...сделаем ремонт вместе!..

Энциклопедия сельского хозяина

Ветроэнергетические установки

Энергию ветра наиболее целесообразно преобразовывать в механическую или электрическую с помощью ветроэнергетических установок (ВЭУ). Вращение ветрового колеса может быть непосредственно использовано для механического привода, например, водяного насоса или для привода генератора электрической энергии. Такие способы преобразования ветровой энергии просты и доступны, что открывает возможности для их широкого практического применения (рис.85).

Индивидуальные потребители используют, как правило, ВЭУ небольшой мощности (до 4—6 кВт). Применение таких установок можно считать экономически оправданным даже для районов с низкими значениями средних скоростей ветра (от 3—4 м/с). Однако в каждом конкретном случае целесообразность применения ВЭУ должна основываться на предварительном комплексном анализе различных факторов: ветровой обстановки (среднегодовые и среднемесячные направления и скорости ветров), характера ландшафта (взаиморасположения складок местности, построек и насаждений — существующих и перспективных), назначения ВЭУ (для водоснабжения, для получения теплоты, электричества и т.п.), требуемой для потребителя мощности ВЭУ, возможности её совмещения с системами электро- и теплоснабжения построек и других факторов. Именно комплексный анализ даёт возможность принять экономически оптимальное решение.

Обычно применяют ВЭУ с горизонтальной осью вращения ветрового колеса. Условно такие установки разделяют на тихоходные и быстроходные (рис.). К первому типу, как правило, относится ветроколесо с большим количеством лопастей постоянного угла установки. Быстроходные установки имеют две или три лопасти аэродинамического профиля, угол установки которых в рабочем режиме автоматически меняется для поддержания постоянной частоты вращения ветроколеса при помощи центробежного механического регулятора. Быстроходные ВЭУ по сравнению с тихоходными характеризуются более высокой эффективностью преобразования ветровой энергии. Они в значительной степени более устойчивы к влиянию сильных порывов ветра, при работе создают меньше аэродинамического шума. Однако они менее эффективны в районах со слабыми ветрами, так как начинают работать при скорости ветра не менее 5—6 м/с, а максимально эффективны только при её величине 8—12 м/с и более. Тихоходные ВЭУ начинают работать при скорости ветра 3—5 м/с, достигая значительного эффекта при 6—10 м/с, но в силу значительной парусности ветроколеса их приходится оборудовать автоматическими устройствами, предохраняющими лопасти от поломки при сильных порывах ветра. На тихоходных ВЭУ регуляторы угла лопастей, как правило, не устанавливают, поэтому в рабочем режиме частота вращения не стабилизируется и, таким образом, качество произведённой электроэнергии низкое вследствие её неустойчивости по частоте и амплитуде напряжения. Недостатком является и высокий уровень аэродинамического шума.

На практике предпочтение отдают быстроходным ВЭУ ввиду их эксплуатационных достоинств и высокой эффективности преобразования ветровой энергии. Из тихоходных распространены небольшие установки (с ветроколесом диаметром до 3—4 м), применяемые в основном для подъёма воды из шахтных и трубчатых колодцев глубиной до 25 м с помощью поршневых насосов. Привод насоса в этом случае осуществляется непосредственно от ветроколеса через редуктор.

Сделать прогноз ресурсов ветровой энергии в конкретной местности можно по среднемесячным и среднегодовым значениям скорости ветра, ориентируясь на справочные данные или на собственные наблюдения. Следует также внимательно оценить ландшафт района, в котором планируется установка ВЭУ, с целью выявления характерных точек с наиболее активной ветровой обстановкой. Такие зоны повышенной ветровой активности имеют место, как правило, на прибрежной полосе водоёмов и широких рек, на естественных возвышенностях местности, иногда между холмами и в ущельях, возможны иные конкретные варианты при определённом соответствии розы ветров и особенностей местности. Скорость ветра в этих зонах может быть в значительной степени выше средних для данной местности значений, поэтому прогнозировать установку ВЭУ следует именно в одной из таких зон.

Кроме естественных концентратов ветровой энергии следует иметь в виду и искусственно создаваемые. Они могут быть образованы путём формирования определённой планировочной структуры застройки, либо путём сочетания планировочных структур с особенностями местности. Зоны ветровой активности выделены на рисунке штриховкой. Искусственное создание таких зон может позволить эффективно использовать быстроходные ВЭУ даже в местности с общей слабой ветровой обстановкой. Например, при средней скорости ветра на местности 4 м/с скорость в активной зоне может достигать 6—8 м/с.

Из выпускаемых ВЭУ можно рекомендовать быстроходные установки типа АВЭ-0,1, АВЭ-0,14, АВЭУ6-4М, АВЭУ12-16, АВЭ-30. В обозначениях указанных типов последняя цифра показывает мощность электрического тока в кВт, вырабатываемую ветроагрегатом при номинальной скорости ветра, а первая цифра — диаметр ветроколеса в метрах.

