Větrné elektrárny

Větrná elektrárna (VE) je komplex vzájemně propojených zařízení a staveb určených k přeměně větrné energie na jiné druhy energie (elektrickou, mechanickou, tepelnou atd.).

Větrná turbína jako hlavní část větrné turbíny se skládá z větrné turbíny, systému pro přenos větrné energie k zátěži (uživateli) a samotnému uživateli větrné energie (každé zařízení: elektrický strojní generátor, vodní čerpadlo, ohřívač, atd.).

Větrná turbína je zařízení pro přeměnu kinetické energie větru na mechanickou energii pracovního pohybu větrné turbíny. Pracovní pohyby, které dělá větrná turbína, mohou být různé. Na stávajících větrných turbínách se dnes jako pracovní pohyb používá kruhový rotační pohyb. Zároveň jsou známy četné návrhy (někdy i realizované) pro využití jiných typů pracovního pohybu, například oscilačního.

Systém lopatek větrné turbíny (větrné kolo) může mít odlišný design.U moderních větrných turbín je systém lopatek vyroben ve formě plných lopatek s křídlovým profilem v průřezu (někdy se v tomto případě používají výrazy «lopatka» nebo vrtulové větrné turbíny).

Známé úspěšně fungující lopatkové systémy, ve kterých se místo lopatek používají rotující válce (využívá Magnusův efekt). Existují návrhy na vytvoření systému listů založených na různých typech listů s pružnými povrchy (plachty).

Proto list — Jedná se o součást vrtule, která vytváří krouticí moment. Lopatkový systém větrné turbíny s provozním kruhovým rotačním pohybem může mít horizontální nebo vertikální osu otáčení.

Při výpočtu a návrhu konkrétní větrné turbíny je nutné kromě větrných podmínek jejího provozu zohlednit jak vlastnosti větrné turbíny, teakového dřeva, tak celé větrné turbíny. V tomto ohledu jsou větrné turbíny klasifikovány podle následujících kritérií:

• druh vyrobené energie,

• výkonová úroveň,

• jmenování

• Oblasti použití,

• značka pro provoz větrné turbíny s konstantní nebo proměnnou rychlostí,

• metody řízení,

• typ přenosové soustavy.

Podle typu vyrobené energie se všechny větrné elektrárny dělí na větrnou energii a větrnou energii. Elektrické větrné turbíny se zase dělí na vestavěné instalace, které vyrábějí stejnosměrný nebo střídavý proud. Mechanické větrné turbíny se používají k pohonu běžících strojů.

Podle účelu se stejnosměrné elektrické větrné turbíny rozdělují na napájení větrem garantované, uživatelsky garantované, negarantované napájení.Elektrické větrné turbíny se střídavým proudem se dělí na autonomní, hybridní, pracující paralelně s elektroenergetickým systémem srovnatelného výkonu (například s dieselovým závodem), síťové, pracující paralelně s výkonným elektroenergetickým systémem.

Klasifikace větrných turbín podle oblastí použití je určena jejich účelem.

Při výpočtu a návrhu větrné turbíny a výběru jejích jmenovitých parametrů je nutné vzít v úvahu typ zátěže (elektrogenerátor, vodní čerpadlo atd.), typ systému přenosu větrné energie k uživateli, typ elektrické energie. generační a skladovací systém.

Systém přenosu větrné energie je definovaný soubor různých zařízení pro přenos výkonu z hřídele větrného kola na hřídel odpovídajícího stroje větrné turbíny (uživatele) s nebo bez zvýšení rychlosti otáčení stroje. V moderní větrné energetice se nejčastěji používá mechanický způsob přenosu energie.

Systémem výroby energie je generátor elektrických strojů a soubor zařízení (řídicí zařízení, výkonová elektronika, baterie atd.) pro připojení k uživateli se standardními parametry elektřiny.

Vyrábí se a provozují větrné turbíny s výkonem od několika wattů do tisíců kilowattů. Existují čtyři skupiny: velmi nízký výkon — méně než 5 kW, nízký výkon — od 5 do 99 kW, střední výkon — od 100 do 1000 kW, vysoký výkon — nad 1 MW. Větrné turbíny každé skupiny se od sebe liší především konstrukcí, typem základu, způsobem instalace větrné turbíny, řídicím systémem, systémem přenosu větrné energie, způsobem instalace a způsobem údržby.

Bylo dosaženo převládajícího rozložení větrných turbín s horizontální osou.

Na Obr. 1 ukazuje konstrukci větrné farmy a celkový pohled na větrnou farmu.

Rýže. 1. Konstrukce větrné elektrárny: 1 — větrná turbína (větrné kolo), 2 — větrná turbína, 3 — generátor, 4 — převodovka, 5 — točna, 6 — měřicí zařízení, 7 — stožár větrné turbíny obsahuje větrnou turbínu a elektrický generátor připojený k hřídeli větrné turbíny přímo nebo přes převodovku.

Větrná turbína obsahuje větrnou turbínu a elektrický generátor připojený k hřídeli větrné turbíny přímo nebo přes převodovku.

Větrná farma (WPP) se skládá z několika větrných turbín pracujících paralelně a dodávajících vyrobenou elektřinu do energetického systému.

Měřící zařízení dává signál k otočení hlavy větru při změně směru nebo síly větru a také upravuje úhel natočení lopatek v závislosti na síle větru.

Existují větrné turbíny pro 500, 1000, 1500, 2000, 4000 kW. Větrná turbína pro 500 kW má: stožár o výšce 40-110 m, hlavu větru o hmotnosti 15-30 tun, frekvenci otáčení n = 20-200 ot./min., otáčky rotoru generátoru jsou 750- 1500 ot/min (pohon s převodem) nebo 20-200 ot/min (přímý pohon).

Jako generátory ve větrných turbínách se často používají asynchronní generátory nakrátko, které se od synchronních liší větší spolehlivostí, jednoduchostí konstrukce a menší hmotností, která je nezbytná pro zvýšení spolehlivosti větrné elektrárny.

Větrné turbíny mohou pracovat autonomně nebo paralelně s energetickým systémem.Během autonomního provozu není rychlost otáčení vysokotlaké větrné turbíny regulována nebo udržována v rozmezí ± 50 %, proto frekvence a napětí svorek generátoru nejsou konstantní, to znamená, že vyrobená elektrická energie je nekvalitní a uživatelé takové větrné turbíny často nemají vysoké požadavky na kvalitu (hlavně topná zařízení). Pro získání kvalitní energie se používají stabilizátory skládající se z usměrňovače, měniče a baterie.

Výkonné větrné turbíny pracují paralelně s energetickým systémem (obr. 2). Toto paralelní zapojení zajišťuje konstantní frekvenci, napětí a rychlost větrné turbíny. Výkon, který generátor dodává do sítě, závisí na točivém momentu motoru a je určen silou větru.

Možná spolupráce větrné turbíny se sítí s připojením přes mezifrekvenční měnič s proměnnou frekvencí otáčení větrné turbíny.

Při použití asynchronního generátoru může větrná turbína pracovat i s proměnnými otáčkami a generátor dodává do sítě kvalitní elektřinu.Pro buzení odebírá asynchronní generátor jalový výkon ze sítě nebo ze speciální kondenzátorové banky a synchronní generátor sám vytváří.

Rýže. 2… Paralelní provoz větrné elektrárny s výkonným napájecím systémem: VD — větrný stroj, R — převodovka, G — generátor, V — usměrňovač, I — střídač, U — řídicí jednotka, ES — energetický systém

Charakteristika systémových větrných elektráren (WPP):

1. Nacházejí se v místech s vysokým větrným potenciálem.

2.Mají kapacitu pohonných jednotek: 1500-2000 kW a více pro kontinentální základnu a 4000-5000 kW pro námořní a pobřežní základnu.

3. Používají se asynchronní generátory s rotorem nakrátko a synchronní (často s buzením permanentním magnetem) s nízkým napětím generátoru (0,50-0,69 kV).

4. Nízká účinnost stanice — 30-40%.

5. Nedostatek tepelné zátěže.

6. Vysoká manévrovatelnost, ale plná závislost na povětrnostních podmínkách.

7. Rozsah provozních rychlostí větru od 3,0-3,5 do 20-25 m/s. Když je rychlost větru nižší než 3,0–3,5 m/sa vyšší než 20–25 m/s, jsou větrné turbíny odpojeny od sítě a instalovány v nepracovní poloze, a když je rychlost větru obnovena, větrné turbíny jsou připojeny k síti a urychlovány pomocí generátoru pracujícího v režimu motoru.

8. Nedostatečný výběr elektrického výkonu při napětí generátoru (kromě vlastních potřeb).

9. Přenos elektřiny spotřebitelům o napětí 10, 35, 110, kV.

Moderní větrná energie je v mnoha zemích světa součástí energetických systémů a v některých zemích je jednou z hlavních součástí alternativní energie založené na obnovitelných zdrojích energie. Přečtěte si o tom více zde: Vývoj větrné energetiky ve světě