Новые пути реализации повышения энергоэффетивности

Олейников А.М.
д.т.н., профессор, заведующий кафедрой
судового электрооборудования ФГАОУ ВО
"Севастопольский государственный университет"
телефон:+7(978)7153501
e-mail: oma091041@gmail.com
Терещенко П.В.
начальник цеха ФГУП “13-й СРЗ” КЧФ
телефон:+7(978)9437791
Матвеев Ю.В.
к.т.н., доцент кафедры судового электрооборудования
ФГАОУ ВО
"Севастопольский государственный университет"
телефон:+7(978)0070639
e-mail: Yuriy-radio@mail.ru
Усачев В.В.
студент ФГАОУ ВО
"Севастопольский государственный университет"
телефон:+7(978)7888302
НОВЫЕ ПУТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПОВЫЩЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ВЕТРОЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Ключевые слова: ветроколесо, ветроэлектрическая установка, тихоходные
генераторы
Ветроэнергетика, как один из видов альтернативной энергетики, переживает этап
бурного развития и роста.
Основные задачи, связанные с разработкой и эксплуатацией современных
ветроэлектрических установок (ВЭУ) большой мощности, преимущественно
горизонтально-осевого типа, лежат в повышении их энергоэффективности и надежности.
Если сейчас уже работают ВЭУ с единичной мощностью 5 МВт, то в ближайшей
перспективе реально возрастание единичной мощностью до 10…12 МВт. Ограничения,
связанные с увеличением вырабатываемой электрической мощности, связаны как с
габаритами современных ВЭУ, так и с динамическими нагрузками на лопасти
ветроколеса, требующими применения новых материалов, а также аэродинамическими
возможностями ветротурбины. В этом плане одними из путей повышения
энергоэффективности ВЭУ этого типа видится в улучшении характеристик генераторов, а
также в дроблении мощности ветрового потока на несколько генераторов, установленных
на одной опоре. Проекты таких ВЭУ имели место в истории ветроэнергетики. В качестве
примера можно назвать недавние разработки ВЭУ на 750 и 1000 кВт, выполненные
проектно-конструкторским технологическим бюро “Конкорд”. В этих установках
генерирование энергии осуществляется тремя быстроходными генераторами, которые
объединены в общую электрическую цепь. Каждый из этих генераторов установлен в
средней части лопастей основного ветроколеса и снабжен “малым” ветроколесом
относительно небольшого диаметра. В процессе работы ВЭУ реализуется
аэродинамическая мультипликация частоты вращения основного ветроколеса за счет того,
что генерирующие “малые” ВЭУ перемещаются по окружности в воздушном потоке, и их
скоростью вращения, в 12…15 раз превышающей скорость вращения основного
ветроколеса.
Как альтернатива этому довольно схожему по конструкции и эксплуатации проекту
авторами разработана многомашинная ВЭУ вертикально-осевого типа. Ее суть
заключается в том, что вся электрическая часть, расположенная в основании опоры на
неподвижной платформе, включает заданное число генераторов (от нескольких единиц до
сотни), которые приводятся во вращение от вертикальн–осевой ветротурбины, при этом
через узел соединения генераторов и турбины реализуется механическая редукция, так что
при относительно низкой скорости вращения рабочего ветроколеса (1…2 об/мин)
обеспечивается работа генераторов переменного или постоянного тока (на 75…375
об/мин). Такая ВЭУ отличается высокой надежностью, простотой обслуживания и
способностью эффективно работать при широком диапазоне мощности ветрового потока,
что обеспечивается возможностью варьировать числом включаемых генераторов в
зависимости от скорости ветра, а для запуска ВЭУ могут быть использованы эти же
генераторы в двигательном режиме работы. Максимальная ее мощность ограничивается
только аэродинамическими возможностями ветроколеса. Для размещения ВЭУ этого типа
можно использовать, например, плато Крыма Ай-Петри и другие ветровые площадки. При
определенных значениях ометаемой площади ветроколеса, вырабатываемая электрическая
мощность может составлять от 10 до 12 МВт. Данная разработка защищена патентом.
Здесь следует отметить, что подобные проекты, по имеющимся данным, разрабатываются
в Китае и в других странах.
ВЭУ такого типа требуют применения специальных тихоходных генераторов. С
этими целями в Севастопольском государственном университете разработаны генераторы
с электромагнитным возбуждением и на постоянных магнитах различного исполнения в
широком диапазоне мощностей и скоростей вращения (от 2,5 до 25 кВт и от 75 до 750
об/мин).
В докладе продемонстрированы образцы разработанных генераторов, а также
образцы ветроустановок, испытанных в реальных условиях эксплуатации.
Генераторы с электромагнитным возбуждением с мощностями от 2,5 кВт до 10 кВт
были установлены в ветроустановках горизонтально-осевого типа, расположенных на
полигонах Крыма, в том числе мощностью 10 кВт на 125 об/мин и генератор на 10 кВт на
750 об/мин были установлены на безредукторных ВЭУ, которые прошли испытания в п.
Межводное (на севере Крыма). Эти машины предназначены для автономной (или сетевой)
безредукторной ВЭУ, названной нами УВЭ – 10, с регулируемым углом установки
лопастей для поддержания постоянным числа оборотов ветроколеса. Генераторы были
выполнены по типу явнополюсного СГ традиционной конструкции, а главными
критериями при их проектировании выступали доступность конструкционных
материалов, простота, надежность и невысокая стоимость, а также ограничение массы и
габаритов. Кроме того, в экспериментальных ветроустановках были испытаны генераторы
на постоянных магнитах с мощностями 2,5 кВт, 375 об/мин и 25 кВт, 125 об/мин.
Результаты исследований реализованы в ряде учебных пособий, а также в комплексе
учебников: Ветроэлектрогенераторы; Ветроэнергетика; Альтернативная энергетика;
Ветроводородная энергетика, удостоенных Государственной премии Украины в области
науки и техники за 2012 год.