Принцип роботи вітрогенератора і його комплектуючі

1. Зміст розділу: компоненти вітроустановки Комплектація наших вітроустановок Підбір вітряка Приклади...
2. 2. Комплектація наших вітроустановок
3. 3. Підбір вітряка
4. 4. Приклади підбору компонентів установки
5. Приклад розрахунку вітряка №1
6. завдання:
7. Рішення:
8. РАЗОМ:
9. Приклад розрахунку вітряка №2
10. завдання:
11. Рішення:
12. РАЗОМ:
13. 5. Схеми роботи вітрогенератора

Зміст розділу:

1. компоненти вітроустановки
2. Комплектація наших вітроустановок
3. Підбір вітряка
4. Приклади підбору компонентів установки
5. Схеми роботи вітрогенератора

1. Компоненти вітроустановки

Наша сеть партнеров Banwar

До основних компонентів системи, без яких робота вітряка неможлива, відносять наступні елементи:

1. Генератор - необхідний для заряду акумуляторних батарей. Від його потужності залежить як швидко будуть заряджатися ваші акумулятори. Генератор необхідний для вироблення змінного струму. Сила струму і напруга генератора залежить від швидкості і стабільності вітру.
2. Лопаті - надають руху вал генератора завдяки кінетичної енергії вітру.
3. Щогла - зазвичай, чим вище щогла, тим стабільніше і сильніше сила вітру. Звідси робимо висновок - чим вище щогла, тим більше вироблення генератора. Щогли бувають різних форм і висот.

Список додаткових необхідних компонентів:

1. Контролер - керує багатьма процесами вітроустановки, такими, як поворот лопатей, заряд акумуляторів, захисні функції і ін. Він перетворює змінний струм, який виробляється генератором в постійний для заряду акумуляторних батарей.
2. Акумуляторні батареї - накопичують електроенергію для використання в безвітряні години. Також вони вирівнюють і стабілізують вихідна напруга з генератора. Завдяки їм ви отримуєте стабільну напругу без перебоїв навіть при поривчастим вітром. Харчування вашого об'єкта йде від акумуляторних батарей.
3. Анемоскоп і датчик напрямку вітру - відповідають за збір даних про швидкість і напрям вітру в установках середньої і великої потужності.
4. АВР - автоматичний перемикач джерела живлення. Виробляє автоматичне перемикання між декількома джерелами електроживлення за проміжок в 0,5 секунди при зникненні основного джерела. Дозволяє об'єднати вітроустановку, громадську електромережу, дизель-генератор і інші джерела живлення в єдину автоматизовану систему. Увага: АВР не дозволяє працювати мережі одного об'єкта одночасно від двох різних джерел живлення!
5. Інвертор - перетворює струм з постійного, який накопичується в акумуляторних батареях, в змінний, який споживає більшість електроприладів.
Інвертори бувають чотирьох типів:
1. Модифікована синусоїда - перетворює струм в змінний з напругою 220В з модифікованою синусоїдою (ще одна назва: квадратна синусоїда). Придатний тільки для обладнання, яке не чутливе до якості напруги: освітлення, обігрів, заряд пристроїв і т.п.
2. Чиста синусоїда - перетворює струм в змінний з напругою 220В з чистою синусоїдою. Придатний для будь-якого типу електроприладів: електродвигуни, медичне обладнання та ін.
3. Трифазний - перетворює струм в трифазний з напругою 380В. Можна використовувати для трифазного обладнання.
4. Мережевий - на відміну від попередніх типів дозволяє системі працювати без акумуляторних батарей, але його можна використовувати тільки для виведення електроенергії в громадську електромережу. Їх вартість, як правило, в кілька разів перевищує вартість немережевих інверторів. Іноді вони коштують дорожче, ніж всі інші компоненти вітроустановки разом узяті.

2. Комплектація наших вітроустановок

У комплект наших вітроенергетичних установок входить:

1. турбіна
2. Щогла (не входить в комплект EuroWind 300L)
3. лопаті
4. кріплення
5. троси щогли
6. Поворотний механізм (тільки з вітрогенераторами EuroWind 3 і старше)
7. контролер
8. Анемоскоп і датчик вітру (тільки з вітрогенераторами EuroWind 3 і старше)
9. Хвіст (тільки з вітрогенераторами EuroWind 2 і молодше)

Акумулятори, інвертор і додатково обладнання підбираються індивідуально і в базову комплектацію не входять. Незалежно від комплектації вітрогенератор завжди автоматично позиціонується за вітром.

Комплектуючі вітрогенератора EuroWind 10

3. Підбір вітряка

Перше питання, на який ви повинні дати відповідь і який допоможе вам відповісти на інші питання: Для чого вам потрібен вітрогенератор і які завдання він повинен виконувати?

