Теоретичні відомості. Енергія руху атмосферних потоків, тобто енергія вітру є перетвореною формою сонячної енергії

Енергія руху атмосферних потоків, тобто енергія вітру є перетвореною формою сонячної енергії. Вітер виникає через різницю в температурі нагрівання континентів і морів, полюсів і екватора, тобто через різницю тисків між окремими тепловими зонами, а також через силу Коріоліса, пов'язану з обертальним рухом Землі. Відомо, що близько 1-2 % сонячної енергії, що доходить до поверхні Землі, перетворюється на кінетичну енергію вітру, яка складає близько 2700 TВт.

Вітроенергетичні ресурси. Енергетичні ресурси вітру поділяються на два види: потенційні й технічні.

Потенційні вітроенергоресурси – це сумарна енергія руху повітряних мас, що переміщуються над розглянутою територією. У природі ці ресурси надзвичайно великі. Однак на практиці використовується лише деяка частина потенційних енергоресурсів.

Технічні вітроенергоресурси – це та частина потенційних вітроресурсів, що може бути використана за допомогою наявних у цей час технічних засобів для цілей одержання вітрової електроенергії.

Вітер – потік повітря в горизонтальному напряму є векторною величиною. Вітер має дві складові: швидкість вітру, виражену в м/с, і його напрямок по 8 або 16 румбам. Швидкість вітру є найважливішою складовою, оцінка якої необхідна для розрахунку потенційних вітроенергоресурсів досліджуваної території.

Вітер використовують для одержання вітрової електроенергії за допомогою вітроенергетичних установок (ВЕУ).

Вітроенергетичні установки. ВЕУ представляє собою комплекс взаємопов’язаного обладнання та споруд, призначений для перетворення енергії вітру в інші види енергії (електричну, механічну, теплову і т. д.). Вітроустановки поділяються на дві групи: промислові і побутові.

Промислові ВЕУ встановлюються державою або крупними енергетичними корпораціями. Як правило, їх об’єднують в мережі, в результаті створюється вітрова електростанція. Потужність кожної установки досягає 6 МВт.

Побутові ВЕУ встановлюються окремими особами або організаціями для задоволення власних потреб. Такі установки мають простішу конструкцію у порівнянні з промисловими та невеликі розміри. Потужність таких установок не перевищує 100 кВт.

Вітрогенератор або вітрова енергетична установка – це пристрій, що перетворює енергію набігаючого на нього вітру у електричну енергію. ВЕУ можуть працювати автономно або у складі вітрової електростанції. Будову вітрової електростанції схематично зображено на рис. 5.1.

Найважливішим елементом вітроелектроустановки є вітрова турбіна, яка перетворює енергію вітру в механічну енергію, що передається до генератора. Зазвичай використовуються трилопатеві ротори (рідше дволопатеві). Лопаті вітротурбіни закріплюються на валу ступиці та слугують для перетворення швидкісного напора вітру в обертальний момент валу вітрогенератора. Більшість лопатей виготовляються зі скловолокна, підсиленого поліестером. На потужних ВЕУ часто встановлюють систему гідравлічних приводів для зміни кута атаки лопатей ротору (0^о–80^о), для регулювання та стабілізації швидкості обертання вітрової турбіни. У разі збільшення швидкості вітру до аварійної межі лопаті встановлюються перпендикулярно до вітру.

Редуктор або мультиплікатор забезпечує підвищення швидкості обертання валу до тих обертів, при яких електрогенератор працює з найбільшою продуктивністю. Ротор встановлюється на повільнообертовому валу, оберти якого через редуктор передаються до швидкообертового валу. Швидкообертовий вал сполучається з валом генератора. Найчастіше ротор обертається зі швидкістю 15-30 об/хв., а редуктор збільшує швидкість обертання в 50 разів до 1500 об/хв. Ступінь редукції залежить від типу електрогенератора, який використовується в електростанції. Деякі моделі з тихохідними або багатополюсними електрогенераторами працюють взагалі без редуктора.

Гальмівна системаВЕУ. Вітрові турбіни обладнані стійкою та надійною системою безпеки, в тому числі системою гальмування, яка повинна забезпечити зупинку вітрової турбіни при перевищенні допустимих швидкостей вітру або у разі проведення ремонтних робіт. Для аварійного гальмування або призупинки ротору застосовують, зазвичай, дискові гальма.

Поворотна система. Гондола обертається у напрямку вітру за допомогою сервоприводу, закріпленого на вершині башти.

Електричне обладнання ВЕУ. В якості генераторів застосовують асинхронні або синхронні електрогенератори. В електростанціях великої потужності може використовуватися безпосередній привід, при цьому змінюється кількість пар полюсів асинхронної машини.

До складу електричного обладнання входить система керування, пристрої заземлення, розподільні щити, електричні проводи та система громовідведення. Мікропроцесорна система керування у автоматичному режимі підтримує оптимальні режими роботи ВЕУ, отримує дані та контролює окремі системи та агрегати установки.

Генератор, трансформатор, редуктор і механізми керування розміщені в гондолі. Крім того, гондола містить системи змащення, охолодження, дискові гальма тощо.

Вежа є сталевою, у формі труби, рідше має решітчасту конструкцію. Установки невеликої потужності, призначені для малих, індивідуальних споживачів, характеризуються значно простішою будовою. Вони не мають механізмів зміни кута атаки лопатей, гондола повертається за вітром за допомогою кіля, по принципу флюгера.