Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 16(60)

Рубрика журнала: Технические науки

Секция: Энергетика

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3

Библиографическое описание:
Евстафьев Д.А., Тимаков А.С. ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ // Студенческий: электрон. научн. журн. 2019. № 16(60). URL: https://sibac.info/journal/student/60/138968 (дата обращения: 29.03.2024).

ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Евстафьев Дмитрий Андреевич

магистрант, кафедра систем автоматизированного проектирования вычислительных средств РГРТУ,

РФ, г. Рязань

Тимаков Андрей Сергеевич

магистрант, кафедра систем автоматизированного проектирования вычислительных средств РГРТУ,

РФ, г. Рязань

Аннотация. В данной статье схематично рассматривается принцип работы ветроэнергетической установки.

Ключевые слова: энергосбережение, экология, ветроэнергетическая установка, преобразование энергии.

 

Ежегодно в мире количество потребляемой энергии только растёт. При этом большую часть энергии получают от тепловых электростанций и атомных электростанций. Получение энергии данными средствами наносит непоправимый вред окружающей обстановке. Существуют также способы получения энергии от гидроэлектростанций. Однако он актуален только для мест, где протекают реки.

С загрязнением экологии всё острее встаёт вопрос о поиске альтернативных источников получения энергии. Одним из таких источников является ветроэнергетическая установка.

Повсеместная доступность ветра является одним из главных преимуществ. К тому же, ресурсный потенциал ветра для выработки энергии бесконечен. Получение электроэнергии с помощью ветроэнергетической установки не только позволит в перспективах экономить на электроэнергии, но и сохранить экологию.

Выделяют несколько типов ветроэнергетических установок:

  • Вертикальные;
  • Горизонтальные.

Несмотря на конструктивные различия, принцип их работы существенно не различается.

Механическая энергия, получаемая от ветра с помощью ротора ветротурбины, преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора и подается в электрическую сеть. Часто для преобразования крутящего момента используется зубчатая передача, чтобы можно было выбрать оптимальную скорость вращения ротора и генератора независимо от скорости ветра. С электрической стороны генератор должен быть рассчитан на номинальную частоту и напряжение сети с помощью трансформатора.

Мощность, получаемая от ротора ветротурбины и передаваемая на вал генератора, зависит от скорости ветра и скорости вращения ротора, как показано на рисунке 1. Кривые роста для медленных оборотов и кривые падения для высоких оборотов показывают четкий максимум. Кривые действительны для постоянного угла установки или углов установки лопастей.

При работе трехфазного генератора переменного тока, непосредственно подключенного к сети, ротор подается непосредственно в сеть с фиксированной частотой и с фиксированной скоростью вращения, пропорциональной этой частоте сети. В случае синхронной машины скорость вращения фиксируется точно; в случае асинхронной машины имеются небольшие отклонения в зависимости от нагрузки.

 

Рисунок 1. Диаграмма зависимости мощности роторной установки ветротурбины от ее оборотов и характеристическая кривая генератора на фиксированной (вертикальная линия около 7,5 м / с) и при переменных оптимальных оборотах (начиная примерно с 4 м/с)

 

Из-за неоптимального выхода энергии асинхронных или синхронных генераторов с прямой связью, из-за высоких нагрузок при переключении в цепи привода и сложности реализации требований к мощности на входе в сеть, эта концепция сегодня используется редко. Исключение составляют маломощные установки. Эта неоптимальная энергия показана вертикальной линией на диаграмме зависимости мощности (рисунок 1). При фиксированных скоростях вращения оптимальная мощность на кривой максимальной мощности может быть достигнута только при скорости ветра 7–8 м/с.

В результате, сегодня концепция генератора с переменной скоростью и ротора является популярной. Скорость вращения регулируется в зависимости от ветра, чтобы максимально использовать энергию ветра. На диаграмме отношения мощности ветротурбины к числу оборотов ротора (рисунок 1) это показано линией, которая обрезает максимум кривых мощности. Он предназначен для поддержания оборотов всегда на уровне, при котором соответствующая скорость ветра дает максимальную мощность.

Следовательно, обороты ротора и генератора должны изменяться в зависимости от скорости ветра. При этом угол поворота лопасти должен поддерживаться постоянным, пока установка не выйдет на оптимальную мощность. Область ниже номинальной мощности называется областью оптимизации мощности. Если ветер настолько сильный, что номинальная мощность превышена, лопасть ротора снимается с ветра путем изменения угла тангажа (область ограничения мощности, вертикальная линия на рисунке 1 при 2 МВт).

Способность контролировать скорость вращения достигается только тогда, когда между генератором и электросетью размещен преобразователь частоты. На стороне сети он работает с фиксированной амплитудой и частотой сети и на стороне генератора может генерировать напряжение управляемой амплитуды и частоты, что требуется для возможности работы с переменной скоростью вращения.

 

Рисунок 2. Структура и компоненты ветротурбины

 

Структура компонентов трансмиссии, а также питающая сеть ветротурбины с генератором и питанием от преобразователя показана на рисунке 2 [1, с. 275].

Ротор ветротурбины преобразует энергию ветра в механическую энергию. Часто используется зубчатый привод, так что низкая скорость вращения ротора может быть преобразована в более быстрые обороты генератора. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Преобразователь частоты преобразует частоту генератора переменной скорости в фиксированную частоту сети и подает эту мощность через трансформатор, сетевой фильтр, контакторы и предохранители в сеть. Помимо установок с преобразователями полной мощности, которые используются для асинхронных генераторов с короткозамкнутыми роторами и синхронных машин, также используются установки с частичным преобразованием, в которых статор генератора напрямую подключен к сети, а ротор подключен к сети с помощью преобразователя. Для этого используется индукционная машина с ротором со скользящим кольцом, а такая система называется асинхронным генератором с двойным питанием [2].

 

Список литературы:

  1. Alois Schaffarczyk. Understanding Wind Power Technology. Theory, deployment and optimization. Wiley, 2014. – P.275.
  2. Нурахмет Е. Е./, Гафаров А. А., Бенке М. С. Выбор электрогенераторов для ветроэнергетических установок // Молодой ученый [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://moluch.ru/archive/132/36983. – (Дата обращения: 19.04.2019).

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.