Классы ветроэлектрогенераторов-ВЭУ-ветротурбин-ветряков

Три класса ветроэлектрогенераторов

Различают три класса ветроэлектрогенераторов в зависимости от назначения и условий их работы по отношению к энергосистеме, к ко­торой они подключены, и способа управления (табл.).
[ad#строчный]
Класс А: мощность ветроэлектрогенератора в энергосистеме являет­ся определяющей, то есть Рвэу много больше мощности Р_с других генера­торов системы.

К классу А относятся автономные одногенераторные ветроустановки, не подключенные к энергосистеме для параллельной работы. Мощность таких ветроустановок использует ся для освещения, электропитания маяков, средств связи и др. и, как правило, не превышает 5 кВт. Если энергия таких ВЭУ используется для отопления, то их мощность может достигать 20 кВт и более. В автономных ВЭУ используются электрогенераторы различных типов, чаще всего многополюсные генераторы с постоянными магнитами, классические синхронные генераторы с нестабилизированны-ми и стабилизированными электрическими параметрами на выходе, асинхронные генераторы с самовозбуждением или вспомогательным возбуждением и т.п. Стоимость таких ВЭУ во многом зависит от выбора системы управления электрическим генератором. При простейших электрических схемах напряжение и частота (в случае генератора переменного тока) на выходе генератора будут нестабильными и нестандартными, однако энергия с успехом может быть утилизирована с помощью выпрямителей, электрических аккумуляторов и нагревательных устройств. Потребности в качественной электроэнергии со стабилизированными параметрами можно обеспечить применением транзисторных или тиристорных преобразователей (инверторов), питаемых от аккумуляторов . В ряде случаев можно получить качественные параметры всей вырабатываемой электроэнергии, используя либо механическое управление лопастями ветроколеса в целях стабилизации частоты его вращения, либо электрическое управление. При электрическом управлении постоянство частоты вращения ветроколеса обеспечивается изменением электрической нагрузки на выходе генератора (применением балластной нагрузки). При таком способе стабилизации частоты вращения энергия ветра используется более эффективно, поскольку лопасти ветроколеса работают в оптимальном режиме, а применение современного электронного оборудования делает этот способ более надежным и дешевым, чем механическое управление.

Ветроэлектрогенераторы класса В

Для ВЭУ класса В характерным является примерная соразмерность мощностей ВЭУ и дизель-генератора. Такой вариант обычен для локальных энергосистем в отдаленных областях. В таких системах применение ВЭУ позволяет сэкономить дизельное топливо. Управления генераторами и достижения качества электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектрогенератором, можно добиваться теми же техническими средствами, что и в системах класса А, однако для получения наибольшего эффекта возможно применение других решений, основывающихся на применении систем аккумулирования энергии (электрические аккумуляторы, водородные преобразователи- аккумуляторы, гидроаккумулирующие станции и др.) при связанном управлении ВЭУ, ДЭС и системами аккумулирования .

Ветроэлектрогенераторы класса С

Класс С: ВЭУ подключена к системе намного большей мощности, чем сама ВЭУ, работает параллельно с этой энергосистемой и носит название сетевой. Это область системной ветроэнергетики, т.е. область крупномасштабного использования энергии ветра, которая может при соответствующем развитии оказывать влияние на состояние энергетического баланса всей страны. В этом случае целесообразно использовать ВЭУ больших единичных мощностей (от 1 до 10 МВт), собранных в ветроэнергетические станции (ВЭС). Для ВЭУ этого класса обостряются все проблемы, поскольку ВЭУ данного класса имеют большие геометрические размеры и массу, а следовательно, и напряженные режимы работы механического оборудования. В этом случае электроэнергия ВЭУ используется непосредственно или полностью подается в энергосистему. При слабом ветре и в безветрие потребители снабжаются электроэнергией от энергосистемы. Наиболее дешевым и, возможно, безопасным типом ветроэлектрогенератора в этом случае является асинхронный генератор переменного тока, подключенный непосредственно в энергосистему и ведомый ею. При этом частота вращения ветроколеса может не более чем на 10% превышать частоту, соответствующую номинальной частоте электросети.[ad#строчный 2] По данным статистики, основу современной ветроэнергетики составляют ВЭУ класса С, работающие параллельно с энергосистемой. Их доля по мощности составляет свыше 95 % от суммарной установленной мощности ВЭУ. Парал¬лельная работа с сетью дает возможность увеличивать единичную мощность ВЭУ, снижать стоимость электроэнергии, обеспечивает необходимое качество энергии и надежность электроснабжения потребителей . Поскольку величина напряжения на зажимах генератора и его электрическая частота задаются сетью, можно существенно снизить требования к управляемости генератора и руководствоваться критериями высокой надежности и экономичности, минимальными габаритами и массой, минимальной стоимостью производства и эксплуатации АГ. Этими свойствами обладают асинхронные генераторы с короткозамкнутым ротором, которые но указанным показателям существенно лучше традиционных синхронных генераторов. Применение двух- или трехскоростной обмотки статора АГ дает возможность значительно расширять диапазон рабочих частот вращения на базе существующего производства асинхронных двигателей при неоднородном изменении их электрических параметров.
Структурные схемы ВЭУ и режимы их работы в классах А, В и С расшириным. При рассмотрении конструктивных схем различают тип ветроэлектрогенератора, способ управления им в рабочих и пусковых режимах, типы тормозов и редуктора (мультипликатора), тип электрического генератора, способ управления им в рабочем и пусковом режимах. По каждому из указанных элементов необходимо сделать оптимальный выбор на основе
сравнительного анализа возможных вариантов. Так, для установок класса А и В, функционирующих в автономном режиме или параллельно с традиционными источниками энергии, вследствие нелинейности и нестацнонарпости вольт-амперных характеристики ветроэлектрогенератора требуется использование специализированных полупроводниковых преобразователей, обеспечивающих стандартные параметры качества электрической энергии.

Горизонтально-осевые ветроэлектрогенераторы

В настоящее время, как отмеча­лось, наибольшее распространение получили горизонтально-осевые про­пеллерные ВЭУ, использующие подъемную силу лопасти (см. рис.).

Они считаются более эф­фективными ввиду высокого коэффициента использования энергии ветра (С_р = 0,35…0,45), имеют достаточный пусковой момент и легко раскручива­ются, включаясь в работу при скоростях ветра 3. 5 м/с.

Для ВЭУ, работающих в автономном режиме, существуют различ­ные варианты структурных схем. Например, на рис. изображен ветроэлектрогенератор пропеллерного типа, содержащий обычный механический ре­дуктор (РД) и асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором. Сис­тема возбуждения емкостная, регулируемая (БСВ).

Для ВЭУ малой и средней мощности с пропеллерным ВД весьма эф­фективным оказывается использование принципа стабилизации частоты генератора с применением асинхронного генератора с регулируемым ем­костным возбуждением….

продолжение о «Оптимизация режимов»…..(в следующей статье)