28 и 29 октября. Проблемы экологии в контексте цифровой трансформации общества... Архитектура. Инженерия. Цифровизация. Экология» пройдет в...


Вертикально-осевые Ветро-энергетические Турбины

Ветроэлектростанция ВВТ «ЭНЭКСИС»


станция с вертикально установленной осью вращения ветрового аппарата.



Ветроэлектростанция состоит из установленных вертикально модулей и направляющих аппаратов, образующих оригинальную центростремительную турбину, объединенную общим валом. Нижний конец вала соединен с электрогенератором специальной конструкции.

Внутренняя аэродинамика модулей согласована с местными свойствами ветра, а количество установленных модулей определяется требуемой мощностью ветроэлектростанции.

Ветросиловая часть станции сконструирована таким образом, что позволяет преобразовать с высоким КПД кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения вала и работоспособна в любом диапазоне встречающихся в природе ветров.
Ветросиловая часть принимает ветер с любой стороны автоматически без каких-либо настроечных операций и не требует разворота станции при изменении направления ветра.

Ветроэлектростанция разработана в 1992 году. Модульность построения определяет простоту монтажа станции, позволяет создавать установки различной мощности путем изменения количества стандартных элементов "СТАТОР - РОТОР" - от мини-станций для мачт ретрансляторов до создания станций-”плотин” большой мощности. Созданы станции малой (0,3 - 5,0 кВт), средней (10 - 20 кВт) мощности, в разработке установки до 100 кВт.

Строительство ветроэнергетической платины, состоящей из нескольких машин, позволяет создание электростанции с установленной мощностью от 500 кВт до 5 МВт.

Независимо от размеров станции генератор, система управления и другое оборудование устанавливаются на уровне земли

Отличительные особенности ветроэлектростанций ВВТ "ЭНЭКСИС":


• рабочая скорость ветра от 3м/с и выше без ограничений;
• генератор, система автоматики и др. расположены на уровне земли.
•работа при ветрах любого направления без каких-либо настроечных операций;
•увеличивающаяся устойчивость конструкции при повышении скорости вращения ротора за счет гироскопического эффекта;
• бесшумность (30 dB на расстоянии 5 при ветре 15 м/с);
• простота монтажа и технического обслуживания;
• быстрый ввод в эксплуатацию;
• модульный принцип строения;
•возможность автономной работы или параллельной работы с другими источниками энергии;
• абсолютно не требует наведения на ветер;
• надежность конструкции.

Техническое описание ветроустановки ( виндротор )



Параметры

Установленная мощность, кВт 20
Диаметр ротора, м 0.5
Диаметр статора, м 0.84
Скорость вращения вала, min-1 < 600
Количество модулей, шт. 6
Высота, м 20
Вес, т 2.1
Конструкционные материалы алюминий, оцинкованное железо
Рабочий диапазон скорости ветра, м/с 3 - 50
Годовая выработка электроэнергии (кВт-ч) в зависимости от среднегодовой скорости ветра (м/с) без учета энергии ветра в порывах.
5 м/с kWt - h 8240
6 м/с 17000
7 м/с 31600
8 м/с 54000


Транспортировка и установка ветряка.

Условия транспортировки и установки определяются в договоре покупки и технического обслуживания ветроэлектростанции.
Транспортировка осуществляется стандартными контейнерами или грузовым автотранспортом.
Конечная стоимость установки ветроэнергетической системы зависит от того, сколько работы может быть выполнено самостоятельно заказчиком. Местные электрики и механики могут выполнить в принципе всю необходимую работу, следуя инструкции по установке.
Стоимость установки ветростанции нашими специалистами определяется договорными отношениями. Необычный рельеф местности, длина электропроводки (кабеля), специфические крепления приводят к увеличению стоимости установки.
Установка должна производиться на основании существующих правил и стандартов.




Срок эксплуатации ветроэлектростанции

Срок эксплуатации ветроэлектростанции (механической части и генератора) при правильной технической эксплуатации должен составить 20-30 лет.


Какие бывают ветростанции?


Cуществующие ветроэлектростанции можно разделить на две основные группы в зависимости от расположения оси вращения вала генератора:

Горизонтально расположенным валом генератора (HAWT- Horizontal Axis Wind Turbines) - пропеллерные и Вертикально расположенным валом генератора (VAWT - Vertical Axis Wind Turbines) - виндроторные.

Исторически сложилось так, что пропеллерные (HAWT) получили широкое распространение. Виндроторные станциии (VAWT),теоретически превосходя по ряду экономических и технических характеристик пропеллерные ветроэлектростанции, до настоящего времени просто не имели достаточно простого и экономически оправданного решения конструкции.



Сравнительная характеристика ветроэлектростанций


Пропеллерные ветростанции имеют 1,2 или 3 лопасти сложной конструкции, дорогой редуктор, систему контроля и тормоза.

Известно, что из ветра максимально можно извлечь 59 % кинетической энергии, после чего движение воздуха прекратится.

Преобразование кинетической энергии ветра пропеллерными станциями в механическую широко варьируется в пределах от 10 до 30 %, в зависимости от типа станции. Можно уточнить, что эти результаты верны только в том случае, если направление ветра перпендикулярно рабочему профилю лопастей станции. При порывистом и изменчивом ветре результаты извлечения энергии ветра более удручающие, поскольку системы "наведения на ветер" являются примитивными в виде хвоста и расположены за рабочей поверхностью пропеллера, в "отработанном" потоке воздуха, а не в поступающем. Из-за неэффективности даже такого наведения на ветер многие современные ветростанции выпускаются без системы "наведения" (в больших станциях "наведение на ветер" осуществляется за счет поворота лопастей пропеллера специальным механизмом). Механическая энергия пропеллерных станций преобразуется в электрическую с КПД 50-69 %. (различные типы редукторов, вязкость трансмиссионного масла...) Другой факт - пропеллерные станции часто выходят из строя из-за высоко расположенного ветроагрегата, поскольку не производится ежегодное обслуживание и замена масла. Как результат - относительно высокая стоимость КВт-ч электроэнергии.


Рис.1
Распределение скоростей ветра в часах в течение года



Виндроторная электростанция ВВТ "ЭНЭКСИС"

ВВТ "ЭНЭКСИС" - ветроэлектростанция с вертикально расположенным валом генератора (VAWT). Основным преимуществом конструкции ветростанции является ее независимое "наведение на ветер". Неограниченная скорость вращения ротора позволяет работать со всеми встречающимися ветрами, включая штормовые.

В результате использования уникального решения системы ротор-статор, которая "форсирует" поступающий ветер, а также грамотного решения электрической схемы и генератора стало возможным преобразование кинетической энергии ветра в механическую на уровне 39-42 % и преобразование механической энергии в электрическую на уровне 90-94 % соответственно ! Модульная конструкция позволяет установить необходимую мощность для потребителя, основываясь на характеристиках ветра в месте установки. Другое преимущество ветроэлектростанции - расположение генератора, электрической схемы и аккумуляторов на уровне земли. Это позволяет своевременно, легко и без больших затрат производить техническое обслуживание станции. Как результат - низкая стоимость КВт-ч электроэнергии и удобство эксплуатации.


Техническая характеристика виндроторов

Техническая характеристика приведена для определенного географического места с типичной ветровой нагрузкой (заявленный диапазон распределения скоростей). Для получения объективной оценки характеристик ВВТ "ЭНЭКСИС" и пропеллерной установок используется «удельная мощность» ветросиловой части на квадратный метр рабочей поверхности ветростанции Вт/м2.

Сравнительная характеристика пропеллерной и виндроторной электростанций (см, графики в колонке справа) проводилась в одном и том же географическом месте, Средней Азии.


Рис. 2
Сравнительная характеристика удельной механической мощности от скорости ветра. Удельная мощность - это мощность, вырабатываемая 1м2 рабочей поверхности ветроэлектростанции.




Рис. 3
Сравнительная характеристика выработки электроэнергии для ветра (Рис. 1), полученная экспериментально . Сравнивались ветростанции установленной мощности 10 кВт.


Парадокс: Среднее значение кубов скоростей различных ветров, составляющих ветра, всегда больше куба средней скорости ветра. (см. "Энергия ветра")

Причина этого явления в том, что усреднение скорости ветра приводит к игнорированию энергии ветров, которые пропорциональны кубу скорости ветра, выше и ниже среднего значения (S).

Способность воспринимать энергию ветра любого направления в такой же кубической зависимости, является "краеугольным камнем" ветроэлектростанции ВВТ "ЭНЭКСИС" (Рис. 2 и 3)

Почему выбирают ветроэлектростанции малой и средней мощности для снабжения электроэнергией автономного объекта:

Часто местные электросети слишком слабы и не рассчитаны на подключение крупной электростанции с переменной выработкой электроэнергии.


Рис. 4
Зависимoсть годoвой выработки электроэнергии от установленной мощности ВЭС. Этот несколько необычный график наглядно демонстрирует теоретическую зависимость годовой выработки электроэнергии при увеличении установленной мощности ветроэлектростанций.



Экономические условия.

Установка больших ветростанций требует наличия хороших дорог для транспортировки тяжелой турбины, кранов для ее установки и технического обслуживания, а также развитой электрической инфраструктуры.

Стоимость кранов и технического обслуживания очень высока. Часто этот фактор не рассматривается внимательно при первом обсуждении проекта.


Почему выбирают виндроторные электростанции ВВТ «ЭНЭКСИС»

Виндроторные станции являются все ветровыми, то есть утилизируют ветер любого направления и скорости. Коэффициент извлечения энергии ветра в 1.5-3 раз выше, чем у пропеллерных станций такой же мощности.


Автономное питание


Ветроэлекростанции "ЭНЭКСИС" установленной мощности
3,10 kw - 100 kw - вне конкуренции

Использование ветроэлектростанций для электроснабжения
автономных объектов


Важными условиями в обеспечении электроэнергией автономного объекта являются: правильная оценка ветровых возможностей местности, где планируется установить ветроэлектростанцию, мощности электрических приборов и график их эксплуатации.

