Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

КОНСТРУКЦИЯ ВЕТРОУСТАНОВОК

Классы ВЭУ и их структурные схемы

Различают три класса ветроэлектрических установок в зависимости от назначения и условий их работы по отношению к энергосистеме, к которой они подключены, и способа управления (табл. 4.1).

Таблица 4.1

класс

мощность

степень автономности

Режим работы и способы управления

А

Автономная ВЭУ

Шагом ветроколеса или балластной нагрузки

В

Параллельная работа ВЭУ и дизель генератора соизмеримой мощности

Разделение или совместная работа ВЭУ и дизель-генератора

С

Сетевой режим работы в мощной энергосистеме

Шагом ветроколеса, системой возбуждения, преобразованием рода тока, изменением скольжения асинхронного генератора

Класс А: мощность Ветроэлектрогенераторы ВЭУ в локальной энергосистеме является определяющей, то есть Р ВЭУ много больше суммарной мощности Р и других генераторов системы.

К классу А относятся автономные одногенераторни ветроустановки, не подключены к энергосистеме для параллельной работы. Мощность таких ветроустановок используется для освещения, электропитания маяков, средств связи и др. и, как правило, не превышает 5 кВт. Если энергия таких ВЭУ используется для отопления, то их мощность может достигать 20 кВт и более. В автономных ВЭУ используются электрогенераторы различных типов, чаще всего много- полюсные генераторы с постоянными магнитами, классические синхронные генераторы с нестабилизированными и стабилизированными электрическими параметрами на выходе, асинхронные генераторы с самовозбуждением или вспомогательным возбуждением и т.п. Стоимость таких ВЭУ во многом зависит от выбора системы управления электрическим генератором. При простых электрических схемах напряжение и частота (в случае генератора переменного тока) на выходе генератора будут нестабильными и нестандартными, однако энергия с успехом может быть утилизирована с помощью выпрямителей, электрических аккумуляторов и нагревательных устройств. Потребности в качественной электроэнергии с стабилизированными параметрами можно обеспечить применением транзисторных или тиристорных преобразователей (инверторов), питающихся от аккумуляторов. В ряде случаев можно получить качественные параметры всей электроэнергии, вырабатываемой используя или механическое управление лопастями ветроколеса в целях стабилизации частоты его вращения, или электрическое управление. При электрическом управлении постоянство частоты вращения ветроколеса обеспечивается изменением электрической нагрузки на выходе генератора (применением балластной нагрузки). При таком способе стабилизации частоты вращения энергия ветра используется эффективнее, поскольку лопасти ветроколеса работают в оптимальном режиме, а применение современного электронного оборудования делает этот способ надежнее и дешевле, чем механическое управление.

Для ВЭУ класса характерна примерная соразмерность мощностей ВЭУ и дизель-генератора (ДЭС). Такой вариант обычный для локальных энергосистем в отдаленных областях. В таких системах применение ВЭУ позволяет сэкономить топливо. Управление генераторами и достижения качества электроэнергии, ВЭУ товары, можно добиться теми же техническими средствами, и в системах класса А, однако для получения наибольшего эффекта возможно применение других решений, основанных на применении систем аккумуляции энергии (электрические аккумуляторы, водородные перетворювачи- аккумуляторы, гидроаккумулирующие станции и др.) при связанном управлении ВЭУ, ДЭС и системами аккумуляции.

Класс С: ВЭУ подключена к системе гораздо большей мощности. чем сама ВЭУ, работает параллельно с этим энергосистемой и называется сетевой. Это область системной ветроэнергетики, то есть область крупномасштабного использования энергии ветра, которая может при соответствующем развитии влиять на состояние энергетического баланса всей страны. В этом случае целесообразно использовать ВЭУ больших единичных мощностей (от 1 до 10 МВт), собранных в ветроэнергетические станции (ВЭС). Для ВЭУ этого класса обостряются все проблемы, поскольку ВЭУ данного класса имеют большие геометрические размеры и массу, а, следовательно, и напряженные режимы работы механического оборудования. В этом случае электроэнергия ВЭУ используется непосредственно или полностью подается в энергосистему. При слабом ветре и в безветрие потребители обеспечиваются электроэнергией от энергосистемы. Наиболее дешевым и, возможно, безопасным типом Ветроэлектрогенераторы в этом случае является асинхронный генератор переменного тока, подключенный непосредственно в энергосистему и ведомый ею. При этом частота вращения ветроколеса может не более чем на 10% превышать частоту, соответствующую номинальной частоте электросети. По данным статистики, в основе современной ветроэнергетики составляют ВЭУ класса, работающие параллельно с энергосистемой. их доля по мощности составляет более 95% от суммарной установленной мощности ВЭУ. Параллельная работа с сетью дает возможность увеличивать единичную мощность ВЭУ, снижать стоимость электроэнергии, обеспечивает необходимое качество энергии и надежность электроснабжения потребителей.