На рис. 85А приведён общий вид агрегата АВЭУ6. Он состоит из двухлопастного ветроколеса (1), двухступенчатого редуктора (2), соединяющего ветроколесо с электрическим генератором (3), механизма установа ветрового колеса на ветру (4), механизма пуска- останова (5), трубчатой опоры (6) с расчалками, щита управления (7) и монтажной стрелы (8), с помощью которой можно производить опускание на землю ветроагрегата для его ремонта, а также подъёма в рабочее вертикальное положение. Агрегат может использоваться для электропитания осветительных, бытовых и нагревательных приборов, радиофикации, привода водяных электронасосов для водоснабжения с суточным расходом до 15 м . В остановленном состоянии угол установа лопастей составляет 16°. По мере раскручивания ветроколеса угол установа уменьшается под действием аэродинамических сил и центробежного регулятора, поддерживая таким образом постоянную частоту вращения 180—220 об/мин, и становится минимальным, равным 7°, при максимальной скорости ветра. В ветроагрегате используется электрический бесконтактный синхронный генератор закрытого типа с самовозбуждением и внешним замкнутым маг- нитопроводом. В состав генератора входит регулятор напряжения, обеспечивающий его возбуждение только при частоте вращения более 40 Гц.

Для самостоятельного конструирования ВЭУ необходимо пользоваться специализированной литературой. Однако для ориентировочного расчёта величина мощности ВЭУ, выраженная в кВт, может быть определена по формуле: Р = 0.0002D V , где D — диаметр ветроколеса (м): V — расчётная скорость ветра (м/с). Номинальная частота вращения ветроколеса, обеспечивающая оптимальный аэродинамический режим, выраженная в об/мин, может быть ориентировочно задана выражением^ - 1500/D. Данное значение необходимо для расчёта лопастей ветроколеса и определения требуемого передаточного отношения для редуктора между ветроколесом и генератором. Могут использоваться генераторы постоянного тока, а также переменного тока трёхфазные синхронные с постоянными магнитами или с электромагнитным возбуждением.

Реальная ветровая обстановка изменчива в течение суток, возможны также и безветренные дни. В таких условиях эксплуатация ВЭУ без аккумулирующих устройств нецелесообразна. Потребителями электрического тока используются, как правило, электроаккумуляторы необходимой ёмкости. На рис. 85В приведён один из вариантов электроснабжения от электрического ветроагрегата, питающего электроэнергией электродвигатель водяного насоса. Насос качает воду из скважины в бак-накопитель холодной воды, и при полном его заполнении насос выключается, а включается схема зарядки аккумуляторной батареи, используемой для питания радиоаппаратуры и для освещения. Вместо электродвигателя может быть подключён теплоаккумулирующий электронагреватель системы отопления. Данный вариант экономически наиболее приемлем в сочетании с системами солнечного теплоснабжения, содержащими в себе тепловой аккумулятор как обязательный элемент. В этом случае единый теплоаккумулятор будет заряжаться энергией и от солнца, и от ветра. Учитывая, что солнечная и ветровая энергии по периоду поступления, как правило, не совпадают, комбинированное солнечно-ветровое теплоснабжение может позволить отказаться от традиционных теплогенераторов и печей.

РИС. 85. Энергию ветра — на службу хозяину. А. Ветроэнергетические установки на усадьбе: а — лопастные с горизонтальной осью вращения ветрокопеса (1 — тихоходные, 2 — быстроходные); б — общий вид ветроэлектрического агрегата АВЭУ 6 (1 — двухлопастное ветроколесо, 2 — двухступенчатый редуктор, 3 — электрический генератор, 4 — механизм установа ветрокопеса на ветру, 5 — механизм пуска-останова, 6 — трубчатая опора, 7 — щит управления, 8 — монтажная стрела). Б. Зоны с повышенной ветровой активностью: а — на берегу водома или реки; б — у вершины холма или гребня; в — между холмами в ущельях; г — примеры создания зон с повышенной ветровой активностью за счёт планировочных решений застройки местности (п — на равнине при устойчивом среднегодовом направлении ветра, г2 — на равнине при изменяющемся направлении ветра, гз — на холмистой местности); 1 — жилой дом; 2 — хозяйственные постройки; 3 — солнечный водяной или воздушный коллектор. В. Принципиальная схема электроснабжения индивидуального потребителя от электрического ветроагрегата: 1 — блок синхронного генератора; 2 — щит управления; 3 — бытовая нагрузка; 4 — тепловой водяной или гравийный аккумулятор системы гелиотеплоснабжения здания; 5 — электронасос; обозначения на схеме: QF — автоматический выключатель; SA1 — переключатель; SA2, SA3 — выключатель; РА — амперметр; PV — вольтметр; GB — электроаккумулятор; EL2t-ELN — электрическое освещение; EK1-f ЕКЗ — теплоэлектронагреватели; TV1-j-TV3 — трёхфазный понижающий трансформатор; RP1-T-RP3 — переменные резисторы

Узнавай первым!