Безредукторные встраиваемые электрогенераторы. Производство НПО "ЭРГА"

 

Ветрогенератор

 

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) — устройство для

преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

 

Ветрогенераторы можно разделить на две категории: промышленные и домашние (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 6 МВт.

 

Строение малой ветряной установки

1. Ротор, лопасти, ветротурбина
2. Генератор (как правило это синхронный трехфазный с возбуждением от постоянных магнитов напряжением =24 В)
3. Мачта с растяжками
4. Контроллер заряда батарей
5. Аккумуляторы (обычно автомобильные необслуживаемые на 24 В)
6. Инвертор (= 12 В -> ~ 220 В 50Гц)
7. Сеть

 

 

Строение промышленной ветряной установки

 

Строение ветрогенератора

• Фундамент
• Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления
• Башня
• Лестница
• Поворотный механизм
• Гондола
• Электрический генератор
• Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)
• Тормозная система
• (10)Трансмиссия
• Лопасти
• Система изменения угла атаки лопасти
• Колпак ротора
• Система пожаротушения
• Телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора
• Система молниезащиты

 

 

 

 

Типы ветрогенераторов

 

Существуют два основных типа ветротурбин: с вертикальной осью вращения и с горизонтальной. Вертикальноосевые турбины работают при низких скоростях ветра, но имеют малую эффективность. Поэтому вертикальноосевые системы встречаются достаточно редко и применяются, как правило, в домашних системах.

 

Индустрия домашних ветрогенераторов активно развивается. Уже сейчас за вполне умеренные деньги можно приобрести ветряную установку и на долгие годы обеспечить энергонезависимость своему загородному дому. Обычно для обеспечения электроэнергией небольшого дома вполне достаточно установки номинальной мощностью 1 кВт при скорости ветра 9 м/с. Если местность не ветреная, ветрогенератор можно дополнить фотоэлектрическими элементами или дизель-генератором. Источники будут замечательно друг друга дополнять.

 

Недавно появилась новая модель «волновой ветродвигатель» которая совмещает преимущества ветротурбин с вертикальной и горизонтальной осью вращения. Как и всякая автоколебательная система, ветродвигатель содержит:

• Источник энергии — ветер
• Колебательный контур — лопасть с возвратным механизмом
• Анкерное устройство — направляющие, связанные с валом и изменяющие положение лопастей относительно ветра.

 

 

 

 

Проблемы эксплуатации промышленных ветрогенераторов

 

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

 

Для строительства необходимы дорога до строительной площадки, место для размещения узлов при монтаже, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

 

В ходе эксплуатации промышленных ветрогенераторов возникают различные проблемы:

 

• Неправильное устройство фундамента. Если фундамент башни неправильно рассчитан, или неправильно устроен дренаж фундамента, башня от сильного порыва ветра может упасть.
• Обледенение лопастей и других частей генератора. Обледенение способно увеличить массу лопастей и снизить эффективность работы ветрогенератора. Для эксплуатации в арктических областях части ветрогенератора должны быть изготовлены из специальных морозостойких материалов. Жидкости, используемые в генераторе, не должны замерзать. Может замёрзнуть оборудование, замеряющее скорость ветра. В этом случае эффективность ветрогенератора может серьёзно снизиться. Из-за обледенения приборы могут показывать низкую скорость ветра, и ротор останется неподвижным.
• Удары молний. Удары молний могут привести к пожару. На современных ветрогенераторах устанавливаются молниеотводящие системы.
• Отключение. При резких колебаниях скорости ветра срабатывает электрическая защита аппаратов входящих в состав системы, что снижает эффективность системы в целом. Так же для больших ветростанций большая вероятность срабатывания защиты на отходящих ЛЭП.
• Нестабильность работы генератора. Из-за того что в большинстве промышленных ветрогенерирующих установках стоят асинхронные генераторы, стабильная работа их зависит от постоянства напряжения в ЛЭП.
• Пожары. Пожар может возникнуть из-за трения вращающихся частей внутри гондолы, утечки масла из гидравлических систем, обрыва кабелей и т. д. Пожары ветрогенераторов редки, но их трудно тушить из-за отдалённости ветряных электростанций и большой высоты, на которой происходит пожар. На современных ветрогенераторах устанавливаются системы пожаротушения.

 

 

 

 

Перспективные разработки

 

Департамент Энергетики США (DoE) финансирует разработки и испытания ветрогенераторов мощностью 5—8 МВт как для наземного использования, так и для установке в море.

 

Норвежская компания Hydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. Hydro планирует запустить демонстрационную версию мощностью 3 МВт в 2007 году. Компания планирует в будущем довести мощность турбины до 5 МВт, а диаметр ротора — до 120 метров. Аналогичные разработки ведутся в США.

