Вэс принцип работы

Ветроэлектростанции (ВЭС): принцип работы, конструкция. Структура электросхемы ВЭС, описание электрогенератора. Недостатки ВЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Ветроэлектростанции (ВЭС): принцип работы, конструкция. Структура электросхемы ВЭС, описание электрогенератора. Недостатки ВЭС

Введение

генератор ветряной электростанция

Как и за счет каких источников человечество собирается покрывать всё возрастающие затраты энергии? Даже если энергетического кризиса удастся избежать, мир рано или поздно столкнется с тем, что запасы невозобновляемых сырьевых ресурсов — нефти, газа и угля — будут исчерпаны. Чем активнее мы их используем, тем меньше их остается и тем дороже они нам обходятся. По расчетам специалистов, при нынешних объемах добычи угля на Земле хватит лет на 400-500, а нефти и газа — максимум на столетие. К тому же опустошение земных недр и сжигание топлива уродуют планету и год от года ухудшают ее экологию. Одним словом, перед человечеством стоит задача освоения экологически чистых, возобновляемых, или, как их еще называют, нетрадиционных, источников энергии. Среди них лишь энергия Солнца и ветра поистине неисчерпаема и не вносит практически никаких изменений в природу.

1. История ВЭС

Первой лопастной машиной, преобразующей энергию ветра в движение, был парус. Ему уже почти 6000 лет (под парусом ходили еще древние египтяне), но до сих пор это древнее изобретение обладает наивысшим коэффициентом полезного действия среди всех известных ветроагрегатов. Позже появились ветряные мельницы, которые служили человечеству несколько столетий, вплоть до середины прошлого века. Они качали воду, поднимали камни, вращали мукомольные жернова. Пришедшие им на смену ветродвигатели выполняют не только механическую работу, например, оснащенные электрогенератором ветроэнергетические станции (ВЭС) вырабатывают электрическую энергию.

Попытки использовать энергию ветра в крупномасштабной энергетике, предпринятые в сороковых годах ХХ века, оказались несвоевременными и потерпели неудачу. Нефть оставалась сравнительно дешевой, устойчиво сокращались капитальные вложения в строительство тепловых электростанций, развитие гидроэнергетики, как тогда казалось, гарантировало низкие цены на энергоносители и удовлетворительную экологическую чистоту.

За рубежом нетрадиционная энергетика начала всерьез развиваться после нефтяного кризиса середины 1970-х годов. По данным Международного энергетического агентства, сегодня производство электроэнергии за счет возобновляемых источников оценивается более чем в 200 млрд кВт.ч, или около 2% всей производимой энергии. Значительную ее часть дают ветроэнергетические станции, и роль их стремительно возрастает. Однако в 1960-1980-е годы ВЭС до прибыльности не дотягивали. Что же сделали развитые страны? Они дотировали отрасль на государственном уровне. Мировая ветроэнергетика вышла на самостоятельную прибыль и существует без каких-либо дотаций, но при активном госрегулировании. По последним сведениям, к концу 2003 года общая мощность всех установленных в мире ВЭС достигла 35 000 МВт, в том числе в Дании — 3400 МВт, в Германии — 14 500 МВт, и увеличивается на 500-800 МВт ежегодно (эти страны занимают лидирующее положение в ветроэнергетической отрасли).

В то время как в развитых странах ветроэнергетическая отрасль быстро и мощно развивается, в России ее незаслуженно обходят вниманием. А ведь в свое время отечественная ветроэнергетика занимала передовые позиции в мире. Как и в других странах, она начиналась много веков назад с ветряных мельниц, которых к середине 20-х годов прошлого века в стране насчитывалось более 800 тысяч.

В 1918 году ветряками заинтересовался профессор В. Залевский. Он создал теорию ветряной мельницы и вывел несколько положений, которым должна отвечать ветроустановка. В 1925 году другой наш выдающийся соотечественник — профессор Н.Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя и организовал отдел ветряных двигателей в Центральном аэрогидродинамическом институте. Отрасль начала стремительно развиваться. В 1931 году в СССР заработала крупнейшая в мире ветроэнергетическая установка мощностью 100 кВт, вслед за ней на юге страны были установлены десятки подобных ветрогенераторов. В 1938-м в Крыму развернулось строительство ветроэлектростанции мощностью 5 МВт. С 1950 по 1955 год страна производила до 9 тысяч ветроустановок в год единичной мощностью до 30 кВт. На целине впервые была сооружена многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизелем, общей мощностью 400 кВт — прообраз современных европейских ветропарков и систем «ветро-дизель». В 1960-1980-е годы энергетическая отрасль нашей страны была ориентирована на строительство крупных ТЭС, ГЭС и АЭС. Естественно, развитие малой энергетики, в том числе и ВЭС, затормозилось. И только к началу 1990-х годов, значительно позже, чем в других странах, в СССР вновь заговорили о практическом использовании ветроэнергетических установок (ВЭУ), и встал вопрос об организации их производства.

К работам в порядке конверсии были привлечены МКБ «Радуга» Минавиапрома СССР и НПО «Южное» Минобщемаша СССР. В 1990 году эти предприятия организовали производство ВЭУ мощностью 200, 250 и 1000 кВт. Проектные институты приступили к созданию первых крупных системных ветроэлектростанций: Восточно-Крымской, Ленинградской, Калмыцкой, Магаданской и Заполярной (в Воркуте). Но очень скоро в стране начался экономический кризис, и работы на всех объектах ветроэнергетики практически остановились. Кончилось все это тем, что сегодня Россия значительно отстает от развитых стран как в эффективности энергоснабжения и энергосбережения, так и в развитии малой нетрадиционной энергетики, основанной на использовании экологически чистых возобновляемых энергоресурсов, в том числе и ветра. У нас сейчас действуют всего три-четыре десятка небольших ветроэлектростанций. Об их вкладе в энергетику страны говорить не приходится, поскольку возобновляемые источники энергии все вместе дают менее 0,1% вырабатываемой в стране энергии

2. Принцип работы ВЭС

Что же представляют собой ветроэлектростанции, которым отводится серьезное место в энергетике XXI века? Они мало чем напоминают своих древних собратьев — парус и ветряную мельницу, хотя принцип работы ветроагрегатов практически не изменился.

