Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член

Новая конструкция ветроэлектроагрегата

 

Загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводят к глобальным изменениям климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии, которые экологичны и возобновляемы. В области использования энергии ветра Россией и другими странами уже наработан огромный опыт в создании и эксплуатации ветроагрегатов. В статье приведены результаты натурных испытаний российского ветроагрегата мощностью 10 кВт*, и показаны преимущества новой конструкции по сравнению с аналогичными моделями лучших отечественных и зарубежных установок.

Ветрополигон ВИЭСХ в г. Истре Московской области проводит испытания ветроэлектрических установок различной мощности. Результаты испытаний оформляются протоколами и отчетами с анализом полученных данных. При получении положительных результатов даются рекомендации по организации серийного производства.

К числу обязательных измерений относятся:

– определение мощностных характеристик ветроагрегатов в рабочем диапазоне скоростей ветра;

– проверка отсутствия резонансных режимов работы;

– проверка качества энергии в расчетном режиме и измерение производимого при работе уровня шума.

В 2002 году институт электромеханики ФГУП НИИЭМ (г. Истра) разработал ветро-дизельную электрическую установку мощностью 10 кВт с изготовлением двух опытных образцов. Руководил проектом главный конструктор С. А. Никонов, имеющий большой опыт создания ветроэлектрических установок (ВЭУ) мощностью от 1 до 250 кВт. Испытания двух новых образцов ветроагрегатов типа ВТН8-10 проводились на ветрополигоне ВИЭСХ около двух лет. По всем видам проверки были получены положительные результаты [1].

Ветроагрегат ВТН8-10 в период испытаний

Рисунок 1.

Ветроагрегат ВТН8-10 в период испытаний

На рис. 1 представлен общий вид данного ветроагрегата с двухлопастным ветроколесом диаметром 8 м и деревянными лопастями, выполненными с круткой 20°. Профиль лопастей – NACA-44, номинальная быстроходность ветроколеса равна 10. Ветроколесо устанавливается на валу магнитоэлектрического генератора  и имеет центробежный регулятор частоты вращения с ограничением на уровне 250 об/мин. Монтаж ветроагрегата на месте применения выполняется без использования бетона. Мачта ветроагрегата устанавливается на металлической плите (рис. 2), фиксируемой штырями, забиваемыми в грунт. Для крепления четырех растяжек на глубине 1,5 м горизонтально устанавливаются швеллеры длиной около 1 м. Связь тросовых растяжек со швеллерами обеспечивается при использовании металлических стержней, имеющих антикоррозионное покрытие. Подготовку ВТН8-10 к монтажу, включая засыпку траншей грунтом, обычно выполняют за один день. Монтаж ветроагрегата и подъем головки с ветроколесом осуществляется с помощью ручной лебедки за 2–3 часа. Проведенные в г. Истре и на побережье Финского залива (в режиме эксплуатации с энергоснабжением реальных потребителей) испытания ветроагрегатов с повторным использованием закладных деталей фундамента подтвердили надежность такого фундамента в процессе эксплуатации ветроагрегата.

Схема опорных устройств ВТН8-10

Рисунок 2.

Схема опорных устройств ВТН8-10

При натурных испытаниях была поставлена задача определить показатели эффективности ветроагрегатов, позволяющие сопоставить характеристики ветроагрегата ВТН8-10 с характеристиками лучших отечественных и зарубежных ветроэлектрических установок соизмеримой мощности.

В качестве основного показателя эффективности ветроагрегатов малой мощности (от 4 до 30 кВт) принимается общий КПД ветроагрегата h0, определяемый как отношение развиваемой генератором ветроагрегата мощности к энергии ветрового потока для нормальных климатических условий:

где Р – мощность, развиваемая генератором, кВт;

V – скорость ветра, м/с;

D – диаметр ветроколеса, м.

Мощностные характеристики и КПД ветроагрегата ВТН8-10 сопоставлялись с аналогичными показателями продукции Лианозовского электромеханического завода, выпускающего совместно с швейцарской фирмой ветроагрегат ВЭУ-30 (рис. 3), а также с характеристиками ветроустановок ВЭУ GEV10-25 (Франция) и АВЭУ6-4 (СССР) [2, 3]. Результаты приведены в таблице.

Таблица
Мощностные характеристики и КПД ветроагрегатов мощностью от 4 до 30 кВт
V, м/c ВТН8-10 ВЭУ-30 GEV10-25 АВЭУ6-4
Россия Россия, Швеция Франция СССР
Р, кВт η0 Р, кВт η0 Р, кВт η0 Р, кВт η0
5 1,4 0,36 4,7 0,4 1 0,16 0,6 0,28
6 3,0 0,45 8,2 0,4 3 0,29 1,2 0,32
7 4,7 0,45 13,0 0,4 6 0,36 1,8 0,30
8 7,0 0,44 18,5 0,38 9 0,36 2,7 0,30
9 9,4 0,42 24 0,35 12 0,34 3,6 0,29
10 10 0,32 30 0,32 15 0,31 4,0 0,28
11 10 0,24 30 0,24 19 0,29 4,0 0,17
12 10 0,15 30 0,18 22,5 0,27 4,0 0,13
13 10 0,14 30 0,14 27,5 0,26 4,0 0,10

Анализируя данные таблицы, можно сделать вывод, что самый высокий КПД, на уровне 0,45–0,42, имеет ветроагрегат ВНТ8-10. Это объясняется тем, что в нем применена аэродинамически совершенная форма лопастей ветроколеса, и отсутствует редуктор. Ветроагрегат ВЭУ-30 также не имеет редуктора, но его ветроколесо имеет поворотные части лопастей, вызывающие дополнительные потери. КПД ВЭУ-30 находится на втором месте: 0,40–0,35. Общий КПД редукторных агрегатов GEV10-25 и АВЭУ6-4 находится на уровне 0,29–0,36 и 0,29–0,32 соответственно. Есть основание полагать, что при увеличении диаметра ветроколеса с 8 до 14 м и при соблюдении аэродинамического подобия с ВТН8-10 можно создать ветроэлектрическую установку мощностью 30 кВт более высокого качества, чем ВЭУ-30 (Швеция).

Ветроагрегат ВЭУ-30 (Швеция)

Рисунок 3.

Ветроагрегат ВЭУ-30 (Швеция)

Благодаря натурным испытаниям установлено, что ветроагрегат ВТН8-10 обеспечивает начало заряда аккумуляторной батареи (АБ) напряжением 240 В, начиная со скорости ветра 3,5 м/с, и развивает номинальную мощность 10 кВт при скорости ветра 10 м/с. Однако в конце заряда АБ мощность заряда резко снижается. Чтобы не допустить понижения выработки энергии ветроагретата, в ВИЭСХ разработаны и проверены специальные блоки отбора мощности, которые при снижении или отключении тока заряда автоматически увеличивают отбор мощности на производство тепла или на подъем воды [4].

По результатам проведенных испытаний ветроагрегата ВТН8-10 можно сделать следующие выводы:

– разработан и испытан быстроходный ветроэлектрический агрегат ВТН8-10 мощностью 10 кВт, имеющий по сравнению с известными аналогами более высокий общий КПД преобразования энергии ветра;

– ветроагрегат ВТН8-10 имеет новый тип фундамента, не требующий применения бетона и положительно зарекомендовавший себя в работе;

– в период испытаний ветроагрегата разработан и проверен в процессе эксплуатации блок отбора мощности, позволяющий без ущерба для завершения заряда аккумуляторной батареи производить регулируемый отбор энергии ветроагрегата для производства тепла или подъема воды;

– на базе технических решений ВТН8-10 целесообразно разработать новые ветроагрегаты мощностью до 30 кВт и освоить их серийное производство для применения в районах, не имеющих централизованное энергоснабжение.

Литература

1. Харитонов В. П. Автономные ветроэлектрические установки. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006.

2. Ветроустановка мощностью 30 кВт (ВЭУ-30). Лианозовский электромеханический завод (ЛЭМЗ) // e-mail: windenergy-lemz@mail.ru.

3. European Wind Turbine Catalogue. Energy Centre Denmark. 4. Copenhagen, 1994.

4. А.с. № 1020628. Ветроэлектрический насосный агрегат / Н.Д. Абрамов. – Опубл. 1983. Бюл. № 20.

 

*Информация о ветроагрегатах мощностью 10 кВт печаталась также в журналах «Энергосбережение» 2005, № 5, с. 62–66; 2006, № 1, с. 82–85.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “Энергосбережение” за №4'2007

распечатать статью распечатать статью


Реклама
Реклама на нашем сайте
Rambler's Top100 Rambler's Top100 Яндекс цитирования



Кондиционирование, отопление, вентиляция

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте