vokser med en faktor på fem mellem 2010 og 2020.

Husholdningernes PV systemer er mindre og tab i transmission og distribution er lavere end i store-skaleret PV kraftværker. Husholdningerne er i stand til at producere deres egen elektricitet og bruge elnettet for støtte og pålidelighed.

Af disse årsager er politiske initiativer, der finder sted for at øge udbredelsen af ​​solenergianlæg solcelle energi. Dette ville øge den stadige udvidelse af PV markeder ved at reducere konkurrenceevnen hul på solceller i forhold til fossile brændstoffer teknologier. Målet på dette punkt er at nå nettet paritet, hvor omkostningerne ved at producere energi fra rooftop paneler i løbet af deres 25 år levetid svarer til udgifterne til detail elektricitet fra konventionelle kilder. Dette resultat er allerede opnået i visse regioner.

Kobber i fotovoltaiske elsystemer

Brugen af ​​kobber i fotovoltaiske systemer er betydelig, i gennemsnit omkring 4-5 tons pr MW eller højere, hvis bånd betragtes. Kobber bruges i: 1) små ledninger, interconnect fotovoltaiske moduler; 2) jording gitre i elektrode jord pinde, vandrette plader, nøgne kabler og ledninger; 3) DC kabler, der forbinder solcellemoduler til invertere; 4) lav spænding AC kabler, der forbinder invertere til målesystemer og beskyttelsessystemer frysere; 5) højspændingsledninger vekselstrømskabler; 6) kommunikation kabler; 7) invertere / effektelektronik; 8) bånd; og 9) transformer viklinger.

Kobber anvendes i fotovoltaiske anlæg i 2011 blev anslået til at være 150 kt. Kumulativ kobber brug i fotovoltaiske anlæg gennem 2011, blev anslået til at være 350 kt.

Photovoltaic systemkonfigurationer

Solcelleanlæg er meget skalerbar, lige fra små tagterrasse systemer til store fotovoltaiske kraftværk med en kapacitet på flere hundrede megawatt. Beboelses- og community-baserede systemer generelt varierer i kapacitet fra 10 kW til 1 MW.

Solceller er grupperet i solcellemoduler. Disse moduler er forbundet til paneler og derefter ind PV arrays. I grid-tilsluttet solcelleenergi system, kan arrays danne sub-felter, hvorfra el indsamles og transporteres mod nettilslutning.

Kobber sol kabler forbinde moduler, arrays, og sub-felter. Om et system er tilsluttet nettet eller ej, elektricitet indsamlet fra solceller skal konverteres fra DC til AC og optrappet i spænding. Dette gøres ved solar invertere, som indeholder kobberviklinger, samt med kobberholdige effektelektronik.

Solceller

Solcelleindustrien bruger flere forskellige halvledende materialer til produktion af solceller og ofte grupperer dem i første og anden generations teknologier, mens den tredje generation indeholder en række nye teknologier, der stadig er i forsknings- og developement fase. Solceller omdanner typisk 20% af indfaldende sollys til elektricitet, således at genereringen af ​​100 - 150 kWh per kvadratmeter af panelet om året.

Konventionel første generation krystallinsk silicium teknologi omfatter monokrystallinske silicium og polykrystallinske silicium. For at reducere omkostningerne ved denne vakle-baseret teknologi, er kobber-kontaktede silicium solceller fremstår som et vigtigt alternativ til sølv som det foretrukne dirigent materiale. Udfordringer med solcelle metallisering ligger i skabelsen af ​​en homogen og kvalitativt høj værdi lag mellem silicium og kobber til fungerer som en barriere mod kobber diffusion ind i halvleder. Kobber-baserede front-side metallisering i silicium solceller er et vigtigt skridt i retning af lavere omkostninger.

