Принцип действия ветрогенераторов

Генераторы и электростанции → Ветрогенератор → Принцип действия ветрогенераторов

Принцип действия малых ветровых генераторов

Ветровой генератор представляет собой конструкцию, закрепленную на бетонном фундаменте и состоящую из генератора с лопастями на мачте. Преобразование напряжения осуществляется с помощью контроллера и инвертора.

Общий принцип действия

Вращение ротора генератора происходит под действием подъемной силы, возникающей при обтекании ветром лопастей. При этом  генератор вырабатывает переменный нестабильный ток, который выпрямляется в контроллере. Постоянный ток контроллера предназначен для заряда аккумуляторов. Одновременно к аккумуляторам подключено другое устройство – инвертор, которое преобразует постоянное напряжение аккумуляторов в переменное однофазное напряжение 220 В 50 Гц или трехфазное – 380/220 В, используемое потребителем для питания нагрузки.

Итак, любой ветрогенератор обычно работает вместе с контроллером и инвертором, но при этом возможны различные варианты его использования:

• Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами;
• Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами и резервным дизельным (газовым или бензиновым) генератором;
• Ветрогенератор, работающий в параллель с сетью.

Автономная работа ветрогенератора с аккумуляторами. Подбор мощности.

Рисунок 1 – блок схема основных агрегатов ветрового

генератора, работающего в автономном режиме.

Автономно работающий ветрогенератор это наиболее простой и популярный вариант, пригодный для обеспечения потребителей электроэнергией по третьей категории надежности (бытовая нагрузка частного сектора). Блок диаграмма основных элементов, входящих в комплекс станции, которая отражает последовательность их работы, показана на рисунке 1.

При использовании ветрогенератора в качестве единственного источника электричества необходимо аккуратно подойти к выбору мощности генератора с инвертором и емкости аккумуляторов, руководствуясь фактической или предполагаемой мощностью нагрузки (средней и пиковой), режимом потребления и средней скоростью ветра. Мощность генератора выбирается в соответствии со средним расходом электроэнергии. Для выбора мощности генератора, используют графики зависимости вырабатываемой мощности от скорости ветра. Рассмотрим процесс подбора мощности на примере с конкретными числами.  Положим, что средняя или расчетная мощность потребления составляет , режим потребления равномерен в масштабе нескольких дней, средняя скорость ветра и мало меняется по временам года. Тогда средний расход электроэнергии в час составляет . Теперь мы имеем все данные для решения проблемы. Обратимся сначала к графику зависимости вырабатываемой мощности от скорости ветра для ветрового генератора номинальной мощностью 10 кВт (см. рисунок 2). Из графика, или еще более точно из таблицы видно, что при 11 м/с генератор вырабатывает 12.2 кВт, это меньше чем 15 кВт, и следовательно недостаточно для автономной работы. Поэтому рассмотрим следующий по мощности двадцати кило ваттный  ветровой генератор. Его мощностная характеристика показана на рисунке 3. Из нее видно, что такой генератор вырабатывает 17 кВт при скорости ветра 11 м/с, это на 2 кВт больше требуемой мощности, поэтому генератор данной мощности подходит для описанных условий.

Ветровые генераторы, как правило, поставляются в комплекте со всем необходимым для работы оборудованием, включая инвертор, который имеет ту же номинальную мощность, что и генератор. В большинстве случаев это оправдано, потому что накопленная энергия обычно расходуется более или менее равномерно. Но если расход энергии происходит с большими перерывами во времени, а между расходом идет интенсивное накопление в аккумуляторах, или пиковая мощность потребления сопоставима с мощностью инвертора, то необходимо убедиться в целесообразности такого подхода. Поясним сказанное на примере  Пунгаса Т.А., приведенном в журнале «Бюллетень РАВИ» выпуск 1 январь 2006. На берегу моря, где средняя скорость ветра приближается к 6 м/с, стоит бунгало, куда приезжает семья из трех человек а выходные. Электрооборудование включается тоже только на выходные. В день потребление достигает 15 кВтч, при этом пиковая нагрузка до 3 кВт. Следовательно, в месяц потребление энергии равно 120 кВтч. При среднегодовой скорости ветра 6 м/с выработку 120 кВтч в месяц может обеспечить 700-ваттный ветряк. Кроме того, для аккумулирования энергии в течении 5 дней потребуется батарея большой емкости, и инвертер (который преобразовывает постоянное напряжение батареи в стандартное переменное) мощностью 3 кВт, чтобы обеспечить пиковые нагрузки.

Таким образом, мощность пиковой нагрузки определяет мощность преобразователя, а сам ветряк определяет только величину выработки в определенный временной промежуток при определенной среднемесячной скорости ветра.

Рисунок 4 – блок диаграмма агрегатов ветрового генератора

при заряде резервным источником аккумуляторов (а); при

питании нагрузки напрямую от резервного источника.

Для обеспечения максимальной защиты от перебоев в питании ветрогенератор можно использовать совместно с дизельным, бензиновым или газовым генератором. В такой схеме ветрогенератор является основным источником питания, а дизельный генератор – вспомогательным. Существует два варианта подключения резервного источника.

Первый показан на рисунке 4 (а). В обычном режиме ветрогенератор заряжает аккумуляторы, от которых питается нагрузка. Если во время активного потребления электроэнергии наступает длительный штиль и аккумулированной энергии оказывается недостаточно, то включается резервный генератор. Подчеркнем, что резервный генератор работает, как и ветровой, на заряд аккумуляторов, чтобы всегда находиться в режиме максимальной мощности, при котором обеспечивается лучший КПД. За счет этого достигается значительная экономия топлива. После того, как аккумуляторы заряжены или появляется ветер, резервный генератор отключается.

Второй вариант, показанный на рисунке 4 (б), описывает подключение резервного источника напрямую к нагрузке. Переключение автоматически производит инвертор при падении напряжения на аккумуляторах до критического уровня.

Таким образом, при сочетании ветрового и дизельного генераторов или сети потребитель получает максимальную надежность при минимальных затратах на топливо.

Ветрогенератор, работающий в параллель с сетью.

Даже при наличии сети общего пользования потребитель может сталкиваться со множеством проблем начиная от перебоев или недостатка мощности и заканчивая высокой ценой за энергию. Поэтому вопрос об установлении ветрогенератора, работающего в параллель с сетью, может оказаться актуальным. Такая схема реализуется без использования аккумуляторов, а возможности инвертора должны быть дополнены функцией синхронизации.

Если вырабатываемая ветровым генератором энергия покрывает потребление, то излишки отдаются в сеть. Если же наоборот мощности ветряка недостаточно, то требуемая порция электричества берется из сети.

Автор: Илья Яковлев, инженер "Север Энерго", 10.04.2010
Дата обновления: 25.11.2010
Перепечатка без активной ссылки запрещена

Добавить комментарий

Необходимо исправить следующие ошибки:

• dummy

Имя *

E-mail * не публикуется

Оценка

Текст *

Тип (+) ( нейтральный ) (-)

Вы можете приложить к своему отзыву картинки.

Добавить... Загрузить всё Отменить загрузку Удалить

Добавить комментарий

• Последние комментарии
• ВКонтакте