Автономные ветрогенераторы состоят из генератора, хвостовика, мачты, контроллера, инвертора и аккумуляторной батареи. У классических ветровых установок — 3 лопасти, закреплённых на роторе. Вращаясь ротор генератора создаёт трёхфазный переменный ток, который передаётся на контроллер, далее ток преобразуется в постоянное напряжение и подаётся на аккумуляторную батарею. Ток проходя по аккумуляторам одновременно и подзаряжает их и использует АКБ как проводники электричества. Далее ток подаётся на инвертор, где приводиться в наши привычные показатели: переменный однофазный ток 220В, 50 Гц. Если потребление небольшое то сгенерированного электричества хватает для электроприборов и освещения, если тока с ветряка мало и не хватает-то недостаток покрывается за счёт аккумуляторов. Такой же принцип в автомобилях: когда мы едем, генератор в машине заряжает аккумуляторы и снабжает электричеством все приборы в машине, когда машина останавливается, то аккумулированный ток идёт из АКБ. Ничего сверхсложного в ветряках нет, в них используются все те изобретения которые мы постоянно используем каждый день, не подозревая об этом.

3. Конструкция ВЭС

Основной частью ветроэлектростанции является ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока, в механическую энергию вращения ротора и преобразования этой энергии, в электрическую.

Ветрогенераторы можно разделить на две категории: промышленные и бытовые (для частного использования). Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветряная 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 (см. Enercon E-126).

Существуют классификации ветрогенераторов по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта.

Существуют два основных типа ветротурбин: с вертикальной осью вращения (карусельные, роторные, лопасные, ортогональные); с горизонтальной (крыльчатые).

Промышленная ветряная установка (Рисунок 3.1) 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. Колпак ротора

* Система пожаротушения

Сегодня в мире широко распространены ветродвигатели двух типов: крыльчатые и карусельные. Встречаются еще барабанные и некоторые другие оригинальные конструкции.

Крыльчатые ВЭС

Крыльчатые ВЭС — их еще называют ветродвигателями традиционной схемы — представляют собой лопастные механизмы с горизонтальной осью вращения. Ветроагрегат вращается с максимальной скоростью, когда лопасти расположены перпендикулярно потоку воздуха. Поэтому в конструкции предусмотрены устройства автоматического поворота оси вращения: на малых ВЭС — крыло-стабилизатор, а на мощных станциях, работающих на сеть, — электронная система управления рысканием. Небольшие крыльчатые ВЭС постоянного тока соединяют с электрогенератором напрямую (без мультипликатора), мощные станции оснащают редуктором. Крыльчатые ветрогенераторы работают значительно эффективнее карусельных. Коэффициент использования энергии ветра достигает о= 0,42

1. Ветряк может иметь от 2 до 24 лопастей. Ветряки с числом лопастей от 2 до 4 называются малолопастными; если у ветроколеса более 4 лопастей, то оно называется многолопастным.

2. Головка ветродвигателя представляет опору, на которой монтируется вал ветроколеса и верхняя передача (редуктор).

3. Хвост крепится к головке и поворачивает ее около вертикальной оси, устанавливая ветроколесо на ветер.

4. Башня ветродвигателя служит для выноса ветроколеса выше препятствий, нарушающих течение воздушного потока. Маломощные ветродвигатели, работающие на генератор, обычно монтируются на столбе или трубе с растяжками.

5. У основания башни вертикальный вал приключается к нижней передаче (редуктору), которая передает движение рабочим машинам.

6. Регулирование оборотов ветроколеса представляет приспособление или механизм, ограничивающий обороты ветроколеса с увеличением скорости ветра.

Карусельные (роторные) ВЭС.

Карусельные, или роторные, ВЭС с вертикальной осью вращения, в отличие от крыльчатых, могут работать при любом направлении ветра, не изменяя своего положения. Когда ветровой поток усиливается, карусельные ВЭС быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения ветроколеса стабилизируется. Ветродвигатели этой группы тихоходны, поэтому не создают большого шума. В них используются многополюсные электрогенераторы, работающие на малых оборотах, что позволяет

применять простые электрические схемы без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра.

ВЭС новой конструкции: лопасти вращаются внутри колеса с подшипником, установленного на трехопорном основании.

Конструкция лопастных ВЭУ роторной схемы обеспечивает максимальную скорость вращения при запуске и ее автоматическое саморегулирование в процессе работы. С увеличением нагрузки скорость вращения ветроколеса уменьшается, а вращающий момент возрастает. Подобные ветродвигатели с лопастями разной формы строят в США, Японии, Англии, ФРГ, Канаде, Финляндии. Идея карусельного ветродвигателя в виде так называемого роторного паруса была реализована на знаменитом исследовательском судне «Калипсо», построенном по заказу Жака Ива Кусто. По данному типу спроектирована и одна из ВЭС в Белоруссии номинальной мощностью 250 кВт.

Существуют роторные ВЭУ с лопастями того же профиля, что и у крыльев «дозвуковых» самолетов, которые, прежде чем опереться на подъемную силу, должны разбежаться. С ветроагрегатами происходит то же самое. Чтобы раскрутить и довести их до определенных аэродинамических параметров, сначала нужно подвести энергию извне, и только после этого ВЭУ начнут работать в режиме генератора. Отбор мощности начинается при скорости ветра около 5 м/с, а номинальная мощность достигается при 14-16 м/с. Предварительные расчеты показывают, что ортогональные установки смогут вырабатывать электроэнергию мощностью от 50 до 20 000 кВт.

Из недавно появившихся оригинальных проектов стоит назвать ВЭС принципиально новой конструкции, состоящую из фундамента, трехопорного несущего основания и смонтированного на нем кольцеобразного генератора со встроенным подшипником и центральным ротором. Кольцо генератора может достигать в диаметре 120 м и более. Другой пример — многомодульная ветроустановка, состоящая из одного-двух десятков небольших ветроагрегатов.

Типы ветряных электростанций

Наземная

Самый распространённый в настоящее время тип ветряных электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7-10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветряной электростанции может занимать год и более.

Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.

