Подклассы мощности ветроэнергетических установок
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 01.09.2016 2016-09-01
Статья просмотрена: 418 раз
Библиографическое описание:
Шепелев, А. О. Подклассы мощности ветроэнергетических установок / А. О. Шепелев, Е. Ю. Артамонова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 17 (121). — С. 96-99. — URL: https://moluch.ru/archive/121/33514/ (дата обращения: 18.06.2021).
В данной статье рассматриваются различные диапазоны мощностей ветроэнергетических установок, выделенные исходя из параметров ветроагрегата, условий потребления мощности и монтажа.
Ключевые слова: ветрогенератор, мощность, производители ВЭУ
В настоящее время ветроэнергетика вызывает возрастающий интерес у сторонников альтернативных источников энергии. Это связанно с разработками отечественных и зарубежных ученых. В свою очередь правительством России создаются условия для стимулирования развития генерирующих объектов, функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии.
Преобразование кинетической энергии ветра в электрическую осуществляется с помощью ветроэнергетических установок. ВЭУ могут использоваться для различных целей, начиная от заряда аккумуляторных батарей, отопления объектов с помощью ТЭНов и энергосбережения различных объектов до подачи электроэнергии в сети централизованного электроснабжения [1].
Ветрогенератор (рис.1) состоит из лопасти (пропеллера), ротора турбины (вращающейся части), генератора, оси генератора, инвертора, превращающего переменный ток в постоянный для зарядки батарей, аккумулятора [2].
Рис. 1. Состав ветрогенератора
Генератор — вырабатывает переменный ток, заряжает аккумуляторы.
Лопасти — преобразуют кинетическую энергию ветра во вращение, приводят в движение вал генератора.
Аккумулятор — накапливают электроэнергию для использования в безветренную погоду, выравнивают и стабилизируют выходящее из генератора напряжение.
Инвертор — преобразует постоянный ток в переменный. При вращении ротора создаётся трёхфазный переменный ток, затем идущий через контроллер на аккумуляторную батарею постоянный ток для его зарядки, далее инвертор, преобразующий ток в стабильно-переменный для подачи на потребителей (освещение, телевизор, радиоприёмник, отопительные батареи и т. д.). Таково схематическое устройство ветряных установок (рис.2).
Рис. 2. Схематический чертеж ветрогенератора
Принцип работы любого вида ветрогенератора следующий: вращение вызывает три вида физического воздействия на лопасти винта — импульсную силу и подъёмную, в результате которых начинает приходить в движение маховик, и тормозящую силу. Две силы против одной преодолевают сопротивление и маховик раскручивается, ротор создаёт магнитное поле на неподвижной части генератора. Этого достаточно, чтобы по проводам пошёл электрический ток.
Современные производители предлагают ВЭУ широкого диапазона мощностей и различного технического исполнения. Согласно ГОСТР 51237–98 [3] ВЭУ классифицируются на 4 класса мощности. Подклассы характеризуются следующими параметрами: номинальная мощность ВЭУ, габаритные размеры и вес ВЭУ, возможность ВЭУ работать на нужды отдельного потребителя, возможность ВЭУ работать на нужды системы электроснабжения поселка, возможность бескранового монтажа ВЭУ; возможность бескранового монтажа ВЭУ с применением специализированных подъемных устройств, необходимость использования крановой техники при монтаже ВЭУ.
ВЭУ мощностью 900–1500 кВт. Данные ВЭУ относятся к классам средней и большой мощности. ВЭУ данного класса являются наиболее производительными. Подобные ВЭУ могут быть установлены только в населенных пунктах, где имеется развитая транспортная инфраструктура, способная принимать сорокафутовые контейнеры, и способная доставить крупногабаритное оборудование до места установки ветропарка. Для монтажа рассматриваемых ВЭУ также требуется крановая техника. Данный подкласс ВЭУ может использоваться только для электроснабжения поселков или крупных потребителей. В данном подклассе рекомендованными производителями ВЭУ являются «Nordwind Energieanlagen GmbH», «Fuhrlaender AG», «Vergnet Eolien», «Goldwind Science & Creation Windpower Equipment Co. Ltd» и «Suzlon Energy Ltd».
