Tuuleelektrijaamad

Tuuleelektrijaam (HP) on omavahel ühendatud rajatiste ja konstruktsioonide kompleks, mis on loodud tuuleenergia muundamiseks teist tüüpi energiaks (elektriliseks, mehaaniliseks, soojusenergiaks jne).

Tuuleturbiin kui tuuliku põhiosa, koosneb tuulikust, tuuleenergia koormusele (kasutajale) edastamise süsteemist ja tuuleenergia kasutajast endast (iga seade: elektrimasina generaator, veepump, küttekeha, jne) .

Tuuleturbiin on seade tuule kineetilise energia muundamiseks tuuliku tööliikumise mehaaniliseks energiaks. Tuuleturbiini tööliigutused võivad olla erinevad. Tänapäeval kasutatakse olemasolevatel tuuleturbiinidel tööliikumisena ringikujulist pöörlevat liikumist. Samal ajal on teada (mõnikord isegi rakendatud) arvukalt ettepanekuid muude tööjõuliikumise, näiteks võnkumise, kasutamiseks.

Tuuleturbiini labade süsteem (tuuleratas) võib olla erineva konstruktsiooniga.Kaasaegsetes tuuleturbiinides valmistatakse labasüsteem tahkete labade kujul, mille ristlõikes on tiivaprofiil (mõnikord kasutatakse sel juhul termineid «laba» või propellertuulikud).

Tuntud edukalt töötavad labasüsteemid, milles labade asemel kasutatakse pöörlevaid silindreid (kasutades Magnuse efekti). On tehtud ettepanekuid luua erinevat tüüpi painduvate pindadega (purjedega) labadel põhinev labade süsteem.

Seetõttu tera – see on propelleri komponent, mis genereerib pöördemomenti. Ringikujulise pöörleva liikumisega tuuleturbiini labade süsteemil võib olla horisontaalne või vertikaalne pöörlemistelg.

Konkreetse tuuliku arvutamisel ja projekteerimisel tuleb lisaks selle töö tuuletingimustele arvestada nii tuuliku, tiikpuu kui ka kogu tuuliku omadusi. Sellega seoses liigitatakse tuuleturbiinid järgmiste kriteeriumide alusel:

• toodetud energia tüüp,

• Jõu level,

• kohtumine

• Kasutusvaldkonnad,

• tuuleturbiini konstantse või muutuva kiirusega töötamise märk,

• juhtimismeetodid,

• ülekandesüsteemi tüüp.

Olenevalt toodetava energia liigist jagunevad kõik tuuleelektrijaamad tuuleenergiaks ja tuuleenergiaks. Elektrituulikud jagunevad omakorda sisseehitatud paigaldisteks, mis toodavad alalis- või vahelduvvoolu elektrit. Töötavate masinate juhtimiseks kasutatakse mehaanilisi tuuleturbiine.

Olenevalt otstarbest jaotatakse alalisvoolu elektrituulikud tuulega garanteeritud, kasutaja poolt garanteeritud toiteallikaks, garanteerimata toiteallikaks.Vahelduvvooluga elektrituulikud jagunevad autonoomseteks, hübriidseteks, mis töötavad paralleelselt võrreldava võimsusega elektrisüsteemiga (näiteks diiseljaamaga), võrkudeks, mis töötavad paralleelselt võimsa elektrisüsteemiga.

Tuulikute klassifikatsioon kasutusalade järgi määratakse nende otstarbe järgi.

Tuuliku arvutamisel ja projekteerimisel ning selle nimiparameetrite valimisel on vaja arvestada koormuse tüüpi (elektrigeneraator, veepump jne), tuuleenergia ülekandesüsteemi tüüpi kasutajale, elektrienergia tüüpi genereerimis- ja ladustamissüsteem.

Tuuleenergia ülekandesüsteem on määratletud kogum erinevaid seadmeid, mis edastavad võimsust tuuleratta võllilt vastava tuuliku masina (kasutaja) võllile, suurendades või suurendamata masina pöörlemiskiirust. Kaasaegses tuuleenergias kasutatakse kõige sagedamini mehaanilist energiaülekande meetodit.