Anden generation teknologi omfatter tyndfilm solceller. Trods en lidt lavere virkningsgrad end konventionelle PV teknologi, de samlede omkostninger pr watt er stadig lavere. Kommercielt betydelige tyndfilm teknologier omfatter kobber indium gallium selenid solceller og cadmiumtellurid solceller, mens amorf silicium og micromorphous silicium tandem celler langsomt er ved at blive udkonkurreret i de seneste år.

CIGS, som faktisk er kobber diselenide eller CuSe2, adskiller sig fra silicium i, at det er en heterojunction halvleder. Det har den højeste solenergi omdannelseseffektivitet blandt tynde filmmaterialer. Fordi CIGS kraftigt absorberer sollys, et meget tyndere film kræves end med andre halvledermaterialer.

En solcelle fremstillingsprocessen er blevet udviklet, som gør det muligt at udskrive CIGS halvledere. Denne teknologi har potentiale til at reducere prisen pr sol watt leveret.

Mens kobber er en af ​​komponenterne i CIGS solceller, indholdet af cellen kobber er faktisk lille: ca. 50 kg kobber pr MW.

Mono-spredte kobbersulfid nanokrystaller bliver forsket som alternativer til konventionelle enkelte krystaller og tynde film til fotovoltaiske enheder. Denne teknologi, som stadig er i sin vorden, har potentiale for dye-sensibiliserede solceller, all-uorganiske solceller og hybride sammensatte nano-krystal-polymer solceller.

Kabler

Solar generation af systemer dækker store områder. Der er mange forbindelser mellem moduler og arrays, og forbindelser mellem arrays i sub-felter og forbindelser til netværket. Solar kabler anvendes til ledningsføring solenergianlæg. Betydningen af ​​disse kabler bør ikke undervurderes. Mængden af ​​kabler involveret kan være betydelige. Typiske diametre af kobber anvendte kabler er 4-6 mm for modul-kabel, 6-10 mm for matrix-kabel, og 30-50 mm for feltet kabel.

Energieffektivitet og system design overvejelser

Energieffektivitet og vedvarende energi er to søjler i en bæredygtig fremtid energi. Men der er lidt sammenkædning af disse søjler på trods af deres potentielle synergier. Jo mere effektivt energitjenester leveres, kan hurtigere vedvarende energi blive en effektiv og væsentlig bidragyder af primær energi. Jo mere energi kommer fra vedvarende energikilder, er mindre fossilt brændstof energi, der kræves til at give den samme energibehov. Denne kobling af vedvarende energi med energieffektivitet bygger dels på de elektriske energieffektivitet fordele af kobber.

Forøgelse af diameteren af ​​et kobberkabel øger sin elektriske energieffektivitet. Tykkere kabler reducerer IR energitab på grund af lavere kabel opvarmning. Tykkere kabler også gøre det muligt generation af flere kWs og forbedre levetid rentabiliteten af ​​PV system investeringer. Komplekse omkostninger evalueringer, factoring ekstra omkostninger til materialer, er nødvendige for at afgøre, om en højere indledende investeringer til tykkere kabler er berettigede mængden af ​​solstråling rettet mod solcellemoduler om året.

Afhængig af omstændighederne kan nogle ledere i solcelleanlæg angives med enten kobber eller aluminium. Som med andre elektrisk ledende systemer, der er fordele ved hver. Kobber er det foretrukne materiale, når høj elektrisk ledningsevne egenskaber og kablets fleksibilitet er af afgørende betydning. Også kobber er mere egnet til små tag faciliteter, i mindre kabelbakker, og når kanalisering i stål- eller plastikrør.

Kabel kanaler er ikke nødvendigt i mindre magt faciliteter, hvor kobberkabler er mindre end 25mm. Uden rørledning arbejde, installationsomkostninger er lavere med kobber, end med aluminium.

Datakommunikationsnet stole på kobber, optisk fiber, og / eller radioforbindelser. Hvert materiale har sine fordele og ulemper. Kobber er mere pålidelig end radioforbindelser. Signal dæmpning med kobbertråde og kabler kan løses med signal forstærkere.

