Vetrne elektrarne

Vetrna elektrarna (HE) je kompleks med seboj povezanih objektov in objektov, namenjenih pretvarjanju vetrne energije v druge vrste energije (električno, mehansko, toplotno itd.).

Vetrna elektrarna kot glavni del vetrne elektrarne je sestavljena iz vetrne elektrarne, sistema za prenos vetrne energije do bremena (uporabnika) in samega uporabnika vetrne energije (vsaka naprava: električni stroj generator, vodna črpalka, grelec, itd.).

Vetrna elektrarna je naprava za pretvorbo kinetične energije vetra v mehansko energijo delovnega gibanja vetrne elektrarne. Delovna gibanja vetrne turbine so lahko različna. Na obstoječih vetrnih turbinah se danes kot delovno gibanje uporablja krožno rotacijsko gibanje. Hkrati so znani (včasih celo uresničeni) številni predlogi za uporabo drugih vrst delovnega gibanja, na primer nihanja.

Sistem lopatic vetrne turbine (vetrno kolo) ima lahko drugačno obliko.V sodobnih vetrnih turbinah je sistem lopatic izdelan v obliki trdnih lopatic s profilom krila v prerezu (včasih se v tem primeru uporabljajo izrazi "rezilo" ali propelerske vetrne turbine).

Znani so uspešno delujoči sistemi rezil, v katerih se namesto rezil uporabljajo vrtljivi valji (z uporabo Magnusovega učinka). Obstajajo predlogi za ustvarjanje sistema rezil, ki temelji na različnih vrstah rezil s prožnimi površinami (jadra).

Zato je rezilo — To je sestavni del propelerja, ki ustvarja navor. Sistem lopatic vetrne turbine z delujočim krožnim rotacijskim gibanjem ima lahko vodoravno ali navpično os vrtenja.

Pri izračunu in projektiranju določene vetrne elektrarne je potrebno poleg vetrovnih pogojev njenega delovanja upoštevati tako lastnosti vetrne elektrarne, tikovega lesa kot celotne vetrne elektrarne. V zvezi s tem so vetrne turbine razvrščene po naslednjih merilih:

• vrsto proizvedene energije,

• raven moči,

• imenovanje

• Področja uporabe,

• znak za delovanje vetrne turbine s konstantno ali spremenljivo hitrostjo,

• metode upravljanja,

• vrsta prenosnega sistema.

Glede na vrsto proizvedene energije delimo vse vetrne elektrarne na vetrno energijo in vetrno energijo. Električne vetrne turbine pa delimo na vgrajene naprave, ki proizvajajo enosmerni ali izmenični električni tok. Mehanske vetrne turbine se uporabljajo za pogon tekočih strojev.

Enosmerne električne vetrne turbine delimo glede na namen na vetrno zagotovljeno, uporabniško zagotovljeno napajanje, nezajamčeno napajanje.Električne vetrne turbine z izmeničnim tokom so razdeljene na avtonomne, hibridne, ki delujejo vzporedno z elektroenergetskim sistemom primerljive moči (na primer z dizelsko elektrarno), omrežne, ki delujejo vzporedno z močnim elektroenergetskim sistemom.

Razvrstitev vetrnih turbin po področjih uporabe določa njihov namen.

Pri izračunu in načrtovanju vetrne elektrarne ter izbiri njenih nazivnih parametrov je potrebno upoštevati vrsto bremena (električni generator, vodna črpalka itd.), vrsto sistema prenosa vetrne energije do uporabnika, vrsto električne energije sistem za proizvodnjo in shranjevanje.

Sistem za prenos vetrne energije je definiran sklop različnih naprav za prenos moči od gredi vetrnega kolesa do gredi ustreznega vetrnega turbinskega stroja (uporabnika) z ali brez povečanja vrtilne hitrosti stroja. V sodobni vetrni energiji se najpogosteje uporablja mehanski način prenosa energije.

Sistem za proizvodnjo električne energije je generator električnih strojev in sklop naprav (krmilne naprave, močnostna elektronika, baterija itd.) za povezavo z uporabnikom s standardnimi parametri električne energije.

Izdelujejo in upravljajo vetrne turbine z močjo od nekaj vatov do tisoč kilovatov. Obstajajo štiri skupine: zelo nizka moč - manj kot 5 kW, majhna moč - od 5 do 99 kW, srednja moč - od 100 do 1000 kW, visoka moč - nad 1 MW. Vetrne elektrarne vsake skupine se med seboj razlikujejo predvsem po zasnovi, vrsti temeljev, načinu vgradnje vetrne elektrarne, krmilnem sistemu, sistemu prenosa vetrne energije, načinu vgradnje in načinu vzdrževanja.

Dosežena je prevladujoča porazdelitev vetrnih turbin s horizontalno osjo.

Na sl. 1 prikazuje konstrukcijo vetrne elektrarne in splošen pogled na vetrno elektrarno.

riž. 1. Zasnova vetrne elektrarne: 1 — vetrna turbina (vetrno kolo), 2 — vetrna turbina, 3 — generator, 4 — menjalnik, 5 — vrtljiva plošča, 6 — merilna naprava, 7 — jambor vetrne turbine vsebuje vetrno turbino in električni generator, povezan z gredjo vetrne turbine neposredno ali prek menjalnika.

Vetrna turbina vsebuje vetrno turbino in električni generator, povezan z gredjo vetrne turbine neposredno ali preko menjalnika.

Vetrna elektrarna (WPP) je sestavljena iz več vetrnih turbin, ki delujejo vzporedno in dovajajo proizvedeno električno energijo v elektroenergetski sistem.

Merilna naprava ob spremembi smeri ali jakosti vetra daje signal za obračanje glave vetra, glede na moč vetra pa prilagaja tudi kot zasuka lopatic.

Obstajajo vetrne turbine za 500, 1000, 1500, 2000, 4000 kW. Vetrna turbina za 500 kW ima: jambor višine 40-110 m, glavo vetra z maso 15-30 ton, frekvenco vrtenja n = 20-200 vrt / min, vrtilno frekvenco rotorja generatorja 750- 1500 vrt/min (pogon z menjalnikom) ali 20-200 vrt/min (direktni pogon).

Kot generatorji v vetrnih turbinah se pogosto uporabljajo asinhroni veverični generatorji, ki se od sinhronskih razlikujejo po večji zanesljivosti, enostavnosti zasnove in manjši teži, kar je potrebno za povečanje zanesljivosti vetrne elektrarne.

Vetrne elektrarne lahko delujejo samostojno ali vzporedno z elektroenergetskim sistemom.Med avtonomnim delovanjem hitrost vrtenja vetrne turbine HP ni regulirana ali vzdrževana v območju ± 50 %, zato frekvenca in napetost na sponkah generatorja nista konstantni, to pomeni, da je proizvedena električna energija slabe kakovosti in uporabniki tovrstnih vetrnih turbin pogosto nimajo visokih zahtev glede kakovosti (predvsem ogrevalne naprave). Za pridobivanje visokokakovostne energije se uporabljajo stabilizatorji, ki jih sestavljajo usmernik, pretvornik in baterija.

Močne vetrne turbine delujejo vzporedno z elektroenergetskim sistemom (slika 2). Ta vzporedna povezava zagotavlja konstantnost frekvence, napetosti in hitrosti vetrne turbine. Moč, ki jo generator daje omrežju, je odvisna od navora motorja in je določena s silo vetra.

Možno sodelovanje vetrne elektrarne z omrežjem s povezavo preko vmesnega frekvenčnega pretvornika pri spremenljivi frekvenci vrtenja vetrne elektrarne.

Pri uporabi asinhronskega generatorja lahko vetrna turbina deluje tudi s spremenljivo hitrostjo, generator pa v omrežje dobavlja visokokakovostno električno energijo.Za vzbujanje asinhronski generator porablja jalovo moč iz omrežja ali iz posebne kondenzatorske baterije in sinhroni generator sam ustvarja.

riž. 2… Vzporedno delovanje vetrne elektrarne z močnim napajalnim sistemom: VD — vetrni stroj, R — menjalnik, G — generator, V — usmernik, I — inverter, U — krmilna enota, ES — elektroenergetski sistem

Značilnosti sistemskih vetrnih elektrarn (VE):

1. Nahajajo se na mestih z velikim vetrovnim potencialom.

2.Imajo moč agregatov: 1500-2000 kW in več za celinsko bazo in 4000-5000 kW za morsko in obalno bazo.

3. Uporabljajo se asinhronski generatorji z rotorjem veverice in sinhroni (pogosto s trajnim magnetnim vzbujanjem) z nizko napetostjo generatorja (0,50-0,69 kV).

4. Nizka učinkovitost postaje - 30-40%.

5. Pomanjkanje toplotne obremenitve.

6. Visoka manevrska sposobnost, vendar popolna odvisnost od vremenskih razmer.

7. Razpon delovnih hitrosti vetra od 3,0-3,5 do 20-25 m / s. Ko je hitrost vetra manjša od 3,0-3,5 m / s in večja od 20-25 m / s, se vetrne turbine odklopijo iz omrežja in namestijo v nedelujoč položaj, in ko se hitrost vetra obnovi, vetrne turbine so priključeni na omrežje in pospešeni z generatorjem, ki deluje v motornem načinu.

8. Pomanjkanje izbire električne energije na generatorski napetosti (razen za lastne potrebe).

9. Prenos električne energije do porabnikov na napetostih 10, 35, 110 kV.

Sodobna vetrna energija je v mnogih državah sveta del energetskih sistemov, v nekaterih državah pa ena glavnih sestavin alternativne energije, ki temelji na obnovljivih virih energije. Več o tem preberite tukaj: Razvoj vetrne energije v svetu