Elektrownie wiatrowe

Elektrownia wiatrowa (HPP) to zespół połączonych ze sobą urządzeń i konstrukcji przeznaczonych do przetwarzania energii wiatru na inne rodzaje energii (elektryczną, mechaniczną, cieplną itp.).

Turbina wiatrowa jako główna część turbiny wiatrowej składa się z turbiny wiatrowej, systemu przekazywania energii wiatru do obciążenia (użytkownika) oraz samego użytkownika energii wiatrowej (każde urządzenie: generator maszyny elektrycznej, pompa wodna, grzałka, itp.).

Turbina wiatrowa jest urządzeniem służącym do zamiany energii kinetycznej wiatru na energię mechaniczną ruchu roboczego turbiny wiatrowej. Ruchy robocze wykonywane przez turbinę wiatrową mogą być różne. Obecnie w istniejących turbinach wiatrowych jako ruch roboczy stosuje się kołowy ruch obrotowy. Jednocześnie znane są liczne propozycje (czasem nawet realizowane) wykorzystania innych rodzajów ruchu robotniczego, np. oscylacyjnego.

Układ łopat turbiny wiatrowej (koło wiatrowe) może mieć inną konstrukcję.W nowoczesnych turbinach wiatrowych układ łopat jest wykonany w postaci pełnych łopat o profilu skrzydła w przekroju poprzecznym (czasami używa się w tym przypadku określenia „łopata” lub turbina wiatrowa śmigłowa).

Znane z powodzeniem działające systemy ostrzy, w których zamiast ostrzy zastosowano obracające się cylindry (wykorzystujące efekt Magnusa). Pojawiają się propozycje stworzenia systemu łopat w oparciu o różne rodzaje łopat o elastycznych powierzchniach (żaglach).

Dlatego łopata — Jest to element śmigła, który generuje moment obrotowy. Układ łopat turbiny wiatrowej o ruchu obrotowym po okręgu może mieć poziomą lub pionową oś obrotu.

Obliczając i projektując konkretną turbinę wiatrową, oprócz wietrznych warunków jej pracy, należy wziąć pod uwagę zarówno charakterystykę turbiny wiatrowej, drewna tekowego, jak i całej turbiny wiatrowej. Pod tym względem turbiny wiatrowe są klasyfikowane według następujących kryteriów:

• rodzaj wytwarzanej energii,

• poziom mocy,

• spotkanie

• Obszary zastosowań,

• znak pracy ze stałą lub zmienną prędkością obrotową turbiny wiatrowej,

• metody zarządzania,

• rodzaj systemu transmisji.

W zależności od rodzaju wytwarzanej energii, wszystkie elektrownie wiatrowe dzielą się na energetykę wiatrową i energetykę wiatrową. Z kolei elektryczne turbiny wiatrowe dzielą się na instalacje wbudowane, które wytwarzają energię elektryczną prądu stałego lub przemiennego. Mechaniczne turbiny wiatrowe służą do napędzania działających maszyn.

W zależności od przeznaczenia, elektryczne turbiny wiatrowe prądu stałego dzielą się na zasilanie gwarantowane przez wiatr, zasilanie gwarantowane przez użytkownika, zasilanie niegwarantowane.Elektryczne turbiny wiatrowe prądu przemiennego dzielą się na autonomiczne, hybrydowe, pracujące równolegle z systemem elektroenergetycznym o porównywalnej mocy (np.

Klasyfikacja turbin wiatrowych według obszarów zastosowania zależy od ich przeznaczenia.

Przy obliczaniu i projektowaniu turbiny wiatrowej oraz doborze jej parametrów nominalnych należy wziąć pod uwagę rodzaj obciążenia (generator elektryczny, pompa wodna itp.), rodzaj systemu przesyłu energii wiatrowej do użytkownika, rodzaj energii elektrycznej system generowania i przechowywania.

System przesyłu energii wiatrowej to określony zestaw różnych urządzeń do przenoszenia mocy z wału koła wiatrowego na wał odpowiedniej turbiny wiatrowej (użytkownika) z lub bez zwiększania prędkości obrotowej maszyny. We współczesnej energetyce wiatrowej najczęściej stosuje się mechaniczną metodę przenoszenia energii.

System wytwarzania energii to generator maszyn elektrycznych oraz zespół urządzeń (urządzenia sterujące, energoelektronika, bateria itp.) do podłączenia do użytkownika o standardowych parametrach energii elektrycznej.

Produkowane i eksploatowane są turbiny wiatrowe o mocy od kilku watów do tysięcy kilowatów. Wyróżnia się cztery grupy: bardzo mała moc — poniżej 5 kW, mała moc — od 5 do 99 kW, średnia moc — od 100 do 1000 kW, duża moc — powyżej 1 MW. Turbiny wiatrowe poszczególnych grup różnią się od siebie przede wszystkim konstrukcją, rodzajem posadowienia, sposobem montażu turbiny wiatrowej, systemem sterowania, systemem przesyłu energii wiatrowej, sposobem montażu oraz sposobem konserwacji.

Osiągnięto dominujące rozmieszczenie turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu.

na ryc. 1 przedstawia budowę farmy wiatrowej oraz widok ogólny farmy wiatrowej.

Ryż. 1. Projekt elektrowni wiatrowej: 1 — turbina wiatrowa (koło wiatrowe), 2 — turbina wiatrowa, 3 — generator, 4 — przekładnia, 5 — obrotnica, 6 — urządzenie pomiarowe, 7 — maszt turbiny wiatrowej zawiera turbinę wiatrową oraz generator elektryczny podłączony do wału turbiny wiatrowej bezpośrednio lub poprzez przekładnię.

Turbina wiatrowa zawiera turbinę wiatrową i generator elektryczny podłączony do wału turbiny wiatrowej bezpośrednio lub poprzez przekładnię.

Farma wiatrowa (WPP) składa się z kilku turbin wiatrowych pracujących równolegle i dostarczających wytworzoną energię elektryczną do systemu elektroenergetycznego.

Urządzenie pomiarowe daje sygnał do obrócenia głowicy wiatru, gdy zmienia się kierunek lub siła wiatru, a także dostosowuje kąt obrotu łopat w zależności od siły wiatru.

Istnieją turbiny wiatrowe o mocy 500, 1000, 1500, 2000, 4000 kW. Turbina wiatrowa o mocy 500 kW posiada: maszt o wysokości 40-110 m, głowicę wiatrową o masie 15-30 ton, częstotliwość obrotów n = 20-200 obr/min, prędkość wirnika generatora 750- 1500 obr./min (napęd z przekładnią) lub 20-200 obr./min (napęd bezpośredni).

Jako generatory w turbinach wiatrowych często stosuje się asynchroniczne generatory wiewiórkowe, które różnią się od synchronicznych większą niezawodnością, prostotą konstrukcji oraz mniejszą masą niezbędną do zwiększenia niezawodności elektrowni wiatrowej.

Turbiny wiatrowe mogą pracować autonomicznie lub równolegle z systemem elektroenergetycznym.Podczas autonomicznej pracy prędkość obrotowa turbiny wiatrowej HP nie jest regulowana lub utrzymywana w granicach ± ​​50%, w związku z czym częstotliwość i napięcie na zaciskach generatora nie są stałe, co oznacza, że ​​generowana energia elektryczna jest złej jakości, a użytkownicy takich wiatraków często nie ma wysokich wymagań jakościowych (głównie urządzenia grzewcze). Aby uzyskać energię wysokiej jakości, stosuje się stabilizatory składające się z prostownika, falownika i akumulatora.

Silne turbiny wiatrowe pracują równolegle z systemem elektroenergetycznym (rys. 2). To połączenie równoległe zapewnia stałą częstotliwość, napięcie i prędkość turbiny wiatrowej. Moc, którą generator oddaje do sieci, zależy od momentu obrotowego silnika i jest określana przez siłę wiatru.

Możliwa współpraca elektrowni wiatrowej z siecią z podłączeniem poprzez pośrednią przetwornicę częstotliwości przy zmiennej częstotliwości obrotów turbiny wiatrowej.

W przypadku zastosowania generatora asynchronicznego turbina wiatrowa może również pracować ze zmienną prędkością obrotową, a generator dostarcza do sieci wysokiej jakości energię elektryczną.Do wzbudzenia generator asynchroniczny pobiera moc bierną z sieci lub ze specjalnej baterii kondensatorów, a tworzy go sam generator synchroniczny.

Ryż. 2… Praca równoległa elektrowni wiatrowej z potężnym układem zasilania: VD — maszyna wiatrowa, R — przekładnia, G — generator, V — prostownik, I — falownik, U — jednostka sterująca, ES — układ zasilania

Charakterystyka systemowych elektrowni wiatrowych (WPP):

1. Zlokalizowane są w miejscach o dużym potencjale wiatrowym.

2.Mają one moc jednostek napędowych: 1500-2000 kW i więcej dla bazy kontynentalnej oraz 4000-5000 kW dla bazy morskiej i lądowej.

3. Stosowane są generatory asynchroniczne z wirnikiem wiewiórkowym i synchroniczne (często ze wzbudzeniem magnesem trwałym) o niskim napięciu generatora (0,50-0,69 kV).

4. Niska wydajność stacji — 30-40%.

5. Brak obciążenia cieplnego.

6. Duża zwrotność, ale pełna zależność od warunków atmosferycznych.

7. Zakres roboczych prędkości wiatru od 3,0-3,5 do 20-25 m/s. Gdy prędkość wiatru jest mniejsza niż 3,0-3,5 m/s i większa niż 20-25 m/s, turbiny wiatrowe są odłączane od sieci i instalowane w pozycji niepracującej, a po przywróceniu prędkości wiatru turbiny wiatrowe są podłączone do sieci i przyspieszane za pomocą generatora pracującego w trybie silnikowym.

8. Brak możliwości wyboru mocy elektrycznej przy napięciu generatora (poza potrzebami własnymi).

9. Przesyłanie energii elektrycznej do odbiorców przy napięciach 10, 35, 110, kV.

Nowoczesna energetyka wiatrowa w wielu krajach świata jest elementem systemów energetycznych, a w niektórych krajach jest jednym z głównych składników energii alternatywnej opartej na odnawialnych źródłach energii. Przeczytaj więcej na ten temat tutaj: Rozwój energetyki wiatrowej na świecie