Koncentrere solenergi

Solens solenergi kan også udnyttes til sin varme. Når Solens energi opvarmer en væske i et lukket system, dets tryk og temperatur stiger. Når introduceret til en turbine, de ekspanderer, dreje turbinen og producerer elektrisk strøm.

Koncentreret solenergi, også kendt som solvarmeelektricitet, bruger arrays af spejle, der koncentrerer solens stråler til temperaturer mellem 400C -1000C. Elektrisk strøm frembringes, når koncentreret lys omdannes til varme, som driver en forbrændingsmotor forbundet til en el-generator.

CSP anlæg kan producere store magt og holde meget lovende i områder med masser af solskin og klar himmel. Klar til at gøre Sun-drevne net en realitet, CSP er i øjeblikket i stand til at levere strøm og dispatchability på en skala, der svarer til fossilt brændstof eller elektriske atomkraftværker.

Elproduktionen fra CSP anlæg matcher skiftende daglige efterspørgsel efter elektricitet på steder, hvor klimaanlæg spreder. Når bakket op af termiske lagerfaciliteter og brændstof, CSP tilbyder forsyningsselskaber elektricitet, der kan sendes, når det kræves, således at det kan bruges til basen, skulder- og spidsbelastninger.

Brancheorganisationer har anslået, at teknologien kunne generere en fjerdedel af verdens behov for elektricitet i 2050. Af denne grund, planer for fremtidige CSP faciliteter er ambitiøse. En tidslinje for CSP indsættelse rundt om i verden er til rådighed. Samlede installerede effekt forventes at stige eksponentielt gennem 2025 at skabe så meget som 130.000 arbejdspladser.

I 2010 Spanien, verdens førende af CSP-teknologi, blev konstruere eller planlægger at bygge omkring 50 store CSP anlæg. At nation har en samlet installeret base på 1581 MW af magt plus yderligere 774 MW ved at være afsluttet til installation. Andre lande i Sydeuropa har også CSP-faciliteter, som gør lande på nye markeder, som Chile, Indien, Marokko, Saudi-Arabien, Sydafrika, og De Forenede Arabiske Emirater.

I modsætning til vindenergi, solceller, og mest distribuerede magt, den største fordel ved CSP er dens muligheder termiske lagerkapacitet og hybridisering. Lagersystemer området fra 4 timer i de mest typiske planter til mere end 20 timer, når grundbelastningen er påkrævet. Dette kan supplere variabel generation af andre vedvarende energikilder.

CSP-systemer er undertiden kombineret med fossilt drevne dampmaskine generation, men interesse er stigende i ren CSP-teknologi. Yderligere oplysninger om at koncentrere solenergi er tilgængelig fra Global Solar Thermal Energy Council.

Kobber i at koncentrere solenergi anlæg

En CSP-system består af: 1) en koncentrator eller indsamler indeholder spejle, der afspejler solens stråler og levere det til modtageren; 2) en modtager, der absorberer koncentreret sollys og overfører varmeenergi til en arbejdende væske; 3) en transport og opbevaring, der passerer væske fra modtageren til Power Conversion-systemet; og 4) en dampturbine, der omdanner termisk strøm til el på efterspørgslen.

Kobber anvendes i felten elkabler, grundstødning netværk, og motorer til sporing og pumpe væsker, samt i de vigtigste generator og transformatorerne. Der er typisk omkring 200 tons kobber til en 50 MW kraftværk.

Det er blevet anslået, at kobber forbrug i koncentrerede solvarmeanlæg var 2 kt i 2011. Samlet kobber forbrug i disse planter gennem 2011, blev anslået til at være 7 kt.

Der er fire hovedtyper af CSP teknologier, der hver indeholder en anden mængde kobber: parabolske trug planter, tårn planter, distribuerede lineære absorber systemer, herunder lineære Fresnel planter og parabol Stirling planter. Anvendelsen af ​​kobber i disse planter er beskrevet her.

Parabolske trug planter

Parabolske trug planter er den mest almindelige CSP-teknologi, der repræsenterer omkring 94% af magten installeret i Spanien. Disse planter indsamle solenergi i parabolske trug koncentratorer med lineære opkøber rør. Varmeoverføringsfluidaene er typisk syntetisk olie, der cirkulerer gennem rørene ved indløbet udløb / temperaturer på 300 ° C til 400 ° C. Den typiske lagerkapacitet på en 50 MW facilitet er 7 timer ved nominel strøm. Et anlæg af denne størrelse og lagringskapacitet kan generere 160 GWh / år i en region som Spanien.

I parabolske trug planter, er kobber specificeret i solfangeren område; damp cyklus, el-generatorer, og lagersystemer. En 50 MW anlæg med 7,5 timers opbevaring indeholder ca. 196 tons kobber, hvoraf 131.500 kg er i kabler og 64,700 kg er i diverse udstyr. Dette svarer til ca. 3,9 tons / MW, eller, med andre ord, 1,2 tons / GWh / år. En plante af samme størrelse uden opbevaring kan have 20% mindre kobber i sol felt og 10% mindre i det elektroniske udstyr. En 100 MW anlæg vil have 30% mindre relativ kobberindhold pr MW i sol felt og 10% mindre i elektronisk udstyr.

Kobber mængder også variere alt efter design. Solens felt af en typisk 50 MW kraftværk med 7 timers lagerkapacitet består af 150 loops og 600 motorer, mens et tilsvarende anlæg uden lagring bruger 100 loops og 400 motorer. Motoriserede ventiler til massestrømmen kontrol i sløjferne stole på mere kobber. Spejle bruge en lille mængde kobber for at tilvejebringe galvanisk korrosionsbeskyttelse til det reflekterende sølvlag. Ændringer i størrelsen af ​​de planter, størrelse samlere, effektiviteten af ​​varmeoverførselsvæsker vil også påvirke materielle mængder.

Tower planter

Tower planter, også kaldet centrale tårn kraftværker, kan blive det foretrukne CSP-teknologi i fremtiden. De indsamler solenergi koncentreret ved heliostat felt i en central modtager monteret ved toppen af ​​tårnet. Hver heliostat sporer solen langs to akser. Derfor er to motorer pr påkrævet.

Kobber kræves i heliostat felt, modtager, lagersystem, elproduktion, damp cyklus, kabler til forbrug point, styresignal og sensorer, og motorer.

En 50 MW solenergi tårn facilitet med 7,5 timers opbevaring bruger omkring 219 tons kobber. Dette svarer til 4,4 tons kobber / MW, eller, med andre ord, 1,4 tons / GWh / år. Af dette beløb, kabler udgør ca. 154720 kg. Elektronisk udstyr, såsom generatorer, transformatorer og motorer, tegner sig for ca. 64620 kg af kobber. En 100 MW anlæg har lidt mere kobber pr MW i sol område, fordi effektiviteten af ​​heliostat felt aftager med størrelsen. En 100 MW anlæg vil have noget mindre kobber pr MW i procesudstyr.

Lineære Fresnel planter

Lineær Fresnel planter bruger lineære reflekser til at koncentrere solens stråler i en absorber rør ligner parabolske trug planter. Eftersom koncentrationen faktor er mindre end i parabolske trug planter, temperaturen af ​​varmeoverførselsfluid er lavere. Dette er grunden til de fleste planter bruger mættet damp som arbejder væske i både sol felt, og møllen.

En 50 MW lineære Fresnel kraftværk kræver omkring 1.960 sporing motorer. Den strøm, der kræves for hver motor er meget lavere end den parabolske trug anlæg. En 50 MW lineal Fresnel anlæg uden lagring vil indeholde omkring 127 tons kobber. Dette svarer til 2,6 tons kobber / MW, eller med andre ord, 1,3 tons kobber / GWh / år. Af dette beløb, 69,960 kg af kobber er i kabler fra proces område, sol felt, jording og lynbeskyttelse og kontroller. En anden 57300 kg kobber er i udstyr.

Dish Stirling planter

Disse planter er en ny teknologi, der har potentiale som en løsning til decentrale applikationer. Teknologien kræver ikke vand til afkøling i omdannelsen cyklus. Disse planter er ikke-dispatchable. Energiproduktion ophører, når skyerne passerer overhead. Forskning udføres på avancerede storage og hybridisering-systemer.

Den største parabol Sterling installation har en samlet effekt på 1,5 MW. Relativt mere kobber er nødvendig i sol felt end andre CSP-teknologier, fordi elektricitet faktisk genereres der. Baseret på eksisterende 1,5 MW anlæg, kobberindholdet er 4 tons / MW, eller, med andre ord, 2,2 tons kobber / GWh / år. En 1,5 MW kraftværk har nogle 6060 kg af kobber i kabler, induktionsgeneratorer, drev, mark- og gitter transformere, jording og lynbeskyttelse.

Solar vandvarmere

Solar vandvarmere kan være en omkostningseffektiv måde at generere varmt vand til boliger. De kan anvendes i ethvert klima. Brændstoffet de bruger, solskin, er gratis.

Sol varmt vand indsamlere bruges af mere end 200 millioner husstande samt mange offentlige og kommercielle bygninger over hele verden. Den samlede installerede kapacitet af solvarme opvarmning og køling enheder i 2010 var 185 GW-termisk.

Solvarme steg med skønsmæssigt 27% i 2011 til at nå cirka 232 GWth, eksklusive uglaseret swimming pool opvarmning. De fleste solvarme bruges til opvarmning af vand, men solvarme rumopvarmning og køling vinder frem, især i Europa.

Der er to typer af sol vand varmesystemer: aktive, som har cirkulationspumper og kontroller og passive, som ikke gør. Passive solvarme teknikker kræver ikke arbejder elektriske eller mekaniske elementer. De omfatter valg af materialer med fordelagtige termiske egenskaber, designe rum, der naturligt cirkulerer luft og refererer positionen af ​​en bygning til Solen

Kobber er en vigtig del af solvarme varme- og kølesystemer på grund af dens høje varmeledningsevne, modstandsdygtighed over for atmosfæriske og vand korrosion, forsegling og sammenføjning ved lodning, og mekanisk styrke. Kobber bruges både i modtagere og primære kredsløb. For absorberplade, er aluminium undertiden bruges som det er billigere, men når de kombineres med kobberrør, kan der være problemer med hensyn til at tillade absorberplade at overføre sin varme til rørene hensigtsmæssigt. Et alternativt materiale, der i øjeblikket anvendes, er PEX-AL-PEX men der kan være lignende problemer med varmeoverførslen mellem absorberplade og rørene samt. En måde omkring dette er simpelthen at bruge det samme materiale for både rør og absorber plade. Dette materiale kan være kobber ud af kurs, men også aluminium eller PEX-AL-PEX.

Tre typer af solfangere bruges til boligsektoren: plane solfangere, integreret solfanger-lagring og evakueret-rør solfangere. De kan være direkte omsætning eller indirekte cirkulationssystemer.

I et evakueret rør sol vandvarmer med et indirekte system omsætning, evakuerede rør indeholder et glas ydre rør og metal absorber rør fastgjort til en finne. Solvarme energi absorberes inden for de evakuerede rør og omdannes til brugbar koncentreret varme. Kobber varmerør overfører termisk energi fra det indre af sol røret i en kobber header. En termisk overførsel pumpes gennem kobber header. Som opløsningen cirkulerer gennem kobber header, temperaturen stiger. De evakuerede glasrør har et dobbelt lag. Det ydre lag er fuldt gennemsigtig til at give solenergi til at passere gennem uhindret. Det indre lag er behandlet med en selektiv optiske coating, som absorberer energi uden refleksion. De indvendige og udvendige lag er fusioneret ved udgangen, hvilket efterlader en tom plads mellem det indre og ydre lag. Al luft pumpes ud af rummet mellem de to lag, hvorved der skabes termokande virkning som stopper ledende og konvektiv overførsel af varme, der ellers kunne slippe ud i atmosfæren. Varmetabet reduceres yderligere af den lave emissivitet af glas, der er anvendt. Inde i glasrøret er kobber varmerør. Det er et forseglet hult kobberrør, der indeholder en lille mængde proprietære væske, som under lavt tryk koger ved en meget lav temperatur. Andre komponenter inkluderer en sol varmeveksler tank og en sol pumpestation, med pumper og controllere.

Vind

Vindkraft er omdannelse af vindenergi til et nyttigt form for energi, såsom at bruge vindmøller til at gøre elektricitet, vindmøller til mekanisk energi windpumps til vand pumpe eller dræning, eller sejl til fremdrift skibe. I en vindmølle, er vindens kinetiske energi omdannes til mekanisk energi til at drive en generator, der på sin side genererer elektricitet.

Vindenergi er en af ​​de hurtigst voksende energiteknologier. Vindkraftkapacitet steg fra en meget lille base af omkring 0,6 GW i 1996 til omkring 160 GW i 2009. Det er også blevet rapporteret, at vindkraft kapacitet steg med 20% i 2011 til ca. 238 GW i 2012. Det var den største tilføjelse i kapacitet på nogen af ​​teknologier for vedvarende energi. Det forventes, at væksten af ​​vindenergi vil fortsætte med at stige dramatisk. Moderate skøn for den globale kapacitet i 2020 er 711 GW.

Nogle 50 lande drives vindkraft faciliteter i 2010.

Traditionelt har vindkraft blevet genereret på land. Men højere vindhastigheder er tilgængelige offshore i forhold til jord. Teknologier bliver forbedret for at udnytte potentialet af vindkraft i offshore miljøer. Den offshore vindkraft marked udvider med brug af større møller og installationer længere væk fra kysten.

Offshoreanlæg, som endnu er et forholdsvis lille marked, sandsynligvis tegner sig for lidt mere end 10% af installationen globalt. Placeringen af ​​nye vindmølleparker i stigende grad vil være offshore, især i Europa. Havmølleparker er normalt meget større, ofte med over 100 møller med ratings op til 3 MW og derover pr mølle. Den barske miljø betyder, at de enkelte komponenter skal være mere robust og korrosionsbeskyttet end deres onshore komponenter. Stadig mere lange forbindelser til kysten med undersøisk MV og HV-kabler er påkrævet på dette tidspunkt. Behovet for korrosionsbeskyttelse favoriserer kobber nikkel beklædning som den foretrukne legering til tårnene.

Vindkraftanlæg varierer i omfang og type. Store vind gårdanlæg knyttet til elnettet er i den ene ende af spektret. Disse kan være placeret enten på land eller offshore. I den anden ende af spektret er små individuelle møller, der leverer elektricitet til individuelle lokaler eller el-hjælp installationer. Disse er ofte i landdistrikter og grid-isolerede steder.

De grundlæggende komponenter i et vindenergisystemet består af et tårn med roterende knive, der indeholder en el-generator og en transformator til at optrappe spændingen for el transmission til en transformerstation på nettet. Kabler og elektronik er også vigtige komponenter.

Kobber i vindkraft

Kobber er en vigtig leder i vindkraft. Vindmølleparker kan indeholde flere hundrede-tusinde fod af kobber.

Det er blevet anslået, at mængden af ​​kobber, der bruges til vind- energisystemer i 2011 var 120 kt. Det samlede beløb af kobber installeret via 2011, blev anslået til at være 714 kt.

