Пятый элемент
Энергетика
Министерство обороны России
МЧС Российской Федерации
Службы экстренной помощи
Добыча и транспортировка полезных ископаемых
Телеком
Промышленное производство
Градостроительство
Умный дом
Автомобилестроение
Водный гражданский и военный транспорт
Воздушный гражданский и военный транспорт
Космос
Другие проекты

Ветрогенераторы


Ветроэнергетические установки (ВЭУ) преобразует кинетическую энергию ветра в механическую или электрическую энергию, удобную для практического использования. ВЭУ 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. 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, также как и панели управления, электрические кабели, оборудование заземления, оборудование для подключения к сети, система молниезащиты, система накопления электроэнергии и ее стабилизации, и др. Диаметр ротора ВЭУ по мере возрастания мощности ветроустановки от 1 до 3000 кВт увеличивается от 2 до 100 м, а высота башни от 8 до 100 м. Для ВЭУ выше 150 кВт диаметр ротора и высота башни примерно равны.

Скорость ветра- важнейший элемент в пректировании и использования ветроустановки.В общем случае при среднегодовой скорости ветра более 4 мс 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.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. Так, ветроустановка, работающая при средней скорости 6 мс, генерирует мощность на 44% большую, чем при скорости 5 мс. 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:
P= 1/2p1/4пD2Cpv3nrnp10-3,
Где p= 1,22 кгм3- плотность воздуха (стандартная), D, м- диаметр ротора, v, мс- скорость ветра, nr,np- коэффициенты полезного действия генератора (0,95) и редуктора (0,9), Cp- коэффициент использования ветра, зависящий от профиля лопастей и других режимных параметров, предельное значение которого равно 0,593, а достигнутое в эксплуатации- 0,4-0,45,п=3,14.

Наиболее экономически выгодное применение ВЭУ имеет место, если он объединены в группы. Их и называют ветроэлектрическими станциями (ВЭС), а за рубежом «ветровыми фермами» Их мощность колеблется от сотен киловатт до сотен мегаватт. Сегодня ветростанция мощностью в 50 МВт может быть построена за 18 месяцев, включая оценку ресурсов. Ветроустановки большой мощности не предназначены для атономной работы или работы параллельно друг с другом. Поэтому как только отключается ЛЭП (линия электропередачи), связывающую ВЭУ с энергосистемой,останавливаются и ВЭС. Обычно при проектировании обеспечивается связь с двумя ЛЭП с разных точек энергосистемы. Для одиночных ВЭУ и не больших ВЭС, питающих определенную нагрузку- нужно иметь резервный источник электроснабжения ( ДГ, ГТУ,Фотогальваника). Очень важным параметром в проектировании ВЭУ является коэффициент использования установленной мощности, дающий представление об эффекивности работы ВЭУ.Это отношение средней выработки генерирующего устройства к максимально возможной. Большинство современных ВЭУ работают с коэффициентом использования установленной мощности от 25 до 35%.Электростанции работающие на невозобновляемых источниках энергии работают с коэффициентом использования установленной мощности от 40 до 80%.Лучшие ветроустановки в хороших ветровых условиях работают с коэффициентом 0,5. Хорошими ветровыми условиями в России обладают следующие субъекты РФ: Архангельская, Астраханская, Волгоградская, Калининградская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Новосибирская, Пермская, Ростовская, Сахалинская, Тюменская области, Краснодарский, Приморский, Хабаровский края, Дагестан, Калмыкия. Карелия, Коми. Ненецкий автономный округ, Хакасия, Чукотка, Якутия, Ямало-Ненецкий автономный округ.

На наш взгляд, в России наиболее перспективны на сегодняшний день малые ветроэнергетические системы вследствие огромной территории и недостаточности энергоснабжения. Это огромный рынок- от пограничных застав до фермерских хозяйств. Надо сказать, что стоимость электроэнергии, вырабатываемой на малых ВЭУ практически в 2 раза выше чем стоимость системных ВЭС и составляет около 2000 долларов за 1 КВт.Но тут существуют еще и другие оценки выгодности использования малых ВЭУ- сравнение стоимости электроэнергии, вырабатываемой на базе других возобновляемых и невозбновляемых источников. В России наибольших успехов по производству малых ВЭУ достигли такие компании как ЦНИИ «Электроприбор».Заслуживает уважения разработки конструкторского бюро КБ «Хруничева», ВРТБ Болотова, Рыбинский завод приборостроения, Элмотрон, ОАО «Ветроэнергомаш». Нашими конструкторами разработана и запущена в серию линия по производству лопастей к ветрогенераторным установкам мощностью до 10 КВА из углепластикового композиционного материала  с изменяющейся геометрией крыла..
Зарубежные производители представлены в таблице:

Основные технические данные зарубежных ветроагрегатов малой мощности


Регулирование осуществляется тем, что по мере достижения наибольшей скорости вращения, ротор начинает уходить из под ветра в горизонтальной плоскости- в таблице Н или в вертикальной плоскости- в таблице V.Только у ветрогенераторов фирмы «Aerowatt» регулирование осуществляется поворотом лопасти и частично профилем лопасти- в таблице

• Основными мировыми лидерами в ВЭУ большой и средней мощности являются: VESTAS, NORDEX, PANASONIC, VERGNET, ECOTECNIA, SUPERWIND.
• Интересны разработки маломощных ВЭУ китайских производителей под торговой маркой MAGLEV 

Самая большая проблема, с которой сталкиваются проектировщики и эксплуатационщики ВЭУ и гибридных систем- это способ хранения энергии и согласования с сетью. Эти проблемы в комплексе решены только недавним временем, после того как стали применять Аккумуляторные батареи   LiTO системы. Почему? Потому что только они способны принимать на себя огромные толчковые токи (порыв ветра) и одновременно являясь фильтром для передачи в сеть. Вторая причина- способность работать на миллионах циклах заряд-разряд при 3-10% разряде. Третья – способность работы в температурных диапазонах от -40-+60 С без температурной компенсации.

Мы разработали новый тип ветроэнергетических установок- Aero-Energy, не требующий ориентации на ветер, обеспечивающий устойчивую работоспособность при ураганных ветрах и других неблагоприятных погодных условиях (снег с дождем, вызывающий обледенение, град и т.п.). Уровень шума установки Aero-Energy относительно традиционных ВЭУ снижен в несколько раз, а также реализована возможность органично использовать в своей конструкции солнечные панели, повышая эффективность по выработке электроэнергии одной установкой на единице занимаемой площади. Использование в установке турбинных технологий и оригинальная конструкция позволяют повысить коэффициент использования воздушного потока более чем в два раза, а так же снимают ограничения по диаметру ветроколеса из-за применения коротких лопаток турбинного типа.

Сравнительная таблица характеристик различных типов ВЭУ.