Страница 8 из 9
В России начаты разработки малых ветроэнергетических установок роторного типа, которые имеют диапазон рабочих скоростей ветра от 3 до 50 м/с и улучшенные экологические параметры: уменьшенный уровень шума, вибрации и воздействия на фауну местности.
Рис. 27 Ветроустановка мощностью 30 кВт
Опробованы экспериментальные образцы мощностью 1 кВт. На рис.28 представлен схематичный разрез роторного ветрогенератора, с комплектующими элементами и состоящего из осе совмещенных вертикальных роторных модулей, состоящих в свою очередь из кольцевых направляющих аппаратов, внутри которых на подшипниковых узлах установлены роторы, их выходной вал шлицевым соединением присоединен к валу электрогенераторов.
Рис. 28 Схема ВЭУ роторного типа
Направляющий аппарат забирает воздух из свободного потока, направляет на рабочие лопатки виндротора, обеспечивает активный выход отработанного воздуха из объема виндротора. Воздушный поток на лопатках виндротора реализует два своих параметра – динамический напор и скорость, чем определяются высокий момент, создающийся при трогании двигателя при низких скоростях ветра и высокая скорость набора нагрузки при росте скорости ветра. Благодаря двукратному изменению направления потока на лопатках роторов кинетическая энергия ветра с высоким КПД преобразуется в механическую энергию вращения вала роторов, которая электрогенератором преобразуется в электрическую.
К малым ветрогенераторам относятся парусные ветрогенераторы. Предлагаемые парусные ветрогенераторы предназначены для бесперебойного снабжения электроэнергией промышленных параметров 380/220/50 владельцев индивидуальных строений, агроферм и предприятий малого бизнеса и т.д. Типовые модели: 1кВт, 4кВт, 10кВт. Максимальная мощность – до 100кВт. Для подъема воды из любых водоисточников: скважины, колодца, открытого водоема без применения электропровода или двигателя внутреннего сгорания может быть использована технология с применением ветронасосной установки небольшой мощности (1,5-3 кВт). Ветронасосы бесшумны в работе, используют энергию ветра, не требуют постоянного контроля за их работой, удобны в эксплуатации, снабжены устройством, позволяющим качать воду при отсутствии ветра в ручном режиме. Позволяют подавать воду ритмичными порциями, и могут быть использованы при поливе участков по бороздам, капельным методом, дождеванием. При использовании емкости для накопления воды полив может осуществляться прогретой солнцем водой. Ветронасосная установка представлена на рис.29.
Установка состоит из двух основных частей – ветродвигателя и насоса. Ветродвигатель – многолопастной, тихоходный, представляет собой головку с 12-лопастным ветроколесом. При изменении направления ветра он автоматически самоустанавливается с подветренной стороны опоры благодаря повороту головки. Насос является самовсасывающим, с горизонтальной проточной резиновой диафрагмой. Производительность установки увеличивается при увеличении скорости ветра и при уменьшении высоты подъема воды. Установка начинает работать при скорости ветра 2,5м/с и при скорости в 6 м/с производительность ее доходит до 700л/ч при высоте всасывания 8м.
В основном малая ветроустановка состоит из следующих основных компонентов:
– ротор, лопасти, ветротурбина,
– мачта с растяжками
– генератор,
– аккумуляторные батареи,
– контроллер,
– инвертор (= 24 В -> ~ 220 В 50Гц) ,
– анемометр и датчик направления ветра,
– АВР – автоматический переключатель источника питания.
Лопасти ветротурбины приводят в движение вал генератора благодаря кинетической энергии ветра.
Мачта используется для подъема ветротурбины.
Генератор необходим для выработки переменного тока. Сила тока и напряжение генератора зависит от скорости и стабильности ветра. В зависимости от условий эксплуатации и специфических требований в составе ветроэнергетической установки (ветрогенератора) используются следующие типы генераторов.
Рис.29 Ветронасосная установка
Генератор с аксиальным зазором - синхронный тихоходный генератор с постоянными магнитами. Выходное напряжение является переменным по частоте и амплитуде, необходима сложная электронная регулировка. Генератор может использоваться в автономных системах. Синхронизация с сетью требует дополнительного оборудования.
Генератор с комбинированным возбуждением - низкооборотный генератор с электромагнитами. Дополнительная, регулирующая обмотка стабилизирует выходное напряжение генератора на выходе. Выход – постоянное напряжение (24В, 48В, 96В и т.д.). 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. В случае автономного варианта для получения постоянного напряжения требуется дополнительный регулятор. В таблице 3 представлены технические характеристики низкооборотных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов.
Контроллер необходим для управления работой ветроустановкой (поворот лопастей, заряд аккумуляторов, защитные функции и др.)
Инвертор необходим для преобразования переменного тока, вырабатываемого генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей. Инверторы бывают четырёх типов:
1.Модифицированная синусоида – преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с модифицированной синусоидой (ещё одно название: квадратная синусоида). Пригоден только для оборудования, которое не чувствительно к качеству напряжения: освещение, обогрев, заряд устройств.
2.Чистая синусоида – преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с чистой синусоидой. Пригоден для любого типа электроприборов: электродвигатели, медицинское оборудование и др.
3.Трехфазный – преобразовывает ток в трехфазный с напряжением 380В. Можно использовать для трехфазного оборудования.
4. Сетевой – в отличие от предыдущих типов позволяет системе работать без аккумуляторных батарей, но его можно использовать только для вывода электроэнергии в местную электросеть. Их стоимость, обычно, в несколько раз превышает стоимость несетевых инверторов.
Таблица 3 Технические характеристики низкооборотных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов
В зависимости от моделей они различаются по входному постоянному напряжению (12V, 24V, 48V) и по мощности подключаемой к ним нагрузки (от 500 Вт до 5 кВт и более). Как правило, все инверторы обеспечивают защиту от перегрузки, короткого замыкания, перезаряда и полного разряда аккумуляторов. Большинство инверторов обладает функцией автоматического переключения питания бытовых приборов на аккумулятор и обратно при "пропадании" сети 220V 50Гц и её "появлении", а также способностью автоматической зарядки аккумуляторов после использования их в качестве источника электроэнергии. Инвертор питает приборы напряжением 220 Вольт 50 Гц и контролирует состояние батареи. В случае нехватки вырабатываемой ветряком и накопленной на аккумуляторах энергии, и падении напряжения на батарее до 22 Вольт, автоматически запускается дизель-генератор. Инвертор переключает потребители на питание от дизеля и одновременно заряжает аккумуляторную батарею. При достижении напряжения на клеммах аккумуляторов 28 (или 30 – в зависимости от емкости батареи) Вольт, дизель-генератор автоматически выключается, и питание приборов инвертор переключает на аккумуляторы.