Как самостоятельно приступить к вопросу электроснабжения?
Для предварительной оценки нужно собрать информацию и ответить на вопросы следующих пунктов.

1. Выберите хорошее место, в котором ветер, по вашим наблюдениям, наиболее сильный. Желательно, чтобы это было высокое и открытое для ветра место. В общем случае, чем выше, тем сильнее ветер.

Опишите предполагаемое место установки ветроэлектростанции. Укажите, есть ли рядом другие высотные строения или лесной массив.

2. Соберите данные о ветре вашей местности, измерьте самостоятельно с помощью "анемометра" среднюю скорость ветра.
Желательно получить данные о ветре из ближайшей метеорологической станции или аэропорта. Полезными данными были бы ваши наблюдения о периодах штормового ветра и ветрового затишья, по месяцам и в течение суток (сколько примерно часов затишья), о высоте снежного покрова, температуре и других климатических особенностях вашего региона.
Высота измерения должна проводиться на высоте 5-10 метров.

3. Оцените вашу потребность в электроэнергии.
Необходимо знать две вещи:
- месячное или годовое потребление электроэнергии (кВт*ч), желательно с разбивкой по месяцам или сезонам года
-пиковые нагрузки (кВт), как максимальное количество энергии, которое может быть потребовано в любое время.

Если в настоящее время вы подключены к электросети или у вас есть собственный счетчик энергии, вы можете восстановить эти данные.

Если таких данных нет, то вам нужно:
-определить установленную мощность потребления объекта. Для этого нужно сделать список всех электроприборов (компьютеры, лампочки, телевизор, электростанки, холодильник и т.п.) и суммировать мощности (кВт) указанных на приборах; -оценить пиковую (максимальную) нагрузку. Для этого нужно посчитать мощность электроприборов, которые могут быть включены единовременно.

4. Оцените электроприборы по степени важности работы.

Благодаря разработанной нами системе автоматики, в своих расчетах мы используем понятие категорий потребителей электроэнергии по обязательности питания и виду электроэнергии. Это позволяет гарантированно обеспечивать ваши приборы электроэнергией нужного стандарта.



К первой категории потребителей относятся электроприборы первой необходимости - различные электронные устройства и приборы, телефон, сигнализация, компьютер, электродвигатели с кратковременным режимом работы.

Эти приборы обеспечиваются переменным током стандартной частоты и напряжения. Период длительного безветрия и пиковая нагрузка покрывается за счет установки аккумуляторной батареи или дизельной электростанции.

Вторая категория потребителей –осветительные лампы.
Обеспечиваются постоянным током стабилизированного напряжения.

Третья категория потребителей – отопительные системы (нагрев воды, отопление жилых и производственных помещений).
Обеспечиваются переменным током с плавающей частотой и напряжением.

5. Сообщите, планируете ли вы иметь полностью независимую автономную энергетическую систему или будете подключены в местную электросеть.


Периоды безветрия


Покрытие потребности в электроэнергии
в периоды отсутствия ветра


В течение года бывают периоды затишья ветровой активности, особенно это характерно для летних месяцев. В это время ветер появляется кратковременно или может вообще отсутствовать несколько дней подряд. Решение вопроса энергоснабжения объекта находится в зависимости от суточного, недельного и месячного графиков ветровой активности.

Если затишья кратковременны, в пределах до 6-8 часов, с последующим появлением ветра силой более 5-6 м/с, резервным источником питания может служить аккумуляторная батарея.

При длительных продолжительных периодах снижения скорости ветра до 3-4 м/с или затишьях, когда за счет энергии ветра может быть обеспечено электроснабжение только части потребителей (потребности первой категории), в состав системы электроснабжения должна вводиться дизельная/бензиновая электростанция или производиться включение в местную электросеть.

Схема электроснабжения >>>


Избыточная энергия дизельной/бензиновой станции через реверсивный преобразователь частоты направляется в аккумуляторную батарею.

Из учета среднемесячного числа часов затиший и энергопотребления приемниками первой и второй категории устанавливается мощность дизельной электростанции для покрытия максимумов нагрузки I и II категории. Ее мощность составляет порядка 2,5-3 кВт. С числом часов использования в месяц равным 95-105. То есть ДЭС может работать порядка четырех суток в месяц. В течение этих же часов при снижении нагрузок I и II категории в соответствии с их графиком порядка 6-8 часов в сутки может работать аккумуляторная батарея.

Параметры аккумуляторной батареи определяются из расчета 10 часов обеспечения нагрузки 1500 ВА – 6,8-7 А при расчетном напряжении 220 В.

Для этих целей может быть использована, например, батарея свинцово- кислотных аккумуляторов из 100-110 элементов типа ОР2S ISO или подобных автомобильных аккумуляторов.

Фотогалерея ветроустановок


- Установка ВВТ, Московская обл, 11 мая 2006 года






















ENECSIS WINDROTOR