Ветроэнергетика Ветроэлектрическая станция ВЭС wind electrical power

Ветроэнергетика

Ветроэлектрическая станция (ВЭС, wind electrical power station) — электростанция, состоящая из двух и более ветроэлектрических установок, предназначенная для преобразования энергии ветра в электрическую энергию и выдачи энергии в электрическую сеть

Ветроагрегат • (ВА, wind unit) — • система, состоящая из ветродвига • теля, системы передачи мощности и • приводимой ими в движение маши • ны (электромашинного генератора, • насоса, компрессора и т. п. ).

Гибридные ВЭУ • (combine wind systems) — системы, состоящие из ВЭУ и какого либо другого источника энергии (дизельного, бензинового, газотурбинного двигателей, фотоэлектрических, солнечных коллекторов, установок емкостного, водородного аккумулирования сжатого воздуха и т. п. ), используемых в качестве резервного или дополнительного источника электроснабжения потребителей.

• Ветропарк — это комплекс ВЭУ, часто установленных рядами, которые перпендикулярны господствующему направлению ветра. • При разработке такого проекта нужно учитывать наличие дорог для доступа к агрегатам, подстанции и системам управления.

ОЦЕНКА ВЕТРОВОГО ПОТЕНЦИАЛА

Сезонное распределение скорости ветра • • • Данные ветра: Ветровые данные от мачты экстраполированы для высоты 80 м, расположения оси ротора турбины. Средняя плотность воздуха: По данным о температуре и давлении, была вычисленна средняя плотность воздуха на высоте 80 м, которая применима для всех турбин на площадке. Плотность воздуха равна 1. 197 кг/м 3. Топографические данные: Цифровая карта местности с контурными линиями с шагом высот 10 м была предоставлена специалистами проекта. Шероховатость поверхности была оценена «PB Power» по воздушным и наземным фотоснимкам на уровне 0. 03 м.

Выбор турбины График мощности турбины Vestas NM 82

Потери энергии и экономика

По величине энергии проходящей на один м 2 ометаемой поверхности существует подразделение местности на семь классов. Номер класса Характеристика класса Удельная мощность, Вт/м 2 на высоте 50 м Среднегодовая скорость, м/с на высоте 50 м 1 Poor (бедный) 0 -200 0, 0 -5, 6 2 Marginal (малорентабельный) 200 -300 5, 6 -6, 4 3 Fair (средний) 300 -400 6, 4 -7, 0 4 Good (хороший) 400 -500 7, 0 -7, 5 5 Excellent (отличный) 500 -600 7, 5 -8, 0 6 Outstanding (выдающийся) 600 -800 8, 0 -8, 8 7 Superb (великолепный) > 800 > 8, 8

Распределение ветрового потенциала по территории России

Классификация ВЭУ по назначению ( ГОСТ Р 519902002 «Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Классификация» ) • В настоящем в России представлено около 10 ВЭС , на долю которых приходится около 90% суммарной мощности. • Кроме того функционирует около 2000 малых ВЭУ, мощностью от 0, 1 до 30 к. Вт.

Структура рынка альтернативной энергетики по установленным мощностям в России (внешний круг — 2010 год, внутренний круг — 2020 год)

Сценарии развития мировой ветроэнергетики Разработанные Greenpeace, показывают, что при отсутствии государственной поддержки и рыночных стимулов, доля ветровой энергетики в мировом производстве электроэнергии может достичь 5% к 2030 году и 6, 6% к 2050 году. При господдержке энергосбережения, ветровая энергетика может обеспечить 15. 6% мирового производства электроэнергии к 2030 году и 17, 7% к 2050 году. При масштабных энергосберегающих мероприятиях, ветровая энергетика обеспечивает 29, 1% мирового производства электроэнергии к 2030 году, и 34, 2% — к 2050 году.

Электрическая схема ВЭС небольшой мощности на базе ВЭУ с асинхронными генераторами с КЗ ротором • Применение асинхронных генераторов позволяет исключить из главной схемы ВП синхронизирующие устройства. • В этом случае приходится либо грузить сеть реактивной мощностью, либо применять устройства ее компенсации. • Компенсирующие устройства можно установить непосредственно у каждого генератора, одно на каждую группу генераторов или одно на повышающей подстанции второй ступени

Радиальные схемы ВЭС • Радиальная схема соединений ВЭУ на базе ВЭУ с синхронными генераторами

Радиальные схемы ВЭС • Радиальная схема соединений ВЭС на базе ВЭУ с асинхронными генераторами с КЗ ротором

Радиальные схемы ВЭС • Радиальная схема соединений ВЭС на базе ВЭУ с асинхронными или синхронными генераторами непостоянной частоты вращения и полным преобразованием вырабатываемой энергии

Вариант сложно разветвлённой радиальной схемы • При благоприятной геометрии розы ветров может наблюдаться подключение нескольких ВЭУ на один повышающий трансформатор среднего напряжения

Магистральные схемы ВП • Одной из основных тенденций развития мировой ветроэнергетики является строительство крупных оффшорных ВП на континентальных шельфах. • Количество ВЭУ в таких ВП колеблется от 8– 10 до 80 единиц, при этом установки выстраиваются вблизи побережья в 2– 4 ряда и соединяются между собой и с главной повышающей подстанцией подводными кабелями.

– в мировой ветроэнергетике наблюдается устойчивая тенденция роста единичной мощнсти ВЭУ и строительства крупных ВП; – ВЭУ, входящие в состав ВП всё чаще снабжаются индивидуальными повышающими трансформаторами с напряжением на высокой стороне от 6 до 30 к. В, что обусловлено значительной территориальной протяжённостью ВП; – конфигурация схемы электрических соединений ВП и используемое рабочее напряжение коллекторной сети определяются значительным числом факторов, основными из которых • являются: единичная мощность используемых ВЭУ, количество ВЭУ в парке и роза ветров на рассматриваемой площадке; – наибольшее распространение для ВП небольшой мощности получили радиальные схемы электрических соединений, а для ВП средней и большой мощности – радиальные, магистральные и смешанные; – соединительные сети ВП выполняются кабельными линиями среднего напряжения; – последней тенденцией в развитии крупных ВЭУ и ВП является применение установок с не постоянной частотой вращения на базе синхронных генераторов с полным преобразованием вырабатываемой электроэнергии статическими преобразователями частоты.

Интеграция ВЭС в электроэнергетику Опыт Дании, Испании, Португалии и Ирландии, которые интегрировали ветровую энергию в размере от 13 до 20 % от годового валового спроса на энергии. показывает что: • Системные операторы в диспетчерских центрах нуждаются в он-лайн информации о производстве и уровнях потребления, а также соответствующих прогнозах. Испания и Португалия открыли центры по распределяемой энергии, которые передают данные системным операторам и могут даже реагировать для контроля потребностей в изменении выработки ВЭС. • Производство ветровой энергии может быть сокращено (регулирование на понижение) только в некоторых редких случаях. • Подходящие сетевые правила помогают в увеличении интеграции ветровой энергии. Все страны с опытом высокой интеграции ветровой энергии, а также несколько других стран, используют требование "поддержание непрерывности электроснабжения при падении напряжения" для ветроэлектростанций, чтобы обеспечивать определенный уровень безопасности энергоснабжения.

Увеличение стоимости балансирования • Евро/МВт ветра • • • На основе оценки стоимости, следует, что при интеграции ветра до 20 % от валового спроса на энергию, эксплуатационная стоимость для системы увеличивается приблизительно от 1 до 4€/МВтч на производимую ветровую энергию в результате нестабильности и неопределенности ветра. Это составляет около 10 % от оптовой стоимости ветровой энергии. Фактическое влияние производства ветровой энергии в различных балансовых областях может изменяться в зависимости от местных факторов. Важными факторами, влияющими на сокращение затрат на интеграцию ветровой энергии являются: совокупная мощность ВЭС на большой географической территории, более крупная область балансирования, использование более короткого временного интервала с точными прогнозами для систем с почасовым графиком изменения потребления.

Типы ветряных турбин

Экин. в= mv 2/2 m = ρv. F ρ = 1, 226 кг/м 3 N = 0, 5 ρv 3 F • Место расположения определяется с учетом скорости ветра, преимущественно: на границах вода-суша, в горах; • Мощность ВЭУ пропорциональна скорости ветра в кубе.

Конструктивная схема ВЭУ

Состав и функции оборудования ВЭУ Anemome ter Анемометр Blades Лопасти Большинство турбин имеет или две или три лопасти. Ветер, проходящий сквозь лопасти, заставляет их «взлетать» и вращаться. Brake Тормоз Дисковый тормоз, с механическим, электрическим или гидравлическим приводом для остановки ротора в критических ситуациях. Контроллер Управляющий контроллер запускает машину на скоростях ветра приблизительно 8… 16 миль в час и отключает машину приблизительно при 55 милях в час. Турбины не работают на скоростях ветра выше 55 миль в час, потому, что сильный ветер может их разрушить. Gear box Коробка передач Механически соединяет низкоскоростной вал турбины с высокоскоростным, увеличивая скорость вращения с 30… 60 оборотов в минуту, до 1000… 1800 оборотов, то есть до скорости, требуемой большинству генераторов для выработки электроэнергии. Коробка передач – дорогостоящая (и тяжелая) часть ветровой турбины и инженеры исследует генераторы «прямого привода» , которые работают на более низких вращательных скоростях и не нуждаются в коробках передач. Generator Генератор Обычно стандартный индукционный генератор, который вырабатывает электроэнергию переменного тока частотой 60 Герц (для США). Highspeed shaft Высокоскор остной вал Приводит в действие генератор. Controller Измеряет скорость ветра и передает данные скорости контроллеру.

Состав и функции оборудования ВЭУ Lowspeed shaft Низкоскорос тной вал Ротор вращает этот вал со скоростью порядка 30… 60 оборотов в минуту. Nacelle Гондола находится наверху башни и содержит в себе коробку передач, низко- и высокоскоростной валы, генератор, управляющий контроллер и тормоз. Некоторые гондолы достаточно велики для того, чтобы на них мог сесть вертолет. Pitch Разворот ло пастей Лопасти Поворачивает к ветру или под углом к нему, чтобы управлять скоростью вращения ротора и препятствовать вращению при ветрах, которые слишком сильны или слишком слабы для выработки электроэнергии. Rotor Ротор лопасти и ступица вместе называют ротором. Tower Башня Башни сделаны из стальной трубы (показаны здесь), бетона или имеют ажурную конструкцию. Поскольку скорость ветра увеличивается с высотой, более высокие башни позволяют турбинам захватить больше энергии ветра и произвести больше электроэнергии. Wind direction Есть так называемые турбины «против ветра» , потому, что при работе они Направление повернуты «лицом» к ветру. Другие турбины разработаны, чтобы работать с ветра «подветренной» стороны, отворачиваясь от ветра. Wind Vane Флюгер Определяет направление ветра и передает данные в управляющий контроллер для ориентации турбины в соответствии с направлением ветра. Yaw drive Привод гондолы Турбины типа «против ветра» должны быть направлены на ветер и привод гондолы используется для коррекции направления ротора при изменениях направления ветра. «Подветренные» турбины не требуют привода ротора, так как ветер дует им в «спину» .

литература: 1. Официальный сайт компании «ECOTECNIA» (Испания). – Режим доступа: http: //www. ecotecnia. com/. 2. Официальные сайты компании «Fuhrländer AG» (Германия). – Режим доступа: tp: //www. -friendly-energy. de/; http: //www. fuhrlaender. de. 3. Официальные сайты компании «General Electric Company» (США). – Режим доступа: http: //www. gewind energy. com, http: //www. gepower. com/businesses/ge_wind_energy/en. 4. Официальный сайт компании «Mitsubishi Power Systems» (Япония). – Режим доступа: http: //www. mpshq. com/products_wind. htm. 5. Официальный сайт компании «Nordex» (Дания). – Режим доступа: http: //www. nordexonline. com/en. 6. Официальный сайт компании «Vergnet» (Франция). – Режим доступа: http: //www. vergnet. fr. 7. Официальный сайт компании «Vestas» (Дания). – Режим доступа: http: //www. vestas. com/de. 8. Официальный сайт компании «ENERCON Gmb. H» (Германия). – Режим доступа: http: //www. enercon. de/fr/_home. htm. 9. Официальный сайт компании «Vergnet» (Франция). – Режим доступа: http: //www. vergnet. fr. 10. Сайт компании «AAER» (Канада). – Режим доступа: http: //www. aaer. ca/. 11. Официальные сайты компании «Gamesa» (Испания). – Режим доступа: http: //www. gamesacorp. com; http: //www. gamesa. es/en. 12. Ветрогенератор «БРИЗ-ЛИДЕР» и ветро-дизельный комплекс «БРИЗ – ДИЗЕЛЬ+» . http: //alphacompany. ru/2. doc. 13. Фатеев Е. М. Ветродвигатели и ветроустановки / Е. М. Фатеев. – М. : ОГИЗ-СЕЛЬХОЗГИЗ, 1948. 14. Система поддержки генерации на основе ВИЭ в Германии в части ветроэнергетики : доклад на совещании в ОАО «Рус. Гидро» , Москва, 15 июля, 2009 г. / Том Педерсен – директор по сбыту и подготовке предложений, регион Европа, Сименс АГ, Сектор Энергетика, Департамент Возобновляемые источники энергии. 15. Выступление технического директора центрально-европейского офиса компании «Вестас» Йенса Дитера Клауссена на совещании по перспективам экономического взаимодействия с компанией Вестас (Vestas), Москва, ОАО «Рус. Гидро» , 25 сентября, 2009 г.