Відповівши на головне питання, ви можете без проблем відповісти на інші питання і вирішити який набір обладнання вам необхідний і скільки це буде коштувати.

Отже, три основні величини, які визначають роботу всього комплексу:

1. Вихідна потужність вітроустановки (кВт), визначається тільки потужністю перетворювача (інвертора) і не залежить від швидкості вітру, ємності акумуляторів. Ще її називають «піковим навантаженням». Цей параметр визначає максимальну кількість електроприладів, які можуть бути одночасно підключені до всієї системи. Ви не зможете одночасно споживати більше електроенергії, ніж дозволяє потужність вашого інвертора. Якщо ви споживаєте електроенергію рідко, але у великих кількостях, то зверніть увагу на більш потужні інвертори. Для збільшення вихідної потужності можливе одночасне підключення декількох інверторів.
2. Час безперервної роботи при відсутності вітру або при слабкому вітрі визначається ємністю акумуляторних батарей (Ач або кВт) і залежить від потужності і тривалості споживання. Якщо ви споживаєте електроенергію рідко, але у великих кількостях, зверніть увагу на акумулятори з великою ємністю.
3. Швидкість заряду акумуляторних батарей (кВт / год) залежить від потужності самого генератора. Також цей показник прямо залежить від швидкості вітру, а побічно від висоти щогли і рельєфу місцевості. Чим могутніше ваше генератор, тим швидше будуть заряджатися акумуляторні батареї, а це значить, що ви зможете швидше споживати електроенергію з батарей і в великих обсягах. Більш потужний генератор слід брати в тому випадку, якщо вітру в місці установки слабкі або ви споживаєте електроенергію постійно, але в невеликих кількостях. Для збільшення швидкості заряду акумуляторів можлива установка декількох генераторів одночасно і підключення їх до однієї акумуляторної батареї.

Виходячи з перерахованих вище факторів, для підбору вітрогенератора і супроводжуючого обладнання вам необхідно відповісти на три питання:

1. Кількість електроенергії, необхідне вашого об'єкта щомісяця (вимірюється в кіловатах). Ці дані необхідні для підбору генератора. Їх можна взяти з комунальних рахунків на оплату електроенергії або розрахувати самостійно, якщо об'єкт знаходиться в стадії будівництва.
2. Бажаний час автономної роботи вашої енергосистеми в безвітряні періоди або періоди, коли ваше споживання енергії з акумуляторів буде перевищувати швидкість зарядки акумуляторних батарей генератором. Даний параметр визначає кількість і ємність акумуляторних батарей.
3. Максимальне навантаження на вашу мережу в пікові моменти (вимірюється в кіловатах). Необхідно для підбору інвертора змінного струму.

4. Приклади підбору компонентів установки

Розглянемо кілька загальних прикладів підбору обладнання вітроустановки. Більш точний розрахунок може бути проведений нашими фахівцями і включає в себе набагато більше необхідних деталей.

Приклад розрахунку вітряка №1

опис:

Приватний будинок в Київській області знаходиться в стадії будівництва. За попередніми розрахунками мешканці будинку будуть споживати не більше 300 400 кВт електроенергії щомісячно. Витрати електроенергії не дуже високі, тому що господарі будуть використовувати для опалення та нагрівання води твердопаливний котел, а вітрогенератор необхідний тільки для повного забезпечення побутових приладів електроенергією.

Господарі проводять основну частину дня на роботі, а пік споживання електроенергії припадає на ранкові та вечірні години. У цей момент можуть бути включені електроприлади сумарною потужністю до 4 кВт.

Будинок знаходиться на височині і є відкритий простір навколо майбутнього місця установки вітрогенератора.

Суспільної електромережі немає.

завдання:

Повністю забезпечити 300-400 кВт електроенергії щомісячно з піковими навантаженнями до 4 кВт.

Рішення:

Щоб зрозуміти як швидко повинні заражатися акумулятори при витраті електроенергії 400 кВт на місяць, ми повинні розділити 400 кВт / міс на 30 днів (отримаємо щоденне споживання), а потім отримане число розділити на 24 години (400/30/24 = 0,56 кВт / годину - середнє повсякчасне споживання). Швидкість заряду акумуляторних батарей генератором повинна скласти як мінімум 560 Ватт на годину.

У Київській області низька середньорічна швидкість вітру, але відкритий простір і піднесення об'єкта дозволить вітрогенератору працювати як мінімум на 30-40% від номінальної потужності. Для більш точних показників можна зробити вимір швидкості вітру в місці установки.