Kobber anvendes primært i spoleviklinger i statoren og rotoren dele af generatorer, i lavspændingskabel ledere herunder den vertikale elektrisk kabel, der forbinder nacellen til bunden af ​​vindmøllen, i spolerne af transformere, og gearkasser. Kobber kan også anvendes i nacellen, hjælpemotorer, kølekredsløb og effektelektronik.

I spolerne af vindgeneratorer, elektrisk strøm lider tab, er proportionale med modstanden af ​​tråden, som bærer den nuværende. Denne modstand, kaldes tab kobber, forårsager energi tabt ved at opvarme tråden. I vindkraftsystemer, kan denne modstand reduceres med tykkere kobbertråd og med et kølesystem til generatoren, hvis det kræves.

Kobber i generatorer

Mængden af ​​kobber i en generator vil variere alt efter den type generator, dens nominelle effekt, og dens konfiguration. Vægten af ​​kobber har en næsten lineær sammenhæng til mærkeeffekten af ​​generatoren. Den gennemsnitlige kapacitet i en vind generator installeret i Europa blev anslået til at være 1,5 MW i 2004 og 2 MW i 2009. Den gennemsnitlige kapacitet forventes at stige til 2,5 MW i 2015 og til 3 MW i 2020.

Generatorer i direkte drev vindmøller indeholder mere kobber, som generatoren selv er større på grund af fraværet af en gearkasse.

En generator i en direkte drevkonfiguration kunne være 3,5 gange til 6 gange tungere end i en gearet konfiguration, afhængig af type generator.

Fem forskellige typer af generator teknologier bruges i vindkraftproduktion:

  • dobbelt-fed asynkrone generatorer
  • traditionelle asynkrone generatorer
  • konventionelle synkrone generatorer
  • permanent magnet synkron generattorer
  • høj temperatur superleder generatorer

Mængden af ​​kobber i hver af disse generator typer opsummeres her.

Direkte drev konfigurationer af synkrone type maskiner indeholder mest kobber. Konventionelle synkrone generatorer direkte drev maskiner har det højeste indhold pr-enhed kobber. Andelen af ​​strategiske retningslinjer vil stige fra 2009 til 2020, især for direkte maskiner drive. DFAGs tegnede sig for flest styksalg i 2009.

Variationen i indholdet af CSG generatorer kobber afhænger af, om de er kombineret med enkelt-trins eller tre-trins gearkasser. Tilsvarende er forskellen i kobber indhold i PMSG generatorer afhænger af, om møllerne er medium hastighed, som er tungere, eller high-speed turbiner, som er lysere.

Der er stigende efterspørgsel efter synkrone maskiner og direkte-drev konfigurationer. CSG direkte og gearet DFAGs vil føre efterspørgslen efter kobber. Den højeste vækst i efterspørgslen forventes at være den direkte PMSGs, som forventes at tegne sig for 7,7% af den samlede efterspørgsel efter kobber i vindkraftsystemer i 2015.

Steder med høj hastighed turbulente vinde er bedre egnet til variabel hastighed vindmøller med fuld skala strøm omformere på grund af den større pålidelighed og tilgængelighed, de tilbyder i sådanne forhold. Med variabel hastighed vindmølle muligheder de kunne PMSGs blive foretrukket frem DFAGs i sådanne steder. Under forhold med lav vindhastighed og turbulens, kunne DFAGs foretrækkes frem for PMSGs.

Generelt PMSGs beskæftige bedre med grid-relaterede fejl, og de i sidste ende kunne tilbyde højere effektivitet, pålidelighed og tilgængelighed end gearet modstykker. Dette kunne opnås ved at reducere antallet af mekaniske komponenter i deres design. I øjeblikket, dog gearet vindmølleprojekter generatorer er blevet mere grundigt field-testet og er billigere på grund af de større mængder producerede.

