Электрооборудование ВЭУ
ГЕНЕРАТОРЫ В зависимости от условий эксплуатации и специфических требований в составе ветроэнергетической установки (ветрогенератора) используются следующие типы генераторов: • • • Генератор с аксиальным зазором. Синхронный тихоходный генератор с постоянными магнитами. Компактная недорогая конструкция, $400 -800 за 1 к. Вт мощности. Выход напряжение, переменное по частоте и амплитуде. Сложная электронная регулировка, $400 -800 за 1 к. Вт мощности. Генератор может использоваться в автономных системах. Синхронизация с сетью требует дополнительного оборудования. Генератор с комбинированным возбуждением. Тихоходный генератор с постоянными или электромагнитами. Дополнительная, регулирующая обмотка стабилизирует выходное напряжение генератора на выходе. Выход - постоянное напряжение (24 В, 48 В, 96 В и т. д. ). Стоимость составляет $700 -1200 за 1 к. Вт мощности. Простейшая (по аналогу с автомобильной) электронная стабилизация напряжения, $50 -100 за 1 к. Вт мощности. 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. Стоимость $500 -800 за 1 к. Вт мощности. В случае автономного варианта для получения постоянного напряжения требуется дополнительный регулятор, $400 -800 за 1 к. Вт мощности.
Электрооборудование Ветроэнергетическая установка на выходе электронного регулятора имеет 24, 48 или 96 вольт постоянного тока. Такое напряжение можно использовать для обогрева зданий, питания водных насосов, освещения и т. д. Тем не менее, в основном ВЭУ используется обычными потребителями, пользующимися напряжением 220 вольт переменного тока с частотой 50 Гц. Для этого к выходу электронного регулятора необходимо подключить соответствующее устройство преобразования. ВЭУ может работать совместно с рядом других устройств: • инвертор 24 В - 220 В/50 Гц, преобразующий постоянное напряжение в переменное, • аккумуляторные батареи, служащие для осуществления бесперебойного энергоснабжения в безветренную погоду • дизель или бензо-генератор для увеличения пиковой подачи электроэнергии или подстраховки бесперебойного питания на основе батарей. Принципиальная электрическая схема взаимодействия ВЭУ и различных устройств может совершенствоваться бесконечно.
Базовая схема включает в себя ВЭУ, инвертор, батареи, дизель-генератор. Схема может использовать двойное преобразование от дизель-генератора и сети (переменный – постоянный – переменный ток) для подачи бесперебойного питания потребителю. В этом случае потребитель не чувствует даже малейших перепадов в питании при переключении с одного источника питания на другой (например, с ветроустановки на дизель-генератор и т. д. ).
САП - Система автоматического пуска бензогенератора БП - Блок питания или преобразователь напряжения
Другая схема может использовать прямое (by-pass) питание для подачи бесперебойного питания потребителю. В этом случае при переключении источников питания (например, с ветроустановки на дизельгенератор и т. д. ) чувствуется незначительное падение напряжение. Аналогично работает бесперебойный блок питания для компьютера.
или аналогичный вариант:
Инвертор Для обеспечения преобразования напряжения 24 или 48 вольт постоянного тока в переменное (например, 220 В/50 Гц) служит инвертор. При наличии ветра ветро-ротор, состоящий из лопастей, закрепленных между кольцами, вращается и приводит в движение генератор, который вырабатывает так называемую "грязную энергетику", т. е. электрический ток с переменным напряжением, постоянно меняющим амплитуду, частоту и фазу. С помощью электронного регулятора "грязная энергия" преобразуется в напряжение 48 вольт постоянного тока, который через инвертор преобразуется в переменный ток с переменным напряжением 220 В/50 Гц и поступает непосредственно потребителю.
СИНУСОИДА И КВАЗИ-СИНУСОИДА Одни инверторы на выходе могут вырабатывать чистую синусоиду, как это делают энергетические компании. Отклонение фазы +/- 2%. Стоимость такого прибора достаточно высокая. Другие инверторы могут вырабатывать квази-синусоиду. Они дешевле приборов, вырабатывающих чистую синусоиду в 4 -6 раз. В этом случае график тока напоминает синусоиду, но может иметь наличие паразитных гармоник, искажающих чистую синусоиду, или так называемую "бороду". Эти паразитные гармоники абсолютно не влияют на большинство бытовых приборов (нагреватели, компьютеры, телефоны, факсы, лампы накаливания, датчики и т. п. ), однако могут оказать непредсказуемое воздействие на устройства, содержащие электродвигатель (холодильник, стиральная машина, копировальный аппарат при постоянной загрузке, электродрель, вентиляторы и т. д. ) в связи с тем, что паразитные гармоники, содержащиеся в синусоиде, нагревают обмотки
Для проверки годности инвертора для конкретного применения можно провести несложный тест: устаревшие блоки бесперебойного питания для компьютеров, как правило, имеют на выходе трапециевидную характеристику, близкую к синусоиде. Таким образом, подключив проблемные приборы к такому блоку, можно испытать их на предмет нагрева. Если нагрев незначительный, или вообще отсутствует, можно запитывать их от квазисинусоидального инвертора. Если же нагрев значительный, то такой инвертор использовать нельзя, т. к. возможен перегрев прибора. И в этом случае необходимо использовать инвертор с синусоидальным выходом. Вариантом решения может служить распределение различных сетей (синусоидальное напряжение и квази-синусоидальное напряжение) по помещению потребителя с соответствующим включением электроприборов в "свою" сеть. Это сэкономит деньги на покупку большого инвертора с синусоидальным выходом. Например, приобретено две ветроустановки каждая по 3 к. Вт. Можно не покупать один инвертор на 6 к. Вт или два на 3 к. Вт с синусоидальным выходом. Решение может быть таким: от одной запитан инвертор с синусоидальным выходом, от которого питаются холодильник, стиральная машина, копировальный аппарат при постоянной загрузке, электродрель, вентиляторы и т. д. От другой запитан инвертор с квази-синусоидальным выходом, от которого питаются нагреватели, компьютеры, телефоны, факсы, лампы накаливания, датчики и т. п. Единственной проблемой в этом случае будет монтаж дополнительной проводки в помещении.
Аккумуляторные батареи, как правило, включены параллельно с кабелем выхода генератора через устройство контроля заряда и подпитывают инвертор в случае недостатка или отсутствия ветра. Выход инвертора подключается к клеммам, от которых должна идти внутренняя разводка по помещению потребителя. Одна крупная ветроустановка может работать с несколькими малыми инверторами, включенными параллельно. Например, два 3 к. Вт-ных инвертора могут работать с одной 6 -к. Вт-ной ветроэнергетической установкой. Для этого необходимо провести сопряжение этих инверторов.
Аккумуляторные батареи Электроэнергия, будучи произведенной, должна быть немедленно потреблена. Т. о. если ВЭУ вырабатывает энергию, а потребления нет, ее необходимо запасать. Опять же, для того, чтобы покрыть кратковременные пики энергопотребления, необходим накопитель энергии, который запасает излишки энергии во время минимального потребления, и отдает запасенную энергию во время максимального потребления в сжатый промежуток времени. Примером такого аккумулирования и отдачи электроэнергии может служить простая автомобильная аккумуляторная батарея с определенной емкостью на 12 вольт, которую необходимо эксплуатировать с соответствующими мерами предосторожности при хранении, использовании и обслуживании. Также могут использовать различные "тяговые" батареи и другие экзотические варианты. Однако практика показала, что обычные батареи дешевле, а в эксплуатации ведут себя аналогично дорогим.
Допустим, пиковое потребление энергии средней квартиры или дома составляет 3 к. Вт. Этот пик продолжается в течение 1 часа утром и 2 часов вечером. Во время пикового потребления нагрузка потребляет 3000 Вт / 24 В = 125 А ток. Значит, для поддержания питания в течение 2 часов необходимо иметь 125 А х 2 часа = 250 А-часов емкость. Допустим, в магазине можно приобрести аккумуляторные батареи на 75 А-часов. Тогда для покрытия пикового энергоснабжения необходимо 250 Ачасов / 75 А-часов = 3. 3 комплекта батарей (по 2 последовательно соединенных АКБ). Замечание: когда батареи соединены последовательно, емкость не меняется.
Во время минимального потребления (днем и ночью) при наличии ветра ВЭУ будет заряжать аккумуляторы. Скорость зарядки батарей зависит от мощности, вырабатываемой ВЭУ, а значит, от силы ветра. Можно легко посчитать, что ВЭУ-3 на скорости ветра 6 м/сек будет выдавать 0. 7 к. Вт/час, или 0. 7 к. Вт х 12 час = 8. 4 к. Вт за день и столько же за ночь, что достаточно для утренних и вечерних пиковых потреблений. Тем не менее, понятно, что чудес не бывает и в любом месте Земного шара существуют безветренные дни. Конечно, весьма неэкономично для нескольких дней в году приобретать более крупную ВЭУ или большее число аккумуляторов. Для большинства людей простейшим решением может служить бережное, экономичное потребление энергии в такие дни. А для тех, кто не хотел бы экономить, необходимо выяснить среднегодовую продолжительность максимального количества безветренных дней и посчитать необходимое количество аккумуляторов, или приобрести соответствующую установку.
Необходимо заметить, что аккумуляторы обладают свойством остаточной ёмкости. Т. е. , например, используя аккумулятор 75 А/ч, можно включить электроплиту мощностью 1 к. Вт в течении 40 мин. , после чего инвертор отключится. Если уменьшить нагрузку до 500 Вт (подключить, к примеру, телевизор) - можно получать энергию ещё столько же! Затем можно подключить 300 Втную дрель, а потом 130 Вт-ный краскопульт, далее 60 Вт-ный паяльник и, наконец, 30 Вт-ную лампочку. Но даже в этом случае невозможно "вычерпать" свыше 80% от максимальной ёмкости аккумулятора. "Вычерпывание" 100% не рекомендуется, т. к. ресурс аккумулятора в этом случае сокращается. Из вышеприведенного примера совсем не следует что эти (и другие) нагрузки нельзя включить все сразу. Просто количество времени, которое будут работать все одновременно включенные приборы, будет меньше.
Дизель и Бензо генераторы Существует великое множество генераторов, выдающих 220 В/50 Гц разной мощности. Для конкретного энергоснабжения необходимо проанализировать, нужен ли вообще дополнительный источник энергии кроме ветроустановки. Если все-таки нужен, то какой мощности и какого типа (дизель, которые стоит дороже, но в эксплуатации дешевле, или бензиновый или газовый, стоящий дешевле, но дорогой в эксплуатации).
Соединение ВЭУ с сетью потребителя Ветроустановка может быть соединена с сетью и клеммами на входе сетевой развязки потребителя несколькими способами. 1 СПОСОБ (ручное переключение) – Ручной переключатель двустороннего действия для выбора источника питания жилища (1 -ое положение – подключена сеть, 2 -ое положение – подключена ВЭУ).
Для монтажа системы необходимо отсоединить подводящие сетевой ток провода от клемм потребителя и подключить их к входу переключателя 1 (внешняя сеть). Подключить выход переменного тока инвертора ветроэнергетической установки (ВЭУ) к другому (альтернативному) входу 2 переключателя. ВЭУ может быть укомплектована аккумуляторными батареями, бензо или дизель-генератором и т. д. Подключить клеммы потребителя к выходу переключателя, соединенного с распределительным щитком. При наличии ветра ВЭУ вырабатывает электроэнергию, поступающую через переключатель и распределительный щиток потребителю. При отсутствии ветра или большом увеличении нагрузки, которую не может обеспечить ВЭУ, необходимо вручную переключить переключатель в положение "сеть". В этом случае ВЭУ при появлении ветра будет заряжать аккумуляторные батареи, а потребитель получает электроэнергию только от сети. Для питания от ВЭУ необходимо переключить вручную переключатель обратно в положение 1.
Преимущества: - Простая недорогая система. Недостатки: - Переключение требует присутствия человека, - При переключении переключателя из одного положения в другое происходит прерывание энергоснабжения, - Максимальная потребляемая мощность при питании от ВЭУ не может быть больше номинальной мощности инвертора. Например, если номинал инвертора 3 к. Вт, то потребляемая мощность не может превышать 3 к. Вт, когда переключатель находится в положении "ВЭУ".
2 СПОСОБ (автоматическое переключение) – Использование штатного инвертора для автоматического переключения с ветроустановки (ВЭУ) на сеть и наоборот В инверторе имеются отдельные входы для присоединения ВЭУ и сети.
Для монтажа системы необходимо отсоединить подводящие сетевой ток провода от клемм потребителя и подключить их к соответствующему сетевому входу инвертора по переменному току. Выход ВЭУ по постоянному току должен быть подключен к соответствующему входу инвертора. Коммутатор, встроенный в инвертор, коммутирует входы в соответствии с алгоритмом приоритета, который может быть запрограммирован потребителем. Потребитель получает электроэнергию из источника, являющегося наиболее "выгодным". Например, при наличии ветра и нормальной работе ВЭУ потребитель питается от системы "ВЭУ + аккумуляторные батареи (АКБ)", при отсутствии ветра - от сети, бензо (дизель) генератора или иных источников питания (солнечные батареи и т. д. ), в соответствии с приоритетом входа в коммутатор. ВЭУ может быть укомплектована аккумуляторными батареями, бензо или дизель-генератором и т. д.
Преимущества: - Переключение происходит автоматически и не требует присутствия человека, - Недорогая система, не требуются дополнительные приборы при условии использования штатного инвертора. Недостатки: - При переключении входов коммутатора из одного положения в другое происходит несущественное прерывание энергоснабжения (до 20 миллисекунд, что, однако, не отражается на работе большинства приборов и аппаратуры, по аналогичной схеме действует источник бесперебойного питания компьютера (UPS)), - Максимальная потребляемая мощность при питании от ВЭУ не может быть больше номинальной мощности инвертора. Например, если номинал инвертора 3 к. Вт, то потребляемая мощность не может превышать 3 к. Вт.
3 СПОСОБ – Использование системы двойного преобразования Если выходы всех источников по постоянному току (ВЭУ, аккумуляторы, сеть, преобразованная в постоянный ток, дизель-генератор и любые другие источники электроэнергии) соединить параллельно, можно получить систему плавного бесперебойного питания.
Для монтажа системы необходимо приобрести несколько дополнительных приборов. Затем отсоединить подводящие сетевой ток провода от клемм потребителя и подключить их к входу системы "адаптер (блок питания (БП), преобразующий переменный ток в постоянный) + система автоматического пуска бензо (дизель) генератора (САП)". Выход адаптера (блока питания) соединить с выходом ВЭУ по постоянному току, выходом аккумуляторных батарей и других источников питания через диоды и подключить итоговую магистраль к входу инвертора. ВЭУ имеет приоритет и при наличии ветра является основным источником питания. В период безветрия или превышения уровня потребления сверх того, что может выдать система "ВЭУ + аккумуляторы" в настоящий момент, потребитель получает энергию от иных источников электроэнергии согласно приоритету, заказанному потребителем изначально. Перепрограммировать приоритет нельзя.
Преимущества: - Переключение не требует присутствия человека, - Нет никаких перебоев в энергоснабжении, переход с одного источника питания на другой осуществляется плавно. Недостатки: - Система более дорогая, т. к. требуются дополнительные приборы (дополнительные датчики, ряд деталей и блок питания (адаптер) стоят около 5000 -10000 рублей за киловатт мощности). - Система имеет серьезные потери мощности, т. е. КПД использования сети и других источников питания по переменному току уменьшается за счет двойного преобразования энергии примерно на 30% - из переменного в постоянный (БП) 15% потерь и вновь из постоянного в переменный (инвертор) еще 15%, - Максимальная потребляемая мощность при питании от любого или от всех вместе взятых источников питания не может быть больше номинальной мощности инвертора. Например, если номинал инвертора 3 к. Вт, то потребляемая мощность не может превышать 3 к. Вт.
4 СПОСОБ – Использование синхронизатора частоты Этот прибор синхронизирует частоту входящей сети с частотой выхода инвертора ветроустановки (ВЭУ) по переменному току.
Для монтажа системы необходимо приобрести синхронизатор частоты, рассчитанный на соответствующую потребляемую мощность. Затем отсоединить подводящие сетевой ток провода от клемм потребителя и подключить их к входу синхронизатора в соответствии с инструкциями, приложенными производителем к данному прибору. Подключить выход инвертора ВЭУ к соответствующему входу синхронизатора. Подключить аккумуляторные батареи к соответствующему входу синхронизатора, если это требуется. Подключить клеммы потребителя к выходу синхронизатора. ВЭУ может быть укомплектована своими аккумуляторными батареями. Ветроустановка имеет приоритет и при наличии ветра является основным источником питания. В период безветрия или возрастании энергопотребления до уровня, превышающего мощность ВЭУ (или системы "ВЭУ + аккумуляторы", синхронизатор дополнительно «выкачивает» из сети необходимое для покрытия потребления количество энергии.
Преимущества: - Переключение не требует присутствия человека, - Нет перебоев в энергоснабжении, Недостатки: - Система дорогая, т. к. требуется дополнительный прибор (стоимость синхронизатора составляет около 25000 рублей за киловатт). - Максимальная потребляемая мощность не может быть больше номинальной мощности синхронизатора и/или инвертора. Например, если номинал инвертора 3 к. Вт, а номинал синхронизатора 4 к. Вт то потребляемая мощность от ВЭУ не может превышать 3 к. Вт, а от сети - 4 к. Вт.
Скачать презентацию Электрооборудование ВЭУ ГЕНЕРАТОРЫ В зависимости от условий
Электрооборудование.pptx