![]() Дисциплины:
Архитектура (936) |
Характеристики ветра, ветроэнергетические установки
Состояние ветроэнергетики. В 2000г. установленная мощность ветроэлектростанций в мире составила 24тыс. МВт, в том числе 70% - в Европе: в Германии 4,44тыс. МВт, в Дании 1,76тыс. МВт, в Испании 1,23 МВт, в Великобритании 0,35 МВт. Лидером в развитии ветроэнергетики и в производстве оборудования для ветроэнергетики является Германия. Предполагается, что мощность ветроэлектростанций Европы к 2010году составит около 40…60тыс. МВт. Ветроэнергетика является сложившимся направлением энергетики. Производятся и работают ветроэнергетические установки от нескольких сотен ватт до тысяч киловатт. Большая часть установок используется для производства электроэнергии – в энергосистеме или автономно. Максимальная проектная мощность ветроэнергетических установок определяется для некоторой стандартной расчетной скорости ветра в пределах от 7 до 15 м/с. Мощность, снимаемая с 1 м² ометаемой площади ветроколеса равна 0,3…0,4 кВт. В районах с благоприятными ветровыми условиями среднегодовое производство электроэнергии составляет 25-35 процентов его максимального проектного значение. Срок службы ветрогенераторов 15-20 лет, а их стоимость 1000…1500 долларов США за 1 кВт проектной мощности. В ветроэнергетике районы со среднегодовой скоростью ветра менее 5 мс - считаются малопригодными для размещения ВЭУ, а со скоростью более 8 мс – очень хорошими. Скорость ветра оценивают по 12-бальной шкале Бофорта: 0 баллов – 0...0,4 мс – штиль - условия для работы ветроэнергетических установок отсутствуют, 1 балл - 0,4...1,8 мс – тихий ветер, 2 балла - 1,8...3,6 мс – легкий ветер , 3 балла - 3,6...5,8 мс – слабый ветер – начинают вращаться тихоходные ветроколёса и колёса ветроэлектростанций, 4 балла - 5,8...8,5 мс – умеренный ветер, 5 баллов - 8,5...11 мс – свежий ветер – мощность ветроэнергетических установок достигает 30% проектной, 6 баллов - 11...14 мс – сильный ветер - мощность ветроэнергетических установок равна номинальной , 7 баллов - 14...17 мс– крепкий ветер – ветроэнергетические установки развивают номинальную мощность , 8 баллов - 17...21 мс – очень крепкий ветер – ветроэнергетические установки начинают отключаются, условия работы для них – предельно допустимые, 9 баллов - 21...25 мс– шторм – все ветроэнергетические установки отключаются, устанавливаются в нерабочее положение, возникают небольшие разрушения, 10 баллов - 25...29 мс– сильный шторм– возникают значительные разрушения, деревья вырываются с корнем , 11 баллов - 29...34 мс– жестокий шторм- возникают широкомасштабные разрушения, возможно повреждение некоторых ветроэнергетических установок, 12 баллов - более 34 мс – ураган - происходят опустошительные разрушения, серьезные повреждения ветроэнергетических установок вплоть до разрушения.
Классификация ветроэнергетических установок (ВЭУ). · По мощности: малые мощностью до 25 кВт, диаметром ветроколеса до 10 м, средние - до 150 кВт и до 25 м, большие - до 1000 кВт, и до 64 м, очень большие мощностью до 4000 кВт и диаметром до130 м. · По взаимному положению оси ветроколеса и направлению воздушного потока: горизонтально – осевые и вертикально – осевые. · По вращающей силе: установки, использующие силу сопротивления, и установки, использующие подъёмную силу. Линейная скорость первых ниже скорости ветра, линейная скорость вторых – может быть выше скорости ветра. · По геометрическому заполнению ветроколеса: одно-, двух-, трёх-, многолопастные. Установки с большим геометрическим заполнением – многолопастные развивают значительную мощность при слабом ветре. Установки с малым заполнением достигают максимальной мощности при больших оборотах и дольше выходят на режим. Поэтому первые используют в качестве насосов. Они работоспособны даже при слабом ветре. Вторые – в качестве электрогенераторов, где требуется высокая частота вращения. · По назначению: ветряные мельницы - для непосредственного выполнения механической работы и ветроэлектрогенераторы – для производства электроэнергии. · По стабильности частоты вращения: установки с постоянной частотой вращения – ветроэлектрогенераторы, синхронизированные с мощной энергосистемой, и установки с переменной частотой вращения. · По способу соединения ветроколеса с генератором – жесткие или через промежуточный преобразователь энергии, буфер. Ветроэнергоустановки с горизонтальной осью вращения– это в основном ветроколёса пропеллерного (рипеллерного) типа, приводимые во вращение подъёмной силой, действующей на лопастъ или крыло с аэродинамическим профилем, рис.1.1.1 и 1.1.2. Такая установка состоит из собственно пропеллерного ветродвигателя с ветроротором, установленного в ветроголовке в подшипниках и электрического генератора, соединенного с ветродвигателем через редуктор или непосредственно. Ветроголовка устанавливается на мачте с возможностью поворота. Лопасти ветроротора могут поворачиваться вокруг своих осей с целью управления. Более детально можно назвать следующие основные элементы: 1-ветроротор, ступица ветроротора, 2-вал ротора ветродвигателя, 3-крепление подшипника, 4-корпус ветроголовки, 5- коробка передач, 6- опора, 7- тормоз ротора, 8-вал генератора, 9-теплообменник, 10-подшипник ротора, 11-станина, 12-горизонтальный тормозной диск, 13-горизонтальный тормоз, 14-горизонтальная поворотная платформа с поворотным диском, 15-муфта сцепления, 16-электрический генератор, 17-опора генератора, 18- измерительное устройство (флюгер и анемометр), 19-опорная конструкция - мачта. Ветроэнергетические установки с вертикальной осьюнаходятся в рабочем положении при любом направлении ветра, рис.1.1.3, и позволяют устанавливать генератор внизу. Недостатки таких установок – большая подверженность усталостным разрушениям из-за возникающих колебательных процессов и пульсация вращающего момента, приводящая к нестабильности выходных параметров генератора, а также низкая эффективность преобразования ветрового потока в установках, использующих силу сопротивления. ВЭУ с вертикальной осью: ротор Савониуса, рис.1.1.3, ротор Дарье, рис.1.1.4, ротор Эванса, рис.1.1.5, ротор с откидными пластинами, рис.1.1.6, роторная ветроэнергетическая установка с вертикально-осевым ротором Флеттнера, рис.1.1.7. Рис.1.1.1.Общий вид пропеллерной ветроэнергетической установки с горизонтальной осью вращения. Рис.1.1.2.Конструкция ветроголовки пропеллерной ветроэнерге- тической установки с горизонтальной осью вращения. Действие подъемной силы Рис.1.1.3. Ветроэнергетическая установка с вертикально-осевым ротором Савониуса (1,2-лопасти, установленные на вращающейся ветроголовке 4, 3-вертикальный вал, 5-башня, 8- электрический генератор).
Рис 1.1.4. а)Ротор Дарье (1,2- лопас- ти, 3-вертикальный вал 4, 5- под- шипниковые узлы, 6,7-растяжки, 8- генератор). б) Ротор Эванса (1,2-лопасти, 3-вертикальный вал, 4-ось поворота лопастей).
Рис.1.1.5. а) Ротор с откидными пластинами (1,2-откидные пластины- лопасти, 3-ветроротор, 4-пружины, 5-вертикальный вал, 6-электрический генератор) б) Роторная ВЭУ с верти-кально-осевым ротором Флеттне-ра (1- лопасти, установленные на вращающейся ветроголовке 2, 3 - вертикальный вал, 4 - башня, 5 - генератор)
|