АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ УСТРОЙСТВ, СИСТЕМ И СПОСОБОВ АВАРИЙНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Ветроэнергетика промышленность имеет весьма широкий выбор различных систем, отвечающих за стабильность работы ВЭУ и предотвращения аварийных ситуаций. Однако следует различать системы управления мощностью ветроэнергетическими установками, системы регулирования и системы торможения, т.к. у каждого вида систем имеется своя конкретная и узконаправленная задача или задачи.

К системам управления мощностью относятся, как правило, системы, которые позволяют осуществить мониторинг, анализ текущего состояния ветроагрегата, и в зависимости от заданной программы влиять на работу ВЭУ, в том числе и затормаживать ее. Но важным нюансом здесь является то, что системы управления мощностью ВЭУ не рассчитаны на аварийные ситуации, когда случается отказ каких-либо элементов самой системы управления и ветроагрегата в целом. Таким образом, такие системы не устанавливаются на ВЭУ как единственные, а дополняются устройствами или другими системами, отчасти дублирующими функционал основной системы.

Системы регулирования ВЭУ преимущественно включает в себя системы, удерживающие или ограничивающие основные характеристики работы ВЭУ в допустимых диапазонах. Как правило, в таких системах регулируемым параметром является скорость вращения ротора ВЭУ.

Системы аварийного торможения в большинстве своем устанавливаются на ветроэнергетические установки в дополнение основной системе управления или регулирования ВЭУ. Основной задачей системы торможения в данном случае будет предотвращение бесконтрольной работы ВЭУ и предотвращение возможных аварийных последствий в случае отказа основной системы управления или каких-либо других компонентов ветрогенератора. В данной работе будет представлены системы аварийного торможения ВЭУ.

Ниже представлены результаты проведенного поиска и анализа существующих систем и способов аварийного торможения ВЭУ среди отечественных и зарубежных разработок:

1. Колодочные тормоза.

Данный тип аварийных систем торможения является самым распространённым среди остальных. По своему устройству указанный тип тормозов очень схож с автомобильными дисковыми тормозами. На валу ветроколеса устанавливается тормозной диск, и по бокам диска располагаются тормозные колодки. При необходимости торможения колодки сжижают тормозной диск и начинается процесс торможения. Колодочные тормозные системы могут иметь два типа приводов: электрический и гидравлический.

Системы с электрическим приводом могут иметь редуктор, либо иные механические передачи, преобразующие вращательное движение в поступательное.

Преимущества:

-данный тип тормозных устройств обладает высокой надёжностью, поскольку конструкция во многом заимствована из автомобильной промышленности, где прошла многолетнюю отработку.

-также, колодочные тормозные системы ВЭУ позволяют обеспечивать высокие тормозные моменты за счет того, что тормозные диски могут масштабироваться до необходимых размеров, тем самым создавая большее плечо для приложения тормозного момента.

-кроме того, колодочные тормоза способны работать даже при высоких температурах – это позволяет им поглощать большое количество избыточной мощности на ветроколесе без ущерба для конструкции.

Недостатки:

-весьма важным недостатком данного типа тормозов является их значительные габаритные размеры и невозможность компактного расположения внутри конструкции ВЭУ, что делает применимыми их только на крупных ВЭУ, которые имеют вместительные гондолы.

-также, к недостаткам относится высокое энергопотребление тормозной системы, т.к. в течение всего времени торможения система тратит электроэнергию на удержание колодок с сжатом состоянии.

-в случае, если у данного типа тормозов привод является гидравлическим, то конструкция значительно усложняется из-за добавления в ее состав гидростанции.

2. Замыкание обмоток электрического генератора ВЭУ.

Аварийное торможение ветроколеса возможно в некоторых случаях путем замыкания обмоток электрического генератора ВЭУ. При чем замкнуть обмотки генератора может как система управления, так и оператор ветроустановки. Но не стоит путать данный метод аварийного торможения ветроколеса с методом регулирования частоты вращения ротора путем замыкания обмоток генератора с использованием широтно-импульсной модуляции. В последнем случае осуществляется притормаживание ветроколеса, а процесс полного торможения может занять продолжительное время (зависит от ветровых условий, в которых работает ВЭУ).

Преимущества:

-при замыкании обмоток генератора торможение ветроколеса происходит очень быстро после чего оно остается в заторможённом состоянии.

-кроме того, для замыкания обмоток генератора достаточно небольшого количества электроэнергии для переключения контактов реле в случае, если данную операцию выполняет автоматика. Для выполнения данной операции человеку достаточно только переключить тумблер, что тоже требуем малого количества времени и сил.

Недостатки:

-резкое торможение ротора на большой скорости вращения может привести к деформации или разрушению его механической конструкции.

-в процессе торможения на обмотках генератора выделяется большое количества тепла за малый промежуток времени, что может привести к оплавлению или возгоранию обмоток.

-затормозить ветроколесо данным способом невозможно, если электрический генератор перегрет, либо возникло нарушение целостности кабеля электрического генератора, идущего к системе управления.

3. Комбинированное отключение ВЭУ.

Комбинированный способ остановки ветроколеса может включать в себя несколько процедур: аэродинамическое торможение, механическое торможение, торможение генератором. Данный способ, как правило, применяется на крупных ВЭУ, когда необходимо остановить ветроколесо настолько быстро, насколько это возможно, не причиняя при этом ущерба конструкции.

Преимущества:

-процесс торможения ветроколеса может занимать незначительное по продолжительности времени по сравнению с остальными способами за счет использования двух или более механизмов торможения.

Недостатки:

-низкая надежность данного способа, т.к. при торможении используются штатные элементы и узлы ВЭУ, которые при аварийной ситуации могут работать некорректно, либо выведены из строя.

Список литературы:

1. Алхасов А.Б. Возобновляемая энергетика. – 2-е изд., переаб. и доп. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012. – 256 с.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя в 3-х т.: Т.2 – 8-е изд., перераб. и доп. под ред. И.Е.Жестоковой. – М.: Машиностроение, 2001. – 316 с.
3. Безруких П.П. Экономика возобновляемой энергетики/ Энергия: экономика, техника, экология. 2009. №10. С.2-6.
4. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления/ Бесекерский В.А., Попов Е.П. – 4-е изд., переаб. и доп. – СПб: Профессия, 2003