ВЭУ мощностью 100–275 кВт. Данный тип ВЭУ относится к классу ВЭУ средней мощности. Наибольший интерес данные ВЭУ представляют за счет того, что монтаж данных установок производится без использования крановой техники, но с использованием подъемных устройств. Подъемное устройство представляет собой лебедку с дополнительным набором функций. В ВЭУ Vergnet GEV MP 275 (рис.3) подъемное устройство вмонтировано в гондолу.
Рис. 3. ВЭУ VergnetGEVMP 275
Для ВЭУ «Nordwind» (рис.4) подъемное устройство докупается отдельно. Для ВЭУ «Northern Power 100» (рис.5) может быть использована обычная лебедка. Но данные ВЭУ менее габаритны и имеют меньшую массу по сравнению с предыдущим подклассом и могут транспортироваться в двадцати и сорокафутовых контейнерах.
Рис. 4. ВЭУ «Nordwind»
Рис. 5. ВЭУ «Northern Power 100»
Для выгрузки оборудования требуется небольшой портовый кран, грузоподъемностью 10–20 тонн. Данный подкласс ВЭУ рассматривается в населенных пунктах с достаточно большим годовым потреблением электрической энергии (более 2 000 МВт*ч/год). В данном подклассе находятся ВЭУ «Nordwind Energieanlagen GmbH», «Vergnet Eolien» и «Northern Power».
ВЭУ мощностью от 30 до 100 кВт. Данные ВЭУ относятся к ВЭУ малой мощности. Их особенность заключается в том, что они достаточно малогабаритны и могут быть смонтированы без использования специализированных подъемных устройств. Для монтажа ВЭУ достаточно обычной лебедки или грузовой машины. Данные ВЭУ ориентированы на производство электрической энергии с параллельно работающими дизельными электрическими станциями или другими источниками электрической энергии. Данный состав оборудования может быть рекомендован для населенных пунктов с децентрализованным электроснабжением с ежегодным потреблением менее 2 000 МВт*ч/год. В данном подклассе находятся ВЭУ «Northern Power», «ГРЦ-Вертикаль», «Hummer Dynamo», «Enduracne windpower».
ВЭУ мощностью до 15 кВт. Данный подкласс ВЭУ мощностью до 15 кВт. Данный подкласс ВЭУ предназначен для электроснабжения отдельных потребителей. Данные ВЭУ относятся к классу ВЭУ малой и очень малой мощности. ВЭУ вырабатывают напряжение в 220 В или 380 В. Они обязательно снабжаются выпрямительными устройствами, инверторами и накопителями электрической энергии (аккумуляторными батареями). Данные ВЭУ не приспособлены к параллельной работе с сетью. Возможно поочередное электроснабжение потребителя от ВЭУ и сети (ДЭС). Потребителю выгодно устанавливать от 1 до 3 подобных ВЭУ. Установки, как правило, крепятся на крышах домов или мачтах. В данном подклассе находятся ВЭУ «ГРЦ-Вертикаль», «Hummer Dynamo», «Enduracne windpower», «Сапсан-Энергия».
Источник
Классификация современных ветроэнергетических установок по мощности
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 01.09.2016 2016-09-01
Статья просмотрена: 2352 раза
Библиографическое описание:
Шепелев, А. О. Классификация современных ветроэнергетических установок по мощности / А. О. Шепелев, Е. Ю. Артамонова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 17 (121). — С. 92-96. — URL: https://moluch.ru/archive/121/33503/ (дата обращения: 18.06.2021).
Классификация современных ветроэнергетических установок по мощности
Шепелев Александр Олегович, магистрант
Артамонова Елена Юрьевна, магистр
Омский государственный технический университет
В данной статье представлена классификация современных ветроэнергетических установок по мощности и область их применения.
Ключевые слова: ветроэнергетическая установка, классификация, мощность
Применение нетрадиционных и альтернативных источников энергии в настоящее время одна из наиболее распространенных задач, как с точки зрения создания энергоресурсов, так и с точки зрения их потребления.
