Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНСТРУКЦІЯ ВІТРОУСТАНОВОК

Таблиця

Клас А: потужність вітроелектрогенератора ВЕУ в локальній енергосистемі є визначальною, тобто РВЕУ багато більше сумарної потужності Ри інших генераторів системи.

До класу А відносяться автономні одногенераторні вітроустановки, не підключені до енергосистеми для паралельної роботи. Потужність таких вітроустановок використовується для освітлення, електроживлення маяків, засобів зв'язку та ін. і, як правило, не перевищує 5 кВт. Якщо енергія таких ВЕУ використовується для опалювання, то їх потужність може досягати 20 кВт і більше. У автономних ВЕУ використовуються електрогенератори різних типів, найчастіше багато- полюсні генератори з постійними магнітами, класичні синхронні генератори з нестабілізованими і стабілізованими електричними параметрами на виході, асинхронні генератори з самозбудженням або допоміжним збудженням і т.п. Вартість таких ВЕУ багато в чому залежить від вибору системи управління електричним генератором. При простих електричних схемах напруга і частота (у разі генератора змінного струму) на виході генератора будуть нестабільними і нестандартними, проте енергія з успіхом може бути утилізована за допомогою випрямлячів, електричних акумуляторів і нагрівальних пристроїв. Потреби в якісній електроенергії із стабілізованими параметрами можна забезпечити застосуванням транзисторних або тиристорів перетворювачів (інверторів), що живляться від акумуляторів. У ряді випадків можна отримати якісні параметри усієї електроенергії, що виробляється, використовуючи або механічне управління лопатями вітроколеса в цілях стабілізації частоти його обертання, або електричне управління. При електричному управлінні постійність частоти обертання вітроколеса забезпечується зміною електричного навантаження на виході генератора (застосуванням баластного навантаження). При такому способі стабілізації частоти обертання енергія вітру використовується ефективніше, оскільки лопаті вітроколеса працюють в оптимальному режимі, а застосування сучасного електронного устаткування робить цей спосіб надійнішим і дешевшим, чим механічне управління.

Для ВЕУ класу В характерною є зразкова співмірність потужностей ВЕУ і дизель-генератора (ДЕС). Такий варіант звичайний для локальних енергосистем у віддалених областях. У таких системах застосування ВЕУ дозволяє заощадити дизельне паливо. Управління генераторами і досягнення якості електроенергії, ВЕУ, що виробляється, можна домогтися тими ж технічними засобами, що і в системах класу А, проте для отримання найбільшого ефекту можливе застосування інших рішень, що грунтуються на застосуванні систем акумуляції енергії (електричні акумулятори, водневі перетворювачі-акумулятори, гідроакумулюючі станції та ін.) при зв'язаному управлінні ВЕУ, ДЕС і системами акумуляції.

Клас С: ВЕУ підключена до системи набагато більшої потужності. ніж сама ВЕУ, працює паралельно з цією енергосистемою і називається мережевою. Це область системної вітроенергетики, тобто область великомасштабного використання енергії вітру, яка може при відповідному розвитку впливати на стан енергетичного балансу усієї країни. В цьому випадку доцільно використати ВЕУ великих одиничних потужностей (від 1 до 10 МВт), зібраних у вітроенергетичні станції (ВЕС). Для ВЕУ цього класу загострюються всі проблеми, оскільки ВЕУ даного класу мають великі геометричні розміри і масу, а, отже, і напружені режими роботи механічного устаткування. У цьому випадку електроенергія ВЕУ використовується безпосередньо або повністю подається в енергосистему. При слабкому вітрі і в безвітря споживачі забезпечуються електроенергією від енергосистеми. Найбільш дешевим і, можливо, безпечним типом вітроелектрогенератора в цьому випадку є асинхронний генератор змінного струму, підключений безпосередньо в енергосистему і ведений нею. При цьому частота обертання вітроколеса може не більше ніж на 10% перевищувати частоту, відповідну номінальній частоті електромережі. За даними статистики, основу сучасної вітроенергетики складають ВЕУ класу С, що працюють паралельно з енергосистемою. їх частка за потужністю становить понад 95% від сумарної встановленої потужності ВЕУ. Паралельна робота з мережею дає можливість збільшувати одиничну потужність ВЕУ, знижувати вартість електроенергії, забезпечує необхідну якість енергії і надійність електропостачання споживачів.

Структурні схеми ВЕУ та режими їх роботи в класах А, В і С різні. При розгляді конструктивних схем розрізняють тип вітродвигуна, спосіб управління ним у робочому і пусковому режимах По кожному із зазначених елементів необхідно зробити оптимальний вибір на основі порівняльного аналізу можливих варіантів. Так, для установок класу А і В, що функціонують в автономному режимі або паралельно з традиційними джерелами енергії, внаслідок нелінійності і нестаціонарності вольтамперних характеристик ВЕУ потрібне використання спеціалізованих напівпровідникових перетворювачів, що забезпечують стандартні параметри якості електричної енергії.

Залежно від орієнтації осі обертання по відношенню до напрямку вітрового потоку вітротурбіни ВЕУ можуть бути з горизонтальною віссю обертання, паралельної напрямку вітрового потоку, і з вертикальною віссю обертання, перпендикулярною напрямку вітрового потоку.

В даний час найбільшого поширення набули горизонтально- осьові пропелерні ВЕУ, що використовують підйомну силу лопаті. Вони вважаються більш ефективними зважаючи на високий коефіцієнт використання енергії вітру (ср= 0,35...0,45), мають достатній пусковий момент і легко розкручуються, включаючись в роботу при швидкостях вітру 3...5 м/с. вітроелектричний енергосистема аеродинамічний перетворювальний

Вітроелектроустановки вертикально-осьового типу прості і надійні; зручність монтажу, обслуговування та ремонту обладнання обумовлюють їх мінімальну вартість. Це стосується насамперед ВЕУ малої і середньої потужності, що працюють в районах з високим вітровим потенціалом.

Для автономних ВЕУ вимоги і прийняті технічні рішення по структурі ВЕУ, що пред'являються можуть істотно відрізнятися від тих, які повинні працювати паралельно з енергосистемою. Це пояснюється тим, що в даному випадку необхідні стандартами значення напруги і частоти джерела енергії та їх стабільність не задаються енергосистемою, а повинні бути забезпечені системами автоматичного керування самою ВЕУ. Аналіз показує, що автономні ВЕУ можна розділити на дві групи за принципом отримання заданої частоти джерела:

1) зі стабілізацією частоти, одержуваної в генераторі ВЕУ;

2) з перетворенням змінної частоти, одержуваної в генераторі, в задану постійну частоту.

Пропелерні ВЕУ середньої та великої потужності, як правило, повинні мати спеціальний механізм зміни кута повороту лопатей вітроколеса в процесі регулювання і систему автоматичного управління цим механізмом, а також (горизонтально-осьові установки) механізм орієнтації гондоли в напрямку вітру і систему управління ним.

На рис. 4.1. представлена загальна структурна схема вітроенергетичної установки, що складається з аеродинамічного, механічного, електричного, а також перетворювального модулів і системи управління.

Рисунок 4.1 - Загальна структурна схема вітроенергетичної установки

Призначення модулів структурної схеми ВЕУ:

- аеродинамічний модуль (ротор з лопатями або вітродвигун) відповідає за перетворення кінетичної енергії вітру в механічну;

- механічний модуль (гальмо, коробка передач, високошвидкісний і низькошвидкісний вали) відповідає за перетворення механічної енергії з вихідними параметрами в механічну енергію з параметрами, необхідними для роботи генератора;

- електричний модуль (генератор) - відповідає за перетворення механічної енергії в електричну;

- перетворювальний модуль відповідає за отримання електричної енергії з заданими параметрами;

- система управління (анемометр, контролер, флюгер, привод гондоли та привод лопатей) - відповідає за орієнтацію вітроустановки на вітер і максимальне використання енергії вітру.

Найбільш відповідальною частиною ВЕУ, що визначає в значному ступені активність її роботи, є лопаті вітроколеса, які в сучасних потужних горизонтально-осьових ВЕУ мають довжину 30-50 м. Цим лопатям вітродвигуна необхідно забезпечити стійкість від утомних напруг, оскільки вони піддаються впливу змінного моменту, під час одного обороту від мінімуму (нижнє положення лопаті) до максимуму (верхнє положення лопаті).

Основні труднощі в технології виготовлення лопаті складаються в необхідності забезпечення розрахункового профілю лопаті, що змінюється по довжині. Крім того в лопать необхідно "вмонтувати" провідник блискавковідводу, а також забезпечити проходження струму блискавки мимо підшипника. Лопать забезпечена механізмом повороту, що іноді діє на поворот всієї лопаті або її кінцевої частини. Для лопаті використовуються найсучасніші матеріали (пластик, вуглепластик), що забезпечують міцність і мінімально можливу вагу.

Іншим об'єктом використання високих технологій є система управління ВЕУ. Сучасна потужна вітроенергетична установка повністю автоматизована з використанням найсучаснішої елементної бази, комп'ютерної техніки та програм. Всі основні операції здійснюються без участі людини.

До базових функцій системи управління слід віднести:

- пуск і зупинка в нормальному режимі ВЕУ від датчика швидкості вітру;

- зупинка ВЕУ при аварійних режимах;

- зміна швидкості обертання (для ВЕУ з постійною або ступінчатою зміною швидкості обертання);

- включення в мережу і набір потужності;

- реєстрація та накопичення даних про швидкість вітру, потужності у виробленні електричної енергії в різних часових інтервалах: доба, місяць, рік;

- реєстрація та сигналізація про всі несправності;

- передача даних в центр управління енергосистеми, а в багатьох випадках і виробнику;

- установка (поворот) вітроколеса в задане положення по відношенню до напрямку вітру і розкручення кабелю.

Размещено на Allbest.ru