Ветроэнергетическая установка роторного типа с улучшенными экологическими характеристиками.

Известен ряд типов ветроэлектрических станций (ВЭС) с горизонтальными и вертикальными осями роторов пропеллерного, барабанного и роторного типов (Дарье, ротор Савониуса). Производимые в мире пропеллерные ВЭС большой мощности по технико-экономическим показателям интенсивно совершенствуются в направлении новых конструктивных решений и применяемых материалов.

Ведется разработка ВЭС с вертикальным расположением ветровоспринимающих элементов и низким размещением генератора. Это объясняется значительным упрощением конструктивной схемы, удобством монтажа и обслуживания. Одно из главных достоинств таких ВЭС - возможность принятия одновременно ветровых течений разного направления и вообще отсутствие необходимости учитывать направление ветра при установке и эксплуатации.

Отличительные особенности разрабатываемых ветроэлектростанций роторного типа:

§ рабочая скорость ветра от 3 м/с и выше без ограничений (испытана до 45 м/с);

§ работа при ветрах любого направления без каких - либо систем ориентации;

§ модульный принцип конструкции ветромеханической части;

§ быстрый ввод в эксплуатацию;

§ широкодоступные конструкционные материалы;

§ «утилизирует» внезапные порывы и высокочастотные пульсации скорости ветра;

§ вращение ротора начинается самостоятельно;

§ бесшумность (30dB на расстоянии 5 м при скорости ветра 15 м/с).

§ высокие эксплуатационные свойства и устойчивость, поскольку генератор и другое оборудование находится на уровне земли;

§ безопасность для птиц и животных;

§ возможность создания многорядных ветроэнергетических плотин большой мощности;

§ электрический генератор и система автоматики оригинальной конструкции с высоким КПД, который согласован с ветромеханической частью ВЭС и соединен без редуктора непосредственно с валом ротора.

Рис. 4.10. ВЭУ роторного типа.

На рис.4.10 изображен схематичный разрез роторного ветрогенератора с комплектующими элементами и состоящего из осесовмещённых вертикальных роторных модулей.состоящих в свою очередь из кольцевых направляющих аппаратов, внутри которых на подшипниковых узлах установлены роторы, выходной вал которых шлицевым соединением присоединен к валу электрогенераторов. Каждый модуль присоединен к соседнему при помощи жестких рам. Роторы по высоте могут иметь переменные параметры и снизу на высоте не менее 5-10 м от поверхности земли закреплены на башне, состоящей из верхнего (машинного) отделения, среднего и нижнего (жилых или производственных) помещений, установленных на фундаментных блоках. Сверху ВЭС закреплен шпиль молниеотвода.

Направляющий аппарат забирает воздух из свободного потока, направляет на рабочие лопатки виндротора, обеспечивает активный выход отработанного воздуха из объема виндротора. Воздушный поток на лопатках виндротора реализует два своих параметра - динамический напор и скорость, чем определяются высокий момент, создающийся при трогании двигателя при низких скоростях ветра и высокая скорость набора нагрузки при росте скорости ветра.

Благодаря 2-кратному изменению направления потока на лопатках роторов кинетическая энергия ветра с высоким КПД преобразуется в механическую энергию вращения вала роторов, которая электрогенератором преобразуется в электрическую.

Разработанный электрогенератор и электронная схема управления работой ВЭС обеспечивают постоянство напряжения при меняющейся скорости ветра и изменяющейся развиваемой генератором мощности с высоким КПД на всех скоростях ветра. При этом стабилизация оптимальной скорости вращения и использование максимального объема воздушного потока изменяющейся в нем энергии при высоком КПД обеспечивается соблюдением соотношения между диаметрами ротора и направляющего аппарата для конкретных условий размещения ВЭС.

Для роторных ВЭС коэффициент использования энергии ветра увеличивается на 25-30% в диапазоне скоростей 6-20 м/с и остается на уровне 30-40 % при скоростях ветра выше 20 м/с (до 55-70 м/с), когда ВЭС другого типа не работоспособны. В результате утилизации энергии порывистого ветра и увеличенного коэффициента использования ветра годовая выработка энергии становится в 1,5-3 раза выше, по сравнению с пропеллерными ВЭС.

На ВЭС имеется регулятор выдаваемой электрической мощности при произвольно меняющейся энергии ветрового потока, стабилизирующий в определенных пределах скорость вращения ротора и напряжения на шинах ВЭС. При автономной работе ВЭС регулятор дает команду на подключение или отключение потребителей электроэнергии, работающих в накопительном режиме:

• водяных насосов для закачки воды в напорный бак,

• обогрев воды и помещений,

• аккумуляторных установок,

• приводов дробилок кормов, мельниц и т.п.

При работе на энергосистему выдаваемая мощность пропорциональна мощности ветрового потока.

Применение роторных ВЭС малой 300 Вт- 1 кВт мощности резко расширяет круг потребителей энергии ветра делая доступным эксплуатацию электронного и другого оборудования в автономном режиме.

Для комплектации роторных ВЭС разработан многополюсной полирежимный генератор постоянного тока с выходным напряжением 12-1000 В зависимости от его мощности, снабженный системой автоматического включения возбуждения в диапазоне энергосодержащих скоростей ветра, обеспечивающий постоянство напряжения при изменяющейся в широких пределах скорости ветра. Выход в энергосистемы, а так же параллельная работа с генераторами других типов осуществляется через инвертор.

Построены и эксплуатируются несколько роторных ВЭС различной установленной мощности в степных и высокогорных районах Казахстана.

Ветросиловая часть станции сконструирована таким образом, что позволяет преобразовать с высоким КПД, кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения вала и работоспособна в любом диапазоне встречающихся в природе ветров, включая штормовые.

Ветросиловая часть принимает ветер с любой стороны и не требует разворота станции при изменении направления ветра.

В табл. 4.5 приведены технические характеристики роторной ВЭУ-20.

Таблица 4.5.

Техническая характеристика ВЭС 20 кВт

Диаметр ротора, мм	<600
Диаметр статора, мм	< 1000
Скорость вращения вала ротора, об-мин	<600
Количество модулей, шт.
Привод	Без редуктора
Высота, м
Общий вес, т	3.1
Конструкционные материалы	Сталь, оцинкованное железо алюминий
Рабочий диапазон скорости ветра, м/с	3-50
Электрическая комплектация автономной ВЭС
Вентильный тихоходный генератор 20 кВт	780 кг
Автоматика генератора	1 комплект
Инвертор 50 Гц, 220 В	1 шт.
Годовая расчетная выработка электроэнергии (кВт.ч) в зависимости от среднегодовой скорости ветра (м/с) без учета энергии ветра в порывах.
5 м/с	кВт-ч
6 м/с
7 м/с
8 м/с

Дата добавления: 2015-10-21