Структурные схемы ВЭУ и режимы их работы в классах А, В и С различны. При рассмотрении конструктивных схем различают тип ветродвигателя, способ управления им в рабочем и пусковом режимах По каждому из указанных элементов необходимо сделать оптимальный выбор на основе сравнительного анализа возможных вариантов. Так, для установок класса А и В , которые функционируют в автономном режиме или параллельно с традиционными источниками энергии, вследствие нелинейности и нестационарности вольтамперных характеристик ВЭУ требуется использование специализированных полупроводниковых преобразователей, обеспечивающих стандартные параметры качества электрической энергии.

В зависимости от ориентации оси вращения по отношению к направлению ветрового потока ветротурбины ВЭУ могут быть с горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветрового потока, и с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветрового потока.

В настоящее время наибольшее распространение получили горизонтально осевые пропеллерные ВЭУ, использующих подъемную силу лопасти. Они считаются более эффективными ввиду высокий коэффициент использования энергии ветра р = 0,35 ... 0,45), имеют достаточный пусковой момент и легко раскручиваются, включаясь в работу при скоростях ветра 3 ... 5 м / с.

Ветроэлектроустановки вертикально-осевого типа простые и надежные; удобство монтажа, обслуживания и ремонта оборудования обусловливают их минимальную стоимость. Это касается прежде всего ВЭУ малой и средней мощности, работающих в районах с высоким ветровым потенциалом.

Для автономных ВЭУ требования и принятые технические решения по структуре ВЭУ, предъявляемым могут существенно отличаться от тех, которые должны работать параллельно с энергосистемой. Это объясняется тем, что в данном случае необходимы стандартам значения напряжения и частоты источника энергии и их стабильность не задаются энергосистемой, а должны быть обеспечены системами автоматического управления самой ВЭУ. Анализ показывает, что автономные ВЭУ можно разделить на две группы по принципу получения заданной частоты источника:

1) со стабилизацией частоты, получаемой в генераторе ВЭУ;

2) с преобразованием переменной частоты, получаемой в генераторе, в заданную постоянную частоту.

Пропеллерные ВЭУ средней и большой мощности, как правило, должны иметь специальный механизм изменения угла поворота лопастей ветроколеса в процессе регулирования и систему автоматического управления этим механизмом, а также (горизонтально-осевые установки) механизм ориентации гондолы по ветру и систему управления им.

На рис. 4.1. представлена ​​общая структурная схема ветроэнергетической установки, состоящей из аэродинамического, механического, электрического, а также преобразовательного модулей и системы управления.

Общая структурная схема ветроэнергетической установки

Рисунок 4.1 - Общая структурная схема ветроэнергетической установки

Назначение модулей структурной схемы ВЭУ:

- Аэродинамический модуль (ротор с лопастями или ветродвигатель) отвечает за преобразование кинетической энергии ветра в механическую;

- Механический модуль (тормоз, коробка передач, высокоскоростной и низкоскоростной валы) отвечает за преобразование механической энергии с выходными параметрами в механическую энергию с параметрами, необходимыми для работы генератора;

- Электрический модуль (генератор) - отвечает за преобразование механической энергии в электрическую;

- Преобразовательный модуль отвечает за получение электрической энергии из заданными параметрами;

- Система управления (анемометр, контроллер, флюгер, привод гондолы и привод лопастей) - отвечает за ориентацию ветроустановки на ветер и максимальное использование энергии ветра.

Наиболее ответственной частью ВЭУ, определяет в значительной степени активность ее работы, является лопасти ветроколеса, которые в современных мощных горизонтально-осевых ВЭУ имеют длину 30-50 м. Этим лопастям ветродвигателя необходимо обеспечить устойчивость от усталостных напряжений, поскольку они подвергаются воздействию переменного момента, во время одного оборота от минимума (нижнее положение лопасти) до максимума (верхнее положение лопасти).

Основные трудности в технологии изготовления лопасти состоят в необходимости обеспечения расчетного профиля лопасти, изменяется по длине. Кроме того в лопасть необходимо "встроить" проводник молниеотвода, а также обеспечить прохождение тока молнии мимо подшипника. Лопасть снабжена механизмом поворота, что иногда действует на поворот всей лопасти или ее конечной части. Для лопасти используются самые современные материалы (пластик, углепластик), обеспечивающих прочность и минимально возможный вес.

Другим объектом использования высоких технологий является система управления ВЭУ. Современная мощная ветроэнергетическая установка полностью автоматизирована с использованием современной элементной базы, компьютерной техники и программ. Все основные операции осуществляются без участия человека.

К базовым функциям системы управления следует отнести:

- Пуск и остановка в нормальном режиме ВЭУ от датчика скорости ветра;

- Остановка ВЭУ при аварийных режимах;

- Изменение скорости вращения (для ВЭУ с постоянной или ступенчатой ​​изменением скорости вращения)

- Включение в сеть и набор мощности;

- Регистрация и накопление данных о скорости ветра, мощности в выработке электрической энергии в различных временных интервалах: сутки, месяц, год;

- Регистрация и сигнализация обо всех неисправностях;

- Передача данных в центр управления энергосистемы, а во многих случаях и производителю;

- Установка (поворот) ветроколеса в заданное положение по отношению к направлению ветра и раскрутки кабеля.

 
< 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