Классификация современных ветроэнергетических установок по мощности
Шепелев Александр Олегович, магистрант
Артамонова Елена Юрьевна, магистр
Омский государственный технический университет
В данной статье представлена классификация современных ветроэнергетических установок по мощности и область их применения.
Ключевые слова: ветроэнергетическая установка, классификация, мощность
Применение нетрадиционных и альтернативных источников энергии в настоящее время одна из наиболее распространенных задач, как с точки зрения создания энергоресурсов, так и с точки зрения их потребления.
Особенный интерес к таким источникам энергии исходит от населения, находящегося в зонах, отдаленных от центрального электроснабжения, другими словами в зонах без электрификации. Энергию, получаемую при работе альтернативных источников энергии можно использовать как для постоянного энергоснабжения, так и для резервного энергоснабжения, что особенно удобно для коттеджных поселков, небольших населенных пунктов или стратегических объектов [1].
Россия является одной из стран, обладающих большим энергопотенциалом, в том числе и энергией ветра. Применение энергии ветра в последнее время находит всё большее распространение, как в работах отечественных ученых, так и в разработках зарубежных изобретателей.
Ветрогенераторы — это генераторы электрической энергии, предназначенные для превращения энергии ветра в электрическую. Сегодня ветрогенераторы — высокотехнологичное изделие мощностью от 5 кВт до 4500 кВт единичной мощности. Ветрогенераторы современных конструкций позволяют использовать экономически эффективно энергию даже самых слабых ветров — от 4 метров в секунду. С помощью ветрогенераторов сегодня можно не только поставлять электроэнергию в «сеть», но и решать задачи электроснабжения локальных или островных объектов любой мощности [2].
На данный момент существует огромное количество ветроэнергетических установок. Условно их можно поделить на ВЭУ с вертикальной (рис. 1) и горизонтальной (рис. 2) осью вращения. ВЭУ с горизонтальной осью получили большое распространение за рубежом в странах с хорошо развитой инфраструктурой (Германия, Дания, Испания). Также ветроэнергетические установки с горизонтальной осью вращения получили большое распространение в оффшорном энергоснабжении (рис. 3). Установки с вертикальной осью постепенно заполоняют рынок и широко используются потребителями средней и малой мощности. Наиболее распространенными видами установок с вертикальной осью вращения являются установки с роторами Дарье и роторами типа Савониуса.
Рис. 1. Ветровые установки с вертикальной осью вращения, на основе ротора Дарье, построенные в Австралии в 1980-х годах
Рис. 2. Ветровые установки с горизонтальной осью вращения
Рис. 3. Оффшорные ветровые установки с горизонтальной осью вращения
В настоящее время ведутся разработки всё большего количества моделей многофункциональных энергетических комплексов, работающих на основе использования в качестве первичных источников ветроэнергетической, солнечной или гидроэнергетической установки, или их комбинации (рис. 4), которые могут быть использованы для автономного гарантированного и бесперебойного питания потребителей [3–5].
Рис. 4. Ветросолнечная электростанция
Разработка устройств систем автономного энергоснабжения актуальна для малонаселённых территорий с неразвитой инфраструктурой и отсутствием электрификации. Потенциальными потребителями ветроэнергетических установок с целью резервирования энергии являются объекты особой группы электроснабжения, военные части, туристические объекты, малые объекты обслуживающей инфраструктуры, небольшие фермерские хозяйства. Так же ветроустановка может применяться как дополнительный источник электроэнергии для снижения затрат при питании от сетевых компаний, это актуально при наличии достаточных ветровых условий, а при применении концентратора это практически любые территории с ветрами более 5м/с. Потенциальным потребителем в этом случае являются частные домохозяйства
Согласно ГОСТ Р 51237–98 [6] все ВЭУ классифицируются на 4 класса мощности.
ВЭУ очень малой мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью до 5 кВт. Генераторы таких ВЭУ как правило вырабатывают постоянное напряжение. ВЭУ переназначены для электроснабжения отдельных потребителей с использованием аккумуляторных батарей или других видов накопителей энергии. Такие ВЭУ могут работать с другими источниками энергии (солнечными батареями, ДЭС) на шине постоянного напряжения. Монтаж ВЭУ осуществляется бескрановым способом.
Наибольший эффект от использования ВЭУ очень малой мощности можно получить, если их устанавливать на возвышенностях, берегах рек и крупных озер.
ВЭУ малой мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью от 5 до 100 кВт. Данные ВЭУ, в зависимости от технического исполнения могут работать на шину постоянного напряжения децентрализованного потребителя, так и на шину переменного напряжения небольшого поселка. Для электроснабжения поселков возможно использовать ВЭУ малой мощности от 30 кВт и более. ВЭУ малой мощности выполняются как с вертикальной, так и с горизонтальной осью вращения. Монтаж ВЭУ осуществляется бескрановым способом.
ВЭУ малой мощности перспективно использовать для электроснабжения удаленных поселков и отдельных потребителей, не имеющих централизованного электроснабжения.
ВЭУ средней мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью от 100 до 1000 кВт. В данном классе с большим отрывом преобладают ВЭУ с горизонтальной осью вращения. Данный класс ВЭУ предназначен в основном для работы с децентрализованной системой электроснабжения небольшого поселка, предприятия или военной базой. ВЭУ средней мощности более производительны, чем ВЭУ малой и очень малой мощности. Такие ВЭУ возможно установить в северных населенных пунктах, где имеется существенный энергодефицит. Строительство ветропарков из ВЭУ средней мощности не будет требовать завоза и использования крановой техники, что весьма проблематично в условиях северных территорий нашей страны.
ВЭУ большой мощности. Под данный класс попадают все типы ВЭУ мощностью более 1000 кВт. В данном классе в свободной продаже имеются только ВЭУ с горизонтальной осью вращения. ВЭУ большой мощности имеют высокие башни высотой от 70 до 120 метров. Самая большая ВЭУ в мире «Enercon E-126» имеет мощность 7 МВт и диаметр лопастей 126 метров.
При использовании ВЭУ большой мощности возникает ряд определенных трудностей, связанный с условиями эксплуатации ВЭУ. Ветровые потоки в различных слоях атмосферы имеют различные направления и скорости движения. Особенно это свойственно для континентальной зоны, где завихрения ветрового потока создаются шероховатостями поверхности (лесом, рельефом, возвышенностями и т. д.). Ветроколеса большого диаметра могут сильно терять в производительности по указанной выше причине.
ВЭУ большой мощности мультимегаваттного класса перспективно использовать ВЭУ в прибрежных и оффшорных зонах. Водная гладь не имеет шероховатостей и создаваемый воздушный поток будет достаточно равномерным на всей ометаемой площади.
Литература:
- Бубенчиков, А.А Выбор оптимального генератора для ветроустановки / А. А. Бубенчиков, Р. А. Дайчман, Е. Ю. Артамонова, Т. В. Бубенчикова, А. А. Гафаров, И. А. Гаибов // Международный научно-исследовательский журнал. — 2015. — № 10(41) — С. 18–22.
- Дайчман Р. А. Выбор ветроустановок для систем автономного электроснабжения // Молодой ученый. — 2015. — № 24. — С. 117–121.
- Автономная система бесперебойного электроснабжения, использующая возобновляемый источник энергии: пат. 113615 Рос. Федерация: МПК H02J 3/00 / А. Б. Васенин, О. В. Крюков, В. Г. Титов; заявитель и патентообладатель ОАО «Гипрогазцентр». — № 2011138865/07; заявл. 22.09.11; опубл. 20.02.12, Бюл. № 5
- Система энергоснабжения потребителя на основе комплексного использования классических и возобновляемых источников энергии: пат. 128702 Рос. Федерация: МПК F24H 7/00 F24J 2/00 / А. А. Гуммель, А. Н. Слепченко, Д. В. Батищев; заявитель и патентообладатель ООО СКТБ «Инверсия». — № 2012120399/28; заявл. 16.07.12; опубл. 27.05.13, Бюл. № 15
- Энергообеспечивающий комплекс на основе альтернативных источников энергии: пат. 113886 Рос. Федерация: МПК H02J 9/06 / А. Ю. Клейман и [др.]; заявитель и патентообладатель Российская Федерация, от имени которой выступает ФГУ «Пограничный научно-исследовательский центр ФСБ России». — № 2011136415/06; заявл. 01.09.11; опубл. 27.02.12, Бюл. № 20
- ГОСТ Р 51237–98. Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения.