Крупнейшей на данный момент ветряной электростанцией является электростанция в городе Роско (Roscoe), штат Техас, США. ВЭС Роско была запущена 1 октября 2009 года немецким энергоконцерном E.ON. Станция состоит из 627 ветряных турбин производства Mitsubishi, General Electric и Siemens. Полная мощность — около 780 МВт. Площадь электростанции не менее 400 кмІ.

Прибрежная

Прибрежные ветряные электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.

Шельфовая

Шельфовые ветряные электростанции строят в море: 10-60 километров от берега. Шельфовые ветряные электростанции обладают рядом преимуществ:

* их практически не видно с берега;

* они не занимают землю;

* они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.

Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям.

Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.

В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей. Крупнейшей шельфовой станцией является электростанция Миддельгрюнден (Дания) с установленной мощностью 40 МВ.

Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмны суда

Плавающая

Первый прототип плавающей ветряной турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года. Турбина под названием Hywind весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.

Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.

Компания планирует в будущем довести мощность турбины до 5 МВт, а диаметр ротора — до 120 метров.

4. Конструкция генератора ВЭС

В ВЭС используется бесщеточный многополюсный синхронный генератор с постоянными магнитами. Генератор выполнен из стандартных конструктивных элементов в полностью закрытом корпусе.

Полюсное колесо генератора выполнено с выступающими полюсами, закрытыми постоянными магнитами. Для увеличения КПД применена трехфазная обмотка, класс изоляции F со специальной защитой. Магнитные материалы, использованные в конструкции полюсного колеса поддерживают напряженность магнитного поля постоянной, благодаря чему электрические характеристики этого генератора подобны характеристикам тахогенератора.

Отсутствие редуктора исключает необходимость в регулярной замене масла, а закрытые самосмазывающиеся подшипники обеспечивают надежную работу генератора.

Электрический ток вырабатываемый генератором поступает на регулятор напряжения с выпрямителем и используется для зарядки аккумуляторных батарей. Диапазон рабочей температуры генератора ~ -60 +60 єС.

Лопасти

Все ветротурбины ЛМВ комплектуются стандартными лопастями произведенными на основе высококачественного стекловолокна и эпоксидной смолы. Производство лопастей основано на запатентованном методе известном как «прессовая намотка». Поэтому каждая лопасть является цельнолитой, в отличие от других лопастей которые производятся путем склеивания двух частей вместе.

Лопасти диаметром 3 и 5 м полые внутри, а 7 м — монолитные. Ведущая кромка лопастей покрыта эластичным полиуретаном для защиты против эрозии.

Регулятор напряжения с выпрямителем (система контроля напряжения)

Предназначен для управления зарядкой аккумуляторных батарей и электрического торможения генератора. Контроль за током зарядки и напряжением аккумуляторных батарей осуществляется с помощью приборов (амперметра и вольтметра), расположенных на передней панели регулятора, там же расположен тумблер электрического торможения.

Для ВЭС ЛМВ 500, 1003, 2500, 3600 регулятор оснащается нагрузочным баластным сопротивлением (при полной зарядке аккумуляторных батарей происходит автоматическое переключение на нагрузочное балластное сопротивление).

Регулятор напряжения ВЭС ЛМВ 10000 при полной зарядке аккумуляторных батарей производит автоматическое отключение генератора и зарядка прекращается.

Инвертор

С помощью инвертора постоянное напряжение с аккумуляторных батарей преобразуется в стабилизированное переменное напряжение 220 или 380 В частотой 50 Гц. Диапазон рабочих температур инверторов от 0 до 40є С при влажности до 90% без кондиционирования.

Инвертор имеет несколько видов защиты от перегрузки, короткого замыкания, перегрева и др. и работает в автоматическом режиме.

Аккумуляторные батареи

В системе электростанций ЛМВ используются стартерные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи импортного производства напряжением 12 В и емкостью от 100 до 230 А/ч каждая. По желанию заказчика электростанции могут комплектоваться щелочными или стационарными необслуживаемыми аккумуляторными батареями.

Комплектность поставки

Ежегодная выработка электроэнергии в большой степени зависит от местных ветровых условий. Если они фиксируются и анализируются, то возможно рассчитать количество и тип оборудования, которое может быть поставлено и определить оптимальное место установки ВЭС и др. ЛМВ может помочь Вам в принятии правильного решения.

Структурная схема ВЭС

5. Недостатки ВЭС

Ветроэнергетика привлекательна не только тем, что не наносит вреда природе. ВЭС можно достаточно быстро установить там, где других источников энергии нет. Но работа ветроагрегатов сопровождается шумом. На уровне оси ветроколеса в непосредственной близости от ВЭС мощностью 850 кВт уровень шума составляет 104 дБ. Система управления углом атаки способна уменьшить его, но очень незначительно. На расстоянии 300 м шум снижается до 42-45 дБ.

Помимо шума, воспринимаемого человеческим ухом, вокруг ВЭС возникает опасный инфразвук частотой 6-7 Гц, вызывающий вибрацию. От него дребезжат стекла в окнах и посуда на полках. Кроме того, ВЭС могут затруднить прием телепередач. Так было, например, на Оркнейских островах в Англии, когда в 1986 году там установили экспериментальный ветродвигатель. Тут же от жителей ближайших населенных пунктов начали поступать жалобы на ухудшение телевизионного сигнала. Выяснилось, что помехи создавали стальной каркас лопастей и имеющиеся на них металлические полоски для отвода ударов молний. Сами же лопасти, сделанные из стеклопластика, распространению телесигнала не мешали. В подобных случаях около ВЭС стали возводить ретрансляторы.

На Западе проблемы, связанные с работой ветроэлектростанций, успешно решены еще в середине 1990-х годов. Конструкторам удалось снизить уровень шума и вибраций подбором скорости вращения ветроколес и совершенствованием профилей лопастей. Благодаря этим мерам уменьшился срыв концевых потоков, так называемых вихревых шнуров. Был найден способ борьбы с еще одним недостатком ВЭУ: чтобы птицы не попадали под вращающиеся лопасти, ветроколеса стали ограждать сетчатым кожухом.

6. Новые решения — новые возможности

В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих

последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций:

* система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки);

* система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы);

* система управления рысканием — электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции);

* система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором «беличья клетка»).