Особенный интерес к таким источникам энергии исходит от населения, находящегося в зонах, отдаленных от центрального электроснабжения, другими словами в зонах без электрификации. Энергию, получаемую при работе альтернативных источников энергии можно использовать как для постоянного энергоснабжения, так и для резервного энергоснабжения, что особенно удобно для коттеджных поселков, небольших населенных пунктов или стратегических объектов [1].
Россия является одной из стран, обладающих большим энергопотенциалом, в том числе и энергией ветра. Применение энергии ветра в последнее время находит всё большее распространение, как в работах отечественных ученых, так и в разработках зарубежных изобретателей.
Ветрогенераторы — это генераторы электрической энергии, предназначенные для превращения энергии ветра в электрическую. Сегодня ветрогенераторы — высокотехнологичное изделие мощностью от 5 кВт до 4500 кВт единичной мощности. Ветрогенераторы современных конструкций позволяют использовать экономически эффективно энергию даже самых слабых ветров — от 4 метров в секунду. С помощью ветрогенераторов сегодня можно не только поставлять электроэнергию в «сеть», но и решать задачи электроснабжения локальных или островных объектов любой мощности [2].
На данный момент существует огромное количество ветроэнергетических установок. Условно их можно поделить на ВЭУ с вертикальной (рис. 1) и горизонтальной (рис. 2) осью вращения. ВЭУ с горизонтальной осью получили большое распространение за рубежом в странах с хорошо развитой инфраструктурой (Германия, Дания, Испания). Также ветроэнергетические установки с горизонтальной осью вращения получили большое распространение в оффшорном энергоснабжении (рис. 3). Установки с вертикальной осью постепенно заполоняют рынок и широко используются потребителями средней и малой мощности. Наиболее распространенными видами установок с вертикальной осью вращения являются установки с роторами Дарье и роторами типа Савониуса.
Рис. 1. Ветровые установки с вертикальной осью вращения, на основе ротора Дарье, построенные в Австралии в 1980-х годах
Рис. 2. Ветровые установки с горизонтальной осью вращения
Рис. 3. Оффшорные ветровые установки с горизонтальной осью вращения
В настоящее время ведутся разработки всё большего количества моделей многофункциональных энергетических комплексов, работающих на основе использования в качестве первичных источников ветроэнергетической, солнечной или гидроэнергетической установки, или их комбинации (рис. 4), которые могут быть использованы для автономного гарантированного и бесперебойного питания потребителей [3–5].
Рис. 4. Ветросолнечная электростанция
Разработка устройств систем автономного энергоснабжения актуальна для малонаселённых территорий с неразвитой инфраструктурой и отсутствием электрификации. Потенциальными потребителями ветроэнергетических установок с целью резервирования энергии являются объекты особой группы электроснабжения, военные части, туристические объекты, малые объекты обслуживающей инфраструктуры, небольшие фермерские хозяйства. Так же ветроустановка может применяться как дополнительный источник электроэнергии для снижения затрат при питании от сетевых компаний, это актуально при наличии достаточных ветровых условий, а при применении концентратора это практически любые территории с ветрами более 5м/с. Потенциальным потребителем в этом случае являются частные домохозяйства
Согласно ГОСТ Р 51237–98 [6] все ВЭУ классифицируются на 4 класса мощности.
ВЭУ очень малой мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью до 5 кВт. Генераторы таких ВЭУ как правило вырабатывают постоянное напряжение. ВЭУ переназначены для электроснабжения отдельных потребителей с использованием аккумуляторных батарей или других видов накопителей энергии. Такие ВЭУ могут работать с другими источниками энергии (солнечными батареями, ДЭС) на шине постоянного напряжения. Монтаж ВЭУ осуществляется бескрановым способом.
Наибольший эффект от использования ВЭУ очень малой мощности можно получить, если их устанавливать на возвышенностях, берегах рек и крупных озер.
