В России энергия ветра использовалась издавна, главным образом в мукомольном производстве. Число ветряных мельниц достигало 200 тыс.шт. Ветряные мельницы перемалывали в год около 34 млн. т зерна. Это были деревянные мельницы с четырьмя лопастями средней мощностью 3,5 кВт. Большие ветряные мельницы с диаметром ветроколеса 21 – 24 м развивали мощность 10-15 кВт. Все ветряные мельницы были местного крестьянского производства, их постройка основывалась на многолетнем практическом опыте.
1.1. Развитие ветроэнергетики в предвоенные годы
В соответствии с программой развития энергетики в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) и в бывшем Центральном ветроэнергетическом институте (ЦВЭИ), а также во Всесоюзном научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) были выполнены теоретические и экспериментальные работы по ветродвигателям, разработаны ветродвигатели малой мощности для нужд сельского хозяйства цельнометаллической конструкции. В основном это были многолопастные ветродвигатели диаметром 5 и 8 м (ТВ-5 и ТВ-8). Массовое производство ТВ-5 и ТВ-8 для подъема воды относится к 1936 г., когда в различных областях было построено 1300 установок, укомплектованных поршневыми насосами. Они обеспечивали подъем воды, начиная со скорости ветра 3 м/с, развивая напор до 80 м водяного столба. Например, при напоре 20 м ТВ-5 давала производительность 1 м3/ч при скорости ветра 3 м/с и 5 м3/ч при скорости ветра 8 м/с. Ветронасосная установка на базе ветродвигателя ТВ-8 обеспечивала по сравнению с ТВ-5 в 3-3,5 раза большую производительность.
Читать далее »
Страницы: 1 2 3 4 5 6
2.1. Принцип работы крыльчатых ветродвигателей
Известны различные типы ветродвигателей, в том числе роторные, карусельные, барабанные и др. Однако в большинстве стран широкое применение получили только горизонтально-осевые крыльчатые ветродвигатели. Основным рабочим органом таких ветродвигателей является ветроколесо с лопастями, расположенным по радиусам под некоторым углом к плоскости вращения. Число лопастей может быть различным, но для ветроэлектрических агрегата преимущественное применение получили трех- и двухлопастные ветроколеса. Отдельные фирмы (Германия, Италия) разработали и освоили производство однолопастных ветроагрегатов различной мощности, но массового применения они до сих пор не получили.
В современных ветродвигателях применяются лопасти имеющие специальный аэродинамический профиль, обеспечивающий высокий коэффициент использования энергии ветра.
Принцип работы крыльчатого ветродвигателя поясняет план скоростей воздушного потока, набегающего на элемент лопасти, от действующих сил (рис. 2.1). Ветер перед ветроколесом подходит к лопасти со скоростью V. Вследствие вращения ветроколеса в плоскости у-у элемент лопасти встречает воздушный поток со скоростьк wR. Скорости V и wR, слагаясь геометрически, дают результирующую скорость W, с которой воздушный поток набегает на элемент лопасти под углом атаки а относительно хорды лопасти. Скорость W, называемая относительной, вызывает силу Q, которую можно разложить на подъемную силу Y и силу сопротивления X, которая увеличивает лобовое давление Рп и создает составляющую сопротивления вращению X. Составляющая силы Y, действующая по оси у-у, обеспечивает вращение ветроколеса. Угол между хордой лопасти и осью у-у в плоскости вращения называют углом заклинения и обозначают буквой ф.
Читать далее »
Страницы: 1 2 3 4 5 6
Современная ветроэлектрическая установка автономного использования состоит из быстроходного ветродвигателя, преобразующего кинетическую энергию ветрового потока в механическую, электрического генератора, приемников электрической энергии, системы автоматического управления и защиты.
Специфической особенностью ветроэлектрического агрегата является непостоянство во времени развиваемой мощности. Расчетную мощность и номинальные значение частоты и напряжения ветроагрегаты развивают в большинстве конструкций лишь при скорости ветра 8-10 м/с и выше.
