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.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >