Větrná turbína Smith – Putnam - Smith–Putnam wind turbine

První větrná turbína na světě o megawattu na Dědečkově knoflíku, Castleton, Vermont

Souřadnice: 43 ° 39'29.6 "N 73 ° 6'22,7 "W / 43,658222 ° N 73,106306 ° W / 43.658222; -73.106306[1]

The Větrná turbína Smith – Putnam[2] byl první megawatt na světě větrná turbína. V roce 1941 byl připojen k místnímu elektrickému distribučnímu systému na Dědečkově knoflíku v Castleton, Vermont, USA. Byl navržen uživatelem Palmer Cosslett Putnam a vyráběn společností S. Morgan Smith Company. Turbína o výkonu 1,25 MW pracovala po dobu 1100 hodin, než došlo k poruše lopatky ve známém slabém místě, které nebylo zesíleno kvůli nedostatku válečného materiálu. Byla by to největší větrná turbína, která byla do roku 1979 postavena.[3]

Popis

Turbína měla dvě lopatky o průměru 175 stop (53 m) na straně větru z ocelové mřížové věže o délce 36 stop. Každá čepel byla přibližně 8 stop (2,4 m) široká a 66 stop (20 m) dlouhá a vážila osm tun. Čepele byly postaveny na ocelových nosnících a pokryty kůží z nerezové oceli. Nosníky čepele byly zavěšeny na svém kořenovém uchycení k náboji, což jim umožnilo zaujmout mírný tvar kužele. Generátor byl 1250 kW 600 ot / min synchronní generátor od General Electric, produkující 2400 V při 60 cyklech. Generátor a náboj rotoru byly namontovány na a pintle paprsek, který umožňoval rotoru zachytit vítr z různých směrů. Sklon lopatek byl řízen hydraulickými válci pro udržení konstantní rychlosti.[4]

Počátky

Palmer Putnam se začal zajímat o výrobu elektrické energie z větru poté, co pozoroval silný vítr v Cape Cod. Putnam si byl vědom Balaklava 100 kW turbína a chtěl zlepšit svůj výkon.[5] V roce 1937 narukoval do General Electric a do Central Vermont Public Service Corporation. Společnost General Electric poskytla generátor a společnost Central Vermont Public Services Corporation se zajímala o dodávku energie, která by mohla vytlačit zakoupenou energii pro splnění špičkových zátěží.[6] Mezi prvními diskusemi a výrobou energie uplynulo pouze 23 měsíců.[7]

Palmer dospěl k závěru, že nejslibnějším konceptem byla dvoulistá vrtule poháněná synchronním střídavým generátorem. Vypracoval předběžný návrh a odhady nákladů. Dr. Vannevar Bush Děkan inženýrství na MIT reagoval příznivě, když ukázal tyto výpočty v roce 1937. Bush představil Putnama viceprezidentovi General Electric Company, panu T. Knightovi. Od tohoto okamžiku Putnam dokázal získat služby některých velmi talentovaných lidí, mezi něž patřil Theodore von Karman, světoznámý odborník na aerodynamiku, který pomáhal při návrhu, parametrických studiích, analýzách nákladů, výběru místa a určování charakteristik větru .

V roce 1939 Guggenheim Aeronautical Laboratories z Kalifornského technologického institutu (GALCIT) byl osloven Palmerem C. Putnamem, aby navrhl turbínu. Theodore von Kármán měl William Rees Sears a W. Duncan Rannie provést aerodynamický design.[8] Rannieho analytická zjištění týkající se stability obřího větrného mlýna bohužel nebyla zahrnuta do prototypu, který byl postaven a testován na hoře.[9]

Putnam získal finanční a technickou podporu Společnost S.Morgan Smith z Yorku, Pensylvánie. Smith Company vyráběla vodní elektrárnu hydraulické turbíny. Jelikož se zdálo, že počet realizovatelných lokalit pro hydroelektrický vývoj klesá, společnost Smith hledala diverzifikaci do nové, ale související produktové řady. Společnost S. Morgan Smith Co. souhlasila s převzetím projektu jako generální dodavatel a financovala výstavbu pilotní turbíny.

Konstrukce

Místo, které bylo vybráno pro prototypovou turbínu, byla dříve nepojmenovaná nadmořská výška 2 000 stop (600 m), pojmenovaná „Knoflík děda“; tato hora nebyla tak vysoká, aby nadměrně vytvářela led, ale měla vysokou rychlost větru. Přístup na místo vyžadoval výstavbu silnice se sklonem 12 až 15%. Kvůli blížícímu se vstupu Spojených států do druhé světové války byl vynechán některý ze základních výzkumných a testovacích procesů, takže bylo možné vyrobit hlavní součásti dříve, než dojde k válečnému nedostatku materiálu.

Provoz a poruchy

V srpnu 1941 byly zahájeny zkoušky naprázdno jednotky, aby se ověřil mechanický provoz turbíny a řídicího systému lopatek. Generátor byl poprvé synchronizován s místní elektrickou sítí večer 19. října 1941 a testován při zatížení v rozmezí od nuly do 700 kW. Jednotka fungovala přibližně 1000 hodin mezi uvedením do provozu a únorem 1943, kdy selhalo ložisko hřídele. Kvůli válečným materiálovým prioritám bylo ložisko vyměněno až 3. března 1945, kdy jednotka dosáhla dalších tří týdnů provozu.

Brzy ráno 26. března 1945 měl službukonající operátor v gondola turbíny bylo svrženo vibracemi. Zastavil turbínu. Při vyšetřování bylo zjištěno, že jeden list turbíny se odlomil a spadl asi 229 m daleko. Čepel selhala v dříve opraveném slabém místě nosníku; kvůli válečným nedostatkům bylo nepraktické dokončit úplnou opravu a posílení kořene čepele.[6]

Následky

Studie dokončená v roce 1945 naznačuje, že blok šesti turbín podobných prototypu, produkujících 9 MW, by mohl být instalován ve Vermontu za přibližně 190 USD za kilowatt. Ekonomická hodnota energetické společnosti však byla pouze 125 USD za kilowatt a větrná turbína nebyla 1,5krát považována za ekonomicky životaschopnou.[10] Ačkoli společnost S. Morgan Smith utratila více než 1,25 milionu USD za prototypovou turbínu, zcela soukromé financování, dospěla k závěru, že neexistuje dostatečná vyhlídka na zisk dalšího vývoje. Opravy nebyly nikdy provedeny po neúspěchu v březnu 1945. Prototypová turbína byla demontována v roce 1946 a dnes na místě zůstaly pouze betonové patky a značkovací deska. V úvodu Putnamovy knihy Vannevar Bush uvedl, že projekt dosáhl důkazu koncepce synchronní výroby větrné energie a předpokládal budoucí komerční využití větrné energie.[6]

Viz také

Poznámky

  1. ^ Národní geodetický průzkum datový list pro horizontální ovládací stanici GRANDPAS KNOB WIND TURBINE (upraveno v květnu 1998, zpřístupněno v červnu 2013; vyhledejte PID OD1352 a zaškrtněte políčko „Zahrnout zničené značky“).
  2. ^ Historie a současný stav technologie větrných turbín s proměnnými otáčkami ve WIND ENERGY 2003 P.W. Carlin, A.S. Laxson a E.B. Muljadi
  3. ^ Pioneer je obhájen v Kiplingerovy osobní finance Leden 1981, strana 24, k dispozici v Knihách Google
  4. ^ Daniel Behrman, Sluneční energie: probouzející se věda Taylor & Francis, 1979 ISBN  0-7100-8939-2 stránky 227–230
  5. ^ Peter Asmus, Reaping the Wind: How Mechanical Wizards, Visionaries, and Profiteers pomohl utvářet naši energetickou budoucnost, Island Press, 2001ISBN  1-55963-707-2, strana 45
  6. ^ A b C „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 04.06.2011. Citováno 2009-11-21.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz) Odvážné úsilí ve Vermontu: Větrná turbína Smith – Putnam 1941, C. Sulzberger, vyvoláno 21. listopadu 2009
  7. ^ Beauchamp E. Smith Experiment Smith-Putnam Wind Turbine v Joseph M. Savino (ed), Systémy přeměny větrné energie: workshop, Washington, D. C., 11. – 13. Června 1973, National Science Foundation (USA) / National Aeronautics and Space Administration, 1973 strana 6
  8. ^ „W. Duncan Rannie - Pamětní pocty: National Academy of Engineering, svazek 4 - The National Academies Press“. doi:10.17226/1760.
  9. ^ https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19740026427.pdf Joseph M. Savino, Stručné shrnutí pokusů o vývoj velkých systémů pro výrobu větrné a elektrické energie v USA, NASA TM X-71605, 29. - 30. srpna 1974
  10. ^ Erich Hau, Větrné turbíny: základy, technologie, aplikace, ekonomikaBirkhäuser, 2006ISBN  3-540-24240-6, strana 36

Další čtení