Tuulivoimalat

Tuulivoimalaitos (HPP) on toisiinsa yhdistettyjen laitosten ja rakenteiden kokonaisuus, joka on suunniteltu muuttamaan tuulienergiaa muun tyyppiseksi energiaksi (sähkö-, mekaaninen, lämpö jne.).

Tuulivoimalan pääosana tuuliturbiini koostuu tuuliturbiinista, järjestelmästä tuulienergian siirtämiseksi kuormalle (käyttäjälle) ja itse tuulienergian käyttäjälle (jokainen laite: sähkökonegeneraattori, vesipumppu, lämmitin, jne.).

Tuuliturbiini on laite, joka muuntaa tuulen liike-energian tuuliturbiinin työliikkeen mekaaniseksi energiaksi. Tuuliturbiinin työliikkeet voivat olla erilaisia. Nykyisissä tuulivoimaloissa käytetään työliikkeenä ympyränmuotoista pyörivää liikettä. Samaan aikaan tunnetaan lukuisia ehdotuksia (joskus jopa toteutettu) muunlaisten työväenliikkeiden, esimerkiksi oskilloivan, käyttöön.

Tuuliturbiinin siipijärjestelmällä (tuulipyörällä) voi olla erilainen rakenne.Nykyaikaisissa tuuliturbiineissa siipijärjestelmä on valmistettu kiinteistä lapoista, joiden poikkileikkaus on siipiprofiili (tässä tapauksessa käytetään joskus termejä "lapa" tai potkurituuliturbiinit).

Tunnetut onnistuneesti toimivat teräjärjestelmät, joissa käytetään pyöriviä sylintereitä terien sijasta (käyttämällä Magnus-efektiä). On tehty ehdotuksia erityyppisiin teriin perustuvan teräjärjestelmän luomiseksi, joissa on joustavat pinnat (purjeet).

Siksi lapa - Tämä on potkurin osa, joka tuottaa vääntömomentin. Pyörivästi toimivan tuuliturbiinin siipijärjestelmällä voi olla vaaka- tai pystysuuntainen pyörimisakseli.

Tiettyä tuuliturbiinia laskettaessa ja suunniteltaessa on sen toiminnan tuuliolosuhteiden lisäksi otettava huomioon sekä tuuliturbiinin, tiikkipuun että koko tuuliturbiinin ominaisuudet. Tässä suhteessa tuuliturbiinit luokitellaan seuraavien kriteerien mukaan:

• tuotetun energian tyyppi,

• tehotaso,

• nimittäminen

• Käyttöalueet,

• merkki tuuliturbiinin jatkuvasta tai vaihtelevan nopeuden toiminnasta,

• johtamismenetelmiä,

• siirtojärjestelmän tyyppi.

Tuotetun energian tyypistä riippuen kaikki tuulivoimalaitokset jaetaan tuulienergiaan ja tuulienergiaan. Sähkötuuliturbiinit puolestaan ​​jaetaan sulautettuihin asennuksiin, jotka tuottavat tasa- tai vaihtovirtasähköä. Mekaanisia tuulivoimaloita käytetään pyörivien koneiden ajamiseen.

DC-sähkötuulivoimalat jaetaan käyttötarkoituksen mukaan tuulitakuun, käyttäjän takaamaan tehonsyöttöön ja ei-takuuseen teholähteeseen.Vaihtovirralla toimivat sähkötuuliturbiinit on jaettu autonomisiin, hybrideihin, jotka toimivat rinnakkain vastaavan tehoisen sähköjärjestelmän kanssa (esimerkiksi diesellaitoksen kanssa), verkkoon, jotka toimivat rinnakkain tehokkaan sähköjärjestelmän kanssa.

Tuuliturbiinien luokitus käyttöalueittain määräytyy niiden käyttötarkoituksen mukaan.

Tuuliturbiinia laskettaessa ja suunniteltaessa sekä sen nimellisparametreja valittaessa on otettava huomioon kuormituksen tyyppi (sähkögeneraattori, vesipumppu jne.), tuulivoiman siirtojärjestelmän tyyppi käyttäjälle, sähkön tyyppi tuotanto- ja varastointijärjestelmä.

Tuulivoiman siirtojärjestelmä on määritelty joukko erilaisia ​​laitteita voiman siirtämiseksi tuulipyörän akselilta vastaavan tuuliturbiinikoneen (käyttäjän) akselille koneen pyörimisnopeutta nostamalla tai ilman sitä. Nykyaikaisessa tuulienergiassa käytetään useimmiten mekaanista energiansiirtomenetelmää.

Sähköntuotantojärjestelmä on sähkökoneiden generaattori ja laitesarja (ohjauslaitteet, tehoelektroniikka, akku jne.) muodostaaksesi yhteyden käyttäjään, jolla on vakiosähköparametrit.

Valmistetaan ja käytetään tuulivoimaloita, joiden teho on muutamasta watista tuhansiin kilowatteihin. Ryhmää on neljä: erittäin pieni teho - alle 5 kW, pieni teho - 5 - 99 kW, keskiteho - 100 - 1000 kW, suuri teho - yli 1 MW. Kunkin ryhmän tuuliturbiinit eroavat toisistaan ​​ensisijaisesti suunnittelun, perustustyypin, tuuliturbiinin asennustavan, ohjausjärjestelmän, tuulivoiman siirtojärjestelmän, asennustavan ja huoltotavan osalta.

Vaakaakselisten tuuliturbiinien vallitseva jakelu on saavutettu.

Kuvassa Kuva 1 esittää tuulipuiston rakentamista ja yleiskuvaa tuulipuistosta.

Riisi. 1. Tuulivoimalan rakenne: 1 — tuuliturbiini (tuulipyörä), 2 — tuulivoimala, 3 — generaattori, 4 — vaihteisto, 5 — kääntöpöytä, 6 — mittalaite, 7 — tuulivoimalan masto sisältää tuuliturbiinin ja sähkögeneraattori, joka on kytketty tuuliturbiinin akseliin suoraan tai vaihteiston kautta.

Tuuliturbiini sisältää tuuliturbiinin ja sähkögeneraattorin, jotka on kytketty tuuliturbiinin akseliin suoraan tai vaihteiston kautta.

Tuulipuisto (WPP) koostuu useista rinnakkain toimivista tuulivoimaloista, jotka toimittavat tuotettua sähköä voimajärjestelmään.

Mittalaite antaa signaalin kääntää tuulen päätä, kun tuulen suunta tai voimakkuus muuttuu, ja säätää myös siipien pyörimiskulmaa tuulen voimakkuuden mukaan.

Tuuliturbiinit ovat 500, 1000, 1500, 2000, 4000 kW. 500 kW:n tuuliturbiinissa on: masto, jonka korkeus on 40-110 m, tuulipää, jonka massa on 15-30 tonnia, pyörimistaajuus n = 20-200 rpm, generaattorin roottorin nopeus on 750- 1500 rpm (ajo vaihteella) tai 20-200 rpm (suoraajo).

Tuuliturbiinien generaattoreina käytetään usein asynkronisia oravageneraattoreita, jotka eroavat synkronisista suuremmalla luotettavuudella, suunnittelun yksinkertaisuudella ja pienemmällä painolla, mikä on välttämätöntä tuulivoimalan luotettavuuden lisäämiseksi.

Tuulivoimalat voivat toimia itsenäisesti tai rinnakkain sähköjärjestelmän kanssa.Autonomisen toiminnan aikana HP-tuuliturbiinin pyörimisnopeutta ei säädetä tai pidetä ± 50 %:n sisällä, joten generaattorin liittimien taajuus ja jännite eivät ole vakioita, eli tuotettu sähköteho on huonolaatuista ja käyttäjät tällaisten tuuliturbiinien laatuvaatimukset eivät useinkaan ole korkeita (pääasiassa lämmityslaitteet). Korkealaatuisen energian saamiseksi käytetään stabilaattoreita, jotka koostuvat tasasuuntaajasta, invertteristä ja akusta.

Voimakkaat tuuliturbiinit toimivat rinnakkain voimajärjestelmän kanssa (kuva 2). Tämä rinnakkaiskytkentä varmistaa, että tuuliturbiinin taajuus, jännite ja nopeus ovat vakioita. Generaattorin verkkoon antama teho riippuu moottorin vääntömomentista ja sen määrää tuulen voima.

Tuuliturbiinin mahdollinen yhteistyö verkon kanssa kytkemällä välitaajuusmuuttajan kautta tuuliturbiinin vaihtelevalla pyörimistaajuudella.

Asynkronista generaattoria käytettäessä tuuliturbiini voi toimia myös vaihtelevalla nopeudella ja generaattori syöttää verkkoon korkealaatuista sähköä.Vitteeseen asynkroninen generaattori kuluttaa loistehoa verkosta tai erityisestä kondensaattoripankista ja synkroninen generaattori itse luo sen.

Riisi. 2… Tuulivoimalaitoksen rinnakkaiskäyttö tehokkaalla tehonsyöttöjärjestelmällä: VD — tuulikone, R — vaihteisto, G — generaattori, V — tasasuuntaaja, I — invertteri, U — ohjausyksikkö, ES — voimajärjestelmä

Järjestelmän tuulivoimaloiden (WPP) ominaisuudet:

1. Ne sijaitsevat paikoissa, joissa on korkea tuulipotentiaali.

2.Niiden tehoyksiköiden kapasiteetti: 1500-2000 kW ja enemmän mantereelle ja 4000-5000 kW meri- ja rantatukikohtaan.

3. Käytetään asynkronisia generaattoreita, joissa on oravaroottori ja synkronisia (usein kestomagneettiviritteitä), joilla on matala generaattorijännite (0,50-0,69 kV).

4. Aseman alhainen hyötysuhde — 30-40%.

5. Lämpökuorman puute.

6. Hyvä ohjattavuus, mutta täysin riippuvainen sääolosuhteista.

7. Käyttötuulen nopeusalue 3,0-3,5 - 20-25 m/s. Tuulen nopeuden ollessa alle 3,0-3,5 m/s ja yli 20-25 m/s tuuliturbiinit irrotetaan verkosta ja asennetaan ei-toiminta-asentoon ja tuulen nopeuden palautuessa tuulivoimalat. on kytketty verkkoon ja kiihdytetty käyttämällä generaattoria, joka toimii moottoritilassa.

8. Sähkötehon valinnan puute generaattorijännitteellä (paitsi omaan tarpeeseen).

9. Sähkön siirto kuluttajille jännitteillä 10, 35, 110, kV.

Nykyaikainen tuulienergia on monissa maailman maissa osa energiajärjestelmiä, ja joissain maissa se on yksi uusiutuviin energialähteisiin perustuvan vaihtoehtoisen energian pääkomponenteista. Lue aiheesta lisää täältä: Tuulivoiman kehitys maailmassa