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

Вітроенергетичні установки середньої і великої потужності

В даний час у світовій вітроенергетиці застосовуються, розвиваються і вдосконалюються конструктивно-компонувальні схеми горизонтально-осьових вітроелектричних установок двох основних типів:

– традиційної (класичної) схеми ВЕУ з асинхронним генератором 1000.. .1500 об/хв і мультиплікатором (редуктором) (рис. 4.7, а);

– безмультиплікаторної схеми ВЕУ з тихохідним синхронним генератором і перетворювачем частоти електричного струму (рис. 4.7, б).

У нових зразках зарубіжних ВЕУ представлена і нова схема фірми WinWinD, що представляє щось середнє між першим і другим напрямами – вітрова установка з відносно тихохідним генератором 150...200 об/хв. і одноступінчастим планетарним мультиплікатором.

Основні конструктивно-компоновочні схеми потужних ВЕУ

Рисунок 4.7 – Основні конструктивно-компоновочні схеми потужних ВЕУ

Із збільшенням потужності вітроелектричних установок і відповідно зі збільшенням діаметра вітроколеса зменшуються обороти вітроколеса, що обумовлено обмеженням лінійної швидкості кінця лопатей, яка для установок малої потужності (до 10 кВт) не перевищує 135 м/с, а для вітроустановок середньої та великої потужності знаходиться на рівні 60...90 м/с. Для вітроустановок потужністю від 750 до 1000 кВт, діаметр вітроколеса яких знаходиться в межах від 50 до 60 м, обороти вітроколеса не повинні бути більше 34 об/хв. Для забезпечення оборотів вітроколеса від 28 до 34 об/хв. при використанні серійних генераторів необхідний мультиплікатор з передавальним відношенням від 35 до 55. Для ВЕУ потужністю від 800 до 1000 кВт вага генератора і мультиплікатора становить від 16 до 20 т.

Враховуючи те, що асинхронні і синхронні тихохідні генератори мають дуже велику вагу і габарити, в класичній схемі ВЕУ середньої і великої потужності на практиці застосовуються дворежимні генератори з оборотами від 1000 до 1500 об/хв. у поєднанні з мультиплікаторами. Довговічність і ресурс таких машин складає від 15 до 20 років. Додаткові труднощі виникають при роботі таких ВЕУ при мінусових температурах – необхідно спеціальне масло і його попередній підігрів.

Прогресивний крок у вдосконаленні ВЕУ зробила фірма "Епегсоп", яка створила ВЕУ потужністю 600, 1800, 4500 кВт з тихохідними синхронними генераторами з оборотами ротора 38, 22, 12 об/хв. відповідно, застосувавши для оптимальної роботи зі змінними оборотами вітроколеса перетворювач частоти. Вага і вартість таких генераторів у поєднанні з перетворювачем частоти значно вище, ніж у класичній схемі ВЕУ. Забезпечення прийнятної ваги тихохідного генератора досягається за рахунок діаметра генератора: для ВЕУ потужністю 600 кВт діаметр генератора становить 5 м, а для ВЕУ потужністю 4500 кВт – 12м.

На рис. 4.8 представлений класичний приклад компонування і розміщення устаткування в вітроенергетичній установці.

Склад і розміщення основних елементів конструкції вітроенергетичної установки

Рисунок 4.8 – Склад і розміщення основних елементів конструкції вітроенергетичної установки

Призначення елементів показаної конструкції:

Анемометр – необхідний для вимірювання швидкості вітру, передає дані контролеру.

Лопаті – повітряний потік проходячи повз лопатей приводить їх в рух, більшість турбін мають дві або три лопаті.

Гальмо – необхідне для гальмування ротора в критичних ситуаціях, зазвичай це дискове гальмо з механічним, електричним або гідравлічним приводом.

Контролер – здійснює управління турбіною, стежить за швидкістю вітру та запускає її при швидкості вітру відповідній стартовій та зупиняє при швидкості вітру, що перевищує допустиму для конкретної ВЕУ.

Мультиплікатор (редуктор) – виконує роль механічного з'єднання низькошвидкісного вала турбіни з високошвидкісним, збільшуючи швидкість обертання генератора до номінальної (зазвичай 750-1000-1500 об/хв, тобто швидкості достатньої для вироблення електроенергії.

Генератор – призначений для перетворення механічної енергії в електричну, тобто вироблення електроенергії.

Високошвидкісний вал – приводить в обертання генератор.

Низькошвидкісний вал – приводиться в обертання ротором вітродвигуна.

Гондола – встановлюється нагорі башти, всередині неї розташовані генератор, коробка передач, низько – і високошвидкісний вали, керуючий контролер і гальмо.

Флюгер – служить для визначення напрямку вітру, передає дані в керуючий контролер для правильної орієнтації на напрямок вітру.

Привод гондоли – використовується для установки і корекції напрямку ротора при змінах напрямку вітру.

Слід докладніше зупинитися на механізмі повороту гондоли. Гондола з лопатями, що представляє багатотонну конструкцію, повинна повертатися на вітер, напрям якого може змінюватися досить швидко. Вся ця конструкція спирається на опорну поверхню башти (плиту), яка спільно з поворотним кільцем кабіни і опорним кільцем башти є свого роду гігантським підшипником. Обертання башти здійснюється електричним двигуном через зубчату передачу. Число електродвигунів в залежності від потужності ВЕУ і різних конструкцій вузла повороту коливається від одного до восьми. Гнучкий електричний кабель, що передає електроенергію від генератора до розподільного щита, розташованого внизу башти, може закручуватися, якщо кабіна буде повертатися в одну сторону, що цілком можливо. Тому, коли число оборотів в одну сторону досягає розрахункового значення (2...4), система управління дає сигнал на припинення обертання кабіни в що сторону з подальшою розкруткою у зворотний бік. Зміна напрямку вітру фіксується флюгером, розташованим на даху кабіни, від нього імпульс передається в систему управління і надалі на пуск електродвигуна повороту. Щоб часто не смикати гондолу, при зміні напрямку вітру, система управління дає витримку (5-10 хв.). І тільки якщо сигнал продовжує повторюватися, дається імпульс на двигун повороту. Вузол повороту має також гальмівну систему, тому що необхідно фіксувати кабіну, що має велику енергію, в точці, де вектор швидкості вітру перпендикулярний площині вітроколеса.

У додатку 3 наведено приклади розташування обладнання в гондолі вітроустановок великої потужності провідних фірм світу: Siemens, потужністю 3,6 МВт (додаток 3.1 [39]); Tacke, Windtechnik потужністю 600 кВт (додаток 3.2 [38]); FuhrlSnder потужністю 2,5 МВт (додаток 3.3 [40]); Nordex потужністю 3.3 МВт (додаток 3.4 [42]); Gamesa потужністю 2,5 МВт (додаток 3.5 [41]).

В останні 10-15 років такі фірми як "Елегсоп", "Henesys", "Vensys" (Німеччина), "Jeumont Industrie" (Франція), MPTorres (Іспанія), "Lagerwey" (Нідерланди) та ін. зі складу ВЕУ виключили мультиплікатор, застосувавши багатополюсні синхронні генератори або генератори з постійними магнітами. Однак вага і вартість таких генераторів значно перевищує вагу і вартість мультиплікатора і швидкохідного генератора разом узяті. Так для вітротурбіни Е-112 фірми "Епегсоп" (потужність 6 МВт) генератор (n = 12 об/хв.) має діаметр 12 м і важить понад 200 т при вазі гондоли з ротором 500 т, тобто вага генератора складає майже 50% від ваги агрегатного блоку.

На рис. 4.9 представлено компонування гондоли ВЕУ Enercon Е-30, потужністю 300 кВт, типова для всієї серії ВЕУ цієї фірми, потужністю 600, 1000, 2000 і 4500 кВт. Це так звана безредукторна система, її основа – багатополюсний тихохідний генератор, необхідність створення якого піддавалася сумнівам ще 15 років тому, а зараз це призвело до створення нового типу вітроустановок. Ротор генератора що безпосередньо з'єднується із валом вітроколеса, тобто швидкість його обертання дорівнює швидкості обертання вітроколеса. Компонування гондоли різко спрощується: не потрібен редуктор, не потрібна система його змащення, тобто основна особливість вітрогенераторів Enercon – відсутність трансмісії і кільцевий генератор.

Компонування обладнання кабіни вітроустановки потужністю 7500 кВт фірми Enercon GmbH а – компонування; б – модель генератора 1 – гондола; 2 – привод повороту гондоли; 3 – статор генератора; 4 – привод установки кута лопаті 5 – вітроколесо; 6 – лопать вітроколеса

Рисунок 4.9 – Компонування обладнання кабіни вітроустановки потужністю 7500 кВт фірми Enercon GmbH а – компонування; б – модель генератора 1 – гондола; 2 – привод повороту гондоли; 3 – статор генератора; 4 – привод установки кута лопаті 5 – вітроколесо; 6 – лопать вітроколеса

У гондолі знаходиться також випрямляч, що перетворює змінний струм в постійний, інвертор, що перетворює постійний струм в змінний з частотою мережі; таким чином зникає необхідність у підтриманні на генераторі постійної частоти і рівня напруги, так як ці завдання виконуються інвертором.

 
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