2 Конструкція і робота веу

Вітровий потік, що проходить через площу Р, що охоплюється лопатями вітродвигуна (рис.2.1), має енергію

,Дж (2.1)

де - швидкість вітру, м/с

— маса повітря.

За секунду через площу протікає маса кг/с

де - щільність повітря, кг/м 3, - атмосферний тиск, Па = 287 Дж/(кг.К) - газова постійна, Т — абсолютна температура, К. Для лопатевого вітрового колеса площа визначається через довжину лопаті . Відповідно електрична потужність, ВЕУ, що розвивається, визначається формулою

,Вт (2.2)

де - ККД ветродвигателя

- електричний ККД ветрогенератора і перетворювача ( в межах 0,70...0,85).

Дослідним шляхом встановлено, що вітряки з вертикальною віссю ротора менш ефективні, чим вітрові колеса з горизонтальною віссю і двома - трьома лопатями. Сучасні лопаті виготовляють із склопластика, проектують їх методами гідродинаміки з врахуванням тривимірного обтікання. Ширіна (хорда) лопаті зменшується до кінця для ослабіння шуму. Рівень шуму біля ВЕУ, що працює на повну потужність, не перевищує 100 дб. Довжина лопаті досягає 50 м, відповідно висота башти-щогли перевищує 50 м. ККД сучасних ветродвигателей г|в на рівні 25...33%. Робота ВЕУ розрахована на швидкості вітру від 3 до 25 м/с, максимальна розрахункова швидкість вітру до руйнування ротора - 60 м/с.

При різній силі вітру повинна забезпечуватися однакова стандартна частота, тобто однакове число зворотів ротора. Це досягається автоматичним регулюванням кута атаки лопаті. Гондола ветроагрегата автоматично розвертається на башті проти вітру.

Механічна енергія ветроколеса передається через редуктор і роз'ємну муфту на асинхронний генератор, розміщений в капсулі ВЕУ. Постійний струм від декількох ВЕУ, що входять до складу ВЕС, перетвориться в змінний із стандартною частотою і подається в енергосистему. Світовою вітроенергетикою відпрацьовані методи синхронізації частоти і групового регулювання ВЕУ при роботі на енергосистему, збереження частоти при поштовхах, пов'язаних із зміною швидкості вітру.

Фірма АВВ запропонувала замість асинхронного генератора використовувати генератор постійного струму високої напруги (до 20 кВ). В цьому випадку стають непотрібними редуктор, система плавного запуску, трансформатор, відповідно зменшуються габаритні розміри і маса капсули. Енергія від ВЕУ по кабелю поступає до загального перетворювача станції і від нього - в мережу.

Швидкість вітру міняється протягом доби, випробовує сезонні і інші зміни. Відповідно міняється потужність, що виробляється вітровими електростанціями, мають місце набросы і провали їх долі в навантаженні енергосистеми. Тому для підтримки частоти струму необхідно мати у складі енергосистеми запас резервних потужностей. Найпростіше це завдання вирішується при спільній роботі на енергосистему вітрових і гідравлічних станцій, у тому числі ГАЕС. Надлишкова енергія, яка виробляється ВЕС в години мінімального вжитку енергосистемою, може акумулюватися закачуванням води в розташований вище басейн. Можна використовувати її, закачувавши стисле повітря в підземні резервуари, або виробляючи водневе паливо електролізом води.

Мал. 2.1. Схема ВЕУ:

1 — башта; 2 - токосъемник; 3 -гондола; 4 - електрогенератор;

5 - редуктор; 6 – ротор.

У Росії випуск вітрових енергоустановок «Веселка» початий на АООТ «Тушинський машзавод». Російське енергомашинобудування має достатній досвід для вирішення механічних і електромеханічних проблем розробки і виробництва ВЕУ. Правда, немає досвіду виготовлення найбільш відповідальних деталей - великорозмірних лопатей ветроколеса. Висловлюються побоювання з приводу обмерзання ротора установки в зимовий час, особливо при роботі на побережжі Кольського півострова, де холодне повітря є сусідами з незамерзаючим морем. За літературними даними, в Данії і північній Німеччині працюючі ВЕУ взимку не обмерзають - очевидно, вібрації лопатей із склопластика струшують налиплі частки льоду. Проте при останові ВЕУ заледеніння ротора може викликати поломки.