Den nuværende tendens er for PMSG hybride anlæg med en enkelt-trins eller to-trins gearkasse. Den seneste vindmølle af Vestas er gearet drev. Den seneste vindmølle Siemens er en hybrid. På mellemlang sigt, hvis udgifterne til magten elektronik fortsætter med at falde, er direct-drive PMSG forventes at blive mere attraktive. Høj temperatur superledere teknologi er i øjeblikket under udvikling. Det forventes, at disse maskiner vil være i stand til at opnå mere strøm end andre vindmøllegeneratorer. Hvis offshore markedet følger udviklingen i større enhed maskiner, offshore kunne være den mest egnede niche for HTSGs.

Kobber i andre komponenter

For en 2 MW-mølle-system, blev anslået følgende mængder af kobber til andre formål end generatoren komponenter:

Kabler er den næststørste kobber-komponent efter generatoren. En vind tårn-system med transformeren siden af ​​generatoren vil have mellemspændingsnet strømkabler løber fra toppen til bunden af ​​tårnet, derefter til et opsamlingssted for en række vindmøller og til nettet understation, eller direkte til transformerstationen. Tårnet forsamling vil indarbejde ledninger og kontrol / signalkabler, mens lav spænding kabler er forpligtet til magten de arbejdende dele i hele systemet.

For en 2 MW vindmølle, kunne den lodrette kablet i området fra 1.000-1.500 kg af kobber, afhængigt af typen. Kobber er det dominerende materiale i jordkabler.

Kobber i grundstødning systemer

Kobber er afgørende for den elektriske jordforbindelse for vindmølleparker. Turbine master tiltrækker lynnedslag, så de kræver lynbeskyttelsessystemer. Når lynnedslag en møllevinge, strøm passerer langs vingen, gennem vingenavet i nacellen og ned masten til en jordforbindelse. Bladet indeholder et stort tværsnit kobberleder, der løber langs dens længde og tillader strøm at passere langs vingen uden skadelige virkninger opvarmning. Nacellen er beskyttet af en lynafleder, ofte kobber. Jordforbindelse, ved foden af ​​masten, består af en tyk kobberring leder, der fastgøres til basen eller ligger inden for en meter af basen. Ringen er fastgjort til to diametralt modsatte punkter på masten base. Kobber ledninger strækker udad fra ringen og oprette forbindelse til kobber jordforbindelseselektroden. Grundstødningen ringer på møller på vindmølleparker er indbyrdes forbundet, hvilket giver en netværksbaseret system med en meget lille samlet modstand.

Massiv kobbertråd traditionelt har været indsat for jordforbindelse og lyn-udstyr på grund af sin fremragende elektrisk ledningsevne. Dog er producenterne på vej mod billigere bi-metal kobber pletterede eller aluminium jordforbindelse ledninger og kabler. Forkobring tråd er ved at blive undersøgt. Aktuelle ulemper ved kobber belagt wire omfatter lavere ledningsevne, størrelse, vægt, fleksibilitet og strømførende kapacitet.

Kobber i andet udstyr

Efter generatorer og kabler, der anvendes mindre mængder af kobber i det resterende udstyr. I yaw og pitch-hjælpemotorer, at krøje drev anvender en kombination af asynkronmotorer og multi-trins planetgear gearkasser med mindre mængder af kobber. Effektelektronik har minimale mængder af kobber sammenlignet med andet udstyr. Som turbine kapacitet stige, konverter ratings også stige fra lav spænding til medium spænding. De fleste vindmøller har fuld strøm omformere, som har samme effekt som generatoren, undtagen DFAG der har en effekt konverter, der er 30% af ratingen af ​​generatoren. Endelig anvendes mindre mængder af kobber i luft / olie og vand afkølet kredsløb på gearkasser eller generatorer.

Superledende materialer bliver testet i og uden for vindmøller. De tilbyder højere elvirkningsgrad, evnen til at bære større strømme og lettere vægte. Disse materialer er imidlertid meget dyrere end kobber på dette tidspunkt.

  0   0
Næste artikel Bamble

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha