ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИ СТИКИ И ПАРАМЕТРЫ

1. Определение, классификация, назначение. Ветро­электрическими установками (ВЭУ) постоянного тока называют установки, электроэнергия от которых распре­деляется на постоянном токе, независимо от рода тока их генераторов.

Применение постоянного тока в ВЭУ небольшой мощ­ности связано с аккумулированием энергии ветра с по­мощью электрохимических аккумуляторов. Аккумули­рование «а изолированных ВЭУ требуется для получе­ния резервного источника электроэнергии в период сла­бых ветров и использования избыточной энергии ветра в периоды сильных ветров и малой нагрузки.

По экономическим соображениям электрохимические аккумуляторы могут применяться лишь при малых на­грузках и низком напряжении. Поэтому мощности ВЭУ постоянного тока по большей части ограничиваются пре­делами 1—2 кет при напряжении сети 12—24 в и толь­ко в специальных отраслях хозяйства применяются вет- роустановки мощностью до 5—10 кет при напряжении сети 110—440 в. Такие мощности соответствуют в боль­шинстве случаев диаметру ветроколес 1—5 м, макси­мум Ю—12 м. Кроме аккумуляторов, на ВЭУ постоян­ного тока применяются иногда резервные тепловые дви­гатели.

По существующей классификации ВЭУ постоянного тока делятся на две группы:

А) Ветроустановки мощностью до 5 кет, называемые вегрозарядньши. Основное назначение их состоит в за­рядке аккумуляторов, которые могут использоваться для питания внешней нагрузки параллельно с ветроагре - гатом или без него. Они применяются в сельском хозяй­стве для питания колхозных радиоузлов, освещения от­дельных построек и ферм, обслуживания культурных нужд полевых станов, рыболовецких и других промыс­ловых бригад и т. д.

'б) Ветроустановки мощностью от 5 кет и обычно не более 10 кет, относящиеся к малым ВЭУ. Они ис­пользуются на железнодорожном транспорте для осве­щения станций, удаленных от электросетей, чему содей­ствует наличие на транспарте большого аккумулятор - ного хозяйства; на крайнем севере, где электроэнергия от тепловых установок особенно дорога; реже для сель­скохозяйственных объектов. Большей частью такие уста­новки дополнительно к аккумуляторам снабжаются ре­зервным тепловым двигателем.

2. Технические требования. К ВЭУ постоянного тока предъявляются следующие требования:

. а) Простота и надежность конструкции, так как в силу незначительной мощности и применения в мало­обжитых местах установки должны работать без квали­фицированного надзора и быть недорогими.

Б) Возможность работы ветроагрегата при малых скоростях ветра (3—4 м/сек) для обеспечения выра­ботки энергии в течение большей части годового вре­мени. Для выполнения этого требования должны быть выбраны конструкции ветроагрегатов, имеющие наи­меньшие потери холостого хода и ветроколеса с опти­мальным аэродинамическим режимом при малых скоро-- стях ветра.

В) Достаточная емкость аккумуляторов для питания потребителей в периоды безветрия и возможности боль­шего использования избыточной энергии ветра при больших скоростях и малых внешних. нагрузках.

На ВЭУ постоянного тока отпадает требование по­стоянства скорости вращения, предъявляемое к ветро- агрегатам переменного тока, так как постоянство на­пряжения на шинах может быть достигнуто и при. пере­менной скорости вращения генератора.

3. Компоновка оборудования. Механические схемы и компоновка оборудования ВЭУ постоянного тока раз-, личны в зависимости от типа установки.

■ Ветрозарядная установка обычно состоит из ветроагрегата с ветроколесом, сидящим непосредственно на валу генератора или соединенным с генератором че­рез редуктор; щитка с измерительной и коммутационной аппаратурой и шкафа с одной или двумя переносными аккумуляторными батареями. При двух батареях одна из них находится в заряде, а от другой питаются потре­бители.

На іветрозарядной установке с генератором мощ­ностью 1—3 кет, которая потребляет лишь часть мощ­ности ветродвигателя, предназначенного в основном для работы с механической нагрузкой, может быть использо­ван не только быстроходный, но и тихоходный ветродви­гатель. Генератор, установленный внизу башни, соеди­няется с трансмиссией ветродвигателя клиноременной передачей. Установка имеет щиток с электрической аппа­ратурой и аккумуляторную батарею, а резервный двига­тель обычно не предусматривается.

ВЭУ малой мощности (5—10 кет) состоит из быстро­ходного ветродвигателя, генератора, распределительного щита и аккумуляторной батареи. Для такой установки могут использоваться применяемые в сельском хозяй­стве быстроходные ветродвигатели универсального исполнения. Генератор, расположенный внизу башни, соединяется с ветродвигателем клиноременной переда­чей. Как правило, ветроустановка снабжается резервным тепловым двигателем, работающим на общий с ветро - агрегатом или отдельный генератор.

4. Выбор параметров ветроустановки и расчет емко­сти аккумуляторов. Наибольшая емкость аккумулятор­ной батареи требуется для обеспечения электроснабже­ния в маловетреные периоды. Поэтому емкость батареи нужно выбирать, исходя из длительности и повторяемо­сти этих периодов. Заданное количество энергии при жестком графике нагрузки и наличии аккумулирования может быть получено от ВЭУ при ветроколесах разного, диаметра, но чем меньше диаметр ветроколеса, тем больше должна быть емкость аккумулятора.

Практически при весьма ограниченном числе типов и мощностей ветродвигателей, выпускаемых промыш­ленностью, чаще приходится брать имеющийся ветро - агрегат или ветродвигатель, подходящий по установ­ленной мощности, и к нему подбирать аккумуляторную батарею.

Приближенный расчет емкости бата­рей методом суточных балансов энергии.

.Зная величину суточного потребления энергии и возмож­ные по ветровому графику суточные выработки ветро­агрегата за расчетный период, можно определить емкость аккумуляторов при разной степени обеопёченно - сти энергоснабжения путем составления балансов су­точной выработки и потребления энергии на каждые календарные сутки этого периода.

Суточная выработка ветроагрегата Ав пропорцио-

Гс

Нальна интегралу J v3 dt и может быть вычислена по о

Формуле

Т

А..СУТ=4>81 • і 1у3 dt mm ■ (з*1)

О

Где і, ч)м, Tj —средневзвешенные значения коэффициента использования энергии ветра и к. п. д. механической передачи и генератора. Формула (3-1) учитывает колебания скорости ветра в течение суток и поэтому определенная таким образом суточная выработка значительно отличается от величи­ны, которая может быть получена по кубу среднесуточ­ной скорости ветра. Поэтому суточная выработка долж­на определяться лишь на основании действительных суточных графиков изменения скорости ветра.

Точное определение выработки по фактическим гра­фикам для каждых суток длительного периода невоз­можно ввиду трудоемкости такого подсчета и отсут­ствия, как правило, достаточного количества наблюде­ний. Поэтому, пользуясь величинами иср. сут за длитель­ный период по данным метстанций, приходится ограни­чиваться вычислением приближенной зависимости суточ­ной выработки от среднесуточной скорости ветра с уче­том диапазона рабочих скоростей ветра, используемых данным ветроагрегатом. По ограниченному числу суточ­ных наблюдений (например, месяцу) в месте установки агрегата или ближайшем пункте определяется зависи-

»р

Мость иср сут от которая переносится на весь дан-

Ный сезон.

Такая зависимость может быть аыражена или не­посредственно графиком или в виде коэффициента поправки на

Vs dt

О

Кв— с3 т ' f(V=yT)' *

Ср. сут* с

Который нужно умножить на vj! p, чтобы получить по этой величине действительную выработку установки А т.

Разница между возможной выработкой ветроагрегата Лвсут и суточным потреблением АПшСут будет определять необходимую емкость аккумуляторов Аа т:

■^ак. сут "^п. сут Л>.сут - ^

Общая емкость аккумуляторов определяется числом суток п, в течение которых аккумуляторы должны пи­тать нагрузку и выражается произведением пАаксут.

Расчет параметров ветроустановки при определении выработки ведется в следующем порядке:

1. По данным потребителей подсчитываются средне­суточные нагрузки и суточное потребление Лпсут.

2. Для средневетреного года (50°/о обеспеченности) по формуле (3-1) или коэффициентам kB подсчитываются значения возможной выработки ветроагрегата А т для одного или нескольких диаметров ветроколес D.

3. Для разных емкостей аккумулятора от нулевой до семи восьмисуточной подсчитываются в табличной фор­ме для каждых суток балансы выработки и потребле­ния энергии с учетом аккумулирования.

4. Подсчитывается годовое число суток, в которые потребитель не удовлетворяется энергией, и строятся кривые зависимости их числа (или обеспеченности в процентах) от величин емкости аккумулятора (рис. 3-1). Полученные величины расчетной емкости ак­кумулятора должны быть увеличены делением на сред­ний эксплуатационный к. п. д. свинцовых аккумуляторов

5. Проводится подсчет стоимости сооружения ВЭУ и себестоимости энергии три заданной степени обеспе­ченности энергоснабжения для вариантов с тепловым резервом и без него и строятся кривые зависимости стоимости энергий4 от емкости аккумулятора. Выбирает­ся вариант наименьшей стоимости энергии.

Выбранная величина емкости батареи должна быть проверена по допустимому зарядному току, величина которого должна 'быть не меньше номинального то­ка генератора ветроагре­гата, и по допустимому § разрядному току нагруз - ки. 5

П р И б Л И Ж е H Н Ы1 й метод расчета е м - §. кости батареи по* таблице. При отсут - § ствии данных по структу - ^ ре ветрового потока и для ориентировочных расче­тов емкости аккумулято­ров может служить табл. 3-1.

Она составлена В. Р. Секторовым и Г. А. Печ-

Ковским на основании данных четырехлетних наблюдений периодов безветрия в одном из пунктов Московской обла­сти для Vp =8 МІ сек и разных имин ветроагрегатов. Сле­дует учитывать, что аккумуляторы, выбранные по этой таблице, не проверены на возможность их полного за­ряда в периоды между разрядами, что учитывается в приведенной выше методике более точного расчета ем­кости аккумуляторов, вследствие чего мощности ветро­двигателей при выборе аккумуляторов по табл. 3-1 нуж­но брать с запасом 20—25%.

Из табл. 3-1 видно, что длительность нерабочих пе­риодов ветродвигателей сильно возрастает при увели­чении начальной рабочей скорости ветродвигателя. Тре­буемая емкость аккумуляторов для получения заданной обеспеченности питания потребителей зависит от числа длительных нерабочих периодов ветроагрегата.

Обеспеченность покрытия нагрузки в процентах мо­жет быть подсчитана по приближенной формуле

Г

Р = 100 100 ["г(2 ~ ,п) + "»(3 — /я) + (4 — /и) + . ■ ■]

365

Где n2V п3 и т. Д. — число нерабочих периодов в году про­должительностью 2, 3,4 и т. д. суток; т — емкость аккумуляторов в сутках.

Если разность, стоящая в круглых скобках, отрица­тельна, то она исключается из формулы (3-3). Расчет по формуле (3-3) и табл. 3-1 показывает, что при р«95% можно ограничиваться общей емкостью аккумуляторов в пределах 1—5 суток при w г =4,5—6 м/сек и »мин = = 3—5 м/сек.

При выборе емкости аккумуляторов по табл. 3-1 для потребителей с суточным расходом энергии более 1 квт-ч, и работе с ветродвигателями, имеющими имин=4—5 м/сек, расчетная емкость получается весьма значительной. В этих случаях целесообразно применять резервный тепловой двигатель, что позволяет ограничи­ваться установкой аккумуляторов с одно-двухсуточным запасом емкости.