Статьи по видам промышленности

50001.pro

Тэги

интервью   проекты ЮНИДО   ЕврАзЭс   промышленное развитие   экология   энергоэффективность   зеленое строительство   зеленые стандарты   качество жизни   сертификация   передача технологий   гидропоника   ГХФУ   ХФУ   R22   озоновые дыры   монреальский протокол   киотский протокол   общественное обсуждение   профессиональное образование   аммиак   промышленность   углерод   глобальное потепление   парниковый эффект   технологии   очистка воды   сточные воды   химический лизинг   зарубежный опыт   энергоаудит   альтернативные источники энергии   биоэнергетика   ветроэнергетика   гидроэнергетика   водородная энергетика   ГЭФ   переработка мусора   саморегулируемые организации   тепловые насосы   нормативы и правила   природный газ   биоразнообразие   инвестиции   возобновляемые источники энергии   гранты   частное партнерство   озоновый слой   землепользование   мировой океан   рыболовство   конференции   социальная ответственность   морские перевозки   энергоменеджмент   уран   ядерная энергетика   озоноразрушающие вещества   биотопливо   законопроекты   налоговые льготы   промышленная интеграция стран   международное сотрудничество   энергосбережение   автоматизация зданий   АЭС   благотворительность  

Многомодульные ветроэнергетические установки в системах гарантированного электроснабжения

В последние 10–15 лет для электроснабжения объектов сельскохозяйственного назначения, частных жилых комплексов, малых промышленных предприятий с установленными мощностями от 500 Вт до 5 кВт все чаще используются ветроэнергетические установки (ВЭУ).

Наибольшей популярностью сегодня пользуются горизонтально-осевые ВЭУ. Они хорошо ориентируются на ветер, имеют высокий коэффициент преобразования энергии, достигающий 0,5–0,53, и сравнительно малые удельно-массовые характеристики.

К их недостаткам следует отнести повышенный шум (45–65 дБ (А)), который особенно заметен при регулировании частоты вращения, необходимость применения токосъемников или устройства раскручивания кабеля, обеспечивающего переход от горизонтально расположенного генератора на вертикальную мачту. Во время ориентации ветроколеса на ветер выработка энергии снижается, а в ряде случаев, например, при постоянно меняющемся направлении ветра, применение горизонтально-осевых ВЭУ невозможно.

Для того чтобы повысить выработку электрической мощности, необходима установка дополнительных ВЭУ, что ведет к увеличению площади земель, отчуждаемых под ветропарк.

В последние годы повысился интерес к вертикально-осевым установкам типа «Н Дарье». Это вызвано тем, что они мало шумят, не требуют ориентации на ветер, у них отсутствует токосъемник. Впрочем, у этих установок немало и недостатков: они плохо пускаются, часто выходят из строя из-за деформации консольно закрепленной оси вращения или поломки лопастей в результате действия знакопеременных нагрузок. Кроме того, эти ВЭУ имеют сравнительно низкий коэффициент преобразования энергии ветра — 0,25–0,4.

И хотя проблема запуска сравнительно легко решается за счет применения пускового колеса Савониуса (что, безусловно, усложняет конструкцию), поломок лопастей и осей вращения избежать не получится.

ВЭУ модульного типа с реактивными лопатками

Рис. 1. ВЭУ модульного типа с реактивными лопатками

В связи с этим предлагается модульная конструкция ВЭУ, состоящей из статора и ротора, имеющего двухточечную опору вала, на котором закреплены реактивные или активные лопатки. Этот же вал соединяется с многополюсным магнитоэлектрическим генератором.

Ротор может иметь лопатки простой дугообразной формы в виде сегмента цилиндра — так называемые реактивные лопатки. В этом случае вращение ротора будет осуществляться за счет давления воздушного потока на лопатки. Если же лопатки ротора имеют симметричный двояковыпуклый профиль (правильнее называть их уже не лопатки, а лопасти), то получим активное ветроколесо, вращение которого будет осуществляться за счет подъемной силы.

Ветроколесо с реактивными лопатками прекрасно пускается, но имеет невысокий коэффициент преобразования, который может быть увеличен до 0,15–0,18 за счет применения направляющего аппарата, легко устанавливаемого на статоре (рис. 1).

При использовании активного ветроколеса решить проблему запуска можно, рационально выбрав число лопастей. В этом случае применение направляющего аппарата позволит повысить коэффициент преобразования энергии ветра до 0,45.

Направляющий аппарат реактивной и активной турбин имеет разную форму.

Отличительная особенность ветроколес описанной конструкции заключается в том, что они являются нерегулируемыми и, следовательно, не производят шума при вращении.

Регулирование частоты вращения ветроколеса возможно за счет ограничения объема поступающего воздушного потока.

Мощность электрической энергии, вырабатываемая модулем, определяется следующим выражением:

Р модуля = 0,5ρξηSV 3,

где ρ = 1,225 кг/м 3 — удельная плотность воздуха при t = 18 °C;
ξ – коэффициент использования энергии ветра;
η – КПД генератора;
S = DH — максимальная площадь сечения ветроколеса;
D — диаметр ветроколеса;
Н — длина лопастей ветроколеса;
V –скорость воздушного потока.

Целесообразно ограничить номенклатуру мощностей модулей рядом 200 Вт, 1 кВт и 5 кВт. Характеристики модулей, снятые в аэродинамической трубе ЦАГИ, представлены на рисунке 2.

Аэродинамические характеристики модуля с реактивными лопатками; Аэродинамические характеристики ротора с активными лопастями

Рис. 2. Аэродинамические характеристики модуля с реактивными лопатками (а); Аэродинамические характеристики ротора с активными лопастями (б)

Модули устанавливаются на специальные башни.

Для увеличения мощности ВЭУ необходимо увеличить количество модулей, установленных на одной башне. Таким образом, наращивание мощности ВЭУ возможно без увеличения занимаемой площади.

Установленная мощность ММВЭУ из N модулей определится как

P ММВЭУ = Р модуля ·N.

По условиям устойчивости конструкции рациональнее всего монтировать на одной башне до шести модулей. То есть мощность многомодульных ветроэнергетических установок (ММВЭУ) может составлять от 0,2 до 30 кВт. На базе таких ММВЭУ могут быть созданы комплексы гарантированного электроснабжения с солнечными батареями и резервным дизель-генератором. Один из вариантов структурной схемы такого комплекса представлен на рис. 3.

Структурная схема комплекса гарантированного электроснабжения на базе ММВЭУ

Рис. 3. Структурная схема комплекса гарантированного электроснабжения на базе ММВЭУ

ВЭУ модульной конструкции с активным ротором

Рис. 4. ВЭУ модульной конструкции с активным ротором (а); Конструкция многомодульной ВЭУ (ММВЭУ) (б)

ММВЭУ мощностью до 30 кВт могут найти самое широкое применение в различных уголках Казахстана, РФ и государствах дальнего зарубежья.

Следует отметить, что все модули энергонезависимы друг от друга. Каждый модуль имеет свой контроллер заряда аккумуляторной батареи, что позволяет избежать уравнительных токов и наиболее полно использовать энергию ветра на каждом вертикальном эшелоне воздушного потока.

Внешний вид ВЭУ модульной конструкции представлен на рис. 4а, а ММВЭУ представлен на рис. 4б.

В конструкции ММВЭУ предусмотрены заградительный (маркировочный) огонь красного цвета и активный молниеприемник. Все электротехническое оборудование, включая контроллеры, аккумуляторные батареи, дизель-генератор, находится в специальном стационарном контейнере.

С. В. Грибков, ЗАО НИЦ «Виндэк»

Автор

Грибков С. В.

ЗАО НИЦ «Виндэк»


Правила использования статей

© 2010 - 2017, Вестник «ЮНИДО в России». Все права защищены.