Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

Назначение и классификация ветроэнергетических установок

В общем случае ветроэнергетическая установка (ВЭУ) представляет собой комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений, предназначенный для преобразования энергии ветра в другие виды энергии (электрическую, механическую, тепловую и др.) И включает в себя ветроагрегат и ветродвигатель.

Ветроагрегат, являясь основной частью ВЭУ, состоит из ветродвигателя, системы передачи ветровой мощности на нагрузку (потребителю) и самого потребителя ветровой энергии (какого-либо устройства: электромашинного генератора, водяного насоса, нагревателя и т. П.).

Ветродвигатель является устройством для преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию рабочего движения неподвижны. Рабочие движения, которые делает ветродвигатель, могут быть разными. На существующих сегодня ветродвигатель в качестве рабочего движения используется круговой вращательное движение. Вместе с тем известны многочисленные предложения (иногда даже реализованы) по использованию других видов рабочего движения, например колебательного.

Учитывая явные преимущества электрической энергии с точки зрения ее генерации, передачи, распределения и преобразования, преимущественного развития и распространения приобрели ветроэлектрическ установки. Современные ветроэлектрическ установки (в зарубежной литературе их называют ветротурбины) представляют собой сложную автоматизированную электромеханическую систему по преобразованию кинетической энергии движущихся масс воздуха (ветрового потока) в электрическую с заданным качеством. Мировой опыт использования ВЭУ показал, что конструктивно она должна состоять из ветродвигателя (ВД) 1, машинного отделения 2, опоры 3 (рис. 2.13).

Ветродвигатель непосредственно преобразует энергию ветрового потока в механическую, которая в дальнейшем используется для привода различных механизмов и машин (например, насосов) или трансформируется в электрическую энергию. Ветродвигатели, используемые в качестве привода электрического генератора ВЭУ, разделяют на два основных типа:

- Горизонтально-осевые (ТО), характеризующихся Коллинеарность вектора угловой скорости вращения ветродвигателя и аксиальной составляющей вектора скорости ветрового потока (рис. 2.8, а)

- Вертикально-осевые (ВО), характеризующихся ортогональность векторов угловой скорости вращения ветродвигателя и аксиальной составляющей вектора скорости ветрового потока (рис. 2.8, б).

Общий вид ветроэлектрической установки: а - с горизонтально-осевой ротором;  б - с вертикально-осевым ротором

Рисунок 2.13 - Общий вид ветроэлектрической установки: а - с горизонтально-осевой ротором; б - с вертикально-осевым ротором

ВЭУ классифицируют по следующим признакам: виду вырабатываемой энергии, уровню мощности, назначению, областях применения, признаком работы с постоянной или переменной частотой вращения ветроколеса, способам управления, типом системы передачи ветровой мощности потребителю.

В зависимости от вида энергии, вырабатываемой ВЭУ разделяют на ветроэлектрическ и витромеханични. Электрические ВЭУ, в свою очередь, делятся на ветроустановки, производящие электроэнергию постоянного или переменного тока. Механические ВЭУ служат для привода рабочих машин.

По уровню мощности ВЭУ подразделяют на четыре группы:

- Очень малой мощности, менее 5 кВт;

- Малой мощности, от 5 до 100 кВт;

- Средней мощности, от 100 до 1000 кВт;

- Большой мощности, свыше 1 МВт.

Ветроустановки каждой группы отличаются друг от друга прежде всего конструктивным исполнением, типом фундамента, способом установки ветроагрегата на ветер, системой регулирования, системой передачи ветровой мощности, способу монтажа и способом обслуживания.

В зависимости от назначения электрические ВЭУ постоянного тока подразделяют на:

- Витрозарядни;

- Гарантированного электроснабжения потребителя;

- Необоснованного электроснабжения.

Электрические ВЭУ переменного тока подразделяют на:

- Автономные;

- Гибридные, работающие параллельно с энергосистемой соизмеримой мощности (например, с дизельной установкой)

- Сетевые, которые работают параллельно с мощной энергосистемой.

Механические ВЭУ по назначению разделяют на:

- Витронасосни для привода водяных насосов;

- Ветросиловые для работы с промышленными и бытовыми механизмами.

Классификация ВЭУ по областям применения определяется их назначением. При расчете и проектировании ветродвигателя и выборе его номинальных параметров необходимо учитывать:

- Тип нагрузки (электрогенератор, водяной насос и т. П.);

- Тип системы передачи ветровой мощности к потребителю;

- Тип системы генерирования и аккумулирования электроэнергии.

Как правило, ветроэлектрическ установки состоят из следующих функциональных частей:

- Первичного преобразователя;

- Электрического генератора;

- Опорно-поворотного устройства;

- Системы управления ВЭУ.

Горизонтально-осевые ВЭУ средней и большой мощности могут иметь механизм регулировки угла установки лопастей ротора и механизм ориентации ветроагрегата.

Первичный преобразователь включает в себя ветродвигатель и предназначен для преобразования кинетической энергии ветра во вращательное движение ротора электрического генератора. Электрический генератор предназначен для преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию. Первичный преобразователь и электрический генератор образуют ветроагрегат (ВА). Опорно-поворотное устройство предназначено для размещения ветроагрегата на башне (опоре).

