Palmer Putnam 1.5 MW Wind Turbine

 Вітрова турбіна Palmer Putnam потужністю 1,5 МВт

Palmer Putnam's 1.5 MW Wind Turbine — ETHW

Перейти к:навигация, поиск

Ця стаття була вперше опублікована в журналі Today's Engineer у травні 2013 року

У 1941 році перша в світі мегаватна вітрова турбіна була підключена до місцевої системи розподілу електроенергії на горі, відомій як Дідусева ручка в Каслтоні, штат Вермонт, США. Він був розроблений Палмером Косслеттом Патнемом і виготовлений компанією S. Morgan Smith Company. Ця турбіна Smith-Putnam потужністю 1,25 МВт працювала 1100 годин, перш ніж лопать вийшла з ладу у відомому слабкому місці, яке не було посилено через нестачу матеріалів під час війни. Жодна одиниця подібного розміру не повинна була повторювати цей «сміливий експеримент» протягом приблизно сорока років.

Постачання електроенергії, виробленої вітром, у комерційну мережу живлення має довгу історію. Хоча вітроенергетика почала робити великі кроки в напрямку промислових установок в кінці 1970-х і 1980-х років, багато технічних перешкод були вирішені в 1930-х роках. Нинішній успіх вітроенергетики багато в чому зобов'язаний піонерам, які побудували вітрогенератори і вирішили багато інженерних проблем в роки до Другої світової війни. Однією з основних перешкод у приєднанні вітрогенераторів до електромережі змінного струму була синхронізація генератора з частотою мережі, частково шляхом згладжування коливань швидкості вітру. До 1930-х років невеликі вітрогенератори постачали електроенергію для місцевого споживання, особливо в сільських районах Канади та Сполучених Штатів, де вони були особливо популярні серед фермерів. Ще в 1888 році Чарльз Браш живив свою лабораторію в Клівленді, штат Огайо, вітрогенератором постійного струму потужністю 12,5 кіловат.

У 1933 році в Балаклаві (Крим (неподалік від місця знаменитого 1854 року заряду легкої бригади) В. Н. Красновський і його інженери побудували 100-кіловатний вітрогенератор на двадцятип'ятиметровій вежі. Збираючи вітри, що дмуть з Чорного моря, він виробляв електроенергію постійного струму, яку синхронні перетворювачі перетворювали на змінний і дозволяли подавати трифазний струм у мережу. На момент побудови кримської турбіни це був найпотужніший вітрогенератор у світі. Він пропрацював десять років, але був розібраний під час Другої світової війни, коли вийшов з ладу.

У США Палмер Патнем (1900-1984) зрозумів, що для ефективного та економічного виробництва енергії з вітру місце розташування має бути важливим, і турбіни повинні бути більшими, ніж ті, які тоді використовувалися на фермах і в сільській місцевості. Він прагнув забезпечити постійну швидкість вітру понад 30 миль/год (48 км/год) і хотів мати можливість подавати змінний струм у мережу без втрат, пов'язаних із перетворенням постійного струму на змінний. У горах Ратленда, штат Вірджинія, США, Патнем знайшов місце, яке, за його висловом з патенту, було «вигідно виставлене» під назвою Grandpa's Knob, лісиста вершина заввишки 1976 футів (600 метрів) зі скелястою основою. У Дідусевій Ручці сильні, але в цілому не дуже нерегулярні вітри. Там протягом зими 1940-1941 років робітники побудували 120-футову (36-метрову) вежу та турбіну.

Дизайн і масштаб були сміливими. Дві сталеві лопаті турбіни важили 7,5 тонни або 6818 кг. Кожен з них був 66 футів (20 метрів) завдовжки — більше, ніж крила всіх, крім кількох бомбардувальників, що літали в той час. Турбіна була розроблена для роботи на швидкості вітру від тридцяти до шістдесяти миль на годину (48 і 96 км/год) і для витримування поривів сильніше 140 миль/год (225 км/год). Генератор був розроблений для виробництва 1,5 мегават, що в п'ятнадцять разів більше, ніж найбільший вітрогенератор, що існував на той час.

Геніальність конструкції Патнема полягала в тому, як його турбіну можна було налаштувати на змінну швидкість вітру, таким чином підтримуючи швидкість генератора в межах діапазонів, які б забезпечували його синхронізацію з лінією. Електричні ланцюги управління управлялися реле і двигуни, які змінювали крок і конус лопатей. Лопаті можуть бути «конусними», що означає, що вони можуть бути нахилені вперед або назад, а не залишатися перпендикулярними валу турбіни, щоб змінити їх вплив на вітер. Це було особливо корисно для того, щоб справлятися з поривами вітру. Будь-яка з двох лопатей може конусуватися незалежно один від одного, щоб врахувати різницю поривів вітру, з якими стикається лопать, розташована близько до землі, і поривів, з якими стикається лопать у верхній частині дуги. Крок лопатей також можна було змінювати у відповідь на швидкість вітру, щоб турбіна залишалася синхронізованою з лінією, а вісь обертання всієї турбіни могла бути нахилена вперед і вниз.

Схеми узгодження частот розміщували генератор на лінії при правильній синхронізації з частотою лінії електропередачі, а потім поступово навантажували генератор. Якщо швидкість вітру або зменшувалася настільки, що турбіна не могла обертатися досить швидко, щоб синхронізуватися з лінією, або збільшувалася настільки, що турбіна була занадто швидкою, ланцюги видаляли генератор з лінії.

19 жовтня 1941 року турбіна почала подавати електроенергію на лінії Центральної корпорації громадського обслуговування штату Вермонт. За 695 годин роботи вона виробила 298 240 кіловат-годин електроенергії.

26 березня 1943 року одна з двох лопатей турбіни відламалася і частково впала вниз по схилу гори. Оскільки метали були в дефіциті через Другу світову війну, турбіна не вважалася пріоритетною і не відновлювалася. Однак отримані знання та технічні рішення, які розробив Патнем, виявилися надзвичайно важливими через десятиліття, коли вітроенергетика почала ставати комерційно важливою.