Устройство и развитие ветрогенераторов в энергетике

 

Хайдарова Светлана Талаповна

Преподаватель физики

Мангистауский энергетический колледж

Казахстан, Мангистауская область, город Актау

 

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию. Ветрогенераторы можно разделить на три категории: промышленные, коммерческие и бытовые (для частного использования).Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветровая электростанция. Её основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 7,5 МВт.

Мощность ветрогенератора зависит от мощности воздушного потока (~N), определяемой скоростью ветра и ометаемой площадью

~N= pSV^3/2,

где: ~V — скорость ветра, ~p — плотность воздуха, ~S — ометаемая площадь.

Широкое использование горизонтально-осевых ВЭУ обусловлено их высокой эффективностью. Даже самый посредственный лопастной ветряк легко достигает коэффициента использования энергии ветрового потока (КИЭВ) в 30 %.

ВЭУ состоит из:

1.     ветротурбины, установленной на мачте с растяжками и раскручиваемой ротором либо лопастями;

2.     электрогенератора;

Промышленная ветровая установка состоит из:

1.     Фундамент

2.     Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления

3.     Башня

4.     Лестница

5.     Поворотный механизм

6.     Гондола

7.     Электрический генератор

8.     Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)

9.     Тормозная система

10. Трансмиссия

11. Лопасти

12. Система изменения угла атаки лопасти

13. Обтекатель

14. Система пожаротушения

15. Телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора

16. Система молниезащиты

17. Привод питча

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7-10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой фермы может занимать год и более. Кроме того, для обоснования строительства ветроустановки или ветропарка необходимо проведение длительных (не менее года) исследований ветра в районе строительства.  Для строительства необходимы дорога до строительной площадки, место для размещения узлов при монтаже, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

Основными факторами, приводящими к удорожанию энергии для использования в промышленности, получаемой от ветрогенераторов, являются:

·                    необходимость получения электроэнергии промышленного качества ~ 220 В 50 Гц (применяется инвертор, ранее для этой цели применялся умформер)

·                    необходимость автономной работы в течение некоторого времени (применяются аккумуляторы);

·                    необходимость длительной бесперебойной работы потребителей (применяется дизель-генератор);

Считается, что применение малых автономных ветрогенераторов в быту малоцелесообразно из-за:

·                    высокой стоимости аккумуляторных батарей: ~ 25 % стоимости установки (используется в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети);

·                    достаточно высокой стоимости инвертора (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в переменное напряжение стандарта бытовой электросети (220 В, 50 Гц).

·                    нередкой необходимости добавлять к нему дизель-генератор, сравнимый по стоимости со всей установкой.

Индустрия домашних ветрогенераторов активно развивается, и за вполне умеренные деньги уже сейчас можно приобрести ветровую установку и на долгие годы обеспечить энергонезависимость своему загородному дому. Обычно для обеспечения электроэнергией небольшого дома вполне достаточно установки номинальной мощностью 1 кВт при скорости ветра 8 м/с. Если местность не ветреная, ветрогенератор можно дополнить фотоэлектрическими элементамиили дизель-генератором, а ветрогенераторы с вертикальными осями могут быть дополнены меньшими ветрогенераторами

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

 

ЛИТЕРАТУРА

1.        «Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты», С. Б. Перли, 1938 Ветроэнергетика. М., 1982 Ярас Л. и др. Энергия ветра. М., 1982

2.        Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese. Renewable Energy: Technology, Economics and Environment. — Springer. — ISBN 978-3-540-70947-3