Vindkraftverk

Ett vindkraftverk (HPP) är ett komplex av sammankopplade anläggningar och strukturer utformade för att omvandla vindenergi till andra typer av energi (elektrisk, mekanisk, termisk, etc.).

Vindkraftverk som huvuddelen av vindturbinen består av ett vindturbin, ett system för att överföra vindenergi till en last (användare) och användaren av vindenergin själv (varje enhet: elmaskingenerator, vattenpump, värmare, etc.).

En vindturbin är en anordning för att omvandla vindens kinetiska energi till mekanisk energi av vindkraftverkets arbetsrörelse. Arbetsrörelserna som ett vindturbin gör kan vara olika. På befintliga vindkraftverk idag används cirkulär roterande rörelse som arbetsrörelse. Samtidigt är många förslag kända (ibland till och med genomförda) för användning av andra typer av arbetarrörelser, till exempel oscillerande.

Ett vindkraftsbladsystem (vindhjul) kan ha en annan design.I moderna vindturbiner är bladsystemet gjort i form av solida blad med en vingprofil i tvärsnitt (ibland används termerna «blade» eller propellervindkraftverk i detta fall).

Kända framgångsrikt fungerande bladsystem där roterande cylindrar används istället för blad (med Magnus-effekten). Det finns förslag på att skapa ett bladsystem baserat på olika typer av blad med flexibla ytor (segel).

Därför, blad — Detta är en komponent i propellern som genererar vridmoment. Bladsystemet i en vindturbin med en fungerande cirkulär roterande rörelse kan ha en horisontell eller vertikal rotationsaxel.

Vid beräkning och utformning av en specifik vindturbin, utöver vindförhållandena för dess drift, är det nödvändigt att ta hänsyn till både egenskaperna hos vindturbinen, teak och hela vindturbinen. I detta avseende klassificeras vindkraftverk enligt följande kriterier:

• typ av genererad energi,

• kraftnivå,

• utnämning

• Användningsområden,

• tecknet för drift med konstant eller variabel hastighet av vindturbinen,

• förvaltningsmetoder,

• typ av transmissionssystem.

Beroende på vilken typ av energi som genereras delas alla vindkraftverk in i vindenergi och vindenergi. Elektriska vindkraftverk är i sin tur uppdelade i inbyggda installationer som genererar lik- eller växelström. Mekaniska vindturbiner används för att driva löpande maskiner.

Beroende på syftet delas DC-elektriska vindkraftverk in i vindgaranterad, användargaranterad strömförsörjning, icke-garanterad strömförsörjning.Elektriska vindturbiner med växelström är indelade i autonoma, hybrider, som arbetar parallellt med ett elkraftsystem med jämförbar effekt (till exempel med en dieselanläggning), nät, som arbetar parallellt med ett kraftfullt elkraftsystem.

Klassificeringen av vindkraftverk efter användningsområde bestäms av deras syfte.

När man beräknar och designar ett vindturbin och väljer dess nominella parametrar är det nödvändigt att ta hänsyn till typen av belastning (elektrisk generator, vattenpump, etc.), typen av vindkraftöverföringssystem till användaren, typen av el generations- och lagringssystem.

Ett vindenergiöverföringssystem är en definierad uppsättning olika anordningar för att överföra kraft från vindhjulets axel till axeln på motsvarande vindturbinmaskin (användare) med eller utan att öka maskinens rotationshastighet. Inom modern vindenergi används oftast den mekaniska metoden för energiöverföring.

Kraftgenereringssystemet är en generator av elektriska maskiner och en uppsättning enheter (styrenheter, kraftelektronik, batteri, etc.) för att ansluta till en användare med standardparametrar för el.

Vindkraftverk med effekt från några watt till tusentals kilowatt tillverkas och drivs. Det finns fyra grupper: mycket låg effekt - mindre än 5 kW, låg effekt - från 5 till 99 kW, medium effekt - från 100 till 1000 kW, hög effekt - över 1 MW. Vindkraftverk av varje grupp skiljer sig från varandra främst i design, fundamenttyp, vindkraftsinstallationsmetod, styrsystem, vindenergiöverföringssystem, installationsmetod och underhållsmetod.

Den dominerande fördelningen av vindkraftverk med horisontella axlar har uppnåtts.

I fig. 1 visar byggandet av en vindkraftspark och en översikt över vindkraftsparken.

Ris. 1. Vindkraftverkets utformning: 1 — vindkraftverk (vindhjul), 2 — vindturbin, 3 — generator, 4 — växellåda, 5 — vridbord, 6 — mätanordning, 7 — vindkraftsmast innehåller ett vindturbin och en elektrisk generator kopplad till vindturbinaxeln direkt eller genom en växellåda.

Ett vindturbin innehåller ett vindturbin och en elektrisk generator kopplade till vindkraftverkets axel direkt eller genom en växellåda.

En vindkraftspark (WPP) består av flera vindkraftverk som arbetar parallellt och levererar genererad el till kraftsystemet.

Mätanordningen ger en signal att vrida vindhuvudet när vindens riktning eller styrka ändras, och justerar även bladens rotationsvinkel beroende på vindens styrka.

Det finns vindkraftverk för 500, 1000, 1500, 2000, 4000 kW. Vindkraftverket för 500 kW har: en mast med en höjd av 40-110 m, ett vindhuvud med en massa på 15-30 ton, en rotationsfrekvens n = 20-200 rpm, hastigheten på generatorrotorn är 750- 1500 rpm (driv med växel) eller 20-200 rpm (direktdrift).

Som generatorer i vindkraftverk används ofta asynkrona ekorrgeneratorer som skiljer sig från synkrona i större tillförlitlighet, enkel design och mindre vikt, vilket är nödvändigt för att öka tillförlitligheten i vindkraftverket.

Vindkraftverk kan arbeta autonomt eller parallellt med kraftsystemet.Under autonom drift regleras eller hålls inte rotationshastigheten för HP-vindturbinen inom ± 50%, därför är frekvensen och spänningen på generatorterminalerna inte konstanta, det vill säga den genererade elektriska kraften är av dålig kvalitet, och användarna av sådana vindkraftverk har ofta inte höga kvalitetskrav (främst uppvärmningsanordningar). För att få högkvalitativ energi används stabilisatorer bestående av en likriktare, växelriktare och batteri.

Kraftfulla vindkraftverk arbetar parallellt med kraftsystemet (Fig. 2). Denna parallellkoppling säkerställer att vindkraftverkets frekvens, spänning och hastighet är konstant. Effekten som generatorn ger till nätet beror på motorns vridmoment och bestäms av vindens kraft.

Eventuell samverkan av vindturbinen med nätet med anslutning via en mellanfrekvensomvandlare vid en variabel rotationsfrekvens för vindturbinen.

När en asynkrongenerator används kan vindkraftverket även arbeta med variabelt varvtal, och generatorn levererar högkvalitativ el till nätet. För excitation förbrukar den asynkrona generatorn reaktiv effekt från nätet eller från en speciell kondensatorbank. synkron generator själv skapar den.

Ris. 2... Parallelldrift av ett vindkraftverk med ett kraftfullt kraftförsörjningssystem: VD — vindmaskin, R — växellåda, G — generator, V — likriktare, I — växelriktare, U — styrenhet, ES — kraftsystem

Karakteristika för systemvindkraftverk (WPP):

1. De är placerade på platser med hög vindpotential.

2.De har kapaciteten för kraftenheter: 1500-2000 kW och mer för en kontinental bas och 4000-5000 kW för en havs- och landbas.

3. Asynkrona generatorer med ekorrotor och synkrona (ofta med permanentmagnetisering) med låg generatorspänning (0,50-0,69 kV) används.

4. Låg effektivitet av stationen — 30-40%.

5. Brist på värmebelastning.

6. Hög manövrerbarhet, men fullt beroende av väderförhållanden.

7. Område för driftvindhastigheter från 3,0-3,5 till 20-25 m/s. När vindhastigheten är mindre än 3,0-3,5 m/s och mer än 20-25 m/s, kopplas vindkraftverken från nätet och installeras i ett icke-arbetande läge, och när vindhastigheten återställs, vindkraftverk är anslutna till nätet och accelereras med hjälp av en generator som arbetar i motorläge.

8. Brist på val av elkraft vid generatorspänning (förutom för eget behov).

9. Överföring av el till konsumenter vid spänningar på 10, 35, 110, kV.

Modern vindenergi i många länder i världen är en del av energisystemen, och i vissa länder är den en av huvudkomponenterna i alternativ energi baserad på förnybara energikällor. Läs mer om det här: Utveckling av vindenergi i världen