Совсем недавно запущена в производство совершенно новая ВЭУ, в которой использован высоковольтный синхронный генератор со статором, имеющим обмотки из кабеля, и многополюсным ротором на постоянных магнитах. Получаемый переменный ток низкой частоты выпрямляется, а затем преобразуется инвертором в переменный ток сетевой частоты. Редуктор генератору не нужен, поскольку он низкооборотный. Такие установки можно использовать на ВЭС мощностью от 500 кВт до 5 МВт и выше.

За состоянием ВЭС и режимами их работы следит бортовой компьютер, куда по модемным каналам поступает вся текущая информация. Если, например, во время работы возникают кратковременные всплески напряжения (так называемый фликкерный эффект), происходящие при коротких, сильных порывах ветра либо при резком изменении нагрузки, их гасят с помощью специальных электронных устройств. Электроника и автоматика надежно защищены от постороннего излучения (в том числе от электромагнитного излучения самой сети и переключающих сетевых устройств) радиотехническим заземлением и экранированием. Важную роль здесь играют современные изоляционные материалы.

Несколько слов о конструкционной безопасности. Ветроагрегаты отключаются и останавливаются при скорости ветра 25 м/с (10 баллов по шкале Бофорта) с помощью двухуровневой тормозной системы. В отключенном виде они выдерживают порывы ветра до 50 м/с. Серьезные аварии практически исключены, поскольку системы дублируют одна другую, а вся механика, особенно лопасти, проходит серьезные испытания на прочность.

Обслуживают станции всего раз в полгода при сроке эксплуатации 20 лет (порядка 180 000 часов). ВЭС известных европейских производителей сертифицированы Международной организацией по сертификации (ISO), а также независимыми экспертными компаниями (государственными и частными).

Заключение

Нет сомнения, что большие и малые ВЭС могли бы работать на огромных пространствах России высокоэффективно, ведь наша страна обладает мощным ветроэнергетическим потенциалом, оцениваемым в 40 млрд кВт.ч электроэнергии в год. Такие районы, как Обская губа, Кольский полуостров, большая часть прибрежной полосы Дальнего Востока, по мировой классификации относятся к самым ветреным зонам. Среднегодовая скорость ветра на высоте 50-80 м, где располагаются ветроагрегаты современных ВЭС, составляет 11-12 м/с. (Заметим, что «золотым» порогом ветроэнергетики считается скорость ветра 5 м/с — это связано с окупаемостью станций.)

Существуют также аномальные локальные зоны, в которых ветер значительно сильнее. Это, например, район Владивостока, где воздушные массы устремляются из Приханкайской равнины в разрыв между Северо-Корейскими горами и хребтом Сихотэ-Алинь и далее — по акватории Амурского залива. На островах близ Владивостока среднегодовая скорость ветра на высоте 150 м (50-метровая ВЭС на холме высотой 100 м) не

бывает ниже 11 м/с (для континентальной Европы параметр недосягаемый).

Несмотря на благоприятные природные условия и большую привлекательность ветроэнергетики, у нас до сих пор нет ни огромных ветропарков, ни единичных ВЭС вокруг сельских поселков и дачных участков. Основная причина — отсутствие инвестиций. В Европе в данной отрасли превалирует народный бизнес. ВЭС строят кооперативы и акционерные общества, причем без всяких государственных дотаций. В России же осуществить дорогостоящие проекты под силу только госструктурам или крупному бизнесу. Предприниматель, отважившийся построить ВЭС или ветропарк в России, неизбежно понесет катастрофические убытки из-за того, что у нас ни на государственном, ни на ведомственном уровне законодатель но не определен порядок покупки энергии ВЭС электросетями. Кроме того, возникнут проблемы с землеотводом и многие другие бюрократические преграды.

И все же дело, кажется, сдвинулось с мертвой точки. Сейчас в стране строится несколько ветроэнергетических комплексов, в том числе и демонстрационных. Последней в ноябре 2002 года начала работать на сеть ВЭС в маловетреной Башкирии (мощность 2,2 МВт). После ввода ее в строй общая установленная мощность всех российских ветроэлектростанций едва превысила 8 МВт — в 1000 с лишним раз меньше, чем в относительно небольшой по площади Германии. Это означает, что отечественная ветроэнергетика, в свое время задававшая тон в мире, сегодня едва ли не безнадежно отстает от Запада. Но путь у нас только один: приложить усилия и последовать примеру мировых лидеров ветроэнергетической отрасли.

Размещено на Allbest.ru

Как устроен ветрогенератор

Любой ветрогенератор состоит из таких компонентов как;

— генератор, который вырабатывает переменный ток, и в дальнейшем преобразуется в постоянное напряжение, предназначенное для зарядки аккумуляторов. От скорости ветра зависит и мощность генератора;- лопасти, предназначены для передачи вращения к валу генератора через редукторы и стабилизаторы скорости вращения ротора генератора;
— мачта ветряка должна иметь достаточную высоту. Чем выше находятся лопасти, тем больше они получат энергии ветра.

Также в устройство ветрогенератора входят;

— контроллер, необходимый для преобразования переменного напряжения идущего с генератора, в постоянное напряжение и последующей зарядкой аккумуляторов. Контроллер управляет поворотом лопастей, и контролируют направление ветра;
— аккумуляторы накапливают электроэнергию, чтобы использовать ее при небольшом ветре или его отсутствии. Батарея также хорошо стабилизирует электроэнергию, полученную от генератора;
— датчик направления ветра помогает лопастям «поймать» ветер;
— АВР представляет собой устройство автоматического переключения между ветрогенератором и другими источниками электроэнергии, например электросетью, генератором, солнечными панелями;
— инвертор предназначен для преобразования постоянного тока, поступающего с аккумуляторов, в переменное напряжение для домашней электросети. Инверторы могут разделяться по типу синусоиды для разных потребителей электроэнергии.

Устройство ветрогенератора

  1. Инвертор модифицированной синусоиды на выходе выдает квадратную синусоиду, предназначенную для не требовательных потребителей к качеству сети – это тэны, накальные лампы освещения.
  2. Инверторы с чистой синусоидой по качеству выходного напряжения подходят даже для самых требовательных потребителей электроэнергии.
  3. Инверторы трехфазного напряжения предназначены для трехфазных сетей.
  4. Сетевой инвертор работает без аккумулятора и способен к выводу электроэнергии в общую сеть.

Устройство, принцип работы и эксплуатация ветряных электростанций

Кто-нибудь из вас сможет объяснить, что за явление ветер? Наверное, нет. Однако все знают, что это такое. С физической точки зрения, ветер является сложным природным процессом. Сложно представить, но в последнее время ветер оценивается и с экономической точки зрения. Причём интерес к использованию энергии ветра постоянно увеличивается. Ветряная энергия дешёвая и возобновляется. Благодаря этому ветер стал привлекателен с точки зрения строительства станций, его использующих. К категории возобновляемых источников энергии относятся течение воды, приливы и отливы, солнечное излучение. Энергия ветра используется в ветряных электростанциях и имеет свои особенности. Ветер сегодня используется в первую очередь для получения электроэнергии. Здесь стоит отметить, что ветряная электроэнергия дороже той, которая вырабатывается на атомных, тепловых или гидростанциях. Однако в ряде регионов с сильными ветрами хорошо использовать ветряки в сочетании с традиционными источниками энергии. А также ветряные электростанции пригодятся там, где нет централизованных электросетей.

Сила ветра

Энергия ветра использовалась ещё в древнем Вавилоне за несколько тысяч лет до нашей эры. Этот древний город находился на пике развития в шестом веке д. н. э. И в этот период было сделано немало значимых открытий. К примеру, появился аппарат для осушения болот. Крестьяне в Древнем Египте использовали энергию ветра в мельницах для помола муки. Между тем в древнем Китае воду с рисовых полей откачивали механизированными устройствами с лопастями, вращаемыми ветром. На европейском континенте первые механизмы, работающие от ветряной энергии, появились в XII столетии нашей эры.

Ветряная электростанция

При этом настоящий рывок в использовании энергии ветра произошёл только в прошлом веке. Появились ветряные электростанции, в которых ветер не просто вращал лопасти, а вырабатывал электричество, необходимое для работы самых разных устройств. Благодаря этому популярность «ветряков» резко возросла. Они стали появляться около частных домов и промышленных объектов. После этого вышло уже несколько поколения ветряных станций. В первую очередь они стали появляться в прибрежных районах, где дует сильный ветер. Давайте, рассмотрим, что же представляют собой ветряные электростанции.

Принцип работы и конструкция

Ветряная электростанция имеет достаточно простой принцип работы. Ветер вращает ротор с лопастями, который подключён к валу генератора. В некоторых случаях он подключается напрямую, но чаще через систему передач. Сегодня также существуют конструкции ветрогенераторов, где ветер не вращает лопасти, а давит на тарелку с поршнем. Объём вырабатываемой электроэнергии в ветряной электростанции зависит от диаметра лопастей и скорости вращения ветра.

Одна из разновидностей ветряного генератора

Чем сильнее ветер крутит лопасти, тем больше будет вырабатываемое электричество. Но выработка электричества зависит не только скорости ветра. Высота, на которую подвешивается ветрогенератор, также оказывает большое влияние. Ближе к земле сила ветра снижается, а скорость становится медленнее, поскольку мешают элементы ландшафта. Поэтому ветряное колесо должно устанавливаться, как можно выше.

Существуют 3 основных разновидности ветряных электростанций:

  • Пропеллерные;
  • Барабанные;
  • Карусельные.

В пропеллерных установках вал находится в горизонтальном положении относительно ветра. У них имеется специальный стабилизатор, находящийся на оборотной стороне ветрового колеса. Он служит для перемещения конструкции по ходу ветра. Такой вариант является наиболее экономичным из всех ветряных электростанций. Скорость вращения в этих установках зависит от числа лопастей. В большинстве случаев из 3. КПД пропеллерных электростанций составляет 48%.

В случае барабанных и карусельных ветряных электростанций вал с лопастями находится в вертикальной плоскости. Этот тип установок используют в тех случаях, когда неважно направление ветра. Вращающий момент у таких аппаратов больше, чем у пропеллерных установок. Но КПД ниже (10─15%). С одной стороны всё выглядит неплохо, но с другой, работа ветрогенераторов сильно зависит от внешних факторов, на которые мы не можем повлиять.

Основной проблемой является непостоянство ветра. Поэтому в своей работе ветряные электростанции обязательно должна учитывать этот фактор. Поэтому кроме самого ветрогенератора в их составе есть аккумуляторы для накопления энергии, инвертор для управления их зарядом, а также инвертор для преобразования напряжения. То есть, практически все те же вспомогательные компоненты, что и в гелиосистемах.

Ветрогенератор

Проблема при эксплуатации ветряных электростанций также заключается в том, что слишком сильный ветер может вывести установку из строя. Но, несмотря на это, ветряные установки выгодно использовать для получения электроэнергии в некоторых регионах нашей планеты. При этом идеальным вариантом является тот, когда ветрогенератор функционирует в связке с бытовой электросетью или топливным генератором. Тогда электричество будет постоянно, даже когда на улице штиль. Немало случаев, когда ветряки используют вместе с солнечными батареями.

Развитие ветряной энергетики в мире и в России

Лидерами по строительству ветряных электростанций являются развитые страны. Впереди планеты всей Германия и в целом европейские страны. Ветряные электростанции есть в скандинавских странах и в южной Европе. В азиатском регионе лидером по использовании энергии ветра является Китай. У них многие проекты по строительству зданий предусматривают монтаж в них ветряных генераторов.

Ветряные электростанции есть в нескольких регионах России

В Америке как Южной, так и Северной уже несколько десятилетий ветряные электростанции используются для обеспечения электричеством жилых домов и фермерских хозяйств. Здесь им удалось потеснить традиционные источники энергии. В США получают примерно 1/5 всей ветряной энергии на планете.

В России последние годы тоже идёт процесс строительства ветряных электростанций. Можно отметить несколько регионов, где они построены:

  • Башкортостан (станция Тюлкильды);
  • Калмыкия (Калмыцкая ВЭС);
  • Калининградская область (Зеленоградская ветряная станция);
  • Крым. На полуострове есть 5 станций, из которых очень крупные;
  • Мурманск;
  • Республика Саха-Якутия.

