Вітроенергетика в Україні

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Вітроенергетика в Україні

Слід зазначити, що відносно перспектив розвитку енергетичної галузі, Україна дотримується світових тенденцій, спрямованих на розробку і впровадження програм економії енергоресурсів, підвищення енергоефективності і скорочення використання традиційних видів палива, прискорення темпів розвитку енергетики, з використанням відновлюваних джерел енергії (ВДЕ), а також збільшення їх складової в загальному енергобалансі країни. Розробляючи стратегічні програми розвитку енергетики, що передбачає, у тому числі, можливість переходу до "низьковуглецевої" економіки, уряд прагне створити сприятливий інвестиційний клімат для компаній, працюючих у сфері розвитку альтернативної енергетики, щоб притягнути потенційних вітчизняних і іноземних інвесторів.

Світова фінансово-економічна криза уповільнила розвиток альтернативних видів енергетики у всьому світі. Проте це не завадило Україні в 2011 році за темпами розвитку вітроенергетики випередити не лише країни СНД, але і деякі провідні європейські держави. За даними Національної комісії з регулювання енергетики України в 2011 році встановлена потужність вітроелектростанцій (ВЕС) збільшилась на 73 % (на 66,1 МВт) і на кінець року склала 151,1 Вт (в порівнянні з 87,5 МВт в 2010 році).

Світовий досвід показує, що найефективніше енергія вітру використовується в морських і прибережних районах, а також в гірських і пересічених місцевостях. З цієї точки зору територія України, має відповідні географічні характеристики і значну кількість перспективних для вітроенергетики зон. Найбільший вітровий потенціал мають значні території, прилеглі до Чорного і Азовського морям, а також Карпатський, Західно-Кримський і Східно-Кримський регіони. Крім того, є ділянки з підвищеним вітровим потенціалом в Донбаському регіоні і в Дніпропетровській області. При реалізації проектів з будівництва і введення в експлуатацію ВЕС на усіх цих територіях, можна було б забезпечити близько 30% покриття потреб України в електроенергії.

Вітровий потенціал різних районів України визначається національним вітроенергетичним кадастром, який включає показники швидкості вітру (середньорічні і середньомісячні), обумовлені результатами багаторічних наукових спостережень, повторюваність швидкості вітрових напрямів протягом року, місяця, доби і так далі. Середньорічна швидкість вітру в приземному шарі на території України досить низька - 4,3 м/с. Більшість вітроагрегатів починають виробляти промисловий струм починаючи зі швидкості вітру 5 м/с. Якщо враховувати, що вони можуть використати енергію вітру до висоти 50 м (на деякій висоті від поверхні швидкість вітру зростає), то енергетичний потенціал на території України складає велетенську величину 330 млрд. кВт і перевищує встановлену потужність електростанцій України в 6 тисяч разів. Зрозуміло, ніхто не допускає думки про можливість його повного використання, але все одно ця величина вражає. Хоча, слід зазначити, що це орієнтовні розрахункові дані, оскільки прямі виміри швидкості вітру на висотах вище за щоглу флюгера одиничні. В таблиці 1.2 наведено дані про питомий енергетичний потенціал вітрової енергії в Україні.

Таблиця 1.2.

Питомий енергетичний потенціал вітрової енергії в Україні

№ району	Середньорічна швидкість вітру, Vdb м/с	Висота, м	Природний потенціал вітру, кВт год/м2 рік	Технічно-досяжний потенціал вітру, кВт год/м2 рік
1	<4,25	15	1120	200
		зо	1510	280
		60	2030	375
		100	2530	460
2	4,5	15	2010	390
		30	2710	520
		60	3640	700
		100	4540	850
3	5,0	15	2810	520
		30	3790	690
		60	5100	860
		100	6350	975
4	5,5	15	3200	620
		зо	4320	830
		60	5810	1020
		100	7230	1150

Вітрові умови району відносно використання вітру визначаються вітроенергетичним кадастром, який включає різні показники швидкості вітру, обумовлені результатами багаторічних спостережень: середньорічні і середньомісячні швидкості вітру; повторюваність швидкості вітрових напрямів протягом року, місяця, доби.

Зі зменшенням впливу теплих і вологих атлантичних повітряних мас, які поступають на територію України з північного заходу, відбувається посилення континентальності клімату, що формує сприятливі умови розвитку вітроенергетики. На значення вітроенергетичного потенціалу (рис. 1.12, [1]) південних і південно-східних територій впливає також енергійне переміщення повітряних мас з Чорного і Азовського морів, і крім того - формування вітрів місцевого значення - у береговій зоні морів. Окремо слід розглядати гірські території України, для яких характерні великі швидкості вітру.

Діючі сьогодні в Україні ВЕУ в основному побудовані на базі вітроагрегатів, вироблених в Україні за ліцензією фірми "Кенетек Виндпауер". Всі українські ВЕУ були побудовані у рамках виконання

Рисунок 1.12 - Потенціал вітрової енергії на території України

"Комплексної програми будівництва вітроелектростанцій", прийнятої урядом України в 1997 році, що передбачала до 2010 року введення в експлуатацію 1990 МВт. вітроенергетичних потужностей. Саме у рамках цієї програми було освоєно виробництво ліцензійних установок потужністю 107,5 кВт, причому 100% компонентів цих машин виготовлялися в Україні. У їх виробництві були задіяні 23 заводи, а складання вітротурбін здійснював Дніпропетровський Південний машинобудівний завод. На реалізацію програми було витрачено приблизно 675 млн. гривен, побудовані 778 вітрових установок, загальна потужність яких складає близько 90 МВт. У результаті, як було відмічено на третьому всеукраїнському бізнес-саміті по проблемам зміни клімату, програма розвитку вітрової енергетики в Україні не виправдала очікувань. Головну мету комплексної програми бачили в залучені підприємств ВПК для виробництва вітроагрегатів, тобто метою було не виробництво електроенергії за допомогою вітру, а виробництво вітроагрегатів! Це стало стратегічною помилкою. Також проблемою було і, на жаль, поки залишається фінансування цієї галузі. Крім того не були оцінені можливості існуючих мереж для прийому енергії від ВЕУ. Проте, на думку української вітроенергетичної асоціації [9], у вітроенергетики України є економічно обгрунтований потенціал в 16 ГВт. (приблизно 25% потужності енергосистеми України). Проте, з урахуванням сьогоднішнього рівня технічної підготовленості підприємств для виробництва ВЕУ і стану електричних мереж, реально можна добитися до 2020 р. введення в експлуатацію ВЕУ з сумарною встановленою потужністю в 6,5-7 ГВт.

Нині в Україні спостерігається бурхливий розвиток вітроенергетичної галузі, обумовлений, передусім, введенням різних пільг для девелоперів альтернативної енергетики, а також прийняттям т.з. "зелених" тарифів на електроенергію, отриману з використанням ВДЕ, які є одними з найвищих в Європі. Зокрема, для вітроустановок потужністю понад 2 МВт величина "зеленого" тарифу складає близько 11,3 євроцента за 1 кВт*год. Встановлені "зелені" тарифи діятимуть аж до 2030 року. За даними Української вітроенергетичної асоціації, завдяки прийняттю податкових пільг на виробництво і ввезення устаткування для виробництва "чистої" енергії, а також дії високих "зелених" тарифів на купівлю електроенергії, отриманої з використанням В ДЕ, тільки за останні півтора роки в країні була запушена в експлуатацію половина із загальної кількості встановлених ВЕС. Відмітно, що в 2011 році уперше в Україні були встановлені сучасні вітротурбіни мегаватного класу. Необхідно відмітити, що практично усі нові вітроенергетичні потужності (65,5 МВт), були введені в експлуатацію у рамках розвитку приватних інвестиційних проектів. Цей факт свідчить про те, що завдяки значній державній підтримці, в Україні сформувався і динамічно розвивається ринок вітроенергетики.

Нині на енергетичному ринку України працює велика кількість українських і іноземних компаній, що реалізовують великі і менш масштабні інвестиційні проекти в різних вітроенергетична перспективних районах країни. На сьогодні найбільший інтерес для інвесторів в питанні розвитку ВДЕ представляє Кримський півострів. Зокрема, в Криму реалізує три великі енергетичні проекти компанія "Конкорд Груп": "Конкорд Груп-Сивашська ВЕС" (потужністю 180 МВт), "Конкорд Груп-Сивашська ВЕС 2" і "Розвиток Криму" (по 100 МВт кожна). Українська компанія "Вінд Пауер”(ДТЕК) розвішає вітроенергетику в Запорізькій і Донецькій областях. У планах корпорації ДТЕК - будівництво 2 вітропарків, сумарною потужністю близько ІД ГВт, вартістю близько 1,85 млрд. євро. У 2012 році будуть встановлено 30 генераторів на Ботієвському майданчику парку "ДТЕК Приазовський". Загальна потужність цього проекту, що складається з 3-х майданчиків ("Ботієвської", "Приморської" і "Бердянської"), складе 500 МВт. Ще одна українська компанія - "Вітряні парки України", почала реалізацію на території Криму великого енергетичного проекту зі спорудження шести вітроелектростанцій, об'єднаних 8 єдину мережу. Після завершення будівництва тут працюватиме 150 вітроагрегатів, сумарною потужністю близько 1062,5 МВт. Вартість проекту оцінюється в 400 млн. євро. Для порівняння - загальна потужність чотирьох ВЕС, що діють нині в Криму: "Донузлавська ВЕС" (потужністю 18,7 МВт), "Воденергоремналадка"(26 МВт), "Тарханкутська ВЕС" (15,9 МВт) і "Східно-кримська ВЕС", - складає всього 59 МВт. Необхідно також відмітити, що в 2011 році компанія завершила будівництво двох перших черг потужністю в 25 МВт на "Новоазовській ВЕС" в Донецькій області і "Очаківській ВЕС" в Миколаївській області

На початку 2012 року на "Новоазовській ВЕС" було встановлено ше 5 вітроустановок, при цьому сумарна потужність парку виросла до 37,5 МВт. У 2012 році будуть встановлені вітрогенератори на майданчику "Березанської ВЕС" в Миколаївській області. У своїх проектах "Вітряні парки України" використовують турбіни німецької компанії FQhrlander AG, потужністю 2,5 МВт кожна. Складання вітроустановок запущене на ТОВ "Фурлендер Винд Технолоджи" в м. Краматорську.

Севастопольська компанія "Крим-Ірей" планує реалізувати проект будівництва вітряних парків в двох районах Луганської області, потужністю 400 МВт і 200 МВт. У 2012 році планується встановити 10 вітроагрегатів, а до 2015 року буде встановлено ще 179. Сумарна потужність вітряного парку складе більше 400 МВт. Об'єм капітальних інвестицій у будівництво - 500 млн. євро.

Разом з українськими компаніями, серйозний інтерес до реалізації проектів у сфері вітроенергетики проявляє ряд іноземних компаній і інвестиційних фондів. Зокрема, німецька інвестиційна компанія WKN Windkraft Nord AG планує побудувати в Криму дві ВЕС в Крас- ноперекопському і Джанкойському районах, загальною сумарною потужністю в 400 МВт. Вартість проекту складе 1 млрд, доларів США. Згідно з умовами проекту, компанія WKN займатиметься розробкою, проектуванням, фінансовим забезпеченням, будівництвом і експлуатацією вітроустановок. Ця ж компанія планує побудувати в Одеській області три ВЕС сумарною потужністю 400 МВт. У 2012 році буде запущений лілотний проект недалеко від міста Овідіопіль.

Восени 2012 року Міжнародний консорціум Greenworx Holding NV (Бельгія) і Guris Construction & Engineering Co. (Туреччина) планують почати будівництво Зажідно-кримської ВЕС, потужністю 250 МВт, в Сакському і Чорноморському районах АР Крим. Ще один іноземний інвестор - компанія Euro Cape New Energy, планує реалізувати в Україні два великі проекти загальною потужністю 1000 МВт. Також, про свою зацікавленість побудувати в Криму ВЕС потужністю 50 МВт заявила французька компанія Nationale du Rhone.

Окрім інтенсивного розвитку великих проектів, в Україні відчувається необхідність в реалізації невеликих проектів, призначених для забезпечення електроенергією домогосподарств і приватних підприємств, що знаходяться далеко від районних центрів і ліній електропередач. Наприклад, в таких регіонах, як Крим і Закарпаття, враховуючи їх високий вітроенергетичний потенціал, так само можна успішно розв'язати проблему дефіциту електроенергії. Необхідно також відмітити, що Європейський банк реконструкції і розвитку (ЄБРР), у рамках інвестиційної Програми фінансування альтернативної енергетики в Україні (USELF), виступив інвестором першого вітроенергетичного проекту, реалізованого в Старосамборському районі Львівської області. Програма об'ємом 70 млн. євро призначена для фінансування приватних проектів в області відновлюваної енергетики в Україні. За словами керуючого директора ЕБРР по Туреччині, Східній Європі, Кавказу і Центральній Азії Олівьє Декампа "Україна має великий потенціал для розвитку генеруючих потужностей відновлюваної енергетики, і цей проект є внеском в його використання. Ми готові підтримувати реалізацію проектів вітряної і сонячної енергетики, малої гідроенергетики і виробництва енергії з біомаси в Україні шляхом надання власних засобів і технічної допомоги". Варто відмітити, що ЄБРР є в Україні найбільшим інвестором в області ВДЕ.

Що стосується технічного оснащення галузі, то треба сказати, що на українському ринку вітроагрегатів окрім установок вітчизняного виробництва, широко представлено устаткування провідних китайських і європейських виробників. Проте, за даними Української вітроенергетичної асоціації, близько 50% усього продажу вітроагрегатів припадає на частку вітчизняного виробника. Фахівці відмічають, що окрім цінової переваги, українське устаткування показало надійну роботу в складних кліматичних умовах. При проектуванні вітроустановок українські розробники максимально врахували особливості місцевого клімату і вірогідні критичні навантаження: можливість обмерзання, різкі пориви і часту зміну напрямів вітру. Нині, завдяки оптимальному поєднанню ціни і якості, вітроагрегати українського виробництва визнаються багатьма експертами кращими у своєму сегменті ринку і мають великий попит в Німеччині, Угорщині, Португалії, Польщі, Казахстані, Білорусії, Франції, країнах Балтії. Наявність власного виробника конкурентоздатного і надійного устаткування, служить хорошою передумовою для успішного розвитку малої вітроенергетики в Україні.

Сьогодні про зацікавленість держави в розвитку, зокрема, вітроенергетики в Україні свідчить створення відповідної законодавчої бази, що формує сприятливий інвестиційний клімат і реальна бюджетна підтримка галузі. За прогнозами аналітиків, найближчими роками вітроенергетика в Україні розвиватиметься швидше, в порівнянні з іншими галузями відновлюваної енергетики, а загальна потужність вітропарків перевищить потужність сонячних станцій в 10 разів. На думку експертів, це обумовлено тим, що в порівнянні з фотоелектричними модулями, при однаковій потужності, вітроустановки займають меншу площу і коштують набагато дешевше. Так, дослідження Швейцарського федерального технологічного інституту, що вивчав основні витрати на проекти у сфері альтернативної енергетики, показали, що інвестиції у вітроенергетичні об'єкти стали в 2-4,5 рази менше, ніж витрати на будівництво сонячних станцій. Експерти стверджують, що такий розрив у вартості проектів буде зберігатися мінімум до 2020 року.

Вітер, як носій (джерело) енергії

Як і всяке рухоме тіло, вітер володіє певним запасом кінетичної енергії , і яка може бути перетворена в механічну роботу або електричну енергію за допомогою спеціальних пристроїв і установок, що одержали назву вітряних. Швидкість вітру є найважливішою характеристикою технічних властивостей вітру. Кінетична енергія вітрового потоку Е, як всякого тіла, що рухається зі швидкістю v і має масу т, дорівнює:

 (2.6)

У свою чергу маса повітря в перерізі перед вітроагрегатом є масовою витратою повітря, що могло би пройти через обмахувану площу S вітроколеса за одиницю часу, маючи щільність 

 (2.7)

де  - масова щільність повітря; у - питома вага повітря; g - прискорення сили тяжіння; А - площа, через яку протікає вітровий потік; v - швидкість вітру.

Обмахувана площа вітроколеса - це геометрична проекція площі вітроколеса на площину, перпендикулярну вектору швидкості вітру. У разі перпендикулярності вектора швидкості вітру до обмахуваної площі S, її величина визначається за формулами:

- для горизонтально-осьового вітродвигуна (див. рис. 2.13, а)

 (2.8)

- для вертикально-осьового вітродвигуна (див. рис. 2. ІЗ, б)

 (2.9)

Тут діаметр вітроколеса D - це діаметр кола, описуваного найбільш віддаленими від осі обертання вітроколеса частинами лопатей, //-висота вертикальної вітротурбіни.

Розглянемо трубку потоку повітря радіусом R, зі швидкістю потоку V (рис. 2.2) і визначимо масу повітря, що проходить через перетин трубки в одиницю часу

 (2.10)

де  - питома щільність (вага) повітря, кг/м3; V - об'єм, який займає повітря, м3; А та R - відповідно площа і радіус трубки потоку повітря, м2, м; dl - елемент довжини потоку, який долається за час .

Підставивши у вираз 2.6 значення маси повітря з 2.10, отримаємо рівняння для визначення кінетичної енергії повітряного потоку (вітру) та його потужності.

Рисунок 2.2 - Трубка потоку повітря

 (2.11)

 (2.12)

Питома щільність повітря р не е сталою величиною і залежить вія тиску, температури і кількості водяної пари в повітрі. Щільність водяної пари менше щільності сухого повітря, тому вологе повітря при тому ж тиску буде мати меншу щільність, ніж сухе. Якщо розглядати повітря як ідеальний і сухий газ, то залежність щільності повітря від тиску і температури набуває наступний вигляд

 (2.13)

де р - тиск повітря, ();- питома газова стала (287,058 ); Т- температура повітря, ().

При нормальному атмосферному тиску (на рівні моря р0 - 101325 Па) і температурі повітря 0 °С отримаємо:

На рис. 2.3 наведена залежність зміни питомої щільності повітря, розрахована за рівнянням (2.10) для сухого повітря і нормального атмосферного тиску в діапазоні температур від -25°С до + 35°С. Ця залежність носить нелінійний характер.

Для практичних розрахунків з похибкою, що не перевищує 0,75%, цю нелінійну криву можна замінити спадаючою апроксимуючою прямою, хід якої задовольняє наступному рівнянню:

 (2.14)

де - температура повітря за шкалою Цельсія, °С, k = 0,0046 - коефіцієнт пропорційності 

Рисунок 2.3 - Залежність зміни питомої щільності сухого повітря від температури при нормальному атмосферному тиску

На рис. 2.3 ця пряма представлена у вигляді штрихової лінії.

Відомо, що з підвищенням висоти тиск повітря падає. На невеликих висотах, які використовуються у вітроенергетиці, кожні 12 метрів підвищення висоти призводять до зменшення атмосферного тиску на 1 мм.рт.ст, або 133,322 Па.

Наприклад для потужних офшорних вітрогенераторних установок, які установлюються в прибережних зонах морів з висотою осі обертання лопатей вітряка 120 метрів, зміна тиску становитиме величину . Відповідно на цю ж, практично несуттєву величину, зменшиться залежна від тиску питома щільність повітря. Зміна ж температури від -25 °С до + 25 °С призведе до зменшення щільності, а отже і маси повітря майже на 20%.

Лк приклад, з використанням виразів (2.7-2.9), визначимо масу повітря, що проходить за 1 секунду через омивану площу вітрового колеса установки Е126 фірми Enercon Gmbh (Німеччина) потужністю 7,5 МВт і діаметром вітрового колеса 126 метрів (R = 63 м), його кінетичну енергію та потужність.

При температурі повітря +20°С і номінальною для цієї установки швидкості вітру 16 м/с за 1 с ця маса складе:

Таким чином, кожну секунду через омивану площу вітрового колеса проходить 240 тонн повітря. Це відповідає масі чотирьох повністю завантажених вугіллям залізничних вагонів.

Кінетична енергія цієї маси при швидкості вітру 16 м/с становить:

Та відповідно потужність вітрового потоку складе

Порівнюючи отриману вище потужність вітру з номінальною потужністю установки Е126 (7,5 МВт) можна побачити, що сумарний ККД перетворення системи вітер - електрична енергія нижче 30%. Це говорить про те, що перетворення енергії вітру в механічну енергію обертання ротора ВГУ, а потім і в електричну енергію відбувається з досить великими втратами. Однак вітер дається нам практично "безкоштовно", і в порівнянні з широко використовувались на початку і середині 20 століття паровозами, що мали навіть у своїх кращих конструкціях ККД близько 7...9%, використання енергії вітру має безсумнівні переваги і на сьогоднішній день є економічно вигідним.

В даний час створено велику кількість вітрогенераторних установок з різними діаметрами вітрових коліс. Тому доцільно ввести поняття питомої потужності вітру Ров, яка припадає на 1 м2 омиваної площі вітрового колеса (). Це буде відповідати радіусу колеса 56,42 см. Або діаметру колеса порядку 113 см.

 (2.15)

На рис. 2.4 наведена залежність питомої потужності вітру від його швидкості і температури навколишнього середовища при нормальному атмосферному тиску. Верхня крива відповідає температурі - 20 °С; нижня - температурі + 20 °С і середня - температурі 0 °С.

Рисунок 2.4 - Залежність питомої потужності вітру від його швидкості і температури при нормальному атмосферному тиску

Питома потужність вітру зростає пропорційно кубу швидкості вітру з коефіцієнтом пропорційності, рівним половині питомої щільності повітря. При температурі 0 °С рівняння (2.15) набуває наступний вигляд:

 (2.16)

Наприклад, при швидкості вітру 10 м/с і температурі навколишнього середовища 0 °С, на кожен квадратний метр омиваної поверхні вітрового колеса доводиться 650 Вт потужності набігаючого повітряного потоку.

Температура робить істотний вплив на зміну питомої потужності. При швидкості вітру 10 м/с і діапазоні зміни температури повітря від +20 до -20 °С прибавка питомої потужності становить 92 Вт (див. рис. 2.4), що, наприклад при діаметрі вітрового колеса 126 метрів (установка Enercon Е126) і площі ротора, яка дорівнює 12469 м2, призводить до збільшення діючої на ротор сумарної потужності вітру на 1,15 МВт. При швидкості вітру 12 м/с прибавка питомої потужності становить вже 159 Вт і повна потужність зростає на 1,98 МВт. Таким чином, при однаковій швидкості вітру в зимовий період ВГУ виробляє електроенергії більше, ніж в літній період.

Практичний інтерес представляє питання: яку кількість енергії вітру взагалі можливо використовувати сучасними технічними засобами? Мінливість швидкості вітру за часом і висотою, відсутність досвіду експлуатації груп вітроенергетичних установок і станцій, не дозволяють точно визначити величину енергії вітру, можливу до практичного використання.

Наближений теоретичний підрахунок використовуваної вітроенергетичними установками енергії вітру виконаємо виходячи з розподілу вітроустановок на поверхні суші в шаховому порядку і (для виключення взаємного впливу вітроустановок) на відстані п'ятнадцяти- кратної величини діаметра вітроколеса. Дотримуючись шахового розподілу вітроустановок на поверхні землі, підрахуємо кількість енергії вітру на 1 км2. Площа поверхні під один вітряк повинна дорівнювати:

 (2.17)

де: Д =15D - діаметр кола площі під один вітряк; D - діаметр вітроколеса вітроенергетичної установки, м.

Найбільш щільно розташуються вітряки, якщо взяти площу під кожен вітряк у вигляді правильного шестикутника. Площа такого шестикутника буде дорівнювати:

 (2.18)

Розділивши 1 км2 на , отримаємо кількість вітродвигунів, які можливо розмістити на 1 км2, а саме:

 (2.19)

З урахуванням значень масової густини повітря і числа р можна отримати формулу для потужності кожної з вітроенергетичних установок, розміщених на площі 1 км2:

 (2.20)

де cр - коефіцієнт використання енергії вітру вітроустановкою.

Множачи останній вираз на п, отримаємо сумарну встановлену потужність вітроенергетичних установок, розміщених на 1 км2:

 (2.21)

Або

 (2.22)

Для визначення річного виробітку енергії необхідно знати характеристику вітроенергетичної установки і повторюваність вітру в районі її розміщення. За характеристикою вітроустановки можна визначити коефіцієнт використання енергії вітру при різних швидкостях вітру, а по кривій повторюваності вітру можна визначити число годин роботи вітродвигуна протягом року при кожній швидкості вітру. У таблиці 2.1 наведено розрахункові дані значень встановленої потужності генераторів вітроенергетичних установок, які можна розмістити на 1 кв. км земної поверхні значення вироблюваної ними енергії для різних значень середньорічної швидкості вітру [22].

Таблиця 2.1

Середньорічні швидкості вітру, м/с	3	4	5	6	7	8	9	10
Встановлена потужність генераторів, працюючих від вітродвигунів на 1 км2, кВт	297	435	618	790	1100	1480	1880	2400
Річне вироблення енергії, що отримане з 1 км2, тис. кВттод	445	680	1060	1550	2220	3040	3950	5120

Енергетичними характеристиками вітру є валовий, технічний і економічний ресурси або потенціали [2].

Валовий потенціал

Валовий (теоретичний) потенціал вітрової енергії регіону (країни, континенту) - це частина середньобагаторічної сумарної вітрової енергії, яка доступна для використання на площі регіону протягом одного року.

Розглянутий регіон представляється як сукупність ділянок, або зон, у кожній з яких питома потужність вітрової енергії, а також географічні, кліматичні і погодні умови є однорідними по всій площі 30-ни. Як правило, зони повинні відповідати розташуванню метеорологічних станцій. Валовий потенціал , кВт*год/рік регіону представляє суму валових потенціалів складових його зон.

Питомий валовий потенціал вітрової енергії зони визначається середньою питомою потужністю вітрового потоку (Р), кВт/м2:

 (2.23)

де Т = 8760 год/рік.

Розглянемо виведення формули (2.23), оскільки це є надзвичайно важливим моментом для визначення всіх енергетичних характеристик. Валовий потенціал визначається відповідно до допущення, що при обтіканні повітряними потоками перешкоди ("повітряної греблі") висотою "Н" збурений потік повністю відновлюється на відстані рівній 20Н після перешкоди.

Тоді модель визначення валового потенціалу вітрової енергії представляє систему "повітряних гребель" висотою Н, орієнтованих перпендикулярно напрямку вітру і розташованих на плоскій поверхні Землі з відстанню 20 Н один від одного.

Для кожної прямокутної площадки зі сторонами а і 6(5 = ab) з відомою питомою енергією (5 = аb, Вт- год/м2) проходять над майданчиком повітряних мас задача визначення валового потенціалу зводиться до визначення величини площин, що пересікаються повітряними потоками і кількості цих площин ("рамок") на майданчику. Це пояснюється на рис. 2.5.

Очевидно, площа "рамок" дорівнює:

а кількість рамок на майданчику

Рисунок 2.5 - Модель визначення валового потенціалу вітрової енергії

Загальна площа, що пересікається повітряними потоками

 (2.24)

Очевидно, що формула (2.20) не зміниться, якщо сторони а і b поміняти місцями по відношенню до швидкості вітру. Тоді валовий потенціал вітрової енергії над ділянкою площею S дорівнюватиме,

Отже, виходить, на перший погляд, парадоксальний результат. Вітрова енергія насправді залежить від площі перетину перпендикулярного швидкості вітру, а у формулі (2.21) вона залежить від площі на поверхні землі. Очевидно весь "фокус" в відстані, взятої між "повітряними" протоками.

Лк видно з формули валовий потенціал в явному вигляді не залежить від товщини шару Н. Ця залежність проявляється через швидкість вітру, яка застосовується для розрахунку потенціалу.

Проте, наведені в таблиці 2.2 дані дозволяють обчислити орієнтовні значення валового потенціалу в будь-якій точці на базі питомого валового потенціалу на висоті 50 м над поверхнею землі при різних географічних характеристиках місцевості. Виділені п'ять градацій середньорічних швидкостей вітру v, м/с, відповідають значенням питомого валового потенціалу вітрової енергії, представленого в табл. 2.2.

 (2.25)

Середньорічні швидкості вітру v, м/с, і питомі валові потенціали вітрової енергії, кВт*год/(м2*рік) (на висоті 50 м над рівнем Землі)

Закрита місцевість	Відкрита місцевість	Морський берег	Відкрите море	Пагорби і гори
V		V		V		V		V
>6,0	> 110	>7,5	>220	>8,5	>310	>9,0	>350	>11,5	>790
5-6,0	66-110	6,5-7,5	130-220	7,0-8,5	180-310	8,0-9,0	260-350	10-11,5	530-790
4,4-5,0	44-66	5,5-6,5	88-130	6,0-7,0	110-180	7,8-8,0	180-260	8.5-10	310-530
3.5-4,5	22-44	4,5-5,5	44-88	5,0-6,0	66-110	5.5-7,0	88-180	7,0-8.5	180-310
<3,5	<22	<4,5	<44	<5,0	<66	<5,5	<88	<7.0	<180

Валовий потенціал зони (території) визначається за формулою

 (2.26)

де S, м2 - площа зони земної поверхні.

Технічний потенціал

Технічний потенціал вітрової енергії регіону - це сумарна електрична енергія, яка може бути отримана в регіоні від використання валового потенціалу вітрової енергії при сучасному рівні розвитку технічних засобів і дотриманні екологічних норм.

Технічний потенціал регіону являє суму технічних потенціалів складових його зон.

Технічний потенціал, таким чином, залежить від параметрів вітроенергетичної установки, середньорічної швидкості вітру в зоні на висоті оголовка, а також частини площі зони, придатної для спорудження установки. Технічний потенціал може бути визначений за формулою:

 (2.27)

де:  - коефіцієнт використання енергії вітру, який залежить від швидкості вітру по складному закону, змінюючись від максимального значення рівним 0,593, до мінімального порядку 0,05. Досягнуте максимальне значення складає 0,4-0,45. Для зазначених вище цілей коефіцієнт приймається 0,2;  і  - відповідно ККД генератора і редуктора вітроустановки, значення яких можна прийняти рівним 0,9;  - площа зони (регіону) на якому з урахуванням технічних і екологічних обмежень можливе розміщення вітроустановок. Попередні оцінки показують, що величина цієї площі може коливатися від 10 до 30% всієї площі зони (регіону). Приймаємо ST рівною 12%.

Підставляючи в (2.30) зазначені вище значення, отримаємо співвідношення між валовим і технічним потенціалами:

Економічний потенціал

Економічний потенціал вітрової енергії регіону - це величина річного надходження електричної енергії в регіоні від використання ВЕУ, отримання якої економічно виправдане для регіону при існуючому рівні цін на будівельно-монтажні роботи, обладнання, виробництво, транспортування і розподіл енергії і палива і дотриманні екологічних норм.

Економічний потенціал регіону являє суму економічних потенціалів складових його зон.

На основі аналізу даних щодо відведення площ для розміщення вітроенергетичних установок і технічних характеристик ВЕУ в провідних країнах світу приймаємо, що технічний потенціал регіону становить 2% від його валового потенціалу, а економічний потенціал складає 0,5% від технічного потенціалу цього регіону.

Вітроенергетичні установки малої потужності

Згідно прийнятої класифікації до ВЕУ малої потужності відносяться ВЕУ з номінальною потужністю до 100 кВт включно. Автономна ВЕУ - це ВЕУ, яка живить електроенергією відокремленого споживача і не є частиною загальної енергосистеми. Для автономних ВЕУ потужність навантаження споживача строго регламентована і не повинна перевищувати номінальну потужність ВЕУ. Так як основними споживачами цих ВЕУ є жителі сільських районів, заміських будинків, власники невеликих підприємств, ферм тощо, до ВЕУ малої потужності пред'являються наступні основні вимоги:

- порівняно низька питома вартість одного кВт встановленої потужності, тобто доступна ціна;

- високий виробіток електроенергії для певної середньорічної швидкості вітру в районі розміщення;

- якість вироблюваної електроенергії повинна відповідати вимогам діючих стандартів;

- простота в монтажі та технічному обслуговуванні при експлуатації;

- відносно невелика площа для розміщення;

- шумовий вплив ВЕУ на довкілля не повинен перевищувати значень, встановлених чинними нормативними документами для житлових забудов;

- можливість використовувати ВЕУ для роботи спільно з додатковим електрообладнанням, що дозволяє розширити функціональні можливості і забезпечити безперебійне живлення енергоспоживачів.

На рис. 4.10 показана класична компоновка вітроустановки малої потужності. Відмінною особливістю ВЕУ малої потужності є відсутність потужної гондоли, в якій фактично розташований тільки генератор. Для забезпечення установки ВЕУ на вітер використовується флюгерна система.

Рисунок 4.10 - Компонування вітроустановки малої потужності

Дуже малі ВЕУ (потужністю до 5 кВт), як правило, мають генератор змінного струму з постійними магнітами, вироблювана енергія змінного струму перетвориться в постійний струм за допомогою випрямляча. У таких ВЕУ швидкість обертання, а значить і частота на виході генератора може змінюватися в широких межах, вони не містять редукторів. Як правило, такі ВЕУ використовуються для зарядки акумуляторів з підключенням до нього електроприладів на постійному струмі, напругою 12 або 24 В. Широко також використовуються генератори постійного струму з напругою на виході 12 або 24 В.

Для орієнтації на вітер практично всіх ВЕУ цього класу використовуються хвостові флюгерні пристрої. У багатьох з них передача електроенергії від генератора, розташованого вгорі в гондолі, до випрямляча, розташованого внизу, здійснюється кабелем через контактні кільця з щітковим апаратом. Це дозволяє гондолі обертатися навколо вертикальної осі скільки завгодно раз при зміні напрямку вітру. Однак контактні кільця є досить ненадійним елементом.

У вітроустановках потужністю 5 кВт і більше як правило використовуються трифазні генератори змінного струму, вітроустановки мають механічні регулятори, що забезпечують сталість швидкості обертання вітроколеса, а значить і частоти струму, на рівні вимог для автономного енергопостачання. ВЕУ такого роду можуть додатково комплектуватися дизельними або бензиновими генераторами, які вводяться в роботу при відсутності вітру або, у разі коли потужність вітру недостатня для покриття навантаження. Однак паралельна робота ВЕУ і навіть малих дизель-генераторів може забезпечуватися тільки спеціальною системою управління.

Схеми і конструктивні елементи ВЕУ з вертикальною віссю обертання

вітровий потенціал вітроенергетичний

Вертикально-осьовий ротор (рис. 4.11) мас ряд переваг в порівнянні з горизонтально-осьовим ротором:

- незалежність функціонування від напрямку поширення вітрового потоку усуває необхідність установки додаткових механізмів орієнтації на вітер;

- наявність вертикального вала, що дозволяє розміщувати електромеханічне обладнання в основі ВЕУ, що знижує вимоги до міцності і жорсткості опори і не обмежує масогабаритні показники обладнання;

- зручність механічного обслуговування і ремонту;

- рівномірне геометричне збільшення масштабів вертикально-осьового ротора, який чинить незначний вплив на міцнісні характеристики;

- можливість кріплення лопатей в декількох точках;

- відносно просте виготовлення лопатей.

Рисунок 4.11 - Вітроустановка з вертикальною віссю обертання ротора

Як недоліки вертикально-осьові ВЕУ слід зазначити наступне:

- набагато більша схильність утомним руйнуванням, через автоколивальні процеси, що часто виникають;

- пульсація крутного моменту призводить до пульсацій потужності та інших параметрів генераторів;

- як показали останні результати випробувань ВЕУ типу Дар'е і Н-ротора потужністю 5 МВт, головною слабкістю є підп'ятник- підшипник головного валу ВЕУ.

Саме завдяки його руйнуванню припинено спроби спорудження потужних ВЕУ з вертикальною віссю, хоча розробки ВЕУ невеликої потужності успішно тривають.

У загальному випадку для вітродвигуна в якості активної поверхні, що сприймає енергію вітрового потоку, в практиці використовують такі основні види роторів з вертикальною віссю:

- ротор Дар'є (рис. 4.12);

- ротор Савоніуса (рис. 4.13);

- ротор ортогонального типу (ротор Еванса) (рис. 4.14);

- ротор карусельного типу, у якого неробочі лопаті або прикриваються ширмою (рис. 4.15, а), або йдуть ребром проти вітру (ротор Масгрува) (рис. 4.15, б).

На роботу ВЕУ з вертикально-осьовим ротором, так само, як і у ВЕУ з горизонтально-осьовим ротором, впливають, хоча і меншою мірою, аеродинамічна тінь опори і взаємне затемнення лопатей.

Ротор Дар'є. У конструкції ротора французького інженера (Darrieus) обертовий момент створюється підйомної силою. Ротор являє собою дві або три тонких вигнутих лопаті, що мають аеродинамічний профіль. Підйомна сила максимальна коли лопать перетинає набігаючий повітряний потік і мінімальна коли лопать рухається паралельно потоку.

Таким чином за один оборот лопать двічі піддається максимальному і мінімальному моменту, що і є причиною більшості утомних руйнувань.

Ротор Дар'є почати обертатися самостійно не може, тому для його запуску використовується або генератор в режимі двигуна, або спеціальний двигун. Необхідність мати незалежне джерело живлення для запуску істотно знижує можливості поширення даного типу ВЕУ.

Рисунок 4.12 - Ротор Дар'є

Ротор Савоніуса (рис. 4.14). Це вітроколесо також обертається силою опору. Його лопаті відрізняються простотою і дешевизною. Перше вітроколесо автора (1922 рік) винаходу фінського інженера Савоніуса (SI Savonius) взагалі представляло собою розрізану на дві частини бочку, посаджену на вісь,. Обертаючий момент створюється завдяки різниці моментів опору, що надаються повітряному потоку увігнутою і опуклою щодо нього лопатями вітру. Вітроколесо має велике геометричне заповнення, а значить і більший початковий момент, що необхідно для водопідйомних механізмів.

Ротор Еванса або Н-ротор (рис. 4.13). Обертовий момент створюється також підйомною силою двох вертикально розташованих лопатей з аеродинамічним профілем.

Для його запуску також потрібна розкрутка, а для зупинки використовується поворот лопатей на 90 градусів навколо вертикальної осі.

Ротор карусельного типу і ротор Масгрува (рис. 4.15). Обертовий момент створюється також підйомною силою. У першому випадку для створення обертового мо

Рисунок 4.14 - Ротор Еванса

Рисунок 4.15 - Схема ротора карусельного типу: а) з ширмою; 6) з лопаттю, що складається

менту половина ротора (неробочі лопаті) перекриваються ширмою (заслінкою). У другому випадку (ротор Масгрува), дві лопаті ротора, мають аеродинамічний профіль, в початковий стартовий момент розташовані вертикально. У міру збільшення швидкості вітру лопаті починають складатися, зменшуючи підйомну силу за рахунок зменшення захоплюваної площі. І при максимальній розрахунковій швидкості вітру вітроколесо зупиняється при повному складанні лопатей. Як і ротор Дар'є, цьому ротору необхідно дати початкове обертання.

Крім розглянутих основних видів роторів з вертикальною віссю знаходять застосування різні їх модифікації і комбінації. Як приклад на рис. 4.16 представлений загальний вид варіанту технічно досконалішого ротора ВЕУ. Вітродвигун містить три лопаті І з несиметричним аеродинамічним профілем типу літакового крила, встановлені на горизонтальних несучих кронштейнах 2. Останні закріплені на вертикальному валу 3. При цьому аеродинамічні профілі лопаті 1, розташовані в горизонтальній площині вітроколеса, встановлені під необхідним розрахунковим кутом установки , наприклад 60°. З хвостових

Рисунок 4.16 - Загальний вигляд трилопатевого вітродвигуна

частин профілю лопаті І сходить потік по всій довжині лопаті. У цьому місці встановлені закрилки 4, виконані у вигляді напівциліндрів і є продовженням крилоподібного профілю 1. При цьому опуклою стороною закрилки 4 орієнтовані в бік, протилежний вхідній частини аеродинамічного профілю.

Працює вітродвигун таким чином. Вітер зі швидкістю v, взаємодіючи з лопатями 1, створює на них тиск і обертає вал 3 вітродвигуна з розрахунковою кутовою швидкістю. При цьому виникають і діють одночасно дві сили - підйомна сила на аеродинамічному профілі 1 і сила динамічного тиску внутрішньої поверхні профілю 1 на закрилках 4. Сумарне значення цих двох сил створює момент обертання вітродвигуна щодо валу 3.

При цьому потік вітру зі швидкістю V входить в конфузорний канал між сусідніми лопатями 1, розганяється до більш високій швидкості і його динамічний натиск спрацьовує на закрилки 4 з реакцією повороту потоку в бік входу, що забезпечує швидкий запуск вітродвигуна і підвищує момент обертання робочого колеса. Тому головною перевагою пропонованого вітродвигуна є виконання лопатей І у вигляді об'ємних конструкцій у поєднанні з жорсткими закрилками 4.

Це забезпечує мінімум небезпечних згинальних напруг, що виникають при його роботі, підвищує аеродинамічну якість вітротурбіни, а в цілому забезпечує надійну експлуатацію вітродвигуна з поліпшеними і міцнісними характеристиками.

Для вертикально-осьової ВЕУ в загальному випадку привід з валом, розташованим під прямим кутом, дозволяє встановити електромеханічне обладнання на горизонтальній площині, що дає можливість легко переміщати і замінювати окремі пристрої. Крім того, наявність двох осей забезпечує компактність установки, оскільки дозволяє уникнути зайвої висоти опори і спрощує будь-які модифікації системи сполучення передачі та електричного генератора. Однак ці переваги менш значущі для вертикально-осьової ВЕУ середньої та великої потужності.

Оскільки створюваний пусковий аеродинамічний момент вертикально-осьової ВЕУ ортогонального типу (ротор Дар'є, ротор Еванса) дуже малий, для її запуску можуть використовуватися електродвигун або ротор Савоніуса.

Пусковий електропривод є ефективним пристроєм для запуску ВЕУ, проте, його використання призводить або до ускладнення системи автоматичного регулювання, або до застосування ручного пуску. Застосування ротора Савоніуса, що володіє максимальною потужністю при малих окружних швидкостях, дозволяє істотно спростити процес запуску.

Вітроенергетичні установки середньої і великої потужності

В даний час у світовій вітроенергетиці застосовуються, розвиваються і вдосконалюються конструктивно-компонувальні схеми горизонтально-осьових вітроелектричних установок двох основних типів:

- традиційної (класичної) схеми ВЕУ з асинхронним генератором 1000.. .1500 об/хв і мультиплікатором (редуктором) (рис. 4.7, а);

- безмультиплікаторної схеми ВЕУ з тихохідним синхронним генератором і перетворювачем частоти електричного струму (рис. 4.7, б).

У нових зразках зарубіжних ВЕУ представлена і нова схема фірми WinWinD, що представляє щось середнє між першим і другим напрямами - вітрова установка з відносно тихохідним генератором 150...200 об/хв. і одноступінчастим планетарним мультиплікатором.

Рисунок 4.7 - Основні конструктивно-компоновочні схеми потужних ВЕУ

Із збільшенням потужності вітроелектричних установок і відповідно зі збільшенням діаметра вітроколеса зменшуються обороти вітроколеса, що обумовлено обмеженням лінійної швидкості кінця лопатей, яка для установок малої потужності (до 10 кВт) не перевищує 135 м/с, а для вітроустановок середньої та великої потужності знаходиться на рівні 60...90 м/с. Для вітроустановок потужністю від 750 до 1000 кВт, діаметр вітроколеса яких знаходиться в межах від 50 до 60 м, обороти вітроколеса не повинні бути більше 34 об/хв. Для забезпечення оборотів вітроколеса від 28 до 34 об/хв. при використанні серійних генераторів необхідний мультиплікатор з передавальним відношенням від 35 до 55. Для ВЕУ потужністю від 800 до 1000 кВт вага генератора і мультиплікатора становить від 16 до 20 т.

Враховуючи те, що асинхронні і синхронні тихохідні генератори мають дуже велику вагу і габарити, в класичній схемі ВЕУ середньої і великої потужності на практиці застосовуються дворежимні генератори з оборотами від 1000 до 1500 об/хв. у поєднанні з мультиплікаторами. Довговічність і ресурс таких машин складає від 15 до 20 років. Додаткові труднощі виникають при роботі таких ВЕУ при мінусових температурах - необхідно спеціальне масло і його попередній підігрів.

Прогресивний крок у вдосконаленні ВЕУ зробила фірма "Епегсоп", яка створила ВЕУ потужністю 600, 1800, 4500 кВт з тихохідними синхронними генераторами з оборотами ротора 38, 22, 12 об/хв. відповідно, застосувавши для оптимальної роботи зі змінними оборотами вітроколеса перетворювач частоти. Вага і вартість таких генераторів у поєднанні з перетворювачем частоти значно вище, ніж у класичній схемі ВЕУ. Забезпечення прийнятної ваги тихохідного генератора досягається за рахунок діаметра генератора: для ВЕУ потужністю 600 кВт діаметр генератора становить 5 м, а для ВЕУ потужністю 4500 кВт - 12м.

На рис. 4.8 представлений класичний приклад компонування і розміщення устаткування в вітроенергетичній установці.

Рисунок 4.8 - Склад і розміщення основних елементів конструкції вітроенергетичної установки

Призначення елементів показаної конструкції:

Анемометр - необхідний для вимірювання швидкості вітру, передає дані контролеру.

Лопаті - повітряний потік проходячи повз лопатей приводить їх в рух, більшість турбін мають дві або три лопаті.

Гальмо - необхідне для гальмування ротора в критичних ситуаціях, зазвичай це дискове гальмо з механічним, електричним або гідравлічним приводом.

Контролер - здійснює управління турбіною, стежить за швидкістю вітру та запускає її при швидкості вітру відповідній стартовій та зупиняє при швидкості вітру, що перевищує допустиму для конкретної ВЕУ.

Мультиплікатор (редуктор) - виконує роль механічного з'єднання низькошвидкісного вала турбіни з високошвидкісним, збільшуючи швидкість обертання генератора до номінальної (зазвичай 750-1000-1500 об/хв, тобто швидкості достатньої для вироблення електроенергії.

Генератор - призначений для перетворення механічної енергії в електричну, тобто вироблення електроенергії.

Високошвидкісний вал - приводить в обертання генератор.

Низькошвидкісний вал - приводиться в обертання ротором вітродвигуна.

Гондола - встановлюється нагорі башти, всередині неї розташовані генератор, коробка передач, низько - і високошвидкісний вали, керуючий контролер і гальмо.

Флюгер - служить для визначення напрямку вітру, передає дані в керуючий контролер для правильної орієнтації на напрямок вітру.

Привод гондоли - використовується для установки і корекції напрямку ротора при змінах напрямку вітру.

Слід докладніше зупинитися на механізмі повороту гондоли. Гондола з лопатями, що представляє багатотонну конструкцію, повинна повертатися на вітер, напрям якого може змінюватися досить швидко. Вся ця конструкція спирається на опорну поверхню башти (плиту), яка спільно з поворотним кільцем кабіни і опорним кільцем башти є свого роду гігантським підшипником. Обертання башти здійснюється електричним двигуном через зубчату передачу. Число електродвигунів в залежності від потужності ВЕУ і різних конструкцій вузла повороту коливається від одного до восьми. Гнучкий електричний кабель, що передає електроенергію від генератора до розподільного щита, розташованого внизу башти, може закручуватися, якщо кабіна буде повертатися в одну сторону, що цілком можливо. Тому, коли число оборотів в одну сторону досягає розрахункового значення (2...4), система управління дає сигнал на припинення обертання кабіни в що сторону з подальшою розкруткою у зворотний бік. Зміна напрямку вітру фіксується флюгером, розташованим на даху кабіни, від нього імпульс передається в систему управління і надалі на пуск електродвигуна повороту. Щоб часто не смикати гондолу, при зміні напрямку вітру, система управління дає витримку (5-10 хв.). І тільки якщо сигнал продовжує повторюватися, дається імпульс на двигун повороту. Вузол повороту має також гальмівну систему, тому що необхідно фіксувати кабіну, що має велику енергію, в точці, де вектор швидкості вітру перпендикулярний площині вітроколеса.

У додатку 3 наведено приклади розташування обладнання в гондолі вітроустановок великої потужності провідних фірм світу: Siemens, потужністю 3,6 МВт (додаток 3.1 [39]); Tacke, Windtechnik потужністю 600 кВт (додаток 3.2 [38]); FuhrlSnder потужністю 2,5 МВт (додаток 3.3 [40]); Nordex потужністю 3.3 МВт (додаток 3.4 [42]); Gamesa потужністю 2,5 МВт (додаток 3.5 [41]).

В останні 10-15 років такі фірми як "Елегсоп", "Henesys", "Vensys" (Німеччина), "Jeumont Industrie" (Франція), MPTorres (Іспанія), "Lagerwey" (Нідерланди) та ін. зі складу ВЕУ виключили мультиплікатор, застосувавши багатополюсні синхронні генератори або генератори з постійними магнітами. Однак вага і вартість таких генераторів значно перевищує вагу і вартість мультиплікатора і швидкохідного генератора разом узяті. Так для вітротурбіни Е-112 фірми "Епегсоп" (потужність 6 МВт) генератор (n = 12 об/хв.) має діаметр 12 м і важить понад 200 т при вазі гондоли з ротором 500 т, тобто вага генератора складає майже 50% від ваги агрегатного блоку.

На рис. 4.9 представлено компонування гондоли ВЕУ Enercon Е-30, потужністю 300 кВт, типова для всієї серії ВЕУ цієї фірми, потужністю 600, 1000, 2000 і 4500 кВт. Це так звана безредукторна система, її основа - багатополюсний тихохідний генератор, необхідність створення якого піддавалася сумнівам ще 15 років тому, а зараз це призвело до створення нового типу вітроустановок. Ротор генератора що безпосередньо з'єднується із валом вітроколеса, тобто швидкість його обертання дорівнює швидкості обертання вітроколеса. Компонування гондоли різко спрощується: не потрібен редуктор, не потрібна система його змащення, тобто основна особливість вітрогенераторів Enercon - відсутність трансмісії і кільцевий генератор.

Рисунок 4.9 - Компонування обладнання кабіни вітроустановки потужністю 7500 кВт фірми Enercon GmbH а - компонування; б - модель генератора 1 - гондола; 2 - привод повороту гондоли; 3 - статор генератора; 4 - привод установки кута лопаті 5 - вітроколесо; 6 - лопать вітроколеса

У гондолі знаходиться також випрямляч, що перетворює змінний струм в постійний, інвертор, що перетворює постійний струм в змінний з частотою мережі; таким чином зникає необхідність у підтриманні на генераторі постійної частоти і рівня напруги, так як ці завдання виконуються інвертором.

Размещено на Allbest.ru

...