Опыт использования ветроэлектрической установки малой мощности бриз-5000

Размещено на http://www.allbest.ru/

Опыт использования ветроэлектрической установки малой мощности бриз-5000

Аннотация

В данной статье приведено описание опыта использования ветроэлектрической установки в Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» на территории Ленинградской области. Описана работа ветрогенератора, даны рекомендации к усовершенствованию установки.

Ключевые слова: ветроэлектрическая установка Бриз-5000

По данным AWEA (Американская ветроэнергетическая ассоциация), в США в 2006 г. было продано 6.807 малых ВЭУ, суммарной установленной мощностью 17 543 кВт. В остальном мире в 2006 г. были проданы 9.502 малых турбины (без учёта США), их суммарная мощность составила 19.483 кВт. Департамент Энергетики США (DoE) в конце 2007 года объявил о готовности финансирования особо малых ветрогенераторов (мощностью до 5 кВт) персонального использования. Нынешний уровень мощностей ВЭС в США, по информации AWEA, в 5 раз превосходит показатели 2006 года и в 2 раза - 2008 года. ветроэлектрический ветрогенератор установка

В 2012 году американский рынок малых ВЭУ увеличился на 18,4 МВт новых мощностей в сфере продаж, что составляет почти 3700 турбин и $ 101 млн. инвестиций. В общей сложности совокупная мощность малых ветряных турбин составила 216 МВт, что составляет более 155 000 единиц ветрогенераторов, проданных с 1980 года.

В России процесс установки ветрогенераторов для энергоснабжения домов или малых производственных (коммерческих) объектов только зарождается.

С использованием возобновляемых источников энергии в России ежегодно вырабатывается не более 8,5 млрд. кВт•ч электрической энергии, без учета гидроэлектростанций установленной мощностью более 25 МВт, что составляет менее 1 % совокупного объема.

На протяжении последних 10 лет в России для развития рынка производства и использования ветроэнергетических установок активно разрабатывается и принимается нормативно-правовая база, нормативно-техническая документация, создаются некоммерческие организации и партнерства, например, такие как: РАВИ - Российская ассоциация ветроиндустрии; РВЭА - Российская ветроэнергетическая ассоциация.

В 2007 году были приняты поправки к Федеральному закону «Об электроэнергетике», заложившие рамочные основы развития отрасли. Это событие способствовало как формированию институциональных условий функционирования рынка, так и повышению инвестиционной привлекательности отрасли. В мае 2013 года Правительство РФ подписало пакет мер по поддержке возобновляемых источников энергии.

Согласно ветровому кадастру России, 40 % ее территории может эффективно использоваться для выработки электроэнергии с помощью ВЭУ [1] .

В тоже время вопрос эффективности использования малых ВЭУ и энергетических комплексов на их основе, особенно отечественного производства в условиях сурового климата России представляется недостаточно изученным.

Горным университетом приобретен электротехнический комплекс на базе малой ВЭУ «Бриз 5000» отечественного производства ЗАО «Ветроэнергетическая компания» (г. Санкт-Петербург). Энергетический комплекс предназначен для проведения научных исследований, оценки эффективности работы подобных систем, а также для автономного электроснабжения наружного освещения территории учебной опытно-экспериментальной базы университета по адресу: Ленинградская область, Тосненский р-н, пос. Ульяновка, ул. Володарского, д. 133, лит. А. Место установки ВЭУ на территории базы было выбрано с учетом обеспечения минимального затенения (торможения ветрового потока) от существующих и проектируемых зданий с учетом планов развития учебного комплекса (см. рисунок 1).

Рисунок 1 -- Место установки ВЭУ на территори учебной опытно-экспериментальной базы

Основные элементы генерирующего электротехнического комплекса -- ВЭУ «Бриз 5000», кислотно-гелиевые аккумуляторные батареи (АКБ), инвертор, управляемое зарядное устройство.

ВЭУ «Бриз 5000» состоит из ветроколеса с тремя лопастями из стеклопластика, которое крепится непосредственно к валу генератора на постоянных магнитах. Генератор закреплён на опорно-поворотном узле, имеющем вынесенный хвостовой флюгер, для ориентирования ветрогенератора по направлению ветра. В опорно-поворотном узле размещается токосъемник для передачи энергии от электрического генератора дальше в кабельную линию, сам узел крепится к сборной трубчатой мачте, которая удерживается в вертикальном положении двумя уровнями оттяжек.

Основные технические характеристи электрогенерирующего комплекса на базе малой ВЭУ приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики комплекса

Электротехнический комплекс на базе малой ВЭУ вырабатывает электрическую энергию по следующей схеме (см. рисунок 2):

1. ВЭУ под воздействием ветра (при скоростях от 3 м/с до 45 м/с) вырабатывает переменный ток различного напряжения, при этом частота тока непостоянна и изменятся от 10 Гц до 100 Гц.

2. Далее переменный ток непостоянной частоты преобразуется в неуправляемом (диодном) выпрямителе и поступает на клеммы АКБ для их заряда.

3. Уровень заряда АКБ контролируется с помощью реле напряжения, которое при превышении допустимого уровня в 60 В, с помощью тиристорного ключа производит переключение с АКБ на балластное сопротивление выполненное в виде трубчатого электронагревателя (ТЭН). При понижении напряжения на АКБ ниже 56 В, реле производит обратное переключение и подзаряд аккумуляторов продолжается.

4. АКБ не только накапливают электроэнергию в буферном режиме, но и выравнивают и стабилизируют уровень выходящее напряжение с генератора ВЭУ.

5. На вход инвертора от выпрямителя подается стабилизированное напряжение в зависимости от степени заряда АКБ (от 42 В до 60 В). В случае когда ток нагрузки превышает, ток вырабатываемый ВЭУ, идет разряд аккумуляторов, в противном случае происходит заряд АКБ. На выходе инвертора в зависимости от его типа получается либо однофазное напряжение (230 В), либо трехфазное (380 В). В рассматриваемом комплексе используется однофазный инвертор номинальной мощностью 6 кВт.

Рисунок 2 -- Схема ветроэнергетического комплекса

В ходе эксплуатации ветроэнергетического комплекса был выявлен ряд недостатков и замечаний, влияющих на удобство эксплуатации и обслуживания комплекса, а также надежность электроснабжения потребителей (см. рисунок 3).

Рисунок 3 -- Схема энергетического комплекса на базе ВЭУ «Бриз 5000» с указанием выявленных недостатков

Замечание №1: Место крепления лопастей к ступице ветроколеса и валу генератора, не защищено аэродинамическим кожухом. Под действие атмосферных осадков, открытые резьбовые соединения покрываются ржавчиной, за 2,5 года стопорная металлическая проволока разрушилась.

Замечание №2: Отсутствует устройство ручного отключения (тормоз) ВЭУ, находящееся в открытом доступе на уровне земли.

Замечание №3: В качестве питающего силового кабеля, проложенного от генератора ВЭУ до выпрямительного устройства (регулятора заряда) использован кабель марки КГ, срок службы которого составляет 4 года, согласно ТУ 16.К73.05-93 и не соответствует 20-летнему сроку эксплуатации комплекса.

Замечание №4: В качестве силового разъем на корпусе регулятора заряда на конце трехфазной питающей линии использован силовой разъем «2Р+PE», 32 А для подключения трехфазной линии.

Замечание №5: Присоединение электрических выводов генератора к токосъемнику осуществлено с использованием не защищенного (от прикосновения и атмосферных осадков) болтового соединения на изоляторах.

Замечание №6: ВЭУ не оснащена отдельным заземляющим устройством, фундаментные блоки между собой соединяются посредством стальных тросов - выполняющих роль растяжек удерживающих мачту ВЭУ в вертикальном положении.

Замечание №7: Устройство натяжения тросов (талреп), удерживающих ВЭУ в вертикальном положении, имеет маленький диапазон регулирования, который не превышает 115 мм.

Замечание №8: Условия размещения аккумуляторных батарей (АКБ) согласно инструкции выданной поставщиком/производителем ВЭУ не соответствуют требованиям производителя АКБ.

Замечание №9: Регулирование степени заряда осуществляется под управления реле напряжения «48 В». Выход из строя данного элемента приводи к перезаряду АКБ. Данный ответственный элемент (реле «48В») не зарезервирован и не имеет аварийных цепей отключения ВЭУ.

Замечание №10 и 11: В инструкции по эксплуатации ВЭУ отсутствует информация о необходимости обеспечения заземления одного из полюсов АКБ, а также отсутствуют указания о необходимости установки двухполюсного аппарата защиты на фазный (L) и нулевой рабочий (N) проводники.

В представленном комплексе особое внимание следует уделить контроллерам заряда, так как они, по сути, являются управляющими устройствами всей системы. Данные приборы предназначены для: контроля и индикации величины зарядного тока и напряжения аккумуляторных батарей; отключения батарей от источников питания при достижении напряжения предельного значения; автоматического поиска точки максимальной эффективности.

При проведении научных исследований важно, чтобы контроллер заряда имел возможность регистрации данных с последующим их сохранением и передачей на персональный компьютер. Функция регистрации данных должна быть установлена и на инверторе. В таком случае можно будет оценить эффективность работы как всей системы в целом, так и отдельных ее элементов. При изучении работы подобных энергетических систем важно уделять внимание на то, куда расходуется полученная электроэнергия.

В процессе эксплуатации работниками кафедры была произведена модернизация установленного ветроэлектрическго комплекса (ВЭК) с целью полного устранения выявленных замечаний. В настоящее время ВЭУ используется:

- в учебном процессе студентов и магистрантов при выполнении связанных с изучением ветроэнергетики лабораторных работ;

- в научно-исследовательской работе магистрантов и аспирантов по направлению 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»;

- в качестве демонстрационного комплекса по использованию ВИЭ, энергии ветра для слушателей курсов повышения квалификации учебно-образовательного центра «Энергосбережение и энергоэффективность»;

- в качестве комплекса автономного электроснабжения сети электроосвещения территории опытно-эксперементальной базы, а также некоторого оборудования систем автоматики и местного освещения развернутой передвижной буровой установки МБУ-125 расположенной на территории учебной базы.

Библиографический список

Николаев В.Г., Ганага С.В., Кудряшов Ю.И. Национальный кадастр ветроэнергетических ресурсов РФ и методические основы их определения. М.: Атмограф, 2008. 582 с.

Размещено на Allbest.ru