• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Схеми генерування електричної енергії вітроустановками

Таблиця 2.2. Значення коефіцієнта лобового тиску

Для циліндричної суцільної опори, кг:

де b – поправний коефіцієнт, який знаходять за графіком (рис. 2.6).

Крім того, слід враховувати постійність параметрів коливань циліндричної опори (труби) у вітровому потоці незалежно від його швидкості. Пояснюється це явище утворенням вихорів Бенера–Кармана у сліді за тілом циліндричної форми. У цьому разі дані щодо коливання розглядають як автоколивання, за яких частота та амплітуда задаються самою системою, що коливається. Вітровий резонанс виникає за умови, що частота відривання вихорів задовольняє умову:

де Sh – критерій Струхаля; n – частота; D₀ – діаметр опори; v – швидкість вітру.

Рис. 2.6. Залежність коефіцієнта b від відношення висоти опори до її діаметра

Зростання амплітуди коливань проходить до значення швидкості вітру 18 м/с, що відповідає кризі обтікання циліндра та стрімкому зниженню лобового тиску. Поперечні коливання майже припиняються. За результатами досліджень моделей жорстких опор циліндричної форми, у разі відношення висоти опори до її діаметру в межах 3…10, незалежно від жорсткості опори вітровий резонанс спостерігався, якщо Sh » 0,2. Амплітуда коливань верхньої точки опори, що має пружну основу, в 3…4 рази менша, ніж в опори з жорсткою основою, тому рекомендовано влаштовувати амортизатори у закладній частині опор вітроустановок, що понижує не тільки вібрацію, але й величину амплітуди коливань за вітрового резонансу.

Не мале значення в сумарному впливі за навантаженням на опору здійснює лобовий тиск на ротор. Під час регулювання виведенням ротора з-під вітру, вітрове навантаження на багатолопатевий ротор становить:

;

де – коефіцієнти навантаження (див. табл. 2.3); F – площа обмаху ротора;

v – швидкість вітру, яку беруть залежно від кута g(за кривими рис. 2.7, 2.8).

Таблиця 2.3. Значення коефіцієнтів навантажень

Характер роботи	Коефіцєнт навантаження	Кут повороту g ротора, град.
	10
Робота вхолосту		0,625	0,610	0,575	0,510	0,374	0,250	0,150	0,078	0,060	–
	0,000	0,075	0,130	0,180	0,220	0,225	0,220	0,180	0,150	0,14
З розрахунковим навантаженням		0,780	0,760	0,730	0,625	0,475	0,350	0,275	0,180	0,100	–
	0,000	0,050	0,100	0,150	0,200	0,180	0,240	0,260	–	–

Рис. 2.7. Лобовий тиск за різних положень ротора

У разі визначення лобового тиску на ротор для швидкохідних вітроустановок користуються такою залежністю:

,

де С_а – коефіцієнт піднімальної сили лопаті; S – площа лопаті; – умовний радіус лопаті, де R – радіус кола, описуваного верхнім кінцем лопаті;

r₀– радіус кола, описуваного нижнім кінцем лопаті; w – кутова швидкість; v – середня швидкість вітру в заданий період часу; і – кількість лопатей;

– коефіцієнт перевантаження, де v_п – швидкість вітру
під час пориву.

Рис. 2.8. Криві зміни кутів залежно від швидкості вітру, за якої N та w– const:
І– за V_n = 8 м/с; ІІ– за V_n = 10м/с; ІІІ– за V_n = 12 м/с; ІV– за V_n = 14 м/с
(V_n – швидкість вітру, при якій ротор повинен починати виходити з-під вітру)

Вітрове навантаження на опору вітроустановки, робота якої стабілізується за допомогою хвоста, визначається в такій послідовності:

– лобовий тиск на ротор:

,

де С_w – аеродинамічний коефіцієнт лопаті за кута атаки, що відповідає С_а = 0 (у разі зміни відношення товщини до хорди 0,1…0,4, С_w зростає від 0,013 до 0,028); v_бур– швидкість вітру під час бурі; F – площа
міделевого перерізу ротора (площа проекції тіла на площину перпендикулярну до напрямку повітряного потоку);

– тиск вітру на ферму опори:

– момент від гіроскопічних сил для багатолопатевих та трилопатевих вітроустановок:

де І₀ – момент інерції ротора; w – кутова швидкість; w₁ = w₀/i – кутова швидкість повороту ротора навколо башти, де w₀ = vz₀ / R, де і – передатне число трансмісії від ротора до шестерні на опорі; z₀– кількість синхронних модулів.

Вібраційні характеристики та характеристики на міцність опори
в цілому визначаються також і якістю виготовлення фундаменту. Глибина його закладання має бути не меншою від глибини промерзання ґрунтів (в Україні вона становить не більше 1,1 м). Фундаменти мають відповідати таким основним вимогам:

– мати достатню міцність до статичних та динамічних навантажень;

– не давати осідання (щоб не спричинити перекосу споруди, слід центр усієї маси вітроенергетичної установки та фундаменту розміщувати на одній вертикалі).

Допустиме навантаження для слабких ґрунтів (глина та суглинок у пластичному стані, супісь середньої щільності та пилуватий пісок, просочений водою, а також ґрунти з шарами торфу або мулу) становить до 1,5 кг/см². Для тих самих ґрунтів середньої щільності допускають питоме навантаження 1,5...3,5 кг/см², а для міцних ґрунтів – 3,5...6 кг/см².

Навантаження, що згинає опору, від лобового тиску вітру та сама опора і ротор (рис. 2.9), дають момент біля основи, що визначається так:

,

де Р_л, Р_б– зусилля, прикладені відповідно до ротора та башти вітроустановки;

Н_л, Н_б– відстань точок прикладення зусиль від основи фундаменту.

Стискальна сила (маса ротора, опори – G, фундаменту – G_ф) під час вітру за діагоналлю опори розподіляє зусилля за ногами:

,

де 1,4 В – відстань між фундаментами ніг за діагоналлю.

На передню ногу:

на задню ногу:

Беручи площу підошви фундаменту рівною F, визначаємо питомий тиск на ґрунт:

.

Вітроелектроустановки виробляють енергію як постійного, так і змінного струму для автономних або мережевих систем і будуються за такими схемами:

– ротор – генератор постійного струму – споживач постійного струму та/або акумуляторна батарея;

– ротор – генератор постійного або змінного струму – нагрівник та тепловий акумулятор;

– ротор – генератор змінного струму – випрямляч – інвертор – споживач змінного струму сталої частоти;

– ротор – генератор змінного струму (синхронний або асинхронний) – мережа навантаження.

Генерування постійного струму здійснюється на установках потуж­ністю до 10 кВт. Електричні машини постійного струму містять колектор і щітковий контакт, що обмежує їх широку експлуатацію. Вони мають великий початковий момент опору і це ускладнює їх застосування в агрегатах з швидкохідними роторами (наприклад, в агрегаті потужністю 1,5 кВт цей момент досягає 0,8 кг×м, унаслідок чого агрегат з трилопатевим ротором діаметром 4 м починає працювати тільки за швидкості вітру близько 6 м/с).

Для генерування змінного струму застосовують асинхронні та синхронні машини.

Асинхронний генератор має низку переваг, що полягають у простоті конструкції, високій надійності в експлуатації, нескладних схемах під’єднання на паралельну роботу з мережею та іншими джерелами електроенергії. Крім того, як генератор може застосовуватись асинхронний двигун. Асинхронний генератор є механічно міцною машиною, за якою потрібен мінімальний догляд. У разі короткого замикання удар­ний струм швидко затухає, що не спричиняє перегрівання та руйнування обмоток. Під час перевантаження генератор швидко втрачає збуд­ження (і навіть розмагнічується), що також запобігає виходу його
з ладу.

Принципову електричну схему подано на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Схема при’єднання асинхронного генератора:
D – привідний двигун (ротор вітроустановки); G – асинхронний генератор;
C – батарея конденсаторів; QF – роз’єднувач; P – навантаження

Робота асинхронного генератора як автономного джерела живлення можлива тільки за умови подавання в обмотку статора реактивної потужності від батареї конденсаторів, приєднаних до кожної фази. У разі активного навантаження реактивна потужність, що надходить від конденсаторів, має дорівнювати реактивній потужності генератора (що дорівнює величині, необхідній для створення магнітного потоку). За активно-індуктивного навантаження реактивна потужність від конденсаторів має покривати також реактивну потужність навантаження. Така величина ємності конденсаторів значно збільшує вартість вітроустановки, що є недоліком.

Величину ємності конденсаторів за трьома фазами можна визначити (у разі вмикання трикутником) як мкФ:

,

де Q – реактивна потужність конденсатора, кВАр.

Для запобігання коливань напруги за зміни характеру навантаження (активне, індуктивне), слід передбачати комутацію частини конденсаторів.

Ще однією перевагою асинхронного генератора є те, що напруга на його виході має сталу частоту в разі зміни частоти обертів ротора в пев­них межах, і це надає йому більшої стійкості під час роботи на мережу, ніж під час застосування синхронних машин.

До недоліків належить менший рівень вироблення енергії, порівняно з синхронними машинами, що пов’язано з меншим коефіцієнтом потужності, зумовленим більшими струмами намагнічування (вони пропорційні квадрату напруги).

Іншими системами є застосування асинхронної машини з фазним ротором як асинхронного або синхронного генератора для найдоцільнішої реалізації позитивних характеристик обох типів. За дономінальних та номінальних швидкостей вітру машина працює як синхронний генератор із збудженням постійним струмом, що підводиться через контактні кільця до обмоток ротора. У разі поривчастих вітрів, машина переходить у режим асинхронного генератора з коротко замкненим ротором і використанням його допустимого діапазону ковзання. Перехід від синхронного до асинхронного режиму проходить із незначним перевантаженням за струмом. Під час оберненого переходу слід забезпечити такий режим, щоб викиди моменту та струму не були більшими за 0,5...0,8 % від номінального.

Синхронні генератори із самозбудженням від випрямлячів мають мінімальну кількість контактів, а також задовільну стійкість роботи в широкому діапазоні швидкості обертання. У разі роботи синхронного генератора з мережею, у випадках зниження швидкості вітру, він переходить у двигунний режим (і споживає енергію з мережі) або випадає із синхронізму, що є суттєвим недоліком цієї системи.

Синхронні генератори із збудженням від постійних магнітів застосовують переважно в автономних вітроелектроустановках. До їх переваг належить простота конструкції, надійність, неможливість контактів ковзання та обертання обмоток, непотрібність витрат енергії на збудження. Недоліком цих генераторів є складність регулювання та стабілізації напруги, обмежена гранична потужність через порівняно невелику питому енергію постійних магнітів. За конструкцією синхронні генератори з постійними магнітами виконуються з обертовими магнітами та нерухомими обмотками.

У разі конструювання автономних вітроелектроустановок, що приєднуються безпосередньо або з акумулювальними пристроями на навантаження, слід ураховувати умови допустимої втрати напруги під час пуску електрообладнання споживача, тому потужність генератора становитиме:

де N_в – потужність двигуна електроспоживача; k₀ – коефіцієнт, що дорівнює 0,35 для привода з постійним і 0,9 – для привода з вентиляторним моментом.

Читайте також:

1. III. За виділенням або поглинанням енергії
2. IV. Критерій питомої потенціальної енергії деформації формозміни
3. VІ. Структурно-логічні схеми
4. Алгоритми та блок-схеми
5. Блоки схеми алгоритму
6. Вибір схеми підключення абонентів залежно від режимів тиску.
7. Вибір типу обмотки і складання схеми.
8. Вибір типу обмотки і складання схеми.
9. Види і схеми відбору одиниць
10. Види недержавного пенсійного забезпечення та схеми фінансування пенсійних виплат.
11. Визначення ймовірності перерви електропостачання і середньої кількості недоотриманої електроенергії.
12. Визначення сумарної маси еквівалентної схеми V- подібного КШМ.

Переглядів: 904