Cовременная ветроэнергетика

Modern wind energy

Victoria Ryabtseva

assistant, Engineering and Technology Academy of South Federal University, Russia, Taganrog

Аннотация. экология нашей планеты, уменьшение запасов нефти и газа сподвигли к изучению альтернативных источников энергии. Ученые изучают применение солнечной энергии, энергии ветра, био­топлива, энергии приливов и волн. Все эти направления альтернативной энергетики необходимо изучать на предмет экономической эффектив­ности и экологической безопасности.

Abstract. the ecology of our planet, the reduction of oil and gas reserves, has led to the study of alternative energy sources. Scientists are studying the use of solar energy, wind energy, biofuels, tidal energy and waves. All these areas of alternative energy need to be studied for economic efficiency and environmental safety.

Ключевые слова: альтернативная энергетика; источники альтерна­тивной энергии; ветряные установки; ветроэнергетика; ветряной парк; ветротурбина.

Keywords: alternative energy; sources of alternative energy; windmills; wind energy; wind park; windturbine.

Ветроэнергетика является одним из экологически безопасных направлений альтернативной энергии. В нашей стране благоприятные климатические условия для ветряных установок. Эффективно устанав­ливать ветряные парки в местах, где скорость ветра выше 5 м/с [1]. К минусам данного вида альтернативной энергии относятся шумы и инфразвуки, создаваемые ветряными установками. Для их устранения используют специальную конструкцию лопастей ветрогенератора. Лопасти сделаны таким образом, чтобы в любой точке их скорость была одинаковой, вследствие чего отсутствует срыв потока воздуха. Такую конструкцию можно встретить в вертикально-осевых ветроустановках (рис. 1). 

Рисунок 1. Вертикально-осевой ветрогенератор

Ветроустановка состоит из: генератора переменного тока, контрол­лера, аккумуляторов и инвертора (рис. 2). Контроллер преобра­зует, полученное от генератора переменное напряжение в постоянное. Аккумуляторы накапливают энергию, что позволяет использовать ее при небольших потоках ветра. Инвертор преобразует постоянный ток от аккумуляторов в переменное напряжение. Далее энергия поступает к электропотребителям.

Рисунок. 2. Работа ветрогенератора

Рисунок 3. Ветротурбина

Лопасти ветрогенератора сами по себе вращаются с маленькой скоростью, которой будет недостаточно для выработки большого количества энергии. Поэтому перед генератором подключают редуктор (рис.3), увеличивающий скорость вращения за счет планетарного механизма. В гондоле размещается тормозной механизм, приостанавли­вающий вращение лопастей при избыточном потоке ветра (при дости­жении скорости ветра около 80км/ч). Для выработки энергии, ось вращения ветряной турбины должна находиться параллельно ветру. Датчик, находящийся сверху гондолы, измеряет скорость и направление ветра. При изменении направления, с датчика на контроллер поступает сигнал и далее на вращающиеся механизмы, которые изменяют направление турбины. Угол наклона лопастей также изменяется согласно значению относительной скорости ветра. 

На сегодняшний день одной из самых мощных ветроустановок является Vestel V164[2]. Высота этой установки 220 метров, а каждая лопасть длиной 164 метра. Общий вес лопастей 100 тонн. Изначально, мощность ветроустановки составляла 7МВт, после она увеличилась до 9,6МВт. 

Крупным ветряным парком в России является Ульяновская ВЭС. Станция введена в эксплуатацию в январе 2018 года. Ее мощность составляет 35МВт.

Целесообразность установки зависит от мощности ветрогенератора и рассчитывается по формуле:

где:     –постоянная;

    – расчетная мощность, кВт

   – расстояние от центра ротора до конца лопасти, м;

    – средняя скорость ветра, м/с;

Мощность потока воздуха вычисляется:

где:    ;

    – площадь лопастей,  ;

    – плотность воздуха, кг/ 

Экономическая эффективность рассчитывается по формуле: 

Наряду с постройками ВЭС, бытовыми потребителями устанавли­ваются ветрогенераторы, разрешенной мощностью 75кВт. Монтаж и эксплуатация должна соответствовать ГОСТ Р 51990-2002 [3]. 

Рисунок 4. Скорости ветра по России

Согласно данным значениям средней скорости ветра по России (рис. 4), наиболее климатически благоприятными районами для работы ветряных установок являются: Баренцево море, Камчатка, Бурятия, территория Черного, Азовского и Каспийского морей, юг России (территории вблизи Волги и Дона).

Список литературы: 

1.Безруких П.П. Ветроэнергетика (Справочное и методическое пособие). М.: ИД «ЭНЕРГИЯ», 2010, 320 с.

2.Материал из Википедия, Vestel V164. URL: http:// en.wikipedia.org/wiki/Vestas_V164#Notable_sites.

3.ГОСТ Р 51990-2002 Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Классификация, 2003 г.