Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

Ветроэнергетические установки средней и большой мощности

В настоящее время в мировой ветроэнергетике применяются, развиваются и совершенствуются конструктивно-компоновочные схемы горизонтально-осевых ветроэлектрических установок двух основных типов:

- Традиционной (классической) схемы ВЭУ с асинхронным генератором 1000 .. .1500 об / мин и мультипликатором (редуктором) (рис. 4.7, а )

- Безмультипликаторнои схемы ВЭУ с тихоходным синхронным генератором и преобразователем частоты тока (рис. 4.7, б).

В новых образцах зарубежных ВЭУ представлена ​​и новая схема фирмы WinWinD, представляющий нечто среднее между первым и вторым направлениями - ветровая установка с относительно тихоходным генератором 150 ... 200 об / мин. и одноступенчатым планетарным мультипликатором.

Основные конструктивно-компоновочные схемы мощных ВЭУ

Рисунок 4.7 - Основные конструктивно-компоновочные схемы мощных ВЭУ

С увеличением мощности ветроэлектрических установок и соответственно с увеличением диаметра ветроколеса уменьшаются обороты ветроколеса, что обусловлено ограничением линейной скорости конца лопастей, которая для установок малой мощности (до 10 кВт) не превышает 135 м / с, а для ветроустановок средней и большой мощности находится на уровне 60 ... 90 м / с. Для ветроустановок мощностью от 750 до 1000 кВт, диаметр ветроколеса которых находится в пределах от 50 до 60 м, обороты ветроколеса не должны быть более 34 об / мин. Для обеспечения оборотов ветроколеса от 28 до 34 об / мин. при использовании серийных генераторов необходим мультипликатор с передаточным отношением от 35 до 55. Для ВЭУ мощностью от 800 до 1000 кВт вес генератора и мультипликатора составляет от 16 до 20 т.

Учитывая то, что асинхронные и синхронные тихоходные генераторы имеют очень большой вес и габариты, в классической схеме ВЭУ средней и большой мощности на практике применяются двухрежимные генераторы с оборотами от 1000 до 1500 об / мин. в сочетании с мультипликаторами. Долговечность и ресурс таких машин составляет от 15 до 20 лет. Дополнительные трудности возникают при работе таких ВЭУ при минусовых температурах - необходимо специальное масло и его предварительный подогрев.

Прогрессивный шаг в совершенствовании ВЭУ сделала фирма "Епегсоп", которая создала ВЭУ мощностью 600, 1800, 4500 кВт с тихоходными синхронными генераторами с оборотами ротора 38, 22, 12 об / мин. соответственно, применив для оптимальной работы со сменными оборотами ветроколеса преобразователь частоты. Вес и стоимость таких генераторов в сочетании с преобразователем частоты значительно выше, чем в классической схеме ВЭУ. Обеспечение приемлемой веса тихоходного генератора достигается за счет диаметра генератора: для ВЭУ мощностью 600 кВт диаметр генератора составляет 5 м, а для ВЭУ мощностью 4500 кВт - 12м.

На рис. 4.8 представлен классический пример компоновки и размещения оборудования в ветроэнергетической установке.

Состав и размещение основных элементов конструкции ветроэнергетической установки

Рисунок 4.8 - Состав и размещение основных элементов конструкции ветроэнергетической установки

Назначение элементов показанной конструкции:

Анемометр - необходим для измерения скорости ветра, передает данные контроллеру.

Лопасти - воздушный поток проходя мимо лопастей приводит их в движение, большинство турбин имеют две или три лопасти.

Тормоз - необходимо для торможения ротора в критических ситуациях, обычно это дисковый тормоз с механическим, электрическим или гидравлическим приводом.

Контроллер - управляет турбиной, следит за скоростью ветра и запускает ее при скорости ветра соответствующей стартовой и останавливает при скорости ветра, превышающей допустимую для конкретной ВЭУ.

Мультипликатор (редуктор) - выполняет роль механического соединения низкоскоростного вала турбины с высокоскоростным, увеличивая скорость вращения генератора до номинальной (обычно 750-1000-1500 об / мин, то есть скорости достаточной для выработки электроэнергии.

Генератор - предназначен для преобразования механической энергии в электрическую, то есть выработки электроэнергии.

Высокоскоростной вал - приводит во вращение генератор.

Низкоскоростной вал - приводится во вращение ротором неподвижны.

Гондола - устанавливается наверху башни, внутри нее расположены генератор, коробка передач, низко - и высокоскоростной валы, управляющий контроллер и тормоз.