Одна или несколько групп ветроэлектрических установок образуют ветровую электрическую станцию ​​(ВЭС), в состав которой входят (кроме ВЭУ):

- Система управления ВЭС:

- Одна или несколько метеовишок;

- Трансформаторные подстанции (ТП)

- Подстанция.

Система управления ВЭС осуществляет управление, контроль и учет работы ВЭС в целом и каждой ВЭУ отдельно. Метеовишка предназначена для определения скорости и направления ветра и выдачи этой информации в систему управления ВЭС. Трансформаторная подстанция обслуживает несколько ВЭУ (группу) и обеспечивает повышение напряжения от генераторов ВЭУ до величины линии электропередачи на подстанцию. Подстанция ВЭС предназначена для распределения и передачи энергии от ВЭС в электросеть энергосистемы.

Функциональная схема ВЭС на базе типовой ветротурбины большой мощности представлена ​​на рис. 2.14.

Ветродвигатели классифицируют по ряду различных признаков, как основных, так и второстепенных. Одним из основных признаков классификации является ориентация

Функциональная схема ВЭС

Рисунок 2.14 - Функциональная схема ВЭС

вектора угловой скорости вращения ротора ветродвигателя по векторов скорости ветра в свободном атмосферном потоке. По этому признаку ветродвигатели подразделяют на коллинеарны и ортогональны.

Коллинеарных называют ветродвигатель, для которого векторы скорости ветра и угловой скорости вращения ротора ветродвигателя, параллельные или антипараллельны. Таков горизонтально-осевой ветродвигатель. Ортогональным в общем случае называют ветродвигатель, для которого векторы скорости ветра и угловой скорости вращения ротора ветродвигателя, перпендикулярны. Возможны два случая вариантов их сочетания:

- Вектор вращения угловой скорости вращения ротора ветродвигателя перпендикулярно поверхности земли; таким ветродвигателем является вертикально-осевой ветродвигатель, называемый иногда роторным или карусельным;

- Вектор вращения угловой скорости вращения ротора ветродвигателя параллельный поверхности земли; такой ветродвигатель называется иногда барабанным.

Возможен ветродвигатель, у которого угол между векторами скорости ветра и угловой скорости вращения ротора ветродвигателя является острый (от 0 до 90 °).

Такой ветродвигатель можно назвать похилоосьовим. Примером реализации этой схемы является шнековый ветродвигатель.

По другой основным признаком, по принципу силовой аэродинамической взаимодействия лопастной системы ветродвигателя с потоком набегающего на него воздуха, ветродвигатели можно подразделить на два типа:

- Ветродвигатели, которые используют во время движения лопастной системы подъемную силу, возникающую на рабочих элементах лопастной системы (жестких лопастях, цилиндрах, вращающиеся) и создает круглый момент;

- Ветродвигатели, которые используют во время движения лопастной системы различия в аэродинамических силах, возникающих на различных элементах лопастной системы (крыльевых лопастях или каких-либо других поверхностях), в моменты движения этих поверхностей по направлению ветра и против направления ветра, то есть различия в аэродинамическом опоре, возникающая на элементах лопастной системы.

Несмотря на многообразие теоретически возможных и практически реализуемых схем ВЭУ, современные ветроагрегата независимо от уровня мощности есть или пропеллерными горизонтально-осевыми, или ортогональными вертикально-осевыми ветродвигатель (используют подъемную силу на лопастях), поскольку именно эти два типа ветродвигателя имеют наиболее высокие технико-экономические показатели.

Горизонтально-осевые ветродвигатели по сравнению с вертикально осевыми имеют следующие преимущества:

- Возможность самостоятельного пуска без вспомогательного привода за счет изменения угла установки лопастей;

- Большее значение коэффициента использования энергии ветра;

- Большее значение коэффициента быстроходности X и, как следствие этого, большую частоту вращения ветродвигателя, что позволяет уменьшить массогабаритные показатели электромеханического оборудования;

- Исключение необходимости в угловой передачи крутящего момента.

К основному недопику пропеллерных горизонтально-осевых двигателей следует отнести необходимость в устройстве ориентации на направление ветра.

Ортогональных вертикально-осевые двигатели по сравнению с пропеллерными горизонтально-осевыми обладают такими преимуществами:

- Независимостью функционирования от направления ветрового потока, что устраняет необходимость ориентирования ветродвигателя на это направление;

- Вертикальным валом, позволяет размещать электромеханическое оборудование у основания ВЭУ, снижает требования к прочности и жесткости опоры, не ограничивает массогабаритные показатели оборудования, упрощает техническое обслуживание и ремонт;

- Возможностью крепления лопастей к ротора в нескольких местах, снижает требования по прочности и жесткости лопасти;

- Меньшим значением окружной скорости лопасти при меньших значений коэффициента быстроходности;

- Относительной простотой изготовления лопастей.

К числу недостатков вертикально-осевых ветродвигателей следует отнести: меньший коэффициент использования энергии ветра; меньшую быстроходность.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее