Veterné elektrárne

Veterná elektráreň (VE) je komplex vzájomne prepojených zariadení a konštrukcií určených na premenu veternej energie na iné druhy energie (elektrickú, mechanickú, tepelnú atď.).

Veterná turbína ako hlavná časť veternej turbíny pozostáva z veternej turbíny, systému prenosu veternej energie na záťaž (užívateľa) a samotného užívateľa veternej energie (každé zariadenie: elektrický strojný generátor, vodné čerpadlo, ohrievač, atď.).

Veterná turbína je zariadenie na premenu kinetickej energie vetra na mechanickú energiu pracovného pohybu veternej turbíny. Pracovné pohyby, ktoré robí veterná turbína, môžu byť rôzne. Na existujúcich veterných turbínach sa dnes ako pracovný pohyb používa kruhový rotačný pohyb. Zároveň sú známe (niekedy aj realizované) početné návrhy na využitie iných typov pracovného pohybu, napríklad oscilačného.

Systém lopatiek veternej turbíny (veterné koleso) môže mať iný dizajn.V moderných veterných turbínach je systém lopatiek vyrobený vo forme plných lopatiek s krídlovým profilom v priereze (niekedy sa v tomto prípade používajú výrazy «lopatka» alebo vrtuľové veterné turbíny).

Známe úspešne fungujúce systémy lopatiek, v ktorých sa namiesto lopatiek používajú rotačné valce (pomocou Magnusovho efektu). Existujú návrhy na vytvorenie systému lopatiek založených na rôznych typoch lopatiek s pružnými povrchmi (plachty).

Preto list — Toto je súčasť vrtule, ktorá vytvára krútiaci moment. Lopatkový systém veternej turbíny s prevádzkovým kruhovým rotačným pohybom môže mať horizontálnu alebo vertikálnu os otáčania.

Pri výpočte a návrhu konkrétnej veternej turbíny je potrebné okrem veterných podmienok jej prevádzky zohľadniť aj vlastnosti veternej turbíny, teakového dreva, ako aj celej veternej turbíny. V tomto ohľade sú veterné turbíny klasifikované podľa nasledujúcich kritérií:

• druh vyrobenej energie,

• úroveň energie,

• vymenovanie

• Oblasti použitia,

• značka pre prevádzku veternej turbíny s konštantnou alebo premenlivou rýchlosťou,

• metódy riadenia,

• typ prenosovej sústavy.

V závislosti od typu vyrobenej energie sa všetky veterné elektrárne delia na veternú energiu a veternú energiu. Elektrické veterné turbíny sa zase delia na zabudované inštalácie, ktoré vyrábajú elektrinu jednosmerný alebo striedavý prúd. Mechanické veterné turbíny sa používajú na pohon bežiacich strojov.

V závislosti od účelu sa jednosmerné elektrické veterné turbíny delia na napájanie vetrom garantované, užívateľsky garantované, negarantované napájanie.Elektrické veterné turbíny so striedavým prúdom sa delia na autonómne, hybridné, pracujúce paralelne s elektroenergetickým systémom porovnateľného výkonu (napríklad s dieselovým zariadením), sieťové, pracujúce paralelne s výkonným elektroenergetickým systémom.

Klasifikácia veterných turbín podľa oblastí použitia je určená ich účelom.

Pri výpočte a návrhu veternej turbíny a výbere jej nominálnych parametrov je potrebné vziať do úvahy typ záťaže (elektrocentrála, vodné čerpadlo a pod.), typ systému prenosu veternej energie užívateľovi, typ elektrickej energie. generačný a skladovací systém.

Systém prenosu veternej energie je definovaný súbor rôznych zariadení na prenos výkonu z hriadeľa veterného kolesa na hriadeľ zodpovedajúceho stroja veternej turbíny (užívateľa) so zvýšením rýchlosti otáčania stroja alebo bez neho. V modernej veternej energetike sa najčastejšie využíva mechanický spôsob prenosu energie.

Systém výroby energie je generátor elektrických strojov a súbor zariadení (riadiace zariadenia, výkonovej elektroniky, batéria a pod.) na pripojenie k užívateľovi so štandardnými parametrami elektriny.

Vyrábajú sa a prevádzkujú veterné turbíny s výkonom od niekoľkých wattov do tisícok kilowattov. Existujú štyri skupiny: veľmi nízky výkon — menej ako 5 kW, nízky výkon — od 5 do 99 kW, stredný výkon — od 100 do 1000 kW, vysoký výkon — nad 1 MW. Veterné turbíny každej skupiny sa od seba líšia predovšetkým dizajnom, typom základu, spôsobom inštalácie veternej turbíny, riadiacim systémom, systémom prenosu veternej energie, spôsobom inštalácie a spôsobom údržby.

Dosiahlo sa prevládajúce rozloženie veterných turbín s horizontálnou osou.

Na obr. 1 je znázornená konštrukcia veternej farmy a celkový pohľad na veternú farmu.

Ryža. 1. Konštrukcia veternej elektrárne: 1 — veterná turbína (veterné koleso), 2 — veterná turbína, 3 — generátor, 4 — prevodovka, 5 — točňa, 6 — meracie zariadenie, 7 — stožiar veternej turbíny obsahuje veternú turbínu. a elektrický generátor pripojený k hriadeľu veternej turbíny priamo alebo cez prevodovku.

Veterná turbína obsahuje veternú turbínu a elektrický generátor pripojený k hriadeľu veternej turbíny priamo alebo cez prevodovku.

Veterná farma (WPP) pozostáva z niekoľkých paralelne pracujúcich veterných turbín, ktoré dodávajú vyrobenú elektrinu do energetického systému.

Meracie zariadenie dáva signál na otočenie hlavy vetra pri zmene smeru alebo sily vetra a tiež upravuje uhol natočenia lopatiek v závislosti od sily vetra.

Existujú veterné turbíny pre 500, 1000, 1500, 2000, 4000 kW. Veterná turbína na 500 kW má: stožiar s výškou 40-110 m, veternú hlavu s hmotnosťou 15-30 ton, frekvenciu otáčania n = 20-200 ot./min., otáčky rotora generátora sú 750- 1500 ot/min (pohon s prevodom) alebo 20-200 ot/min (priamy pohon).

Ako generátory vo veterných turbínach sa často používajú asynchrónne generátory veveričky, ktoré sa od synchrónnych líšia väčšou spoľahlivosťou, jednoduchosťou konštrukcie a menšou hmotnosťou, ktorá je potrebná na zvýšenie spoľahlivosti veternej elektrárne.

Veterné turbíny môžu pracovať autonómne alebo paralelne s energetickým systémom.Počas autonómnej prevádzky nie je rýchlosť otáčania vysokotlakovej veternej turbíny regulovaná ani udržiavaná v rozmedzí ± 50 %, preto frekvencia a napätie svoriek generátora nie sú konštantné, to znamená, že generovaná elektrická energia je nízkej kvality a používatelia takéto veterné turbíny často nemajú vysoké kvalitatívne požiadavky (hlavne vykurovacie zariadenia). Na získanie kvalitnej energie sa používajú stabilizátory pozostávajúce z usmerňovača, meniča a batérie.

Výkonné veterné turbíny pracujú paralelne s energetickým systémom (obr. 2). Toto paralelné spojenie zabezpečuje, že frekvencia, napätie a rýchlosť veternej turbíny sú konštantné. Výkon, ktorý generátor dáva do siete, závisí od krútiaceho momentu motora a je určený silou vetra.

Možná spolupráca veternej turbíny so sieťou s pripojením cez medzifrekvenčný menič pri premenlivej frekvencii otáčania veternej turbíny.

Pri použití asynchrónneho generátora môže veterná turbína pracovať aj s premenlivou rýchlosťou a generátor dodáva do siete kvalitnú elektrickú energiu.Asynchrónny generátor na budenie spotrebúva jalový výkon zo siete alebo zo špeciálnej kondenzátorovej banky a vytvára ho samotný synchrónny generátor.

Ryža. 2… Paralelná prevádzka veternej elektrárne s výkonným systémom napájania: VD — veterný stroj, R — prevodovka, G — generátor, V — usmerňovač, I — menič, U — riadiaca jednotka, ES — energetický systém

Charakteristika systémových veterných elektrární (WPP):

1. Nachádzajú sa na miestach s vysokým veterným potenciálom.

2.Majú kapacitu pohonných jednotiek: 1500-2000 kW a viac pre kontinentálnu základňu a 4000-5000 kW pre morskú a pobrežnú základňu.

3. Používajú sa asynchrónne generátory s rotorom vo veveričke a synchrónne (často s budením permanentným magnetom) s nízkym napätím generátora (0,50-0,69 kV).

4. Nízka účinnosť stanice — 30-40%.

5. Nedostatok tepelnej záťaže.

6. Vysoká manévrovateľnosť, ale plná závislosť od poveternostných podmienok.

7. Rozsah prevádzkových rýchlostí vetra od 3,0-3,5 do 20-25 m/s. Keď je rýchlosť vetra nižšia ako 3,0 – 3,5 m/sa vyššia ako 20 – 25 m/s, veterné turbíny sa odpoja od siete a inštalujú sa v nepracovnej polohe, a keď sa rýchlosť vetra obnoví, veterné turbíny sú pripojené k sieti a urýchľované pomocou generátora pracujúceho v režime motora.

8. Nedostatočný výber elektrického výkonu pri napätí generátora (okrem vlastných potrieb).

9. Prenos elektriny spotrebiteľom pri napätiach 10, 35, 110, kV.

Moderná veterná energia je v mnohých krajinách sveta súčasťou energetických systémov a v niektorých krajinách je jednou z hlavných zložiek alternatívnej energie založenej na obnoviteľných zdrojoch energie. Prečítajte si o tom viac tu: Vývoj veternej energie vo svete