 

Компания Magenn разработала аппарат легче воздуха с установленным на нём ветрогенератором. Аппарат поднимается на высоту 120—300 метров. Нет необходимости строить башню и занимать землю. Аппарат работает в диапазоне скоростей ветра от 1 м/с до 28 м/с. Аппарат может перемещаться в ветряные регионы или быстро устанавливаться в местах катастроф.

 

Компания Windrotor предлагает новую очень эффективную конструкцию ротора мощной турбины, позволяющую значительно увеличить его размеры и коэффициент использования энергии ветра. Предполагается, что эта конструкция станет новым поколением роторов ветровых турбин.

 

Департамент Энергетики США (DoE)в конце 2007 года объявил о готовности финансирования особо малых (до 5 кВт) ветрогенераторов персонального использования.

 

 

 

 

Малые ветрогенераторы

 

Малый ветрогенератор на крыше здания

 

К малой ветроэнергетике относятся установки мощностью менее 100 кВт. Установки мощностью менее 1 кВт относятся к микро-ветряной энергетике. Они применяются на яхтах, с/х фермах для водоснабжения и т.д.

 

Малые ветрогенераторы могут работать автономно, т.е. без подключения к общей электрической сети.

 

Считается, что применение малых ветрогенераторов в быту малоцелесообразно из-за:

• Высокой стоимости инвертора ~ 50 % стоимости всей установки (применяется для преобразования переменного или постоянного тока получаемого от ветрогенератора в ~ 220В 50Гц (и синхронизации его по фазе с внешней сетью при работе генератора в параллель))
• Высокой стоимости аккумуляторных батарей ~ 25 % стоимости установки (используется в качестве источника бесперебойного питания при отсутствии или пропадании внешней сети)
• Для обеспечения надёжного электроснабжения к такой установке иногда добавляют дизель-генератор, сравнимый по стоимости во всей установкой.

 

В настоящее время, несмотря на рост цен на энергоносители, себестоимость электроэнергии не составляет сколько-нибудь значительную величину у основной массы производств на фоне других затрат. Ключевым для потребителя остаётся надёжность и стабильность электроснабжения.

 

Основными факторами приводящими к удорожанию энергии получаемой от ветрогенераторов являются:

• Необходимость получения электроэнергии промышленного качества ~ 220В 50 Гц (применяется инвертор)
• Необходимость автономной работы в течении некоторого времени (применяется аккумуляторы)
• Необходимость длительной бесперебойной работы потребителей (применяется дизель-генератор)

 

В настоящее время наиболее экономически целесообразно получение с помошью ветрогенераторов не электрической энергии промышленного качества, а постоянного или переменного тока (переменной частоты) с последующим преобразованием его с помощю ТЭНов в тепло, для обогрева жилья и получения горячей воды. Эта схема имеет несколько приемуществ:

• Отопление является основным энергопотребителем любого дома в России.
• Схема ветрогенератора и упровляющей автоматики кардинально упрощается.
• Схема автоматики может быть в самом простом случает построена на нескольких тепловых реле.
• В качестве аккумулятора энергии можно использовать обычный бойлер с водой для отопления и горячего водоснабжения.
• Потребление тепла не так требовательно к качеству и бесперебойности, температуру воздуха в помещении можно потдерживать в широких диапазаонах 19—25С — в бойлерах горячего водоснабжения — 40—97С без ущерба для потребителей.

 

По данным Американской Ассоциации Ветряной Энергетики (AWEA) в США в 2006 г. было продано 6807 малых ветряных турбин. Их суммарная мощность 17 543 кВт. Их суммарная стоимость $56 082 850 (примерно $3200 за кВт мощности). В остальном мире в 2006 г. были проданы 9502 малых турбины (без учёта США), их суммарная мощность 19 483 кВт.

 

Наиболее перспективными регионами для развития малой ветроэнергетики считаются регионы со стоимостью электроэнергии более $0,1 за кВт·ч. Себестоимость электроэнергии, производимой малыми ветрогенераторами в 2006 г. в США составляла $0,10—$0,11 за кВт·ч. AWEA ожидает, что в ближайшие 5 лет себестоимость снизится до $0,07 за кВт·ч.

 

AWEA прогнозирует, что к 2020 году суммарная мощность малой ветряной энергетики США вырастет до 50 тыс. МВт, что составит около 3% от суммарных мощностей страны. Ветряные турбины будут установлены в 15 млн домах и на 1 млн малых предприятий. В отрасли малой ветроэнергетики будут заняты 10 тыс. человек. Они ежегодно будут производить продукции и услуг на сумму более чем $1 млрд.

 

Материал из Википедии — свободной энциклопедии