Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Техніка arrow Основи вітроенергетики
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Призначення і класифікація вітроенергетичних установок

У загальному випадку вітроенергетична установка (ВЕУ) представляє собою комплекс взаємопов'язаного обладнання та споруд, призначений для перетворення енергії вітру в інші види енергії (електричну, механічну, теплову та ін.) і включає в себе вітроагрегат і вітродвигун.

Вітроагрегат, будучи основною частиною ВЕУ, складається з вітродвигуна, системи передачі вітрової потужності на навантаження (споживачу) і самого споживача вітрової енергії (якого-небудь пристрою: електромашинного генератора, водяного насоса, нагрівача і т. п.).

Вітродвигун є пристроєм для перетворення кінетичної енергії вітру в механічну енергію робочого руху вітродвигуна. Робочі рухи, які робить вітродвигун, можуть бути різними. На існуючих сьогодні вітродвигунах в якості робочого руху використовується круговий обертальний рух. Разом з тим відомі численні пропозиції (іноді навіть реалізовані) по використанню інших видів робочого руху, наприклад коливального.

Враховуючи явні переваги електричної енергії з точки зору її генерації, передачі, розподілу і перетворення, переважного розвитку і поширення набули вітроелектричні установки. Сучасні вітроелектричні установки (у зарубіжній літературі їх називають вітротурбіни) являють собою складну автоматизовану електромеханічну систему з перетворення кінетичної енергії рухомих мас повітря (вітрового потоку) в електричну із заданою якістю. Світовий досвід використання ВЕУ показав, що конструктивно вона повинна складатися з вітродвигуна (ВД) 1, машинного відділення 2, опори 3 (рис. 2.13).

Вітродвигун безпосередньо перетворює енергію вітрового потоку в механічну, яка в подальшому використовується для приводу різних механізмів і машин (наприклад, насосів) або трансформується в електричну енергію. Вітродвигуни, використовувані в якості приводу електричного генератора ВЕУ, поділяють на два основних типи:

горизонтально-осьові (ТО), що характеризуються колінеарністю вектору кутової швидкості обертання вітродвигуна і аксіальної складової вектора швидкості вітрового потоку (рис. 2.8, а);

вертикально-осьові (ВО), що характеризуються ортогональністю векторів кутової швидкості обертання вітродвигуна і аксіальної складової вектора швидкості вітрового потоку (рис. 2.8, б).

Загальний вигляд вітроелектричної установки: а – з горизонтально-осьовим ротором; б – з вертикально-осьовим ротором

Рисунок 2.13 – Загальний вигляд вітроелектричної установки: а – з горизонтально-осьовим ротором; б – з вертикально-осьовим ротором

ВЕУ класифікують за такими ознаками: виду вироблюваної енергії, рівню потужності, призначенню, областях застосування, ознакою роботи з постійною або змінною частотою обертання вітроколеса, способам управління, типом системи передачі вітрової потужності споживачу.

Залежно від виду енергії, що виробляється ВЕУ поділяють на вітроелектричні та вітромеханічні. Електричні ВЕУ, у свою чергу, поділяються на вітроустановки, що виробляють електроенергію постійного або змінного струму. Механічні ВЕУ служать для приводу робочих машин.

За рівнем потужності ВЕУ підрозділяють на чотири групи:

– дуже малої потужності, менше 5 кВт;

– малої потужності, від 5 до 100 кВт;

– середньої потужності, від 100 до 1000 кВт;

– великої потужності, понад 1 МВт.

Вітроустановки кожної групи відрізняються одна від одної перш за все конструктивним виконанням, типом фундаменту, способом установки вітроагрегату на вітер, системою регулювання, системою передачі вітрової потужності, способом монтажу і способом обслуговування.

У залежності від призначення електричні ВЕУ постійного струму поділяють на:

– вітрозарядні;

– гарантованого електропостачання споживача;

– негарантованого електропостачання.

Електричні ВЕУ змінного струму поділяють на:

– автономні;

– гібридні, що працюють паралельно з енергосистемою сумірної потужності (наприклад, з дизельною установкою);

– мережеві, які працюють паралельно з потужною енергосистемою.

Механічні ВЕУ за призначенням поділяють на:

– вітронасосні для приводу водяних насосів;

– вітросилові для роботи з промисловими і побутовими механізмами.

Класифікація ВЕУ за областями застосування визначається їх призначенням. При розрахунку і проектуванні вітродвигуна та виборі його номінальних параметрів необхідно враховувати:

– тип навантаження (електрогенератор, водяний насос і т. п.);

– тип системи передачі вітрової потужності до споживача;

– тип системи генерування та акумулювання електроенергії.

Як правило, вітроелектричні установки складаються з наступних функціональних частин:

– первинного перетворювача;

– електричного генератора;

– опорно-поворотного пристрою;

– системи управління ВЕУ.

Горизонтально-осьові ВЕУ середньої та великої потужності можуть мати механізм регулювання кута установки лопатей ротора і механізм орієнтації вітроагрегата.

Первинний перетворювач включає в себе вітродвигун і призначений для перетворення кінетичної енергії вітру в обертальний рух ротора електричного генератора. Електричний генератор призначений для перетворення механічної енергії обертання в електричну енергію. Первинний перетворювач і електричний генератор утворюють вітроагрегат (ВА). Опорно-поворотний пристрій призначений для розміщення вітроагрегата на башті (опорі).

Одна або декілька груп вітроелектричних установок утворюють вітрову електричну станцію (ВЕС), до складу якої входять (крім ВЕУ):

– система управління ВЕС:

– одна або кілька метеовишок;

– трансформаторні підстанції (ТП);

– підстанція.

Система керування ВЕС здійснює керування, контроль і облік роботи ВЕС в цілому і кожної ВЕУ окремо. Метеовишка призначена для визначення швидкості і напряму вітру та видачі цієї інформації в систему керування ВЕС. Трансформаторна підстанція обслуговує декілька ВЕУ (групу) і забезпечує підвищення напруги від генераторів ВЕУ до величини лінії електропередачі на підстанцію. Підстанція ВЕС призначена для розподілу і передачі енергії від ВЕС в електромережу енергосистеми.

Функціональна схема ВЕС на базі типової вітротурбіни великої потужності представлена на рис. 2.14.

Вітродвигуни класифікують за рядом різних ознак, як основних, так і другорядних. Одним з основних ознак класифікації є орієнтація

Функціональна схема ВЕС

Рисунок 2.14 – Функціональна схема ВЕС

вектора кутової швидкості обертання ротора вітродвигуна щодо векторів швидкості вітру у вільному атмосферному потоці. За цією ознакою вітродвигуни підрозділяють на колінеарні і ортогональні.

Колінеарним називають вітродвигун, для якого вектори швидкості вітру і кутової швидкості обертання ротора вітродвигуна, паралельні або антипаралельні. Таким є горизонтально-осьовий вітродвигун. Ортогональним в загальному випадку називають вітродвигун, для якого вектори швидкості вітру і кутової швидкості обертання ротора вітродвигуна, перпендикулярні. Можливі два випадки варіантів їх поєднання:

– вектор обертання кутової швидкості обертання ротора вітродвигуна перпендикулярний поверхні землі; таким вітродвигуном є вертикально-осьовий вітродвигун, званий іноді роторним, або карусельним;

– вектор обертання кутової швидкості обертання ротора вітродвигуна паралельний поверхні землі; такий вітродвигун називається іноді барабанним.

Можливий вітродвигун, у якого кут між векторами швидкості вітру і кутової швидкості обертання ротора вітродвигуна є гострий (від 0 до 90°).

Такий вітродвигун можна назвати похилоосьовим. Прикладом реалізації цієї схеми є шнековий вітродвигун.

За іншою основною ознакою, за принципом силової аеродинамічної взаємодії лопатевої системи вітродвигуна з потоком набігаючого на нього повітря, вітродвигуни можна підрозділити на два типи:

– вітродвигуни, які використовують під час руху лопатевої системи підйомну силу, що виникає на робочих елементах лопатевої системи (жорстких лопатях, циліндрах, що обертаються) і створює круглий момент;

– вітродвигуни, які використовують під час руху лопатевої системи розходження в аеродинамічних силах, що виникають на різних елементах лопатевої системи (крилових лопатях або яких-небудь інших поверхнях), в моменти руху цих поверхонь за напрямком вітру і проти напрямку вітру, тобто розходження в аеродинамічному опорі, що виникає на елементах лопатевої системи.

Незважаючи на різноманіття теоретично можливих і практично реалізованих схем ВЕУ, сучасні вітроагрегати незалежно від рівня потужності є або пропелерними горизонтально-осьовими, або ортогональними вертикально-осьовими вітродвигунами (використовують підйомну силу на лопатях), оскільки саме ці два типи вітродвигуна мають найбільш високі техніко-економічні показники.

Горизонтально-осьові вітродвигуни в порівнянні з вертикально- осьовими мають наступні переваги:

– можливість самостійного пуску без допоміжного приводу за рахунок зміни кута установки лопатей;

– більшого значення коефіцієнта використання енергії вітру;

– більшого значення коефіцієнта швидкохідності X і, як наслідок цього, велику частоту обертання вітродвигуна, що дозволяє зменшити масогабаритні показники електромеханічного обладнання;

– виключення необхідності в кутовій передачі обертального моменту.

До основного недопіку пропелерних горизонтально-осьових двигунів слід віднести необхідність в пристрої орієнтації на напрямок вітру.

Ортогональні вертикально-осьові двигуни в порівнянні з пропелерними горизонтально-осьовими володіють такими перевагами:

– незалежністю функціонування від напрямку вітрового потоку, що усуває необхідність орієнтування вітродвигуна на цей напрямок;

– вертикальним валом, що дозволяє розмішувати електромеханічне обладнання біля основи ВЕУ, що знижує вимоги до міцності і жорсткості опори, не обмежує масогабаритні показники обладнання, спрощує технічне обслуговування та ремонт;

– можливістю кріплення лопатей до ротора в декількох місцях, що знижує вимоги по міцності і жорсткості лопаті;

– меншим значенням окружної швидкості лопаті за менших значень коефіцієнта швидкохідності;

– відносною простотою виготовлення лопатей.

До числа недоліків вертикально-осьових вітродвигунів слід віднести: менший коефіцієнт використання енергії вітру; меншу швидкохідність.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси