Типы ветрогенераторов

По способу расположения оси вращения выделяют два основных типа ветротурбин: с вертикальной осью вращения и с горизонтальной, а также другие менее распространенные типы.

Горизонатально-осевые ветроустановки

Ветро-турбины (пропеллеры) с горизонтальной осью вращения - одни из самых распространенных благодаря традициям, сложившимся за годы развития ветроэнергетики.

К достоинствам такого типа ветряных установок следует отнести высокие энергетические показатели, так как практически вся энергия набегающего потока превращается в полезную. КПД установок данного типа самый высокий.

К их недостаткам следует отнести высокую парусность лопастей и ограниченные возможности по её изменению. Поэтому мачту такой установки приходится делать довольно массивной, способной выдерживать значительные ветровые нагрузки. То же относится и к прочности лопастей. Большая разница скоростей ветра (от штиля до урагана) заставляют конструкторов закладывать в них избыточный предел прочности. В связи с этим происходит увеличение массы, как мачты, так и лопастей.

Ещё один недостаток присущий этому типу ветроустановок - необходимость точной ориентации лопастей, перпендикулярно ветровому потоку, что в свою очередь усложняет её кинематическую схему. Поэтому горизонтально-осевые установки ставят в местах, где направление ветра хорошо известно.

Вертикально-осевые ветроустановки

Установки с вертикальной осью вращения лишены проблемы ориентировки на ветер. Одни из них получили признание за счет низкой стартовой скорости (1-2 м/с), но не широко распространены благодаря низкому КПД. Сегодня вертикально-осевые установки могут "ловить" порывы ветра, что фактически повышает их эффективность. А чем больше эффективность, тем меньше стоимость ветроустановки за счет сокращения расхода материалов на ее производство.

Установки роторного и роторнощелевого типов

Такие установки пока мало известны, т.к. представляют собой совершенно новые разработки ученых.

Ветроустановки роторнощелевого типа представляют собой трубу с двумя щелями, внутри которой вращается ротор. Ярким примером такой установки может служить турбопарус на корабле "Алкиона" знаменитого исследователя морских глубин - Жака Ива Кусто.

К достоинствам установок этого типа следует отнести их устойчивость к большим скоростям набегающего потока, обусловленную их обтекаемостью и как следствие, невысокая металлоёмкость, а следовательно и стоимость. Недостатком таких установок является невысокий КПД вследствие того, что набегающий поток попадает в вертикальную (довольно узкую) щель. Известно, что скорость ветрового потока у земли ниже чем в верхней части трубы, поэтому наблюдается неравномерная загруженность лопастей.

В некоторых проектах предлагается делать установку в виде конуса, но это ведёт лишь к незначительному увеличению КПД. Проблема же ориентации щели относительно ветрового потока остаётся такой - же как и для ветроустановки вертикальнолопостного типа.

Ветроустановки роторного типа обладают самым низким КПД из всех ранее рассмотренных так как их работа основана на разности давлений воздействующих на вогнутую и выпуклую поверхности лопастей.

Достоинством этой схемы является способность работать при низких скоростях ветрового потока, простота её кинематической схемы, за счёт отсутствия необходимости ориентации лопастей и как следствие невысокая стоимость. Но есть одна проблема - при увеличении скорости ветра, нагрузка на кронштейны будет возрастать и при достижении определённого значения они попросту сломаются. Избавиться от этого можно путём изменения размаха лопастей, в зависимости от скорости ветрового потока.

Таким образом, как мы видим, стоимость ветроэнергии в значительной степени зависит от выбора конструкции ВЭУ, а она, в свою очередь, зависит от скоростей ветровых потоков, доминирующих в том или ином регионе.

По способу соединения с электросетью выделяют установки, соединенные с сетью, и автономные, где потребитель находится в непосредственной близости от ветроагрегата, а также гибридные.

Ветрогенераторы, подключенные к сети

Установки, подключенные к энергосетям подключенные к энергосетям, подразумевают связь с какой-либо существующей энергетической сетью, которая поставляет ветроустановке активную и реактивную мощность для обеспечения запуска, работы и контроля ветроагрегата. Такие ветрогенераторы устанавливаются на территориях с хорошими ветроэнергетическими ресурсами для производства электроэнергии с целью продажи ее энергетическим компаниям. Группа таких турбин составляет так называемую "ветроферму".

Обычно в ветрофермах используются крупные ветроагрегаты мощностью от 200 кВт до 1,5 МВт и выше. При этом общая мощность ветрофермы может достигать десятков и сотен мегаватт.

Фирмы или частные лица устанавливают одну или несколько крупных ветроустановок и, соединяя их с электросетью, продают электроэнергию энергетическим компаниям, получая при этом неплохую прибыль. В случаях, когда энергия расходуется непосредственно на нужды производства и при этом энергии, вырабатываемой установокй, не хватает, есть возможность получать ее из сети. Если же ветрогенератор полностью обеспечивает производство необходимой электроэнергией при наличии избытка, то излишек энергии поставляется в сеть.

Автономные ветроустановки

В автономном режиме ветростановка функционирует самостоятельно, может использоваться как дублер любого другого генератора или применяться в сочетании с другими энергетическими установками в качестве компонента комбинированной системы энергоснабжения. Такие системы используются для подъема воды или для электроснабжения домов, ферм или производственных помещений малых предприятий.

Очевидно, что ключевым фактором, определяющим выбор между применением автономной энергетической системы и проведением линий электропередачи (ЛЭП) от объекта к сетям централизованного энергоснабжения, является конкурентоспособность стоимостных характеристик ВЭУ в сравнении с подключением к сети.

Гибридные ветроустановки

Гибридная энергосистема подразумевает использование ветрогенератора совместно с другими источниками энергии (дизель-генератор, солнечные модули, микроГЭС и т.п.). Эти источники энергии дополняют ветроустановку с целью обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителя в безветренную погоду.

Ветро-дизельные ветроустановки

Ветро-дизельная ветроустановка помимо силы ветра использует дизель-электрической системы. Обычно дизель-генератор используется в сочетании с ветрогенератором в случае, когда целью использования последней является экономия дизельного топлива, стоимость которого с учетом расходов на доставку может быть очень высокой. Соотношение мощности компонентов системы зависит от схемы генерирования нагрузки и ресурсов ветра.

Есть два режима работы таких установок - параллельная работа ветрогенератора и дизельного генератора и их раздельная работа. Наиболее эффективным считается раздельный режим, он позволяет поднять долю участия ветроустановки до 50-60% и более. Однако, в этом случае неизбежно усложнение системы за счет необходимости введения системы управления, инверторного оборудования и АБ, которые аккумулируют энергию, вырабатываемую ветроагрегатом при рабочих скоростях ветра для питания нагрузки в безветренную погоду или при небольших скоростях ветра.

Ветро-солнечные ветроустановки

В настоящее время осществлена техническая возможность совместного использования солнечной энергии и энергии ветра. Поскольку зимой существует большой потенциал ветра, а летом в ясные дни максимальный эффект можно получить, используя солнечные батареи, то сочетание этих ресурсов оказывается выгодным для потребителя.

Также возможно использование ветроустановок совместно с микроГЭС, имеющими резервуар для воды. В таких системах при наличии ветра ветроагрегат питает нагрузку, а излишки энергии используются для закачивания воды с нижнего бьефа на верхний. В периоды ветрового затишья энергия вырабатывается микроГЭС. Подобные схемы особенно эффективны при малых ресурсах гидроэнергии.

На нашем сайте в разделе Статьи Вы сможете найти больше информации об альтернативных источниках энергии.