Реферат: Модификация 6-лопастной вэу малая ветроустановка для обеспечения энергопитания небольшого дома, удаленного объекта

Модификация 6-лопастной ВЭУ-3. Малая ветроустановка для обеспечения энергопитания небольшого дома, удаленного объекта. Сборка может быть осуществлена бригадой из 3-х обученных рабочих с краном или по соответствующей инструкции без грузоподъемных машин, с использованием приспособления и лебедки. При подключении к аккумуляторным батареям пиковая мощность может быть увеличена до 6 кВт с применением соответствующего инвертора. А при подключении дизель или бензогенератора – до 9 кВт. Достоинство - дешевле ВЭУ-3(6). Недостаток - неплавная работа ротора, есть рывки.


Мощность генератора номинальная 3 кВт

Скорость ветра номинальная 10.4 м/с

КПД 38%

Выходное напряжение ВЭУ 24 (48) В пост.тока

Выходное напряжение инвертора (квазисинусоида) 220/110 В перем.тока

Номинальная частота инвертора 50/60 Гц

Стартовая скорость ветра 3 м/сек

Диапазон рабочих скоростей ветра 4.. .60 м/сек

Диапазон частоты вращения 60-200 об/мин

Номинальная частота вращения 160 об/мин

Количество лопастей 4

Хорда лопасти (длина по горизонтальному разрезу) 460 мм

Диаметр ротора (колеса) 3.4 м

Высота ротора 4.2 м

Ометаемая площадь 14.28 кв.м

Высота мачты 8-20 м

Вибрация (амплитуда виброускорения, м/с2) в резонансе-0.000098 м/с2

Шум, дБА (макс. уровень звука на макс.скорости)- 47 дБА

Инфразвук, дБ (уровень звукового давления в октавных полосах)- не зафиксирован

Ультразвук, дБ- не зафиксирован

Электромагнитное излучение:- не измерялось

- магнитная индукция 50Гц, мкТл- не измерялось

- электрическое поле, кВ/м

Диапазон рабочих температур воздуха -50. . . +40 0C

Срок эксплуатации ВЭУ > 20 лет

Период между тех.обслуживанием > 5 лет


Масса ВЭУ, в том числе:

596 кг

1. Ротор, в том числе: 396 кг

1.1. Лопасти-72 кг

1.2. Ступица-103 кг

1.3. Генератор-52 кг

1.4. Аэродинамический тормоз-65 кг

1.5. Механический тормоз-9 кг

1.6. Стойки, крепеж-95 кг

2. Мачта-200 кг


ТАБЛИЦА МОЩНОСТИ ВЭУ в зависимости от СКОРОСТИ ВЕТРА (с учетом КПД электроприборов) СКОРОСТЬ ВЕТРА, м/сек 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

МГНОВЕННАЯ МОЩНОСТЬ, кВт 0.2 0.3 0.4 0.5 0.9 1.4 1.9 2.6 3.3 3.4

ДНЕВНАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 4.8 7.2 9.6 12 21.6 33.6 45.6 62.4 79.2 81.6

МЕСЯЧНАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 144 216 288 360 648 1008 1368 1872 2376 2448

ГОДОВАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 1728 2592 3456 4320 7776 12096 16416 22464 28512 29376


График мощности ВЭУ-3(4) в зависимости от скорости ветра






Малая ветроустановка для обеспечения энергопитания небольшого дома, удаленного объекта. Сборка может быть осуществлена бригадой из 3-х обученных рабочих с краном или по соответствующей инструкции без грузоподъемных машин, с использованием приспособления и лебедки. При подключении к аккумуляторным батареям пиковая мощность может быть увеличена до 6 кВт с применением соответствующего инвертора. А при подключении дизель или бензогенератора – до 9 кВт. Имеется модификация 1.5 кВт для установки на крыши малоэтажных домов в районах с ограниченностью высотностью мачт и других устройств.


Мощность генератора номинальная 3 кВт

Скорость ветра номинальная 10.4 м/с

КПД 38%

Выходное напряжение ВЭУ 24 (48) В пост.тока

Выходное напряжение инвертора (квазисинусоида) 220/110 В перем.тока

Номинальная частота инвертора 50/60 Гц

Стартовая скорость ветра 3 м/сек

Диапазон рабочих скоростей ветра 4.. .60 м/сек

Диапазон частоты вращения 60-200 об/мин

Номинальная частота вращения 180 об/мин

Количество лопастей 6

Хорда лопасти (длина по горизонтальному разрезу) 400 мм

Диаметр ротора (колеса) 3.4 м

Высота ротора 3.8 м

Ометаемая площадь 12.92 кв.м

Высота мачты 8-20 м

Вибрация (амплитуда виброускорения, м/с2) в резонансе-0.000043 м/с2

Шум, дБА (макс. уровень звука на макс.скорости)- 41 дБА

Инфразвук, дБ (уровень звукового давления в октавных полосах)- не зафиксирован

Ультразвук, дБ- не зафиксирован

Электромагнитное излучение:

- магнитная индукция 50Гц, мкТл- не измерялось

- электрическое поле, кВ/м- не измерялось

не зафиксирован

Диапазон рабочих температур воздуха -50. . . +40 0C

Срок эксплуатации ВЭУ > 20 лет

Период между тех.обслуживанием > 5 лет


Масса ВЭУ, в том числе:- 596 кг

1. Ротор, в том числе:- 396 кг

1.1. Лопасти-72 кг

1.2. Ступица-103 кг

1.3. Генератор-65 кг

1.4. Аэродинамический тормоз-52 кг

1.5. Механический тормоз-9 кг

1.6. Стойки, крепеж-95 кг

2. Мачта-200 кг


ТАБЛИЦА МОЩНОСТИ ВЭУ в зависимости от СКОРОСТИ ВЕТРА (с учетом КПД электроприборов) СКОРОСТЬ ВЕТРА, м/сек 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

МГНОВЕННАЯ МОЩНОСТЬ, кВт 0.06 0.2 0.4 0.7 1.1 1.7 2.5 2.9 3.3 3.4

ДНЕВНАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 1.4 4.8 9.6 16.8 26.4 40.8 60.0 69.6 79.2 81.6

МЕСЯЧНАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 43 144 288 504 792 1224 1800 2088 2376 2448

ГОДОВАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 518 1728 3456 6048 9504 14688 21600 25056 28512 29376


График мощности ВЭУ-3(6) в зависимости от скорости ветра






Малая ветроустановка для обеспечения энергопитания небольшого дома, удаленного объекта. Сборка может быть осуществлена бригадой из 3-х обученных рабочих с краном или по соответствующей инструкции без грузоподъемных машин, с использованием приспособления и лебедки. При подключении к аккумуляторным батареям пиковая мощность может быть увеличена до 10 кВт с применением соответствующего инвертора. А при подключении дизель или бензогенератора – до 15 кВт.


Мощность генератора номинальная 5 кВт

Скорость ветра номинальная 10.4 м/с

КПД 38%

Выходное напряжение ВЭУ 48 (96) В пост. тока

Выходное напряжение инвертора (квазисинусоида) 220/110 В перем. тока

Номинальная частота инвертора 50/60 Гц

Стартовая скорость ветра 3.5 м/сек

Диапазон рабочих скоростей ветра 4.. .60 м/сек

Диапазон частоты вращения 60-160 об/мин

Номинальная частота вращения 160 об/мин

Количество лопастей 6

Хорда лопасти (длина по горизонтальному разрезу) 460 мм

Диаметр ротора (колеса) 5.1 м

Высота ротора 4.0 м

Ометаемая площадь 20.4 кв.м

Высота мачты 8-20 м

Вибрация (амплитуда виброускорения, м/с2) в резонансе-0.000043 м/с2

Шум, дБА (макс. уровень звука на макс.скорости)- 43 дБА

Инфразвук, дБ (уровень звукового давления в октавных полосах)- не зафиксирован

Ультразвук, дБ- не зафиксирован

Электромагнитное излучение:

- магнитная индукция 50Гц, мкТл- не измерялось

- электрическое поле, кВ/м- не измерялось

Диапазон рабочих температур воздуха -50. . . +40 0C

Срок эксплуатации ВЭУ > 20 лет

Период между тех.обслуживанием > 5 лет

Масса ВЭУ, в том числе:- 732 кг

1. Ротор, в том числе:- 472 кг

1.1. Лопасти-89 кг

1.2. Ступица-135 кг

1.3. Генератор-76 кг

1.4. Аэродинамический тормоз-58 кг

1.5. Механический тормоз-9 кг

1.6. Стойки, крепеж-105 кг

2. Мачта-260 кг


ТАБЛИЦА МОЩНОСТИ ВЭУ в зависимости от СКОРОСТИ ВЕТРА (с учетом КПД электроприборов) СКОРОСТЬ ВЕТРА, м/сек 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

МГНОВЕННАЯ МОЩНОСТЬ, кВт 0.15 0.3 0.5 0.9 1.5 2.3 3.3 4.5 5.5 5.7

ДНЕВНАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 3.6 7.2 12 21.6 36 55.2 79.2 108 132 136.8

МЕСЯЧНАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 108 216 360 648 1080 1656 2376 3240 3960 4104

ГОДОВАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 1296 2592 4320 7776 12960 19872 28512 38880 47520 49248


График мощности ВЭУ-5(6) в зависимости от скорости ветра






Портативная ветроэнергетическая установка. Благодаря малым размерам может легко транспортироваться на вьючных животных (верблюдах, оленях) и легковых автомобилях среднего класса. Может использоваться для приготовления пищи, обогрева жилища и т.д. Устанавливается без помощи грузоподъемных машин, двумя рабочими без специальных навыков с помощью лебедки. Подключив ветроустановку к аккумуляторам, можно заряжать их в ветреную погоду и использовать их емкость во время безветрия. Выпускается с выходом 48В постоянного тока и 220В/50Гц переменного тока (с инвертором).


Мощность генератора номинальная 1.5 кВт

Выходное напряжение ВЭУ 24 (48) В пост.тока

Скорость ветра номинальная 10.4 м/с

КПД 38%

Выходное напряжение инвертора (квазисинусоида) 220/110 В перем.тока

Номинальная частота инвертора 50/60 Гц

Стартовая скорость ветра 2.4 м/сек

Диапазон рабочих скоростей ветра 4.. .60 м/сек

Диапазон частоты вращения 60-220 об/мин

Номинальная частота вращения 190 об/мин

Количество лопастей 4

Хорда лопасти (длина по горизонтальному разрезу) 300 мм

Диаметр ротора (колеса) 2.3 м

Высота ротора 2.8 м

Ометаемая площадь 6.44 кв.м

Высота мачты 8-20 м

Вибрация (амплитуда виброускорения, м/с2) в резонансе-0.000058 м/с2

Шум, дБА (макс. уровень звука на макс.скорости)- 45 дБА

Инфразвук, дБ (уровень звукового давления в октавных полосах)- не зафиксирован

Ультразвук, дБ- не зафиксирован

Электромагнитное излучение:

- магнитная индукция 50Гц, мкТл- не измерялось

- электрическое поле, кВ/м- не измерялось

Диапазон рабочих температур воздуха- -50. . . +40 0C

Срок эксплуатации ВЭУ > 20 лет

Период между тех.обслуживанием > 5 лет

Масса ВЭУ, в том числе:- 596 кг

1. Ротор, в том числе:- 396 кг

1.1. Лопасти-72 кг

1.2. Ступица-103 кг

1.3. Генератор-65 кг

1.4. Аэродинамический тормоз-52 кг

1.5. Механический тормоз-9 кг

1.6. Стойки, крепеж-95 кг

2. Мачта-200 кг


ТАБЛИЦА МОЩНОСТИ ВЭУ в зависимости от СКОРОСТИ ВЕТРА (с учетом КПД электроприборов)

СКОРОСТЬ ВЕТРА, м/сек 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

МГНОВЕННАЯ МОЩНОСТЬ, кВт 0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1.0 1.4 1.7 1.7

ДНЕВНАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 0 2.4 4.8 7.2 12 16 24 34 41 41

МЕСЯЧНАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 0 72 144 216 360 504 720 1008 1224 1224

ГОДОВАЯ ВЫРАБОТКА, кВт-час 0 864 1728 2592 4320 6048 8640 12096 14688 14688


График мощности ВЭУ-1.5 в зависимости от скорости ветра




Солнечные батареи

не производит солнечные батареи, но может поставлять их совместно с ветроустановкой для обеспечения автономного электроснабжения удаленных от электросетей объектов, которые находятся на территории, где ветряная погода часто меняется на солнечную и наоборот.

Для использования солнечных батарей в регионах с обильными снегопадами и/или низкой зимней температурой и образованием наледи на поверхности батарей, дорабатывает солнечные модули в плане создания регулируемого подогрева, гарантирующего эксплуатацию в зимний период.



В состав солнечного энергетического комплекса на базе ФСМ 50-12 входят:

- базовые солнечные модули,

- контроллер заряда-разряда аккумуляторных батарей,

- DC/AC преобразователь (для выработки переменного напряжения 220 В),

- аккумуляторные батареи,

- соединительные кабели,

- устройство ориентации (поставляется по отдельной спецификации).


Устройство ориентации позволяет обеспечить оптимальный процесс заряда аккумулятора путем изменения угла поворота по вертикали и горизонтали.


На основе кремниевых солнечных элементов специалисты предприятия могут разработать автономные системы энергообеспечения жилых помещений стандартным переменным током и напряжением 220 В с суточным потреблением до 20 кВт/час. По желанию заказчика может быть разработана энергетическая система с необходимой выдаваемой мощностью и комплектацией.


Комбинации

Продукцию можно комбинировать в различные схемы для персонального и промышленного применения. Например, к ветроустановке (ветрогенератору) можно добавить ряд приборов и модулей, в результате чего может появиться схема бесперебойного энергопитания с одновременным производством воды, пара, водорода, кислорода, постоянного и/или переменного напряжения:



Например, в системе комбинированного (в т.ч. и автономного) энерго-водо-водородо-кислородо-обеспечения ветроэнергетическая установка (ВЭУ) вместе с другими источниками электрического тока в ветренную погоду не только снабжает потребителя электроэнергией, но и питает электролизер - модуль расщепления воды на кислород и водород, которые запасаются в соответствующих емкостях для хранения (баллонах, цистернах). Данные газы используются для хозяйственных нужд, кроме того, водород можно использоваться для заправки личного автомобиля и т.д.

Электролизер может использовать только чистую воду. В связи с этим часть энергии ВЭУ используется на закачку воды из собственной скважины или водоема и работы модуля очистки морской и/или минеральной грунтовой воды.

При отсуствии ветра ВЭУ бездействует. Включается система резервного энергопитания, которая представляет из себя топливный элемент (или другой генератор электроэнергии, в т.ч. и двигатель внутренного сгорания на основе использования водорода как в виде топлива, так и рабочего тела). Водород с помощью такого оборудования соединяется с кислородом воздуха или специально приготовленной смесью и превращается в водяной пар. После охлаждения и конденсации пар становится водой, пригодной для питья в случае ее искусственной минерализации.

Т.о. комбинированная установка может одновременно выпускать для любых нужд:

электроэнергию

очищенную воду

водород

кислород

Требования к площадке

При выборе района установки ВЭУ необходимо иметь в виду то, что ротор ВЭУ начинает вращаться при скорости ветра не менее 3,5 м/сек., номинальную мощность ВЭУ выдает при скорости ветра 10.4 м/сек., а для эффективной работы ВЭУ желательно, чтобы среднегодовая скорость ветра была не менее 6 м/сек.

При выборе конкретного места установки ВЭУ необходимо руководствоваться следующими инструкциями:


- Определить розу ветров в данной местности, направление преимущественного ветра и по силе и по времени;

- Определить место установки ВЭУ так, чтобы со стороны набегающего ветрового потока (направления преимущественного ветра) на ВЭУ отсутствовали препятствия в виде строений, деревьев и пр. на расстоянии не менее двойной высоты указанных препятствий. В случае, если наличие препятствий избежать невозможно, высоту мачты ВЭУ необходимо выбрать такой, чтобы нижние кромки лопастей ротора были на 2-3 метра выше этих препятствий;

- Расстояние от поверхности земли до нижней вращающейся части ВЭУ не должно быть меньше 2 метров;

- Мачта ВЭУ должна быть огорожена изгородью высотой не менее 1,5 метра. Радиус изгороди должен быть на 1 метр больше радиуса ротора, размещенного на мачте;

- Зона отчуждения должна иметь радиус, равный длине мачты + высота верхнего яруса. Например, высота мачты 16 метров, высота верхнего яруса ВЭУ-1 соответственно 2 метра. Тогда зона отчуждения будет 16+2 = 18 метров. Лучше добавлять 1-2 метра для подстраховки. Зона отчуждения необходима для соблюдения техники безопасности в плане возможного падения мачты или разлета лопастей;

- В случае установки нескольких ВЭУ на ограниченной территории расстояние между осями ВЭУ рекомендуется не менее 10 диаметров их роторов, если они установлены не по фронту к преимущественному ветру, и на расстоянии двух диаметров, если ВЭУ установлены по фронту к ветровому потоку. Если ВЭУ в ветропарке расположены на разной высоте, решение принимается в каждом случае индивидуально.


При выборе конкретного места установки ВЭУ необходимо руководствоваться следующими инструкциями:


- Определить розу ветров в данной местности, направление преимущественного ветра и по силе и по времени;

- Определить место установки ВЭУ так, чтобы со стороны набегающего ветрового потока (направления преимущественного ветра) на ВЭУ отсутствовали препятствия в виде строений, деревьев и пр. на расстоянии не менее двойной высоты указанных препятствий. В случае, если наличие препятствий избежать невозможно, высоту мачты ВЭУ необходимо выбрать такой, чтобы нижние кромки лопастей ротора были на 2-3 метра выше этих препятствий;

- Расстояние от поверхности земли до нижней вращающейся части ВЭУ не должно быть меньше 2 метров;

- Мачта ВЭУ должна быть огорожена изгородью высотой не менее 1,5 метра. Радиус изгороди должен быть на 1 метр больше радиуса ротора, размещенного на мачте;

- Зона отчуждения должна иметь радиус, равный длине мачты + высота верхнего яруса. Например, высота мачты 16 метров, высота верхнего яруса ВЭУ-1 соответственно 2 метра. Тогда зона отчуждения будет 16+2 = 18 метров. Лучше добавлять 1-2 метра для подстраховки. Зона отчуждения необходима для соблюдения техники безопасности в плане возможного падения мачты или разлета лопастей;

- В случае установки нескольких ВЭУ на ограниченной территории расстояние между осями ВЭУ рекомендуется не менее 10 диаметров их роторов, если они установлены не по фронту к преимущественному ветру, и на расстоянии двух диаметров, если ВЭУ установлены по фронту к ветровому потоку. Если ВЭУ в ветропарке расположены на разной высоте, решение принимается в каждом случае индивидуально.

Схему фундаментных работ скачать здесь.


ПЛОЩАДЬ ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТА ПОД ОПОРУ МАЧТЫ высотой 20 м определяются по Таблице:

Характеристика грунта Площадь основания фундамента, кв. метры

Глина мощными слоями 0.8

Глина слабая 1.0

Гравий, щебенка 0.5

Песок 1.0

Грунт наносной 4.0

Глубина фундамента 0.6 м.


Для мачты 16 м и 12 м площадь основания фундамента под опору уменьшается на 10% и 20% соответственно.


ГЛУБИНА ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТА ПОД РАСТЯЖКУ мачты высотой 20 метров определяется по Таблице:

Характеристика грунта Глубина фундамента, метры

Глина мощными слоями 1.3

Глина слабая 1.5

Гравий, щебенка 1.0

Песок 1.6

Грунт наносной 2.0


Размеры фундамента под каждую растяжку ВЭУ в плане (вид сверху) должны быть не менее 700х700х1200х1200 (мм), причем, если фундаментный блок несимметричный, малая из сторон этого прямоугольника должна быть ориентирована (т.е. "смотреть") на центр ВЭУ, или на мачту.

Окончательное решение о возможности установки ВЭУ на конкретной территории выносит местная компетентная организация после изучения данного грунта.


^ ТИПИЧНЫЕ ДЕЙСТВИЯ ПРИ УСТАНОВКЕ ВЭУ:

- После размещения заказа или по дополнительной договоренности менеджер монтирующей организации проводит рекогносцировку местности (наличие удовлетворительной площадки, возможность монтажа фундамента, системы подъезда транспорта, дальность от потребителя и т.д.);

- Строительная команда (2-3 чел) выезжает для подготовки фундамента для мачты и растяжек (в случае мачты-трубы). Как правило, после заливки бетона необходима выдержка 1-2 месяца в летнее время и 2-3 месяца в зимнее время для осадки фундамента;

- Монтажная команда (3-5 чел) выезжает с краном или специальным монтажным приспособлением (для труднодоступных мест) и производит монтаж ВЭУ и предэксплуатационную балансировку ротора. Прокладывает проводящую линию, подключает генератор, регулятор, аккумуляторные батареи, бензо или дизель-генератор и инвертор к соответствующим разъемам сети (или приборов) потребителя.

Подготовительные работы и монтаж не входят в стоимость ВЭУ и составляют ориентировочно 5-10% от ее стоимости в зависимости от сложности производимых работ. В случае монтажа ветро-парка подключение сложного коммутационного оборудования проводится отдельной командой квалифицированных электриков.

Каждый работник, работающий с электрооборудованием или на высотном монтаже, должен иметь соответствующую квалификацию (образование, сертификат и/или лицензию), действительную для данного региона монтажа.


^ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Примерные затраты материалов и стоимость работ на подготовку среднего фундамента в теплое время года в усредненном грунте (относительно плоская поверхность глиняно-скальных пород) составляют 1-2% от стоимости ВЭУ:

- Бетон М75, 1 куб.м (2500 руб)

- Арматура Д15, 0.15 тн (400 руб)

- Анкерные болты 8х40 мм, 12 шт (2000 руб)

- Ямобур (3000 руб)

- Работа (2500 руб)


МОНТАЖ

Стоимость монтажа ВЭУ зависит от многих факторов (удаленность объекта, ландшафт, наличие сильного ветра (порывы свыше 10 м/с), наличие или отсутствие крана, время года, погода, накладные расходы монтирующей организации, высота мачты, количество подключаемого электроооборудования и т.д.) и составляет ориентировочно 3-4% от стоимости ветроэнергетической установки.


Ветроустановка является источником повышенной опасности как электроприбор, а также как высокоскоростной объект, от которого при вращении в случае поломки может отделиться деталь конструкции.

В соответствии с требованиями электробезопасности необходимо наличие на ВЭУ молниеотвода и заземления в соответствии с ГОСТ "Электроустановки зданий", Часть 4 "Требования по обеспечению безопасности", Гл.44 Защита от перенапряжений, раздел 443 "Защита электроустановок от грозовых и коммутационных перенапряжений". Между сегментами мачты должны устанавливаться перемычки для свободного прохождения разряда в случае удара молнией.

В случае размещения ВЭУ на поверхности земли необходимо предусмотреть зону отчуждения в соответствии с ГОСТами и другими требованиями. В случае размещения ВЭУ на здании или сооружении необходимо предусмотреть дополнительную защиту (экраны) для предотвращения разлетания лопастей в случае поломки ротора ветроустановки.


ПРИМЕНИМЫЕ ГОСТы по ветроэнергетике:

1. ГОСТ 51237-98. Государственный стандарт Российской Федерации. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения.

2. ГОСТ 51990-2002. Государственный стандарт Российской Федерации. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Классификация.

3. ГОСТ 51991-2002. Государственный стандарт Российской Федерации. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Общие технические требования

4. Стандарт организации «Российское открытое акционерное общество энергетики и электрификации «ЕЭС РОССИИ»». Нетрадиционные электростанции. Ветроэлектростанции. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования.

5. Стандарт организации «Российское открытое акционерное общество энергетики и электрификации «ЕЭС РОССИИ»». Ветроэлектростанции. Условия создания. Нормы и требования.

6. Национальный стандарт Российской Федерации (МЭК 61400-1). Установки электрические ветровые. Требования к конструкции.


ОБСЛУЖИВАНИЕ (производится владельцем ВЭУ)

После монтажа ВЭУ необходимо провести регламентные работы по проверке натяжения растяжек, отсутствию вибрации и шумов, надежности креплений, безопасности электрических соединений:

- непосредственно после монтажа;

- через 1 месяц (а в случае сильных ветров ранее);

- через 1 квартал;

- далее не реже одного раза в год;

- через 5 лет эксплуатации желателен тщательный осмотр ВЭУ специалистом;

- через 20 лет эксплуатации желательна замена лопастей, подшипников, растяжек;

- в случае возникновения нештатной ситуации, наличия посторонних шумов или необычного поведения ВЭУ необходим осмотр специалиста.

















Соединение ВЭУ с сетью потребителя

Данные инструкции написаны для осуществления работ аттестованным специалистом, знакомым с конструкцией ветроэнергетической установки (ВЭУ).

Примеры приведены для постоянного напряжения 48В и могут быть интерпретированы для напряжения 24В, 96В и т.д.


1 СПОСОБ (ручное переключение) – Ручной переключатель двустороннего действия для выбора источника питания жилища (1-ое положение – подключена сеть, 2-ое положение – подключена ВЭУ).





Для монтажа системы необходимо отсоединить подводящие сетевой ток провода от клемм потребителя и подключить их к входу переключателя 1 (внешняя сеть). Подключить выход переменного тока инвертора ветроэнергетической установки (ВЭУ) к другому (альтернативному) входу 2 переключателя. ВЭУ может быть укомплектована аккумуляторными батареями, бензо или дизель-генератором и т.д.

Подключить клеммы потребителя к выходу переключателя, соединенного с распределительным щитком.

При наличии ветра ВЭУ вырабатывает электроэнергию, поступающую через переключатель и распределительный щиток потребителю. При отсутствии ветра или большом увеличении нагрузки, которую не может обеспечить ВЭУ, необходимо вручную переключить переключатель в положение "сеть". В этом случае ВЭУ при появлении ветра будет заряжать аккумуляторные батареи, а потребитель получает электроэнергию только от сети. Для питания от ВЭУ необходимо переключить вручную переключатель обратно в положение 1.

Преимущества:

- Простая недорогая система.

Недостатки:

- Переключение требует присутствия человека,

- При переключении переключателя из одного положения в другое происходит прерывание энергоснабжения,

- Максимальная потребляемая мощность при питании от ВЭУ не может быть больше номинальной мощности инвертора. Например, если номинал инвертора 3 кВт, то потребляемая мощность не может превышать 3 кВт, когда переключатель находится в положении "ВЭУ".


2 СПОСОБ (автоматическое переключение) – Использование штатного инвертора для автоматического переключения с ветроустановки (ВЭУ) на сеть и наоборот

В инверторе имеются отдельные входы для присоединения ВЭУ и сети.





Для монтажа системы необходимо отсоединить подводящие сетевой ток провода от клемм потребителя и подключить их к соответствующему сетевому входу инвертора по переменному току. Выход ВЭУ по постоянному току должен быть подключен к соответствующему входу инвертора.


Коммутатор, встроенный в инвертор, коммутирует входы в соответствии с алгоритмом приоритета, который может быть запрограммирован потребителем. Потребитель получает электроэнергию из источника, являющегося наиболее "выгодным". Например, при наличии ветра и нормальной работе ВЭУ потребитель питается от системы "ВЭУ + аккумуляторные батареи (АКБ)", при отсутствии ветра - от сети, бензо (дизель) генератора или иных источников питания (солнечные батареи и т.д.), в соответствии с приоритетом входа в коммутатор.

ВЭУ может быть укомплектована аккумуляторными батареями, бензо или дизель-генератором и т.д.


Выход коммутатора, встроенного в инвертор, соединяется с распределительным щитком потребителя.

При необходимости в данной схеме можно применить инвертор, коммутатор и/или иные приборы иного производителя в соответствии с описанными выше функциями.


Преимущества:

- Переключение происходит автоматически и не требует присутствия человека,

- Недорогая система, не требуются дополнительные приборы при условии использования штатного инвертора.

Недостатки:

- При переключении входов коммутатора из одного положения в другое происходит несущественное прерывание энергоснабжения (до 20 миллисекунд, что, однако, не отражается на работе большинства приборов и аппаратуры, по аналогичной схеме действует источник бесперебойного питания компьютера (UPS)),

- Максимальная потребляемая мощность при питании от ВЭУ не может быть больше номинальной мощности инвертора. Например, если номинал инвертора 3 кВт, то потребляемая мощность не может превышать 3 кВт.


3 СПОСОБ – Использование системы двойного преобразования

Если выходы всех источников по постоянному току (ВЭУ, аккумуляторы, сеть, преобразованная в постоянный ток, дизель-генератор и любые другие источники электроэнергии) соединить параллельно, можно получить систему плавного бесперебойного питания.







Для монтажа системы необходимо приобрести несколько дополнительных приборов. Затем отсоединить подводящие сетевой ток провода от клемм потребителя и подключить их к входу системы "адаптер (блок питания (БП), преобразующий переменный ток в постоянный) + система автоматического пуска бензо (дизель) генератора (САП)". Выход адаптера (блока питания) соединить с выходом ВЭУ по постоянному току, выходом аккумуляторных батарей и других источников питания через диоды и подключить итоговую магистраль к входу инвертора.


ВЭУ имеет приоритет и при наличии ветра является основным источником питания. В период безветрия или превышения уровня потребления сверх того, что может выдать система "ВЭУ + аккумуляторы" в настоящий момент, потребитель получает энергию от иных источников электроэнергии согласно приоритету, заказанному потребителем изначально. Перепрограммировать приоритет нельзя.


Преимущества:

- Переключение не требует присутствия человека,

- Нет никаких перебоев в энергоснабжении, переход с одного источника питания на другой осуществляется плавно.

Недостатки:

- Система более дорогая, т.к. требуются дополнительные приборы (дополнительные датчики, ряд деталей и блок питания (адаптер) стоят около 5000-10000 рублей за киловатт мощности).

- Система имеет серьезные потери мощности, т.е. КПД использования сети и других источников питания по переменному току уменьшается за счет двойного преобразования энергии примерно на 30% - из переменного в постоянный (БП) 15% потерь и вновь из постоянного в переменный (инвертор) еще 15%,

- Максимальная потребляемая мощность при питании от любого или от всех вместе взятых источников питания не может быть больше номинальной мощности инвертора. Например, если номинал инвертора 3 кВт, то потребляемая мощность не может превышать 3 кВт.


4 СПОСОБ – Использование синхронизатора частоты

Этот прибор синхронизирует частоту входящей сети с частотой выхода инвертора ветроустановки (ВЭУ) по переменному току.







Для монтажа системы необходимо приобрести синхронизатор частоты, рассчитанный на соответствующую потребляемую мощность. Затем отсоединить подводящие сетевой ток провода от клемм потребителя и подключить их к входу синхронизатора в соответствии с инструкциями, приложенными производителем к данному прибору. Подключить выход инвертора ВЭУ к соответствующему входу синхронизатора. Подключить аккумуляторные батареи к соответствующему входу синхронизатора, если это требуется. Подключить клеммы потребителя к выходу синхронизатора.

ВЭУ может быть укомплектована своими аккумуляторными батареями.


Ветроустановка имеет приоритет и при наличии ветра является основным источником питания. В период безветрия или возрастании энергопотребления до уровня, превышающего мощность ВЭУ (или системы "ВЭУ + аккумуляторы", синхронизатор дополнительно «выкачивает» из сети необходимое для покрытия потребления количество энергии.


Преимущества:

- Переключение не требует присутствия человека,

- Нет перебоев в энергоснабжении,

Недостатки:

- Система дорогая, т.к. требуется дополнительный прибор (стоимость синхронизатора составляет около 25000 рублей за киловатт).

- Максимальная потребляемая мощность не может быть больше номинальной мощности синхронизатора и/или инвертора. Например, если номинал инвертора 3 кВт, а номинал синхронизатора 4 кВт то потребляемая мощность от ВЭУ не может превышать 3 кВт, а от сети - 4 кВт.


Генераторы


В зависимости от условий эксплуатации и специфических требований в составе ветроэнергетической установки (ветрогенератора) используются следующие типы генераторов:


Генератор с аксиальным зазором. Синхронный тихоходный генератор с постоянными магнитами. Компактная недорогая конструкция, $400-800 за 1 кВт мощности. Выход - напряжение, переменное по частоте и амплитуде. Сложная электронная регулировка, $400-800 за 1 кВт мощности. Генератор может использоваться в автономных системах. Синхронизация с сетью требует дополнительного оборудования.


Генератор с комбинированным возбуждением. Тихоходный генератор с постоянными или электромагнитами. Дополнительная, регулирующая обмотка стабилизирует выходное напряжение генератора на выходе. Выход - постоянное напряжение (24В, 48В, 96В и т.д.). Стоимость составляет $700-1200 за 1 кВт мощности. Простейшая (по аналогу с автомобильной) электронная стабилизация напряжения, $50-100 за 1 кВт мощности.Генератор может использоваться в автономных системах. Синхронизация с сетью требует дополнительного оборудования.


Генератор асинхронный синхронизированный. Обмен активной и реактивной энергией с автоматической (согласно физической природе) стабилизацией частоты и амплитуды выходного напряжения делает такой генератор привлекательным для использования в составе сети. В случае сетевого варианта выход - переменное, согласованное по фазе, частоте и амплитуде напряжение. Стоимость $500-800 за 1 кВт мощности. В случае автономного варианта для получения постоянного напряжения требуется дополнительный регулятор, $400-800 за 1 кВт мощности.


Базовая


Энергия ветра - это косвенная форма солнечной энергии, являющаяся следствием разности температур и давлений в атмосфере Земли. Около 2% поступающей на Землю солнечной энергии превращается в энергию ветра. Ветер - очень большой возобновляемый источник энергии. Его энергию можно использовать почти во всех районах Земли. Получение электроэнергии от ветроэнергетических установок является чрезвычайно привлекательной, но вместе с тем технически сложной задачей. Трудность заключается в очень большой рассеянности энергии ветра и в его непостоянстве.

Принцип действия ветровых станций прост: ветер, действуя на лопасти установки, вращает ротор, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор вырабатывает электрическую энергию, и, таким образом, энергия ветра превращается в электрический ток.


Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) – устройство, которое превращает энергию поступательного движения ветра в электрическую энергию.


Первая ветроустановка (или, как иногда принято называть, ветрогенератор) был сконструирован в Дании в 1890 году:




Термин "ветроэнергетическая установка" более точен в отношении этих устройств, т.к. термины "ветряк", "ветрогенератор" означают фактически обратное действие - генерацию ветра. ВЭУ же наоборот, за счет ветра генерирует электроэнергию. Часто эти агрегаты называют "ветроэлектрическая установка", "ветроустановка" или "ветрогенерирующая установка".


Сегодня существует множество разных типов ветроустановок, из которых двумя основными являются:


горизонтально-осевые (с горизонтальной осью вращения):




и вертикально-осевые (с вертикальной осью вращения):




Ротор ветроэнергетической установки (ветро-ротор, ветроколесо) – устройство, которое превращает энергию поступательного движения ветра во вращательное движение ротора установки. Т.е. когда ветер дует, ротор установки вращается.


Ротор напоминает геликоидную турбину Горлова, одну их самых эффективных конструкций в мире, и фактически получается из нее путем спрямления лопастей по вертикали. Такое "отехнологичивание" серьезно удешевляет цену изделия и сам технологический процесс производства.





Ступица ветроэнергетической установки – сооружение, на котором смонтирован ротор установки с лопастями. Внутри ступицы находится генератор, подшипники и некоторые другие агрегаты ветроустановки.


Аэродинамические тормоза - устройства, расположенные в горизонтальной плоскости и представляющие собой дополнительные крылья-лопасти, которые при скорости вращения ротора, менее номинальной, участвуют в создании полезной мощности, а при скорости выше номинальной создают тормозящий эффект и тем самым стабилизируют скорость вращения ротора, не давая ему идти "вразнос". Ряд версий ВЭУ, выпускаемых , по другому стабилизирует скорость вращения.




Видео о работе аэродинамических тормозов (100 Кбайт).




Магнитный подшипник ветроэнергетической установки – устройство, которым может комплектоваться ротор ветроустановки. В этом случае, за счет противонаправленного магнитного поля магнитов, ротор ветроустановки висит в воздухе и удерживается от радиального биения только радиальными механическими подшипниками. Учитывая отсутствие торцевых подшипников, срок службы ротора возрастает в несколько десятков раз. Стоимость такого устройства обычно ра