Рост использования ветряной энергии в стране не такой интенсивный, как в западных странах, но положительная динамика наблюдается. Специалисты прогнозируют и дальнейшее наращивание мощностей. В западных странах на это тратиться всё больше средств из бюджета на развитие альтернативной энергетики. В том числе, и на строительство ветряных электростанций. У них особенно важным считается то, что подобные установки не загрязняют окружающую среду.

Производители и цены

Основными поставщиками ветряных электростанций на рынке являются компании из европейских стран и США.

  • Германия. Сименс, Repower, Enercon (второй производитель в мире по объёмам производства), Nordex;
  • Дания. Vestas (один из лидеров рынка);
  • Испания. Фирмы Gamesa и Ecotechnia;
  • США. GeneralElectric;
  • Индия (Suzlon);
  • Япония. Митсубиси.

Большинство из этих производителей выпускают ветряные электростанции мощностью от 500 до 6 тысяч киловатт.

Больше всего ветроэнергетика развита в ЕС и США

В нашей стране можно выделить несколько следующих производителей ветряных электростанций:

  • ООО «Ветро Свет»;
  • ООО «Сапсан-Энергия»;
  • «ЛМВ Ветроэнергетика»;
  • ООО «СКБ Искра»;
  • ООО «ЭнерджиВинд».

Небольшой объём оборудования для преобразования энергии ветра выпускается на заводах военно-промышленного комплекса.

Примерные цены на ветряные электростанции вы можете посмотреть в таблице ниже.

Мощность, кВт Напряжение на выходе, Вольт Сфера использования Цена, тыс. руб.
Мощность, кВт Напряжение на выходе, Вольт Сфера использования Цена, тыс. руб.
3 48 Основной или вспомогательный источник питания в небольших домах 90-100
5 120 Основной или вспомогательный источник питания в больших коттеджах 230-250
10 240 Может использоваться для обеспечения энергией небольших фермерских хозяйств, супермаркетов 400-450
20 240 Может обеспечить электричеством небольшую насосную станцию 700-800
30 240 Такой агрегат может обеспечить электричеством пятиэтажный дом 900-1000
50 380 Используется на промышленных объектах 3000-3500

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

Стоит сразу отметить, что для успешной работы ветряной электростанции требуется средняя скорость ветра в вашем регионе 4─5 метров в секунду. Если она будет меньше, то установка не сможет выдавать заявленное количество энергии. Поэтому производители пишут в паспортных данных, что заявленная мощность возможна только при определённой скорости ветра, которую также указывают.

Преимущества

  • Низкая стоимость эксплуатации ветряной электростанции. Здесь не требуется много персонала и не нужно длительное его обучение. А также не требуется замена каких-то дорогостоящих комплектующих;
  • Если вы правильно установили ветряную электростанцию, то несколько десятилетий будете получать определённое количество электроэнергии. Причём процесс никак не загрязняет окружающую среду и приносит прибыль, если это генерация электроэнергии не для себя, а на продажу;
  • Плюсом является и тот факт, что ветряная электростанция не вредит окружающей среде, как во время работы, так и при аварии или полном разрушении. Вряд ли это можно сказать о тепловых или атомных электростанциях;
  • Возобновляемый и бесплатный источник энергии. Ветер не нужно покупать, доставлять и подготавливать к работе на станции. Поэтому прибыль значительно вырастет после того, как установка окупится;
  • Рядом с ветряной электростанцией не нужно создавать «мёртвую» зону, как это делается в случае других станций.

Недостатки

Недостатки у ветрогенераторов также имеются. В основном эти сложности, которые можно свести к минимуму.

  • Высокая стоимость первоначальных вложений. Для проектирования и строительства ветряной фермы требуются немалые средства. Именно эти траты являются основной статьёй расходов при организации ветряных электростанций;
  • Сложность прогнозирования того количества электроэнергии, которое получается за определённый временной интервал. Невозможно угадать, что будет с ветром и будет ли он вообще. Поэтому существуют определённые риски. Здесь остаётся только тщательное планирование и выбор места строительства;
  • Ветрогенераторы создают шум при работе. Производители работают над этим и постепенно шум от ветряных станций снижается. Пока остаётся лишь ставить ветряки подальше от жилых домов;
  • О лопасти ветряков разбиваются птицы. Тут сложно сказать что-то определённое, поскольку точной статистики на этот счёт нет;
  • Есть также некоторые данные об искажении телевизионного сигнала вблизи работающих ветряных станций.

Планирование

Исследование скорости ветра

Ветровые электростанции строят в местах с высокой средней скоростью ветра — от 4,5 м/с и выше.

Предварительно проводят исследование потенциала местности. Анемометры устанавливают на высоте от 30 до 100 метров, и в течение одного—двух лет собирают информацию о скорости и направлении ветра. Полученные сведения могут объединяться в карты доступности энергии ветра. Такие карты (и специальное программное обеспечение) позволяют потенциальным инвесторам оценить скорость окупаемости проекта.

Обычные метеорологические сведения не подходят для строительства ветровых электростанций, так как эти сведения о скоростях ветра собирались на уровне земли (до 10 метров) и в черте городов, или в аэропортах.

Во многих странах карты ветров для ветроэнергетики создаются государственными структурами, или с государственной помощью. Например, в Канаде Министерство развития и Министерство Природных ресурсов создали Атлас ветров Канады и WEST (Wind Energy Simulation Toolkit) — компьютерную модель, позволяющую планировать установку ветрогенераторов в любой местности Канады. В 2005 году Программа Развития ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран.

Высота

Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветровые электростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а генераторы устанавливают на башнях высотой 30—60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания и т. д.

Экологический эффект

При строительстве ветровых электростанций учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветровой энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

Современные ветровые электростанции прекращают работу во время сезонного перелёта птиц.

Типы ветровых электростанций

Наземная

Наземная ветровая электростанция в Испании. Построена по вершинам холмов. Наземная ветряная электростанция возле Айнажи, Латвия.

Самый распространённый в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях.

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой электростанции может занимать год и более.

Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью.

Крупнейшей на данный момент ветровой электростанцией является электростанция Альта, расположенная в штате Калифорния, США. Полная мощность — 1550 МВт.

Прибрежная

Строительство прибрежной электростанции в Германии.

Прибрежные ветровые электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму.

Шельфовая

Шельфовые ветровые электростанции строят в море: 10—60 километров от берега. Шельфовые ветровые электростанции обладают рядом преимуществ:

  • их практически не видно с берега;
  • они не занимают землю;
  • они имеют большую эффективность из-за регулярных морских ветров.

Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям.

Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций.

В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей. Крупнейшей шельфовой станцией в 2009 году являлась электростанция Миддельгрюнден (Дания) с установленной мощностью 40 МВт. В 2013 году крупнейшей стала London Array (Великобритания) с установленной мощностью 630 МВт. 6 сентября 2018 года в 19 км от берегов Великобритании в Ирландском море на северо-западе Англии запущена в эксплуатацию оффшорная ветряная электростанция Walney Extension. Суммарная мощность её ветряков составляет 659 МВт. В 2020 году планируется завершить строительство ветряных электростанции East Anglia One мощностью 714 МВт и Hornsea Project One мощностью 1,2 ГВт, в 2022 году — электростанции Hornsea Project Two мощностью 1,4 ГВт.

Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмные суда.

Плавающая

Строительство первой плавающей электростанции. Норвегия. Май 2009 года.

Первый прототип плавающей ветровой турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров.

Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года. Турбина под названием Hywind весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.

Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю.

Компания в 2017 году довела мощность турбины до 6 МВт, а диаметр ротора — до 154 метра.

Парящая

Парящей называют ветровые турбины, размещенные высоко над землей, для использования более сильного и стойкого ветра. Концепция разработана в 1930-е годы в СССР инженером Егоровым.

Текущим рекордсменом считается «Парящая ветровая турбина Altaeros» (Altaeros Buoyant Airborne Turbine (BAT)), которая будет установлена на высоте 1000 футов (304,8 м) над землей. Этот пилотный проект промышленного масштаба будет находиться на высоте 275 футов выше, чем текущий рекордсмен — Vestas V164-8.0-MW. Последний совсем недавно установил свой прототип в Датском национальном центре тестирования больших турбин (Danish National Test Center for Large Wind Turbines) в Остерильде (Østerild). Высота расположения оси Vestas 460 футов (140 метров), лопасти турбин в высоту более 720 футов (220 метров). У Altaeros мощность турбины 30 кВт. этого достаточно для обеспечения энергией 12 домов. Для поднятия на такую высоту Altaeros использует невоспламеняемую надувную оболочку, наполненную гелием. Проводником для произведенной энергии служат высокопрочные канаты.

Горная

Кордайская ВЭС на юго-востоке Казахстана

Первая на постсоветском пространстве горная ВЭС мощностью 1,5 МВт была запущена на Кордайском перевале в Жамбылской области Казахстана в 2011 году. Высота площадки — 1200 метров над уровнем моря. Среднегодовая скорость ветра 5,9 м/сек. В 2014 году количество ветротурбин «Vista International» мощностью по 1,0 МВт на «Кордайской ВЭС» было доведено до 9 агрегатов при проектной мощности 21 МВт. В дальнейшем планируется введение в строй Жанатасской (400 МВт) и Шокпарской (200 МВт) ветряных электростанций.

В феврале 2015 года в Восточных Карпатах у города Старый Самбор запущена в работу первая в Западной Украине горная ВЭС «Старый Самбор 1» мощностью в 13,2 МВт. Общая мощность 79,2 МВТ. Она представлена ветротурбинами VESTAS V-112 датского производства номинальной мощностью 6,6 МВт. Высота площадки 500 — 600 м над уровнем моря, среднегодовая скорость ветра 6,3 м/сек.

> Панорамы ВЭС

ВЭС Лиллгрунд (англ.)русск. 110 МВт, Швеция

ВЭС в России

Основная статья: Список ветряных электростанций России

На 2018 год общая мощность ВЭС в стране исчислялась 134 МВт.

Крупнейшим ветроэнергетическим комплексом обладает Крымская энергосистема.

Крупнейшая электростанция — Ульяновская ВЭС находится в Ульяновской области, её мощность составляет 35 МВт.

Зеленоградская ВЭУ, расположенная в районе посёлка Куликово Зеленоградского района Калининградской области имела суммарную мощность в 5,1 МВт. Состояла из ВЭУ датской компании SЕАS Energy Service A.S. (1 новая мощностью 600 кВт и 20 отработавших 8 лет в Дании мощностью 225 кВт каждая). Эксплуатировалась в течение 20 лет, в 2018 году вместо неё введена Ушаковская ВЭС (6,9 МВт).

Мощность Анадырской ВЭС составляет 2,5 МВт.

Мощность ВЭС Тюпкильды (Башкортостан) составляет 2,2 МВт.

Заполярная ВЭС, находящаяся около города Воркута в Коми, имеет мощность 1,5 МВт, построена в 1993 году. Состоит из шести установок АВЭ-250 российско-украинского производства мощностью 250 кВт каждая.

Около Мурманска строится опытная демонстрационная ВЭУ мощностью 250 кВт. В селе Пялица, в мае 2014 года, открыта первая в Мурманской области ветровая электростанция. Так же до 2016 года предусматривается дальнейшее введение ветропарков в Ловозерском и Терском районах области.

Ветрогенератор.Принцип работы ветрогенератора

Ветрогенератор(ветровая турбина) — это устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

Основное направление использования энергии ветра — это производство электроэнергии.

Существуют два основных типа турбин:

вертикальные — с вертикальной осью вращения;

горизонтальные — с горизонтальной осью вращения.

Имеется в виду вертикальное или горизонтальное положение оси генератора по отношению к плоскости земли.

Ветрогенераторы можно условно разделить на две категории:

  • промышленные
  • домашние (для частного использования).

Промышленные устанавливаются государственными органами или крупными энергетическими компаниями. Как правило, их объединяют в сеть. В результате получают витроелектро станцию (ВЭС). Ее основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — это полное отсутствие сырья и отходов, т.е. полная экологичность и независимость. Единственное основное требование — высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных промышленных ветрогенераторов достигает 6 МВт.

Индустрия домашних ветряков активно развивается. На сегодня уже можно, за достаточно небольшие средства, приобрести ветряную установку и обеспечить энергонезависимость своего загородного дома на долгие годы. Как правило, для небольшого коттеджа достаточно ветряка номинальной мощностью 0,8 кВт. Выработка электроэнергии в месяц (среднегодовой показатель) 250 кВт при номинальной скорости ветра 8 м / с. Среднегодовая скорость ветра для Винницкого региона 4 м / с. Если местность не ветреная, его можно дополнить солнечными батареями. Источники энергии будут прекрасно дополнять друг друга.

Принцип работы ветрогенератора

Вращения ротора генератора происходит под действием подъемной силы, возникающей при обтекании ветром лопастей. При этом генератор вырабатывает переменный нестабильный ток, который выпрямляется в контроллере. Постоянный ток контроллера предназначен для заряда аккумуляторов. Одновременно к аккумуляторов подключено другое устройство — инвертор, преобразующий постоянное напряжение аккумуляторов в переменное однофазное напряжение 220 В 50 Гц или трехфазное — 380/220 В, используемое потребителем для питания нагрузки.
Ветрогенератор обычно работает вместе с контроллером и инвертором, но при этом возможны различные варианты его использования:

* Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами;

* Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами и солнечными батареями (гибридная система-самая эффективная автономная система для московского региона);

* Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами и резервным дизельным (газовым или бензиновым) генератором;

* Ветрогенератор, работающий параллельно с сетью.

Использование силы ветра — один из древнейших способов получения энергии. Преимущества ветроэнергетики бесспорны. Ветровая энергия обильна, чиста, безопасна и надежна как ресурс для производства электроэнергии.

Основным преимуществом ветрогенератора, как источника энергии, является бесплатная электричество (если не считать начальные инвестиции). Заплатив однажды определенную сумму денег Вы значительной мере решаете для себя проблему энергонезависимости на десятки лет. Ветрогенераторные установки надежны, экологически безопасны и практически не производят шума. Кроме того, в большинстве случаев ветрогенератор позволяет получать дармовую энергию именно тогда, когда в ней есть повышенная потребность, а именно в холодное время года. В конце осени и начале зимы, когда наступают холода и расходуется электроэнергия на обогрев дома, ее недостаточное количество компенсируется за счет того, что именно в это время наиболее сильные ветры, и поэтому ветрогенератор работает с полной отдачей.

Цена производства электричества на ветряных станциях и установках постоянно снижается (в отличие от производства других энергоносителей). Ветроэнергетика предоставляет электроэнергию гораздо ближе к потребителю, что снижает ее расходы стоимости строительства линий электропередач.

Учитывая постоянное снижение себестоимости вырабатываемой электроэнергии, перспективы дальнейшего расширения строительства ветровых электростанций и приложений ветровых установок достаточно благоприятные.

Важно то, что ветрогенератор хорошо в техническом смысле сочетается с другими источниками энергии и может работать в паре с дизельными генераторами, солнечными батареями или другими источниками энергии, создавая единый замкнутый цикл.

Необходимость экономить природные ресурсы вынуждает большинство государств заняться поиском альтернативных источников электроэнергии. Одним из таких источников является энергия ветра, при помощи которой можно производить электрическую энергию в объемах достаточных для удовлетворения нужд, как бытовых потребителей, так и промышленных предприятий. Основой конструкции для выработки электроэнергии из ветра является установленный на мачте генератор.

Как работает ветряная электростанция?

Принцип работы ветряной электростанции основан преобразовании энергии ветра во вращательное движение турбины. Это происходит при помощи лопастей (ротора). Ветер следует контуру лопасти, приводя их во вращение.

Современные ветровые электрические станции имеют три лопасти. Их длина может достигать 56 метров. Скорость вращения в пределах 12-24 оборотов в минуту. Для увеличения скорости вращения используют редукторы. Мощность современных ветрогенераторов может достигать 750кВт.

Анемометр предназначен для измерения скорости ветра. Он монтируется на тыльной стороне корпуса турбины. Информация о скорости ветра анализируется встроенным компьютером для выработки наибольшего количества электроэнергии.

Конструкция ветроэлектростанции может работать при скорости ветра 4 метра в секунду. При достижении скорости ветра 25 метров в секунду ветровые электростанции принцип работы, которых основан на использовании энергии ветра автоматически выключаются. Бесконтрольное вращение лопастей при сильном ветре является одной из причин аварий и разрушения ветряка.

Трансформатор преобразовывает напряжение до величин необходимых для транспортировки электроэнергии к потребителю по проводам линии электропередачи. Обычно трансформаторы устанавливают у основания мачты

Мачта является важным элементом конструкции ветряной электростанции. От ее высоты зависит выработка генератора. Высота мачты современных ветряков колеблется в пределах 70-120 метров. Некоторые конструкции предусматривают наличие вертолетных площадок.

Установка ветрогенераторов

Одним из необходимых условий для полноценной работы устройства является выбор подходящего места для его размещения. В идеале это должна быть возвышенность с высокой скоростью ветра при низкой турбулентности.


Если неподалеку находится лес, то это будет способствовать снижению эффективности работы ветрогенератора. Отсутствие поблизости ВЛЭП не даст возможности перенаправлять вырабатываемую электроэнергию к потребителям.

Проблемы, вызываемые эксплуатацией ветряных электростанций

Несмотря на то, что ветрогенераторы являются перспективным способом выработки электроэнергии, существует множество проблем, связанных с их эксплуатацией. В частности, в странах Европы, где активно внедряется ветроэнергетика многие люди жалуются на дискомфорт, вызываемый близким соседством с ветряками.

В большинстве стран отсутствуют законы, которые бы четко определяли на каком расстоянии от жилых домов их можно размещать. Иногда ветрогенератор можно увидеть уже на расстоянии 200-250 метров от дома. Люди жалуются на сильный шум, который разносится на сотни метров вокруг. Тень от вращающихся лопастей ветряка может отбрасываться на несколько километров. Это вызывает сильный психологический дискомфорт.

Проблемы вызваны тем, что полномасштабное использование энергии ветра началось относительно недавно. Мощные ветрогенераторы ранее не использовались. Поэтому в полной мере их воздействие на человека изучено не было. В настоящее время разрабатываются законы, призванные минимизировать дискомфорт от эксплуатации этих механизмов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *