Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Возобновляемые источники энергии. Учебно-методическое пособие
.pdf
Далее определим дифференциальную повторяемость скоростей
ветра в предполагаемом месте установки ВЭУ:
( ) ( )8760.
tU f U
ii
(2.2)
Определим возможную выработку электроэнергии конкретной ВЭУ
за год:
P
– генерируемая мощность ВЭУ при i-й скорости ветра, кВт.
где
i
WPUtU
ВЭУ
iiiii
()(),
(2.3)
При расчете необходимо учитывать минимальную скорость ветроустановки. Данное значение служит границей, ниже которой ВЭУ вырабатывать мощность не может.
Рассчитанные величины для наглядности представления результатов удобно свести в табл. 2.1 и 2.2.
Таблица 2.1
()fU
U
, м/с zi
i
1
2
…
25
V
, м/с Т, ч
i
1
2
…
25
Сумма
ВЭУ-01 ВЭУ-02
Pi, кВт W
, кВт Pi, кВт W
ВЭУi
Т, ч
Таблица 2.2
, кВт
ВЭУi
Функция распределения Вейбулла
Изменения скорости ветра лучше всего могут быть описаны с помощью функции распределения Вейбулла h, имеющей два параметра:
параметр формы
k
и параметр единиц измерения .c Вероятность того,
11
что скорость ветра в течение любого периода времени будет находиться
на уровне
представлена в виде следующего выражения [6]:
,U
k
U
(1)
k
kU
() ,0 .
hU e U
cc
c
Вероятность того, что величина скорости ветра будет находиться в
диапазоне от нуля до бесконечности в течение рассматриваемого периода, равна единице:
() 1.hU dU
0
(2.4)
При рассмотрении периода длительностью один год необходимо
функцию вероятности выражать в часах. Единицей измерения параметра
h
будет час в год [ч/г] в зависимости от скорости ветра, и, таким
образом, интеграл (2.4) принимает значение 8760 (суммарное количество часов в год) вместо значения, равного единице.
На рис. 2.2 показан график зависимости
k
ний
. Кривая 1 имеет значительный уклон в левую сторону, где боль-
шинство дней в этой местности безветренно (
h
от U для трех значе-
0U
). Кривая 3 имеет
вид нормального закона распределения в форме параболы, в данном
случае несколько дней имеет достаточно сильный поток ветра,
а остальная часть дней характеризуется относительно слабым ветром.
Кривая 2 представляет собой характерное распределение ветровых
нагрузок, аналогичное большинству местностей. При таком распределении большинство дней характеризуется скоростью ветра ниже средней, однако несколько дней – относительно высокой скоростью. Вели-
k
чина
определяет форму рассматриваемой кривой и поэтому носит
название «параметр распределения».
1k
Функция распределения Вейбулла при
носит название экспо-
ненциального распределения и применяется в основном при исследова-
3k
ниях в теории надежности. При
распределение Вейбулла приближается к нормальному закону, который часто называется параболическим законом распределения Гаусса.
12
Рис. 2.2. Функция распределения вероятностей Вейбулла при значении масштабного коэффициента
k
и параметров распределения
соответственно)
= 1, 2 и 3 (кривые 1–3
c = 10
Для определения масштабного коэффициента можно использовать
с удовлетворительной степенью точности выражение
U
ср
с
,
0,9
U
где
– среднегодовая скорость ветра в рассматриваемой местности.
ср
Рассчитанные продолжительности скорости ветра на основе распределения Вейбулла переводятся в часы по формуле (2.2), а затем рассчитывается суммарный объем электроэнергии, вырабатываемой ВЭУ
за год по формуле (2.3). Результаты расчета могут быть сведены в таблицу, аналогичную табл. 2.2.
Для сравнения величи´ ны потенциала годовой выработки
электроэнергии ВЭУ, полученные разными методами, могут быть сведены в
табл. 2.3.
Количество ветроустановок, необходимое для обеспечения потреби-
телей электроэнергией, определяется следующим образом:
где
потр ВЭУ11 ВЭУ22 потр
n
n
и
– количество ВЭУ первого и второго типов соответственно.
1
2
1, 1 ,WWnWnW
(2.5)
При этом неравенство может выполняться при установке ВЭУ только
13
одного типа в количестве нескольких штук, а ВЭУ другого типа можно
не принимать к установке вообще. Такой вариант предпочтителен, поскольку установка разных типов ВЭУ в рамках одного проекта на практике случается крайне редко.
Таблица 2.3
Величины потенциала годовой выработки электроэнергии ВЭУ
Ветроустановка
Метод дифференциальной повторяемости скоростей ветра на высоте оси ВЭУ
Метод на основе распределения Вейбулла
ч, кВтW
ВЭУ1
ВЭУ2
ч, кВтW
Если не удается подобрать такое количество ВЭУ, чтобы выполнялось неравенство (2.5), к установке нужно принять столько штук ВЭУ,
сколько в сумме они выработают энергию, близкую к правой части неравенства. В этом случае для компенсации излишков энергии, полученной от ВЭУ, необходимо установить потребитель-регулятор.
Полученное количество ВЭУ необходимо расставить на
местности
и соединить в общую автономную систему или присоединить к энергосистеме.
Потребитель-регулятор
Потребителем-регулятором (ПР) могут служить дополнительные
устройства, не предусмотренные заданием РГР, например, устройства
подогрева воды на ферме или в теплице, теплые полы и т. д. Мощность
ПР определяется по выражению
4000
1,1
,
WW
P
ПР
ВЭУсумм потр
W
где
ВЭУсумм
– энергия, выдаваемая всеми предполагаемыми к уста-
новке ВЭУ в год.
Полученная мощность ПР либо равномерно распределяется между
птичником, фермой, промышленным участком и гаражом, либо приписывается к одному из объектов для ее учета в дальнейших расчетах.
14
3. БАЛАНС РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
В АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЕ
Механическая энергия ротора ветроэнергетической установки преобразуется в электрическую энергию на ВЭУ средней и большой мощности с помощью синхронного или асинхронного генератора.
Синхронный генератор вращается с синхронной частотой, имеет обмотку возбуждения для регулирования уровня реактивной мощности
и напряжения на шинах статора. В нормальных условиях работы синхронный генератор выдает
статком таких генераторов является необходимость поддержания синхронной скорости вращения на валу. При быстром изменении скорости,
вызванном резкими порывами ветра, появляется большая вероятность
выпадения генератора из синхронизма.
В связи с этим подавляющее большинство ветроустановок реализуют на базе асинхронных генераторов с короткозамкнутым или фаз-
ротором. Асинхронный генератор проще синхронного по кон-
ным
струкции, дешевле и значительно надежнее. К сожалению, частота на
выходе асинхронного генератора всегда отличается от 50 Гц, в связи
с чем для согласования работы ВЭУ с сетью приходится использовать
«вставку постоянного тока» на основе полупроводниковых инверторов
и выпрямителей. Серьезным недостатком асинхронного генератора является
в генераторе необходимо использовать внешний источник реактивной
мощности для самовозбуждения. В качестве источника реактивной
мощности используется батарея конденсаторов.
электрически соединенных между собой.
соединенных последовательно и параллельно. Конденсаторы выпускают
также тот факт, что для создания и поддержания магнитного поля
Конденсаторная батарея – это группа единичных конденсаторов,
Батареи конденсаторов комплектуют из отдельных конденсаторов,
напряжение частотой 50 Гц. Однако недо-
15
в однофазном и трехфазном исполнении на номинальное напряжение
0,22…10,5 кВ.
Различают регулируемые (управляемые) и нерегулируемые батареи
конденсаторов. В нерегулируемых батареях конденсаторов число конденсаторов неизменно, а величина реактивной мощности зависит
только от квадрата напряжения. Суммарная мощность нерегулируемых
батарей конденсаторов не должна превышать наименьшую реактивную
нагрузку сети.
В регулируемых батареях конденсаторов в
зависимости от режима ав-
томатически или вручную изменяется число включенных конденсаторов.
Внешний вид конденсаторной установки (КУ) показан на рис. 3.1.
а б
Рис. 3.1. Конденсаторная установка:
а – внешний вид; б – условное обозначение на схеме
Источник реактивной мощности необходим также для потребителей
в поселке с коэффициентом мощности, меньшим единицы. Обычно это
потребители, имеющие активно-индуктивный характер нагрузки (двигатели, насосы и т. д.). В связи с этим при выборе компоновки с асинхронным генератором целесообразно подбирать мощность конденсаторной
16
установки исходя из суммарного потребления реактивной мощности генераторами ВЭУ и поселком.
При расчете баланса реактивной мощности в системе электроснабжения автономного поселка необходимо рассмотреть два крайних случая.
В работе только ДЭГ
В этом случае дизельный генератор, имеющий в своей основе синхронный генератор, может производить достаточное количество реактивной мощности для покрытия нужд потребителей. Номинальное значение реактивной мощности ДЭС определяется по формулам:
ДЭС потр max КУ потр max ДЭС
ДЭС ДЭС ДЭС
tg .QP
(3.1)
.QQ QQ Q
(3.2)
Если условие (3.2) не выполняется, то дополнительный источник реактивной мощности, при отсутствии в работе ВЭУ, не требуется.
В работе только ВЭУ
В этом случае ВЭУ может быть источником реактивной мощности,
если использован вариант компоновки с синхронным генератором, или
же потребителем реактивной мощности, если использован вариант с генератором асинхронного типа. Уровень генерации или потребления реактивной мощности зависит от номинального коэффициента мощности
ВЭУ и определяется по формуле
ГВЭУ ГВЭУ ВЭУ
КУ потр max ГВЭУ
tg .QP
В условии (3.4) знак «–» – генератор вырабатывает
Q
генератор потребляет
.
(3.3)
.QQ Q
(3.4)
;Q
знак «+» –
В случае компоновки с асинхронным генератором источник реактивной мощности должен не только покрывать потребности ВЭУ, но и
потребность поселка в реактивной мощности.
При несовпадении значений мощности, необходимой для покрытия
нагрузки со значениями серийного ряда конденсаторных установок,
необходимо выбирать ближайшее меньшее значение конденсаторной
установки.
17
Параметры конденсаторной батареи
Параметры
Маркировка
Мощность,
квар
Количество
ступеней
Параметры выбранной модели заносятся в таблицу.
Мощность ступени
регулирования
18
4. ВЫБОР МЕСТА УСТАНОВКИ ВЭУ
Место размещения ВЭУ следует выбирать в районах с благоприятными ветровыми условиями, обеспечивающими экономическую целесообразность использования энергии ветра.
Площадку для размещения ветроустановок (ВЭУ), ветровых электростанций (ВЭС), ветродизельных электростанций (ВДЭС) необходимо выбирать в соответствии с данными ветрового кадастра, результатами исследования ветрового потенциала, топографии местности, данными геологических и
снабжения, проектами планировки и застройки объектов. Выбор площадки должен основываться на комплексном анализе энергетических,
технических и экономических характеристик альтернативных площадок, оборудования, коммуникаций и затрат на эксплуатацию и обслуживание.
ВЭУ, ВЭС, ВДЭС должны выполняться отдельно стоящими и иметь
свои вспомогательные здания и сооружения. Количество
могательных помещений определяется условиями проекта. Пристроенные и встроенные дизельные электростанции, входящие в состав ВДЭС,
а также станции контейнерного исполнения рекомендуется выполнять
в зонах промышленной застройки.
Площадки для размещения прочих объектов и строений ВЭУ,
ВЭС, ВДЭС должны выбираться таким образом, чтобы не создавать
препятствий для свободного движения ветра
ния ВЭУ.
В районах со среднегодовыми скоростями ветра от 6 м/c и выше использование ВЭУ становится выгодным для ВЭУ любого назначения
в широком диапазоне мощностей.
гидрологических изысканий, схемой электро-
и состав вспо-
на площадке размеще-
19
Удаленность ВЭУ от населенных пунктов определяется по следую-
H
щей формуле:
10 ,LH
где
– высота ветроустановки; L – расстояние от населенного
пункта.
Расположение ВЭУ по розе ветров выбирается с ветреной стороны,
чтобы избежать лишних препятствий для ветра со стороны зданий.
ДЭС располагается вблизи РУ-0,4 кВ.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]