I.Ведение.
Ветроэнергетика – отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра – кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. По состоянию на 2010г. суммарная мощность всех действующих ветрогенераторов увеличилась в 6 раз за десять лет. 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 2005г. по «Программе Развития Альтернативной Энергетики» ООН создала карту ветров для 19 развивающихся стран, и т.д. Скорость ветра возрастает с высотой. Поэтому ветроэлектростанции строят на вершинах холмов или возвышенностей, а непосредственно ветрогенераторы устанавливают на башнях высотой 30-60 метров. Принимаются во внимание предметы, способные влиять на ветер: деревья, крупные здания. При строительстве ветроэлектростанции учитывается влияние ветрогенераторов на окружающую среду. Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума от работающей ветровой энергетической установки до 45дБ в дневное время и до 35дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов - 300м.Современные ветроэлектростанции прекращают работу во время сезонного перелета птиц. Промышленный ветрогенератор устанавливается на подготовленной площадке за 7-10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство «ветровой фермы» может занимать год и более. Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжелая подъемная техника с выносом стрелы более 50м, так как гондолы ветрогенераторов устанавливаются на большой высоте. К началу 2008г. крупнейшей ветроэлектростанцией США была «Horse Hollow Wind Energy Center» в Техасе. Она состояла из 421 ветрогенератора суммарной мощностью 735,5МВт. Электростанция расположена на площади 190 км2.
II.Основная часть.
1 Строение и компоненты ветряных установок
Строение ветряной установки изображено на (рис.1.стр. 7), а строение ветряка на (рис.2.стр.8), так же ветряные установки могут быть:
Малая ветряная установка
1.Ротор; лопасти; ветротурбина; хвост, ориентирующий ротор противветра
2.Генератор
3.Мачта с растяжками
4.Контроллер заряда аккумуляторов
5. Аккумуляторы (обычно необслуживаемые на 24 В)
6. Инвертор (= 24 В -> ~ 220 В 50Гц)
7. Сеть
Некоторые современные бытовые ИБП имеют модуль подключения источника постоянного тока специально для работы с солнечными батареями или ветрогенераторами. Таким образом, ветрогенератор может быть частью домашней системы электропитания, снижая потребление энергий от электросети.
Промышленная ветряная установка.
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; Телекоммуникационная система для передачи данных о работе ветрогенератора; Система молниезащиты.
Компоненты электрогенерирующего комплекса
К основным компонентам системы, без которых работа ветрогенератора (ВЭУ, ветряка, ветряной мельницы) невозможна, относят следующие элементы:
Генератор – необходим для заряда аккумуляторных батарей. От его мощности зависит, как быстро будут заряжаться ваши аккумуляторы. Генератор необходим для выработки переменного тока. Сила тока и напряжение генератора зависит от скорости и стабильности ветра.
Лопасти – приводят в движение вал генератора благодаря кинетической энергии ветра.
Мачта – обычно, чем выше мачта, тем стабильнее и сильнее сила ветра. Отсюда следует – чем выше мачта, тем больше выработка генератора. Мачты бывают разных форм и высот.
Дополнительные необходимые компоненты ветрогенератора (ВЭУ, ветряка, ветряной мельницы) :
Контроллер – управляет многими процессами ветроустановки, такими, как поворот лопастей, заряд аккумуляторов, защитные функции и др. Он преобразовывает переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей.
Аккумуляторные батареи – накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы. Также они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора. Благодаря им вы получаете стабильное напряжение без перебоев даже при порывистом ветре. Питание Вашего объекта идёт от аккумуляторных батарей.
Анемоскоп и датчик направления ветра – отвечают за сбор данных о скорости и направлении ветра в установках средней и большой мощности.
АВР – автоматический переключатель источника питания. Производит автоматическое переключение между несколькими источниками электропитания за промежуток в 0,5 секунды при исчезновении основного источника. Позволяет объединить ветроустановку, общественную электросеть, дизель-генератор и другие источники питания в единую автоматизированную систему. Важно: АВР не позволяет работать сети одного объекта одновременно от двух разных источников питания.
Инвертор – преобразовывает ток из постоянного, который накапливается в аккумуляторных батареях, в переменный, который потребляет большинство электроприборов.
Комплектуют ветрогенераторы турбиной, мачтой, лопастями, креплениями, поворотным механизмом, контроллером, датчиком направления ветра. Аккумуляторы, инвертор и дополнительно оборудование подбираются индивидуально.
Есть три основных параметра, которые определяются индивидуально:
1. Выходная мощность ветроустановки (кВт), определяется только мощностью преобразователя (инвертора) и не зависит от скорости ветра, емкости аккумуляторов. Эта величина должна соответствовать количеству электроэнергии, необходимому вашему объекту. Эти данные можно взять из коммунальных счетов на оплату электроэнергии или рассчитать самостоятельно, если объект находится в стадии строительства.
2. Время непрерывной работы определяется емкостью аккумуляторных батарей (Ач или кВт). Эта величина зависит от желаемого времени автономной работы вашей энергосистемы в безветренные периоды или периоды, когда ваше потребление энергии из аккумуляторов будет превышать скорость зарядки аккумуляторных батарей генератором.
3. Скорость заряда аккумуляторных батарей (кВт/час) зависит от мощности самого генератора. Также этот показатель прямо зависит от скорости ветра, а косвенно от высоты мачты и рельефа местности. Чем мощнее ваше генератор, тем быстрее будут заряжаться аккумуляторные батареи, а это значит, что вы сможете быстрее потреблять электроэнергию из батарей и в больших объемах
4. Максимальная нагрузка на вашу сеть в пиковые моменты (измеряется в киловаттах). Необходимо для подбора инвертора переменного тока.
Важно:
Важное требование для всех ветрогенераторов – это наличие ветра. Для ветрогенераторов бытовой серии – 5-7 метров/секунду, для промышленных ветрогенераторов – 7-9 метров/секунду, для ветряных электростанций – 10-12 метров/секунду. Ветрогенератор должен успевать вырабатывать то количество энергии, которое Вы потребляете. Мощность ветрогенератора – важная, но второстепенная характеристика. Гораздо важнее его выработка – количество созданной энергии за определенный период времени; при подборе ветрогенератора, в первую очередь, важна ветровая активность в заданных условиях местности, а уже потом – мощность ветрогенератора; ветрогенератор надо подбирать не по мощности, а исходя из объема энергии, который он вырабатывает в неделю (месяц, год).реблениеэнергии от электросети.
рис.1Строение ветряной установки
Рис.1.Строение ветряной установки
Рис. 2. Строение ветряка: 1) Фундамент 2) Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления 3) Башня 4) Лестница 5) Поворотный механизм 6) Гондола 7) Электрогенератор 8) Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр) 9) Тормозная система 10) Трансмиссия 11) Лопасти 12) Система изменения угла атаки лопасти 13) Обтекатель