Для того, щоб забезпечити заряд акумуляторних батарей генератором за цих умов зі швидкістю 560 Ватт на годину, потрібно взяти генератор, номінальна потужність якого буде як мінімум в три рази більше необхідної, тому що генератор буде працювати всього на 30-35% від номінальної потужності (560Вт / ч * 3 = 1680Вт / ч). Для цих потреб нам підходить генератор EuroWind 2 з номінальною потужністю 2000 Ватт.

Акумулятори:

Проводячи 8-9 годин на роботі в будні дні, господарі відсутні, і енергоспоживання їх будинку зведено до мінімуму. У нічний час споживання також зведено до мінімуму. Основне споживання відбувається вранці і ввечері. Між цими основними піками існує інтервал в 8-9 годин.

При середньому рівні заряду акумуляторних батарей 560 Вт / год за інтервал 8-9 годин вітровий генератор зможе виробити близько 5000 Ватт. У вітряні дні цей показник може збільшитися як мінімум в два рази, тому за той же період часу може бути вироблено 10000 Ватт електроенергії.

Генератор EuroWind 2 має напругу 120 Вольт, тому йому необхідно 10 акумуляторів з напругою 12 Вольт (12В * 10 = 120В). Одна акумуляторна батарея 12В 100Ач здатна зберегти до 1,2 кВт електроенергії. Десять таких батарей можуть зберегти до 12 кВт (1200Вт * 10 = 12000Вт). Для запасу 10000 Ватт електроенергії нам відмінно підійдуть 10 акумуляторних батарей 12В з місткістю 100Ач.

інвертор:

Для максимального споживання електроенергії в пікові моменти до 4 кВт, можна встановити інвертор 5 кВА. Він зможе забезпечити постійне навантаження 4 кВт і пускові струми до 6 кВт (150% навантаження). Таблицю сумісності інверторів ви знайдете в розділі Інвертори .

Додаткове обладнання:

АВР в даному випадку не потрібний, тому що немає основної мережі, а комутацію з дизельним генератором (або бензиновим) можна робити за допомогою перекидного рубильника.

А ось дизельний генератор на 5 кВт в нашому випадку не завадить - його можна використовувати як резервне живлення при повній відсутності вітру.

РАЗОМ:

Для повного енергозабезпечення об'єкту нам необхідний генератор EuroWind 2, 10 акумуляторних батарей 12В з місткістю 100Ач, інвертор 5 кВА, дизельна електростанція на 5 кВт.

Приклад розрахунку вітряка №2

опис:

Невеликий готель на 8 номерів разом з рестораном розташовані на трасі у відкритому полі. Середньорічна швидкість вітру в місці установки була заміряна попередньо і становить 6,8 м / с. Витрати електроенергії на побутові прилади і освітлення складають 60 кВт на один номер на місяць і близько 2500 кВт в місяць на ресторан. Ресторан і готель обігріваються, кондиціонують і круглий рік забезпечують себе гарячою водою за допомогою трифазного геотермального теплового насосу інверторного типу потужністю 14 кВт. Споживання електроенергії даного теплонасоса складає 3,5 кВт / год, а пускові струми - всього 2,8 кВт.

У ресторані і готелі використовуються енергозберігаючі лампи для освітлення. Пікове навантаження при використанні електроприладів та освітлення об'єкта становить близько 7,5 кВт (не рахуючи 3,5 кВт теплонасоса).

Є громадська електромережу, але вона не може забезпечити потреби, тому що виділена лінія потужністю тільки 4 кВт. Велику потужність не може забезпечити місцева підстанція.

завдання:

Повне забезпечення об'єкта незалежної електроенергією, опаленням і резервним живленням від основної мережі.

Рішення:

Щомісячний витрата електроенергії на зміст номерів складе 60 кВт * 8 номерів = 480 кВт на місяць. Загальний витрата електроенергії на зміст готелю і ресторану без урахування опалювання складе 2980 кВт в місяць (480 кВт +2500 кВт = 2980 кВт). Звідси випливає, що середнє повсякчасне споживання на всі споживачі електричного струму і освітлення без урахування обігріву складе 4,14 кВт / год (2980 кВт / 30 днів / 24 години = 4,14 кВт / год). До цього числа необхідно додати 3,5 кВт / год, які буде споживати теплонасос. У підсумку ми отримуємо, що генератор повинен забезпечувати нас як мінімум 7,64 кіловатами електроенергії щогодини (4,14 кВт / год + 3,5 кВт / год = 7,64 кВт / год).

Середньорічна швидкість вітру 6,8 м / с дозволяє генератору працювати як мінімум на 40% від номінальної потужності. Звідси випливає, що номінальна потужність генератора повинна складати як мінімум 19,1 кВт / год (7,64 кВт / год / 40% = 19,1 кВт / год)

Для цих цілей відмінно підійшов би генератор EuroWind 20, але він розрахований на більш високі середні швидкості вітру, як і інші потужні генератори (EuroWind 15, 20, 30, 50). Тому ми віддамо перевагу двом генераторам EuroWind 10, які будуть працювати в одній системі, замість одного генератора EuroWind 20. Тим більше, що вільне місце для установки вітрогенератора в даному випадку не критично - є вільна площа навколо готелю і ресторану.

Акумулятори:

У цьому комплексі практично відсутні великі перерви у використанні електроенергії, а постійні вітри підтримують рівномірний рівень заряду акумуляторів.

В цьому випадку необхідні акумулятори, які будуть своєрідним «буфером» між генератором і інвертором. Їх головне завдання полягатиме в стабілізації і випрямленні напруги, а не накопичення електроенергії.

Генератор EuroWind 10 має напругу 240 Вольт, тому йому необхідно 20 акумуляторів з напругою 12 Вольт (12В * 20 = 240 В). Одна акумуляторна батарея 12В 150Ач здатна зберегти до 1,8 кВт електроенергії. Двадцять таких батарей можуть зберегти до 36 кВт (1800Вт * 20 = 36000Вт). Запасу електроенергії в 36 кВт має вистачити всього комплексу майже на 5 годин безперервної роботи при середньому навантаженні при повній відсутності вітру. Для цього нам підійдуть 20 акумуляторних батарей 12В з місткістю 150Ач.

інвертор:

Для максимального споживання електроенергії в пікові моменти до 7,5 кВт, можна встановити інвертор 10 кВА. Він зможе забезпечити постійне навантаження 8 кВт і пускові струми до 12 кВт (150% навантаження).

А для забезпечення теплонасоса потужністю 3,5 кВт нам необхідний трифазний інвертор, тому що цей теплонасос вимагає трифазний струм з напругою 380В. В цьому випадку візьмемо ще один інвертор - трифазний 5 кВА, який забезпечить нас напругою 380В і постійною потужністю 4 кВт.

Можна встановити АВР, який буде автоматично перемикати харчування готелю і ресторану з вітрогенератора на громадську електромережу в разі повного затишшя і розряду акумуляторних батарей. Середнє споживання готелю і ресторану (4,14 кВт) практично дорівнює потужності громадської лінії електропередач, яка була виділена об'єкту (4 кВт), тому резервне живлення буде забезпечено.

Для резервного забезпечення теплового насоса можна встановити трифазну бензинову або дизельну електростанцію потужністю 3,5 4 кВт, тому що громадська електромережа не зможе забезпечити трифазний струм для резервного живлення теплонасоса.

РАЗОМ:

Для повного енергозабезпечення цього об'єкта нам потрібні два генератор EuroWind 10, 20 акумуляторних батарей 12В з місткістю 150Ач, однофазний інвертор 10 кВА, трифазний інвертор 5 кВА, АВР, бензинова або дизельна електростанція на 3,5-4 кВт.

5. Схеми роботи вітрогенератора

Наводимо кілька популярних схем роботи вітрогенераторних систем зі споживачем. Це всього лише деякі приклади, тому можливі і інші схеми роботи. У кожному разі складається індивідуальний проект, який здатний вирішити поставлене перед нами завдання.

Автономне забезпечення об'єкту (з акумуляторами).

Об'єкт харчується тільки від вітроенергетичної установки.

Вітрогенератор (з акумуляторами) і комутація з мережею.
АВР дозволяє перемкнути живлення об'єкту за відсутності вітру і повному розряді акумуляторів на електромережу. Ця ж схема може використовуватися і навпаки - вітрогенератор, як резервне джерело живлення. В цьому випадку АВР перемикає вас на акумуляторні батареї вітрогенератора при втрати харчування від електромережі.

Вітрогенератор (з акумуляторами) і резервний дизель- (бензо-) генератор.
У разі відсутності вітру і розряді акумуляторних батарей відбувається автоматичний запуск резервного генератора.

Вітрогенератор (без акумуляторів) і комутація з мережею.
Громадська електромережу використовується замість акумуляторних батарей - в неї йде вся вироблена електроенергія і з неї споживається. Ви платите тільки за різницю між виробленою і спожитою електроенергією. Така схема роботи поки-що не дозволена в Україні і в багатьох інших країнах.

Гібридна автономна система - сонце-вітер
Можливе підключення сонячних фотомодулів до вітрогенераторних системі через гібридний контролер або за допомогою окремого контролера для сонячних систем.

Збільшення продуктивності системи.
Можливо встановити два і більше генератора, інвертора і комплекту акумуляторів для збільшення потужності системи.

Також можливі інші схеми роботи і комутації вітрогенераторів.