Производство электроэнергии с использованием энергии ветра
Ветроэлектрическая станция представляет собой устройство, главным элементом которой является подвижная часть — рабочее колесо. Поток ветра, оказывая силовое воздействие на рабочее колесо, заставляет его вращаться, т.е. энергия ветра преобразуется в энергию вращения колеса, вал которого непосредственно или через редуктор (для повышения частоты вращения) соединен с ротором электрогенератора. Наибольшее распространение в мире и России получили трехлопастные ветроэнергетические установки (ВЭУ), в состав которых входят: рабочее трехлопастное колесо 1, гондола с редуктором 2 и генератором, башня 3 и фундамент 4 (рис. 16.1).
Рис. 16.1. Трехлопастная ветроэнергетическая установка:
- 1 — рабочее трехлопастное колесо; 2 — гондола с редуктором и генератором;
- 3 — башня; 4 — фундамент
В качестве генератора ВЭУ используются синхронные и асинхронные, реже асинхронизированные синхронные генераторы. По мощностям ВЭУ принято подразделять на малые (до 10 кВт), средние (от 10 до 100 кВт), крупные (от 100 до 1000 кВт), сверхкрупные (более 1000 кВт). Лидер в области использования ВЭУ— Германия, где годовой прирост мощностей ВЭУ составляет 30%, а установленная мощность всех ВЭУ на 01 января 2002 г. — 8734 мВт, в России установленная мощность ВЭУ в 1999 г. была всего 4 МВт— в 1000(!) раз меньше, чем у страны лидера. Вместе с тем ветроэнергетический потенциал у РФ весьма большой и, несомненно, его надо использовать.
В настоящее время ВЭУ мощностью 101 э-102 кВт активно рекламируются в РФ, в Украине и в других странах СНГ. Налаживается выпуск ВЭУ небольшими предприятиями: «Ветросфера» и «Ветросвет» в Санкт-Петербурге, «Украинская альтернативная энергетика»— в Украине, некоторыми другими фирмами в разных регионах РФ, не имеющими государственной поддержки и, как правило, собственной производственной и экспериментальной базы. Такие ВЭУ отличаются кустарностью производства, нестабильностью характеристик, малыми сроками действительной эксплуатации, плохими техникоэкономическими показателями, высокой стоимостью. Объясняется это кажущейся простотой принципа действия и устройства ВЭУ. В результате ВЭУ выпускаются без учета возможностей современной электромеханики и достижений аэродинамики, без оптимизации конструктивных схем и использования современных материалов и электронных элементов. В выпускаемых и продаваемых для бытового использования ВЭУ отсутствуют необходимые системы диагностирования, управления и защиты. Отсюда являются актуальными и необходимыми: критический технико-экономический и медико-экологический анализ известных ВЭУ; проработка схем и выбор оптимального варианта мобильной, многофункциональной ВЭУ; разработка технологий и обеспечение производства ВЭУ, отвечающих современным и согласованным требованиям.
Важным условием развития ВЭУ в РФ является поиск оптимального решения для каждого из элементов комплекса (движителя, генератора, привода и системы автоматического управления) в условиях переменной ветровой нагрузки в широких пределах с теоретическим и экспериментальным обоснованием структуры и параметров. Должно быть уделено внимание проработке различных типов ветродвигателей: — выбору способа размещения оси вращения ветродвигателя (горизонтального или вертикального); разработке схемы с поворотом лопастей вокруг собственной оси при снижении ветрового напора с целью достижения большей мощности; проработке нескольких типов ветро- движителей: с винтовым двигателем; шнековым и др., с целью снижения аэродинамического шума, вибрации, усталостной нагрузки, электромагнитных помех и пониженных воздействий на окружающую среду; снижению экономических затрат на изготовление ветродвигателей: использование материала, имеющего высокую прочность и малый вес (желательно использование пластмасс, стекловолоконного композита, базальтового волокна и др.); обеспечение упрощенной поточной сборки.
Назрела проблема разработки ВЭУ небольшой мощности (до 1 кВт) для обеспечения ЭЭ индивидуальных потребителей в малонаселенных районах с большой ветровой нагрузкой.