Флюгер - служит для определения направления ветра, передает данные в управляющий контроллер для правильной ориентации на направление ветра.

Привод гондолы - используется для установки и коррекции направления ротора при изменениях направления ветра.

Следует подробнее остановиться на механизме поворота гондолы. Гондола с лопастями, представляющий многотонную конструкцию, должна возвращаться на ветер, направление которого может меняться довольно быстро. Вся эта конструкция опирается на опорную поверхность башни (плиту), которая совместно с поворотным кольцом кабины и опорным кольцом башни является своего рода гигантским подшипником. Вращение башни осуществляется электрическим двигателем через зубчатую передачу. Число электродвигателей в зависимости от мощности ВЭУ и различных конструкций узла поворота колеблется от одного до восьми. Гибкий электрический кабель, передающий электроэнергию от генератора к распределительному щиту, расположенного внизу башни, может закручиваться, если кабина будет возвращаться в одну сторону, что вполне возможно. Поэтому, когда число оборотов в одну сторону достигает расчетного значения (2 ... 4), система управления дает сигнал на прекращение вращения кабины во что сторону с последующей раскруткой в ​​обратную сторону. Изменение направления ветра фиксируется флюгером, расположенным на крыше кабины, от него импульс передается в систему управления и в дальнейшем на пуск электродвигателя поворота. Чтобы часто не дергать гондолу, при изменении направления ветра, система управления дает выдержку (5-10 мин.). И только если сигнал продолжает повторяться, дается импульс на двигатель поворота. Узел поворота имеет также тормозную систему, так как необходимо фиксировать кабину, что имеет большую энергию, в точке, где вектор скорости ветра перпендикулярно плоскости ветроколеса.

В приложении 3 приведены примеры расположения оборудования в гондоле ветроустановок большой мощности ведущих фирм мира: Siemens, мощностью 3,6 МВт (приложение 3.1 [39]); Tacke, Windtechnik мощностью 600 кВт (приложение 3.2 [38]); FuhrlSnder мощностью 2,5 МВт (приложение 3.3 [40]); Nordex мощностью 3.3 МВт (приложение 3.4 [42]); Gamesa мощностью 2,5 МВт (приложение 3.5 [41]).

В последние 10-15 лет такие фирмы как "Елегсоп", "Henesys", "Vensys" (Германия), "Jeumont Industrie" (Франция), MPTorres (Испания), "Lagerwey" (Нидерланды) и др. из состава ВЭУ исключили мультипликатор, применив многополюсные синхронные генераторы или генераторы с постоянными магнитами. Однако вес и стоимость таких генераторов значительно превышает вес и стоимость мультипликатора и быстроходного генератора вместе взятые. Так для ветротурбины Е-112 фирмы "Епегсоп" (мощность 6 МВт) генератор ( n = 12 об / мин.) Имеет диаметр 12 м и весит более 200 т при весе гондолы с ротором 500 т, то есть вес генератора составляет почти 50% от веса агрегатного блока.

На рис. 4.9 представлены компоновки гондолы ВЭУ Enercon Е-30, мощностью 300 кВт, типичная для всей серии ВЭУ фирмы, мощностью 600, 1000, 2000 и 4500 кВт. Это так называемая безредукторная система, ее основа - многополюсный тихоходный генератор, необходимость создания которого подвергалась сомнениям еще 15 лет назад, а сейчас это привело к созданию нового типа ветроустановок. Ротор генератора непосредственно соединяется с валом ветроколеса, то есть скорость его вращения равна скорости вращения ветроколеса. Компоновка гондолы резко упрощается: не требуется редуктор, не нужна система его смазки, то есть основная особенность ветрогенераторов Enercon - отсутствие трансмиссии и кольцевой генератор.

Компоновка оборудования кабины ветроустановки мощностью 7500 кВт фирмы Enercon GmbH а - компоновка;  б - модель генератора 1 - гондола;  2 - привод поворота гондолы;  3 - статор генератора;  4 - привод установки угла лопасти 5 - ветроколесо;  6 - лопасть ветроколеса

Рисунок 4.9 - Компоновка оборудования кабины ветроустановки мощностью 7500 кВт фирмы Enercon GmbH а - компоновка; б - модель генератора 1 - гондола; 2 - привод поворота гондолы; 3 - статор генератора; 4 - привод установки угла лопасти 5 - ветроколесо; 6 - лопасть ветроколеса

В гондоле находится также выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный, инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный с частотой сети; таким образом отпадает необходимость в поддержании на генераторе постоянной частоты и уровня напряжения, так как эти задачи выполняются инвертором.

 
< 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