Устройство промышленной ветряной установки

Лекция №5. Нетрадиционные источники энергии.

Ветрогенераторы.

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

Ветрогенераторы можно разделить на две категории: промышленные и домашние (для частного использования). Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветряная электростанция. Её основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 7,5 МВт.

Мощность ветрогенератора зависит от скорости ветра и ометаемой площади.

Устройство промышленной ветряной установки

Рис.1. Схема ветрогенератора.

1. Фундамент

2. Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления

3. Башня

4. Лестница

5. Поворотный механизм

6. Гондола

7. Электрический генератор

8. Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)

9. Тормозная система

10. Трансмиссия

11. Лопасти

12. Система изменения угла атаки лопасти

13. Колпак ротора

Также необходимыми элементами ВЭУ служат система пожаротушения, телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора и система молниезащиты.

Мощность ВЭУ зависят от многих факторов и может быть записана в виде:

, где

• Cp – к-т мощности, зависимый от угла атаки и безразмерной переменной λ = произведению угловой скорости и радиуса турбины отнесенной к скорости ветра

• Pw – мощность ветра

Типовая зависимость коэффициента мощности Cp от параметров представлена на следующем рисунке

Рис.2. Коэффициент мощности ветрогенератора.

Принимая во внимание все взаимосвязи можно построить обобщенную мощностную характеристику турбины (рис.3).

На графике показан рабочий диапазон скоростей ветра, при которых допустима работа турбины.

Передача мощности от турбины в сеть должна проходить в несколько этапов. В связи с переменной скоростью вращения турбины выход генератора, подключенного к турбине имеет переменную частоту. Поэтому выход генератора подключается к преобразователю частоты, который согласует выходное напряжение установки с промышленной сетью.

Обобщенная схема преобразователя представлена на рис.4.

Рис.3. Зависимость мощности ветрогенератора от скорости ветра.

Рис.4. Структурная схема ветрогененератора.

Одной из основных проблем при использовании энергии ветра является существенная нестационарность потока ветра. В связи с этим фактом, использование ветрогенератора без промежуточных накопителей энергии как правило не представляется возможным. Поэтому, ветровые генераторы либо подключаются к уже существующей сети, чтобы иметь возможность получать энергию при отсутствии ветра, либо использовать большие буферные аккумуляторы и подключаемые инверторы.

Для улучшения процесса генерации энергии ветровые станции строят в местах с благоприятной розой ветров, часто в прибрежных районах.

Компания «Сименс» и норвежская энергетическая компания Hydro заключили договор о сотрудничестве с целью разработки плавучих ветровых электростанций. Первая плавучая ветровая турбина вскоре будет испытываться недалеко от побережья Норвегии. Плавучие электростанции обладают целым рядом преимуществ. Например, их можно установить в глубоководных прибрежных регионах, чтобы использовать более стабильные ветры, дующие в этих местах. Кроме того, их можно строить практически в любой точке в открытом море. Компания «Сименс» поставляет четыре паровые турбины для четырех солнечных тепловых электростанций в Испанию. Когда они начнут работать, эти электростанции станут наиболее крупными электростанциями такого типа в Европе; благодаря солевому термическому резервуару они смогут работать летом 24 часа в сутки.

Дата добавления: 2015-07-17