Ветрогенераторы большой мощности с асинхронным генератором.Примеры ветродвигателей

Горизонтальные ветрогенераторы

В основном для ветрогенераторных энергостанций (ВЭУ) используется ветряки с горизонтальной осью вращения. ВЭУ с горизонтальной осью вращения, имеющие две или три лопасти, установленные на вершине башни, — наиболее распространенный тип ветроэлектроустановок. Расположение ведущего вала ротора — части турбины, соединяющей лопасти с генератором, — считается осью машины.У турбин с горизонтальной осью вращения ведущий вал ротора расположен горизонтально. В рабочем состоянии относительно направления воздушного потока ротор турбины может находиться перед опорой — так называемый наветренный ротор или за опорой — подветренный ротор. Чаще всего турбины с горизонтальной осью вращения имеют две или три лопасти, хотя есть и модели с большим числом лопастей. Последние ВЭУ представляют собой диск с большим количеством лопастей. Они получили название «монолитных» установок. Такие установки используются, в первую очередь, в качестве водяных насосов. Когда ротор турбины с малым количеством лопастей (две-три) не является сплошным, такие ветрогенераторы относят к «немонолитным» установкам.

Для наиболее эффективной работы ВЭУ, ее лопасти должны максимально взаимодействовать с ветровым потоком, проходящим через площадь вращения ротора. ВЭУ с большим количеством лопастей обычно работают при низких скоростях вращения, в то время как установки с двумя или тремя лопастями должны вращаться с очень высокой скоростью, чтобы максимально «охватить» ветровые потоки, проходящие через площадь ротора. ВЭУ с большим количеством лопастей менее эффективны, чем турбины с двумя или тремя лопастями, так как лопасти создают помехи друг другу. По способу взаимодействия с ветром ВЭУ делятся на установки с жестко закрепленными лопастями без регулирования и на агрегаты, у которых лопасти сделаны с изменяющимся углом. Обе конструкции имеют преимущества и недостатки.

ВЭУ, у которых лопасти сделаны с изменяющимся углом, имеют более высокую эффективность использования ветра и, соответственно, они вырабатывают больше электроэнергии. В то же время, эти ВЭУ должны быть оснащены специальными подшипниками, которые, исходя из имеющегося уже опыта, часто являются причиной поломок агрегатов.

Турбины с жестко закрепленными лопастями более просты в обслуживании, однако их эффективность использования ветрового потока ниже. Горизонтально-осевые ВЭУ (горизонтальные ветрогенераторы), в зависимости от количества лопастей можно разделить на одно-, двух-, трех- и многолопастные.

Основным недостатком горизонтально-осевых ветрогенераторов является необходимость ориентации ротора на ветер, что требует внедрения дополнительных механизмов или способов ориентации.

Основным достоинством ветрогенераторов с горизонтальным ротором является их более высокая эффективность работы, за счет меньшего разброса углов атаки на рабочих режимах, а так же, за счет возможности у отдельных ВЭУ управлять углом установки лопастей. Ветроагрегаты горизонтально-осевых ВЭУ, по сравнению с вертикально-осевыми, имеют более низкие массогабаритные параметры, при прочих равных условиях. Однолопастные ветрогенераторы

Однолопастныеветрогенераторы имеют одну лопасть и противовес, выполняющий роль балансирующего механизма. Достоинством однолопастных роторов, по сравнению смноголопастными, является их более высокая скорость вращения за счет более низкого момента инерции. Это позволяет использовать в их схеме прямоприводные синхронные электрогенераторы, рассчитанные на более высокие обороты вращения, и как следствие, имеющие меньшие массогабаритные размеры. Кроме этого, ротор этой конструкции имеет более низкую стоимость за счет уменьшения числа лопастей. В настоящее время выпускаются однолопастные ВЭУ мощностью до 10 кВт, с диаметром ротора до 7 м.

Двухлопастные ветрогенераторы

В сравнении с ВЭУ с количеством лопастей три и более, двухлопастные имеют те же преимущества, что и однолопастные. Еще одним безусловным достоинством этих ветрогенераторов является уравновешенность ротора при любом угловом положении лопастей, за счет четного их количества. Это их достоинство нашло применение в самоподъемных ветрогенераторах малого и среднего диапазона мощностей. При подъеме с земли или опускании на землю самоподъемных двухлопастных ветрогенераторов, плоскость их ротора, при любом угловом положении лопастей будет стремиться занять горизонтальное положение, что значительно упрощает технологию процесса подъема или опускания этих ВЭУ. Примером самоподъемной двухлопастной ветроустановки является Gev MP, номинальной мощностью 275 кВт, французской фирмы Vergnet S.A. (рисунок 2).

Трехлопастные ветрогенераторы

Трехлопастные горизонтально-осевые ВЭУ являются наиболее распространенными из предлагаемых на рынке ветряков. Их номинальная мощность составляет от нескольких ватт до 7 МВт. Все ветроэнергетическое оборудование большой мощности (от 500 кВт и выше) представляют трехлопастные горизонтально-осевые ветрогенераторы. На сегодняшний день, ветроустановкой, имеющей самую большую номинальную мощность, является трехлопастная Enercon E-126, номинальной мощностью 7 МВт.

Многолопастные ветрогенераторы Многолопастные ВЭУ имеют большое количество лопастей, которое у некоторых моделей может достигать 50 единиц. Ротор этих ветрогенераторов имеет большой момент инерции, вследствие чего, имеет более низкие скорости вращения, но при этом, развивает более высокий крутящий момент. Эта их особенность является достоинством при работе в ветронасосных системах, именно в этой области промышленного применения они заняли нишу.