Vjetroelektrane

Vjetroelektrana (HE) je kompleks međusobno povezanih objekata i građevina namijenjenih pretvaranju energije vjetra u druge vrste energije (električnu, mehaničku, toplinsku itd.).

Vjetroturbina kao glavni dio vjetroturbine sastoji se od vjetroturbine, sustava za prijenos energije vjetra do opterećenja (korisnika) i samog korisnika energije vjetra (svaki uređaj: električni stroj generator, pumpa za vodu, grijač, itd.) .

Vjetroturbina je uređaj za pretvaranje kinetičke energije vjetra u mehaničku energiju radnog gibanja vjetroturbine. Radni pokreti koje čini vjetroturbina mogu biti različiti. Na postojećim vjetroturbinama danas se kao radno gibanje koristi kružno rotacijsko gibanje. Istodobno, poznati su brojni prijedlozi (ponekad čak i implementirani) za korištenje drugih vrsta kretanja radne snage, na primjer, oscilirajuće.

Sustav lopatica vjetroturbine (vjetrobran) može imati drugačiji dizajn.U modernim vjetroturbinama sustav lopatica je izrađen u obliku čvrstih lopatica s profilom krila u poprečnom presjeku (ponekad se u ovom slučaju koriste izrazi «lopatica» ili propeler vjetroturbine).

Poznati su uspješno operativni sustavi lopatica u kojima se umjesto lopatica koriste rotirajući cilindri (koristeći Magnusov učinak). Postoje prijedlozi za stvaranje sustava lopatica na temelju različitih vrsta lopatica s fleksibilnim površinama (jedra).

Stoga, lopatica — Ovo je komponenta propelera koja stvara okretni moment. Sustav lopatica vjetroturbine s radnim kružnim rotacijskim gibanjem može imati horizontalnu ili vertikalnu os rotacije.

Pri proračunu i projektiranju konkretnog vjetroagregata, osim vjetrovitih uvjeta njegovog rada, potrebno je uzeti u obzir kako karakteristike vjetroagregata, tikovine, tako i cijelog vjetroagregata. S tim u vezi, vjetroturbine se klasificiraju prema sljedećim kriterijima:

• vrsta proizvedene energije,

• razina snage,

• ugovoreni sastanak

• Područja primjene,

• znak za stalni ili promjenjivi rad vjetroturbine,

• metode upravljanja,

• vrsta prijenosnog sustava.

Ovisno o vrsti proizvedene energije, sve vjetroelektrane dijele se na vjetroelektrane i vjetroelektrane. Električne vjetroturbine se pak dijele na ugrađene instalacije koje proizvode električnu energiju istosmjerne ili izmjenične struje. Mehaničke vjetroturbine koriste se za pogon pogonskih strojeva.

Ovisno o namjeni istosmjerne električne vjetroagregate dijelimo na vjetar zajamčeno, korisnik zajamčeno napajanje, negarantirano napajanje.Električne vjetroturbine s izmjeničnom strujom dijele se na autonomne, hibridne, koje rade paralelno s elektroenergetskim sustavom usporedive snage (na primjer, s dizelskom elektranom), mrežne, koje rade paralelno s snažnim elektroenergetskim sustavom.

Klasifikacija vjetroturbina prema područjima primjene određena je njihovom namjenom.

Pri proračunu i projektiranju vjetroagregata te odabiru njegovih nazivnih parametara potrebno je voditi računa o vrsti opterećenja (električni generator, vodena pumpa i sl.), vrsti sustava prijenosa energije vjetra do korisnika, vrsti električne energije sustav proizvodnje i skladištenja.

Sustav prijenosa energije vjetra definiran je skup različitih uređaja za prijenos snage s osovine vjetrocikla na osovinu odgovarajućeg stroja vjetroturbine (korisnika) sa ili bez povećanja brzine vrtnje stroja. U suvremenoj energetici vjetra najčešće se koristi mehanički način prijenosa energije.

Sustav za proizvodnju električne energije je generator električnih strojeva i skup uređaja (uređaji za upravljanje, energetska elektronika, baterija itd.) za spajanje na korisnika sa standardnim parametrima električne energije.

Proizvode se i rade vjetroturbine snage od nekoliko vata do tisuća kilovata. Postoje četiri skupine: vrlo male snage — manje od 5 kW, male snage — od 5 do 99 kW, srednje snage — od 100 do 1000 kW, velike snage — preko 1 MW. Vjetroturbine svake skupine se međusobno razlikuju prvenstveno po izvedbi, vrsti temelja, načinu postavljanja vjetroagregata, sustavu upravljanja, sustavu prijenosa energije vjetra, načinu postavljanja i načinu održavanja.

Postignut je prevladavajući raspored vjetroturbina s horizontalnom osovinom.

Na sl. Slika 1 prikazuje konstrukciju vjetroelektrane i opći prikaz vjetroelektrane.

Riža. 1. Izvedba vjetroelektrane: 1 — vjetroturbina (vjetroelektrana), 2 — vjetroturbina, 3 — generator, 4 — mjenjač, ​​5 — okretna ploča, 6 — mjerni uređaj, 7 — jarbol vjetroturbine u kojem se nalazi vjetroturbina i električni generator spojen na osovinu vjetroturbine izravno ili preko mjenjača.

Vjetroturbina sadrži vjetroturbinu i električni generator spojen na osovinu vjetroturbine izravno ili preko mjenjača.

Vjetroelektrana (WPP) sastoji se od nekoliko vjetroturbina koje rade paralelno i opskrbljuju proizvedenu električnu energiju elektroenergetskom sustavu.

Mjerni uređaj daje signal za okretanje čela vjetra kada se promijeni smjer ili jačina vjetra, a također prilagođava kut zakretanja lopatica ovisno o jačini vjetra.

Postoje vjetroturbine za 500, 1000, 1500, 2000, 4000 kW. Vjetroturbina za 500 kW ima: jarbol visine 40-110 m, glavu vjetra mase 15-30 tona, frekvenciju vrtnje n = 20-200 o/min, brzinu rotora generatora 750- 1500 okretaja u minuti (pogon s mjenjačem) ili 20-200 okretaja u minuti (izravni pogon).

Kao generatori u vjetroturbinama često se koriste asinkroni vjeverica generatori, koji se od sinkronih razlikuju po većoj pouzdanosti, jednostavnosti dizajna i manjoj težini, što je potrebno za povećanje pouzdanosti vjetroelektrane.

Vjetroturbine mogu raditi samostalno ili paralelno s elektroenergetskim sustavom.Tijekom autonomnog rada brzina vrtnje vjetroturbine HP nije regulirana niti se održava unutar ± 50%, stoga frekvencija i napon na stezaljkama generatora nisu konstantni, odnosno proizvedena električna energija je loše kvalitete, a korisnici takvih vjetroturbina često nemaju visoke zahtjeve kvalitete (uglavnom uređaji za grijanje). Za dobivanje visokokvalitetne energije koriste se stabilizatori koji se sastoje od ispravljača, pretvarača i baterije.

Snažne vjetroturbine rade paralelno s elektroenergetskim sustavom (slika 2). Ova paralelna veza osigurava da su frekvencija, napon i brzina vjetroturbine konstantni. Snaga koju generator daje mreži ovisi o okretnom momentu motora i određena je snagom vjetra.

Moguća suradnja vjetroagregata s mrežom uz povezivanje preko međufrekventnog pretvarača na promjenjivoj frekvenciji vrtnje vjetroagregata.

Kada se koristi asinkroni generator, vjetroturbina može raditi i promjenjivom brzinom, a generator isporučuje visokokvalitetnu električnu energiju u mrežu.Za pobudu asinkroni generator troši jalovu snagu iz mreže ili iz posebne kondenzatorske baterije, a sinkroni generator ga sam stvara.

Riža. 2… Paralelni rad vjetroelektrane sa snažnim sustavom napajanja: VD — vjetrostroj, R — mjenjač, ​​G — generator, V — ispravljač, I — inverter, U — upravljačka jedinica, ES — elektroenergetski sustav

Karakteristike sustava vjetroelektrana (WPP):

1. Nalaze se na mjestima s velikim potencijalom vjetra.

2.Imaju snagu agregata: 1500-2000 kW i više za kontinentalnu bazu i 4000-5000 kW za morsku i obalnu bazu.

3. Koriste se asinkroni generatori s vjeveričastim rotorom i sinkroni (često s uzbudom stalnim magnetom) s niskim naponom generatora (0,50-0,69 kV).

4. Niska učinkovitost stanice — 30-40%.

5. Nedostatak toplinskog opterećenja.

6. Visoka sposobnost manevriranja, ali puna ovisnost o vremenskim uvjetima.

7. Raspon radnih brzina vjetra od 3,0-3,5 do 20-25 m/s. Kada je brzina vjetra manja od 3,0-3,5 m/s i veća od 20-25 m/s, vjetroturbine se isključuju iz mreže i postavljaju u neradni položaj, a kada se brzina vjetra uspostavi, vjetroturbine spojeni su na mrežu i ubrzani pomoću generatora koji radi u motornom načinu rada.

8. Nemogućnost izbora električne energije na generatorskom naponu (osim za vlastite potrebe).

9. Prijenos električne energije do potrošača na naponima 10, 35, 110, kV.

Suvremena energija vjetra u mnogim je zemljama svijeta dio energetskih sustava, au nekim zemljama i jedna od glavnih sastavnica alternativne energije temeljene na obnovljivim izvorima energije. Više o tome pročitajte ovdje: Razvoj energije vjetra u svijetu