ЧТО ТАКОЕ ВЕТРОУСТАНОВКА И КАК ОНА РАБОТАЕТ?
Ветроустановка (ВЭУ) преобразует кинетическую энергию ветра в механическую или электрическую энергию, удобную для практического использования. Механическая энергия, главным образом, используется для подъема воды в сельских или удаленных местностях. Ветроэнергетические установки производят электрическую энергию для бытовых или промышленных нужд.
Существуют два основных вида установок: ветроустановки с вертикальной осью вращения и ветроустановки с горизонтальной осью вращения. Ветроустановки с горизонтальной осью составляют около 95 % всех ветроустановок, подключенных к сетям энергосистем (рис. 1 и рис. 2).
Ветроустановка включает следующие основные подсистемы и узлы:
ротор или лопасти, который преобразует энергию ветра в энергию вращения вала;
кабину или гондолу, в которой обычно расположен редуктор (некоторые турбины работают без редуктора), генератор и другие системы;
башню, которая поддерживает ротор и кабину;
электрическое и электронное оборудование ветроустановки: также как и панели управления, электрические кабели, оборудование заземления и оборудование для подключения к сети, система молниезащиты и др.
Диаметр ротора ВЭУ по мере возрастания мощности ветроустановки от 1 до 3000 000 Вт увеличивается от 2 до 100 м, а высота башни — от 8 до 100 м. Для ветроустановки мощностью выше 150 000 Вт диаметр ротора и высота башни примерно равны.[adsense_id=»1″]
КАКОЕ КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ МОЖЕТ ДАТЬ ОДНА ВЕТРОУСТАНОВКА?
Способность генерировать мощность измеряется в «ваттах». Ватт — очень малая единица, для измерения мощностей используются киловатты (1000 Вт) и мегаватты (1 млн. ватт) и гигаватгы (1 млрд. Вт). Потребление электрической энергии повсеместно измеряется в киловатт-часах(кВт-ч). 1 кВт-ч означает 1 000 Вт мощности, используемой в течение 1 часа.
Пример. Одна 100-ваттная лампа, включенная в течение10 часов потребляет 1 кВт-ч электроэнергии.Энергия, производимая ветроустановкой, зависит от диаметра ротора и скорости ветра, проходящего через него.
Производимые в настоящее время ветроустановки имеют номинальную мощность от 40 Вт до 3000 000 Вт.
В городах российская семья в год потребляет 2000—3000 кВт-ч электроэнергии, а в деревнях и того меньше —
500 — 800 кВт-ч. Сравните с электропотреблением среднего американского домовладельца — 9400 кВт-ч. А что может дать ветроустановка?
Ветроустановка мощностью 10 000 Вт может произвести около 16 МВт-ч, а мощностью 600 кВт — 1300 000 кВт-ч
в год.
Скорость ветра— важнейший элемент в проектировании и использовании ветроустановки. В общем случае при среднегодовой скорости ветра более 4 м/с на высоте 10 м (на этой высоте на метеостанциях устанавливаются анемометры — приборы, измеряющие скорость ветра) возможно эффективное применение ветроустановок, а ветер с меньшей скоростью годится для водоподъемных устройств. Для ветроустановок. подключенных к сетям энергосистемы, приемлемой минимальной скоростью является 6 м/с. Главное правило
состоит в том. что возможная вырабатываемая мощность пропорциональна кубу скорости ветра и квадрату диаметра
ротора. Это означает, что при удвоении скорости ветра возможная вырабатываемая мощность увеличивается в 8 раз.Даже небольшое увеличение скорости ветра приводит к значительному увеличению мощности. Так, ветроустановка, работающая при средней скорости 6 м/с, генерирует мощность на 44 % большую, чем при скорости 5 м/с.Если скорость ветра определяется местом, где сооружается ветроустановка, то диаметр ее ротора — это элемент конструкции, величина которого зависит от многих расчетных параметров. Чаще всего решается обратная задача: задается проектируемая мощность ВЭУ и далее определяется требуемый диаметр при определенной расчетной скорости.
Формула мощности ВЭУ. кВт, выглядит следующим образом:
где р = 1,22 кг/м3 — плотность воздуха (стандартная); D, м -диаметр ротора; и, м/с — скорость ветра; ЛР — коэффициенты полезного действия генератора (-0,95) и редуктора (-0,9); Ср — коэффициент использования ветра, зависящий от профиля лопастей и других режимных параметров, наибольшее значение которого равно 0,593, достигнутые значения коэффициента — 0,4 — 0.45: π = 3,14.[adsense_id=»1″]
СКОЛЬКО ВЕТРОУСТАНОВОК НУЖНО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ 1 МВт мощности?
Большинство производителей ветроустановок. подключенных к энергосистемам, выпускают ветротурбины единичной мощности 250 — 750 кВт. Для ветростанции в 1 МВт нужно 4 ветротурбины мощностью 250 кВт. Если применяются турбины мощностью 500 кВт, то достаточно двух. К концу 2000 г. средняя единичная мощность ВЭУ достигнет 1 МВт.
ЧТО ТАКОЕ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ?
Наиболее экономически выгодное применение ВЭУ имеет место, если они объединены в группы. Их и называют ветроэлектрическими станциями (ВЭС), а за рубежом «ветровыми фермами». Мощность ВЭС колеблется от сотен киловатт до сотен мегаватт. Ветровые электростанции можно подстраивать под данную ситуацию. Количество ВЭУ можно увеличивать, если потребность возрастает. Сегодня ветростанция мощностью в 50 МВт может быть построена за 18 мес., включая оценку ресурсов.
МОЖЕТ ЛИ ВЕТРОСТАНЦИЯ РАБОТАТЬ БЕЗ СВЯЗИ С ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ?
Нет, не может. Ветроустановки большой мощности не предназначены для автономной работы и параллельной работы друг с другом. Поэтому, как только отключается линия электропередачи (ЛЭП), связывающая ветростанцию с энергосистемой, останавливаются и ветроустановки ВЭС. Что же делать? Нужно при проектировании обеспечивать надежную связь с энергосистемой — лучше всего двумя ЛЭП с разных точек энергосистемы. Л для одиночных ветроустановок и небольших ВЭС. питающих определенную нагрузку — нужно иметь резервный источник электроснабжения (дизель-генератор).
ЧТО ТАКОЕ КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ?
Коэффициент использования установленной мощности один из параметров, дающих представление об эффективности работы ветростанции или любою другого генерирующего источника.
Это отношение средней выработки генерирующего устройства к максимально возможной.Наибольшее количество современных ВЭУ. подключенных к энергосистеме, работают с коэффициентом использования
установленной мощности от 25 до 35 %. Электростанции на не возобновляемых источниках энергии работают с коэффициентом мощности от 40 до 80 %.
ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ?
Коэффициент использования установленной мощности любого генерирующего источника зависит от его надежности,
графика нагрузки (не всегда требуется максимальная мощность), необходимость его остановок для профилактических
и капитальных ремонтов. А у ветроустановки этот коэффициент еще зависит от наличия ветра и его скорости. Вот почему коэффициент использования установленной мощности ветроустановок существенно меньше, чем у других генераторов. Хотя лучшие ветроустановки в хороших ветровых условиях работают с коэффициентом 0,5.
В ЧЕМ НЕДОСТАТКИ И В ЧЕМ ДОСТОИНСТВА ВЕТРОУСТАНОВОК?
О недостатках ветроустановок уже упоминалось: ветер обычно не постоянен и мощность, вырабатываемая ветроустановкой, все время меняется, возникает дополнительная задача для энергосистемы по регулированию частоты и мощности;
нет ветра, нет и энергии, а именно в это время она нужнее всего, значит, необходим резервный источник (для небольших мощностей — аккумулятор);
без связи с энергосистемой ВЭС работать не может, а в ветро-дизельных станциях нужны специальные системы управления. обеспечивающие параллельную работу ВЭУ и дизель-генераторов;
сравнительно мал коэффициент использования установленной мощности;
довольно высокая удельная стоимость установленной мощности.
Но есть и достоинства ветроустановок и немалые:
не требуется топлива — это главное преимущество;
предотвращается эмиссия СО2 и других твердых и вредных газообразных выбросов, что имеет место на всех электростанциях, использующих органическое топливо;
для работы ВЭС не требуется вода и воздух, которые в огромных количествах потребляются на тепловых электростанциях;
территория, на которой располагаются ветроустановка либо непригодна для хозяйственного использования, либо может использоваться для животноводства и растениеводства, т.е. отчуждение плодородных земель намного меньше, чем на ГЭС и ТЭЦ;
возможность полной автоматизации работы, отсутствие дежурного персонала;
короткий срок сооружения от подписания контракта до окончания монтажа. Можно за 18 мес. построить ВЭС мощностью 50 МВт и дальнейшее расширение станции осуществляется без проблем;
простая технология работы станции. После пуска первой ветроустановки станция начинает вырабатывать энергию, кроме электрических — никаких зависимостей по топливу и режиму между ветроустановками нет.
И вертикальные и горизонтальные станции — имеют место быть. Для того, чтобы оценить преимущества станций друг перед другом, важно знать, на каких оборотах работают станции. Станции вертикального типа , например ООО «Деалан Энерго» серии GS-1, работают на оборотах генератора от 48 об/мин. Станции горизонтального типа, например Китайского производства работают на оборотах ротора от 600 об/мин. А дальше можно делать выводы…
Но оба вида станций в конечном счете вырабатывают электрическую энергию. Этот факт их объединяет.
Все существующии конструкции ветроустановок работают на принципе
парусной ловли ветра, т.е. лопастями или другими формами конструкций,
использующих динамику воздушной среды, вследствии вращения Земли,
разности температур и атмосферного давления по высотам ,т.е. факторам
определяющим горизонтальное и вертикальное движение воздушных
потоков. Непостоянство величин этих факторов, создаёт зависимость
работы ВЭС ( Ветроэлектростанции) в оптимальном режиме КПД, в данных условиях. Предлогаемая Аэродинамическая электростанция
АДЭС-ТРУБА — автономная, экологически чистая в работе установка для
выработки электроэнергии в любой точке Земли, в любое время года и
суток, используя выше перечисленные факторы, формирует в ТРУБЕ
ИСКУССТВЕННЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК, управляемый
по скорости для работы с максимальным КПД. Не зависит от силы и розы
ветров, не имеет снаруже вращающихся деталий, не нуждается в топливе.
Альберт.