Поскольку ветроагрегаты начинают вырабатывать энергию уже при сксоостях ветра 4-5 м/с, то значительную часть времени они работают с дефицитом первичной мощности, который приводит к колебаниям напряжения и частоты тока в значительных пределах.
Читать далее »
Страницы: 1 2 3 4
4.1. Ветроэлектронасосная станции для оазисного орошения производительностью до 150 М3/ч
Ветронасосная станция ВЭС-100, состоящая из трех ветроэлектрических агрегатов Д-18Э с генераторами постоянного тока мощностью 40 кВт, была построена в зерносовхозе “Алтай” Алтайского края в Кулундинской степи, в 30 км южнее г. Славгород в 1963 г. Станция предназначена для орошения участка огородных культур с использованием воды из трех артезианских скважин. Три погружных электронасоса мощностью 20-30 кВт каждый обеспечивали подъем воды из скважин и ее подачу в резервуар открытого типа емкостью 22 тыс. м3. Из резервуара вода отводилась к установкам орошения.
Станция осуществляла параллельную работу трех ветроагрегатов постоянного тока и имела в своем составе электромашинный преобразователь постоянного тока в переменный ток промышленной частоты. Непосредственным источником питания для электронасосов и собственных нужд станции являлся синхронный генератор преобразователя мощностью 105 кВА.
Опыт эксплуатации оросительного комплекса при ручном управлении ветроагрегатами и погружными насосами показал необходимость постоянного присутствия на станции оперативного персонала. По этой причине эффективность станции была низкой. Для повышения ее эффективности и снижения эксплуатационных расходов была разработана и установлена система управления насосами, обеспечивающая автоматизацию их включения и отключения в зависимости от ветровых условий. Разработанная автором схема управления станции имеет следующие составные части:
Читать далее »
Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
5.1. Основные результаты исследований Дании но ветродизельным установкам для автономного электроснабжения
Исследования проводились в Национальной лаборатории RISO (Дания) с 1984 по 1990 год. В исследованиях и экспериментальной проверке различных вариантов исполнения ветродизельных установок (ВДУ) принимал также участие Чалмерский технологический университет (Швеция). Исследованные варианты исполнения ВДУ по данным опубликованного доклада подразделены на четыре класса. Ниже приводятся характеристики и схемы разновидностей ВДУ.
Класс 1 является простейшим. В нем используется стандартный ветровой агрегат ВА сетевого использования с асинхронным генератором АГ, который работает с постоянным включением на сборные шины СШ потребителя. В комплект оборудования ВА введена автоматически регулируемая нагрузка РН, предотвращающая перегрузку ВА при высоких скоростях ветра за счет снижения частоты вращения до заданного расчетного уровня. Стандартная дизель-электрическая станция (ДЭС) работает постоянно, обеспечивая реактивной энергией асинхронный генератор АГ. Полная (100%) доля участия в графике нагрузки ветроагрегата считается допустимой. Экономия топлива будет определяться степенью снижения потребления топлива при частичной загрузке дизельного двигателя.
В ВДУ класса 1 экономия топлива будет небольшой, но система оказывается предельно простой и приемлемой в тех случаях, когда фактор максимума надежности более важен, чем максимум экономии топлива.
Читать далее »
Страницы: 1 2 3 4 5
6.1. Ветровая энергия и ее особенности
Главной особенностью ветровой энергии является неравномерность ее проявления во времени и пространстве. Есть регионы, где средняя за год скорость ветра на высоте 10 м от уровня земли не превышает 3 м/с. Там нельзя рассчитывать на эффективную работу ветроустановок. Однако в стране имеется много мест, где возможность экономически выгодного использования энергии ветра не вызывает сомнений. К таким регионам можно отнести Краснодарский край, Калмыкию, степную Сибирь, весь Крайний Север и Дальний Восток. В центре России также имеются перспективные места: в Ленинградской, Рязанской, Ростовской, Волгоградской областях, но конкретный выбор участков для установки ВЭУ требует специального обоснования и проверки.
Энергию ветра, поступающую за год или месяц на единицу поверхности, перпендикулярную направлению ветра, называют потенциалом энергии ветра Э.
Э=1/2pV3 [Вт/м2]
Потенциал энергии соответствует использованию “идеальной” ВЭУ с площадью поверхности, ометаемой ветроколееом, 1 м и идеальным коэффициентом преобразования энергии (100%).
К основным факторам, влияющим на точность оценки энергии ветра, относятся: изменение плотности воздуха в зависимости от высоты над уровнем моря и температуры и соответствие имеющихся данных по ветру ветровым условиям конкретного местоположения ветродвигателя.
Читать далее »
Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8
7.1. Теоретические исследования погрешностей чашечных и крыльчатых анемометров
При определении инерционных характеристик вращающихся ветроприемников анемометров Г.Х. Сабинин принял, что средний момент аэродинамических сил, действующий на ветроприемник анемометра, пропорционален квадрату скорости ветра V и скольжению, равному относительному отклонению мгновенного значения скорости вращения ротора w от установившегося значения ки, соответствующего действующему значению скорости ветра. В этом случае уравнение движения ветроприемника записывается в следующем виде:
I*dw/dt=AV?(wo -w/wo)
где I – момент инерции ротора анемометра; А – коэффициент пропорциональности; V- скорость ветрового потока.
При рассмотрении работы анемометра в периодическом переменном потоке целесообразно перейти к уравнению, записанному в безразмерном виде, для чего выразим переменные величины в относительных единицах, используя следующие соотношения:
Читать далее »
Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9
8.1. Опыт применения ветроэнергетических комплексов типа BWC
Российско-Американская комиссия по экономическому сотрудничеству (”комиссия Черномырдин – Гор”) по согласованию с Минтопэнерго России приняла решение поставить в северные регионы России партию ветроустановок малой мощности для организации энергоснабжения отдаленных потребителей, находящихся на Крайнем Севере и Дальнем Востоке. Разработка проекта была проведена «Интерсоларцентром» (Россия) и Национальной лабораторией по возобновляемой энергии (США).
ВЭУ мощностью 1,5 и 10 кВт в количестве 40 шт. поставила в Россию фирма «Bergey Windpower Co.». ВЭУ типа BWC – это комплексы оборудования, в состав которых входят собственно ветроаг-регаты с мачтой, зарядные устройства, аккумуляторные батареи, инверторы и вспомогательные щиты и блоки.
Оборудование водным путем из США поступило в Гамбург. затем по железной дороге оно было доставлено 10 июня 1997 г. в морской порт г. Мурманска. Оборудование принимала комиссия, составленная из представителей железной дороги, морского порта и Федерального центра малой и нетрадиционной энергетики (ФЭЦ). В состав приемочной комиссии был также введен автор как специалист с опытом работы в ветроэнергетике.
Читать далее »
Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
9.1. Методика расчета экономической эффективности ветроустановок
Методической основой определения экономической эффективности является сравнение экономических результатов использования ветроустановок и базовой техники.
При расчетах должна обеспечиваться сопоставимость вариантов по объему и качеству производимой продукции.
Критерием выбора лучшего варианта является годовой экономический эффект, определяемый на годовой объем производства. Годовой экономический эффект представляет собой суммарную экономию, которую получает производитель и потребитель в результате использования ветроагрегатов и ветроустановок.
Приведенные затраты в сфере производства и эксплуатации представляют сумму себестоимости и нормативной прибыли:
3 = С + ЕнК
где 3- приведенные затраты единицы продукции, руб.;
С-себестоимость единицы продукции, руб.;
Ей- нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, руб.;
К- удельные капитальные вложения, руб.
Читать далее »
Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8