ВЭУ малой мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью от 5 до 100 кВт. Данные ВЭУ, в зависимости от технического исполнения могут работать на шину постоянного напряжения децентрализованного потребителя, так и на шину переменного напряжения небольшого поселка. Для электроснабжения поселков возможно использовать ВЭУ малой мощности от 30 кВт и более. ВЭУ малой мощности выполняются как с вертикальной, так и с горизонтальной осью вращения. Монтаж ВЭУ осуществляется бескрановым способом.
ВЭУ малой мощности перспективно использовать для электроснабжения удаленных поселков и отдельных потребителей, не имеющих централизованного электроснабжения.
ВЭУ средней мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью от 100 до 1000 кВт. В данном классе с большим отрывом преобладают ВЭУ с горизонтальной осью вращения. Данный класс ВЭУ предназначен в основном для работы с децентрализованной системой электроснабжения небольшого поселка, предприятия или военной базой. ВЭУ средней мощности более производительны, чем ВЭУ малой и очень малой мощности. Такие ВЭУ возможно установить в северных населенных пунктах, где имеется существенный энергодефицит. Строительство ветропарков из ВЭУ средней мощности не будет требовать завоза и использования крановой техники, что весьма проблематично в условиях северных территорий нашей страны.
ВЭУ большой мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью более 1000 кВт. В данном классе в свободной продаже имеются только ВЭУ с горизонтальной осью вращения. ВЭУ большой мощности имеют высокие башни высотой от 70 до 120 метров. Самая большая ВЭУ в мире «Enercon E-126» имеет мощность 7 МВт и диаметр лопастей 126 метров.
При использовании ВЭУ большой мощности возникает ряд определенных трудностей, связанный с условиями эксплуатации ВЭУ. Ветровые потоки в различных слоях атмосферы имеют различные направления и скорости движения. Особенно это свойственно для континентальной зоны, где завихрения ветрового потока создаются шероховатостями поверхности (лесом, рельефом, возвышенностями и т. д.). Ветроколеса большого диаметра могут сильно терять в производительности по указанной выше причине.
ВЭУ большой мощности мультимегаваттного класса перспективно использовать ВЭУ в прибрежных и оффшорных зонах. Водная гладь не имеет шероховатостей и создаваемый воздушный поток будет достаточно равномерным на всей ометаемой площади.
- Бубенчиков, А.А Выбор оптимального генератора для ветроустановки / А. А. Бубенчиков, Р. А. Дайчман, Е. Ю. Артамонова, Т. В. Бубенчикова, А. А. Гафаров, И. А. Гаибов // Международный научно-исследовательский журнал. — 2015. — № 10(41) — С. 18–22.
- Дайчман Р. А. Выбор ветроустановок для систем автономного электроснабжения // Молодой ученый. — 2015. — № 24. — С. 117–121.
- Автономная система бесперебойного электроснабжения, использующая возобновляемый источник энергии: пат. 113615 Рос. Федерация: МПК H02J 3/00 / А. Б. Васенин, О. В. Крюков, В. Г. Титов; заявитель и патентообладатель ОАО «Гипрогазцентр». — № 2011138865/07; заявл. 22.09.11; опубл. 20.02.12, Бюл. № 5
- Система энергоснабжения потребителя на основе комплексного использования классических и возобновляемых источников энергии: пат. 128702 Рос. Федерация: МПК F24H 7/00 F24J 2/00 / А. А. Гуммель, А. Н. Слепченко, Д. В. Батищев; заявитель и патентообладатель ООО СКТБ «Инверсия». — № 2012120399/28; заявл. 16.07.12; опубл. 27.05.13, Бюл. № 15
- Энергообеспечивающий комплекс на основе альтернативных источников энергии: пат. 113886 Рос. Федерация: МПК H02J 9/06 / А. Ю. Клейман и [др.]; заявитель и патентообладатель Российская Федерация, от имени которой выступает ФГУ «Пограничный научно-исследовательский центр ФСБ России». — № 2011136415/06; заявл. 01.09.11; опубл. 27.02.12, Бюл. № 20
- ГОСТ Р 51237–98. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения.
Источник