МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Российский химико-технологический университет

им. Д. И. Менделеева

Б. В. Ермоленко

Возобновляемая энергетика как инструмент ресурсосбережения и снижения негативного воздействия на окружающую среду

ветер

Москва 2016

Глава 5. Ветероэнергетика

Классификация ветроэнергетических устанвок

На данный момент существует огромное количество ветроэнергетических установок. Условно их можно поделить на ВЭУ с вертикальной (рис. 1) и горизонтальной (рис. 2) осью вращения.

Рис. 1. Ветровые установки с вертикальной осью вращения, на основе ротора Дарье

Рис. 1а. Ветровые установки с вертикальной осью вращения

Рис. 2. Ветровые установки с горизонтальной осью вращения

Рис. 2а. Ветровые установки с горизонтальной осью вращения

ВЭУ с горизонтальной осью получили большое распространение за рубежом в странах с хорошо развитой инфраструктурой (Германия, Дания, Испания). Также ветроэнергетические установки с горизонтальной осью вращения получили большое распространение в оффшорном энергоснабжении (рис. 3). Установки с вертикальной осью постепенно заполоняют рынок и широко используются потребителями средней и малой мощности. Наиболее распространенными видами установок с вертикальной осью вращения являются установки с роторами Дарье и роторами типа Савониуса. Рис. 1. Ветровые установки с вертикальной осью вращения, на основе ротора Дарье, построенные в Австралии в 1980-х годах Рис. 2. Ветровые установки с горизонтальной осью вращения Рис. 3.

Рис. 3. Оффшорные ветровые установки с горизонтальной осью вращения

Оффшорные ветровые установки с горизонтальной осью вращения В настоящее время ведутся разработки всё большего количества моделей многофункциональных энергетических комплексов, работающих на основе использования в качестве первичных источников ветроэнергетической, солнечной или гидроэнергетической установки, или их комбинации (рис. 4), которые могут быть использованы для автономного гарантированного и бесперебойного питания потребителей [3–5]. Рис. 4. Ветросолнечная электростанция Разработка устройств систем автономного энергоснабжения актуальна для малонаселённых территорий с неразвитой инфраструктурой и отсутствием электрификации. Потенциальными потребителями ветроэнергетических установок с целью резервирования энергии являются объекты особой группы электроснабжения, военные части, туристические объекты, малые объекты обслуживающей инфраструктуры, небольшие фермерские хозяйства. Так же ветроустановка может применяться как дополнительный источник электроэнергии для снижения затрат при питании от сетевых компаний, это актуально при наличии достаточных ветровых условий, а при применении концентратора это практически любые территории с ветрами более 5м/с. Потенциальным потребителем в этом случае являются частные домохозяйства Согласно ГОСТ Р 51237–98 [6] все ВЭУ классифицируются на 4 класса мощности. ВЭУ очень малой мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью до 5 кВт. Генераторы таких ВЭУ как правило вырабатывают постоянное напряжение. ВЭУ переназначены для электроснабжения отдельных потребителей с использованием аккумуляторных батарей или других видов накопителей энергии. Такие ВЭУ могут работать с другими источниками энергии (солнечными батареями, ДЭС) на шине постоянного напряжения. Монтаж ВЭУ осуществляется бескрановым способом. Наибольший эффект от использования ВЭУ очень малой мощности можно получить, если их устанавливать на возвышенностях, берегах рек и крупных озер. ВЭУ малой мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью от 5 до 100 кВт. Данные ВЭУ, в зависимости от технического исполнения могут работать на шину постоянного напряжения децентрализованного потребителя, так и на шину переменного напряжения небольшого поселка. Для электроснабжения поселков возможно использовать ВЭУ малой мощности от 30 кВт и более. ВЭУ малой мощности выполняются как с вертикальной, так и с горизонтальной осью вращения. Монтаж ВЭУ осуществляется бескрановым способом. ВЭУ малой мощности перспективно использовать для электроснабжения удаленных поселков и отдельных потребителей, не имеющих централизованного электроснабжения. ВЭУ средней мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью от 100 до 1000 кВт. В данном классе с большим отрывом преобладают ВЭУ с горизонтальной осью вращения. Данный класс ВЭУ предназначен в основном для работы с децентрализованной системой электроснабжения небольшого поселка, предприятия или военной базой. ВЭУ средней мощности более производительны, чем ВЭУ малой и очень малой мощности. Такие ВЭУ возможно установить в северных населенных пунктах, где имеется существенный энергодефицит. Строительство ветропарков из ВЭУ средней мощности не будет требовать завоза и использования крановой техники, что весьма проблематично в условиях северных территорий нашей страны. ВЭУ большой мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью более 1000 кВт. В данном классе в свободной продаже имеются только ВЭУ с горизонтальной осью вращения. ВЭУ большой мощности имеют высокие башни высотой от 70 до 120 метров. Самая большая ВЭУ в мире «Enercon E-126» имеет мощность 7 МВт и диаметр лопастей 126 метров. При использовании ВЭУ большой мощности возникает ряд определенных трудностей, связанный с условиями эксплуатации ВЭУ. Ветровые потоки в различных слоях атмосферы имеют различные направления и скорости движения. Особенно это свойственно для континентальной зоны, где завихрения ветрового потока создаются шероховатостями поверхности (лесом, рельефом, возвышенностями и т. д.). Ветроколеса большого диаметра могут сильно терять в производительности по указанной выше причине. ВЭУ большой мощности мультимегаваттного класса перспективно использовать ВЭУ в прибрежных и оффшорных зонах. Водная гладь не имеет шероховатостей и создаваемый воздушный поток будет достаточно равномерным на всей ометаемой площади.