2. Конструкція і робота ВЕУ

Вітровий потік, що проходить через площу F, що охоплюється лопатями вітродвигуна (рисунок 3.3), має енергію

1.jpg

 

 

де w – швидкість вітру, м/с;

    m – маса повітря.

  Для лопатевого вітрового колеса площа   визначається через довжину лопаті. Відповідно електрична потужність ВЕУ, що розвивається, визначається формулою

 

71.jpg                                                                    

де  3.jpg- ККД вітродвигуна;

       4.jpg- електричний ККД вітрогенератора і перетворювача (в межах 0,70...0,85).

 

Дослідним шляхом встановлено, що вітряки з вертикальною віссю ротора менш ефективні, ніж вітрові колеса з горизонтальною віссю і двома - трьома лопатями. Сучасні лопаті виготовляють із склопластика, проектують їх методами гідродинаміки з врахуванням тривимірного обтікання. Ширина (хорда) лопаті зменшується до кінця для ослаблення шуму. Рівень шуму біля ВЕУ, що працює на повну потужність, не перевищує 100 дб. Довжина лопаті досягає 50 м, відповідно висота башти-щогли перевищує 50 м. ККД сучасних вітродвигунів  на рівні 25...33%. Робота ВЕУ розрахована на швидкості вітру від 3 до 25 м/с, максимальна розрахункова швидкість вітру до руйнування ротора - 60 м/с.

При різній силі вітру повинна забезпечуватися однакова стандартна частота, тобто однакове число зворотів ротора. Це досягається автоматичним регулюванням кута атаки лопаті. Гондола вітроагрегата автоматично розвертається на башті проти вітру.

Механічна енергія вітроколеса передається через редуктор і роз'ємну муфту на асинхронний генератор, розміщений в капсулі ВЕУ. Постійний струм від декількох ВЕУ, що входять до складу ВЕС, перетвориться в змінний із стандартною частотою і подається в енергосистему. Світовою вітроенергетикою відпрацьовані методи синхронізації частоти і групового регулювання ВЕУ при роботі на енергосистему, збереження частоти при поштовхах, пов'язаних із зміною швидкості вітру.

Фірма АВВ запропонувала замість асинхронного генератора використовувати генератор постійного струму високої напруги (до 20 кВ). В цьому випадку стають непотрібними редуктор, система плавного запуску, трансформатор, відповідно зменшуються габаритні розміри і маса капсули. Енергія від ВЕУ по кабелю поступає до загального перетворювача станції і від нього – в мережу.

 

 Як збирають ВЕУ

image018.jpg

 

Швидкість вітру міняється протягом доби, зазнає сезонні і інші зміни. Відповідно міняється потужність, що виробляється вітровими електростанціями, мають місце накиди і провали їх долі в навантаженні енергосистеми. Тому для підтримки частоти струму необхідно мати у складі енергосистеми запас резервних потужностей. Найпростіше це завдання вирішується при спільній роботі на енергосистему вітрових і гідравлічних станцій, у тому числі ГАЕС.

5.jpg

Рисунок 2.1 – Схеми ВЕУ

 

Надлишкова енергія, яка виробляється ВЕС в години мінімального вжитку енергосистемою, може акумулюватися закачуванням води в розташований вище басейн. Можна використовувати її, закачувавши стисле повітря в підземні резервуари, або виробляючи водневе паливо електролізом води.

 

Як працює ВЕУ 

image020.jpg

 

image021.jpg

 

 У Росії випуск вітрових енергоустановок «Веселка» початий на АООТ «Тушинський машзавод». Російське енергомашинобудування має достатній досвід для вирішення механічних і електромеханічних проблем розробки і виробництва ВЕУ. Правда, немає досвіду виготовлення найбільш відповідальних деталей – великорозмірних лопатей вітроколеса. Висловлюються побоювання з приводу обмерзання ротора установки в зимовий час, особливо при роботі на побережжі Кольського півострова, де холодне повітря є сусідами з незамерзаючим морем. За літературними даними, в Данії і північній Німеччині працюючі ВЕУ взимку не обмерзають – очевидно, вібрації лопатей із склопластика струшують налиплі частки льоду. Проте при зупинці ВЕУ заледеніння ротора може викликати поломки.

 

Перейти до початку посібника