Elektritootmissüsteem on elektrimasinate generaator ja seadmete komplekt (juhtseadmed, jõuelektroonika, aku jne), et ühendada standardsete elektriparameetritega kasutajaga.

Valmistatakse ja käitatakse tuuleturbiine, mille võimsus on mõnest vatist kuni tuhandete kilovattideni. Neid on neli rühma: väga väikese võimsusega - alla 5 kW, väikese võimsusega - 5 kuni 99 kW, keskmise võimsusega - 100 kuni 1000 kW, suure võimsusega - üle 1 MW. Iga rühma tuulikud erinevad üksteisest eelkõige konstruktsiooni, vundamendi tüübi, tuuliku paigaldusviisi, juhtimissüsteemi, tuuleenergia ülekandesüsteemi, paigaldusviisi ja hooldusviisi poolest.

Horisontaalteljeliste tuulikute valdav jaotus on saavutatud.

Joonisel fig. 1 on kujutatud tuulepargi rajamist ja tuulepargi üldvaadet.

Riis. 1. Tuuleelektrijaama konstruktsioon: 1 — tuulik (tuuleratas), 2 — tuulik, 3 — generaator, 4 — käigukast, 5 — pöördlaud, 6 — mõõteseade, 7 — tuuliku mast sisaldab tuulikut ja tuuliku võlliga otse või käigukasti kaudu ühendatud elektrigeneraator.

Tuulik sisaldab tuulikut ja elektrigeneraatorit, mis on otse või käigukasti kaudu ühendatud tuuliku võlliga.

Tuulepark (WPP) koosneb mitmest paralleelselt töötavast tuuleturbiinist, mis varustavad elektrisüsteemi toodetud elektriga.

Mõõteseade annab signaali tuule pea pööramiseks, kui tuule suund või tugevus muutub, samuti reguleerib labade pöördenurka sõltuvalt tuule tugevusest.

Seal on tuulikud 500, 1000, 1500, 2000, 4000 kW. 500 kW tuulikul on: mast kõrgusega 40-110 m, tuulepea massiga 15-30 tonni, pöörlemissagedus n = 20-200 p/min, generaatori rootori kiirus 750- 1500 p/min (ajam käiguga) või 20-200 p/min (otseajam).

Tuulikutes generaatoritena kasutatakse sageli asünkroonseid oravaid generaatoreid, mis erinevad sünkroonsetest suurema töökindluse, disaini lihtsuse ja väiksema kaalu poolest, mis on vajalik tuuleelektrijaama töökindluse tõstmiseks.

Tuuleturbiinid võivad töötada autonoomselt või paralleelselt elektrisüsteemiga.Autonoomsel tööl ei reguleerita ega hoita HP tuuliku pöörlemiskiirust ± 50% piires, mistõttu generaatori klemmide sagedus ja pinge ei ole konstantsed, st toodetav elektrienergia on ebakvaliteetne ja kasutajad sellistel tuulikutel ei ole sageli kõrgeid kvaliteedinõudeid (peamiselt kütteseadmed). Kvaliteetse energia saamiseks kasutatakse stabilisaatoreid, mis koosnevad alaldist, inverterist ja akust.

Võimsad tuulikud töötavad paralleelselt elektrisüsteemiga (joonis 2). Selline paralleelühendus tagab tuuliku sageduse, pinge ja kiiruse konstantsuse. Võimsus, mille generaator võrku annab, sõltub mootori pöördemomendist ja selle määrab tuule jõud.

Võimalik tuuliku koostöö võrguga vahesagedusmuunduri kaudu tuuliku muutuva pöörlemissagedusega ühendusega.

Asünkroonse generaatori kasutamisel saab tuulik töötada ka muutuva kiirusega ning generaator varustab võrku kvaliteetset elektrienergiat.Ergutamiseks tarbib asünkroongeneraator reaktiivvõimsust võrgust või spetsiaalsest kondensaatoripangast ning sünkroongeneraator ise loob selle.

Riis. 2… Võimsa toitesüsteemiga tuuleelektrijaama paralleeltöö: VD — tuulemasin, R — käigukast, G — generaator, V — alaldi, I — inverter, U — juhtplokk, ES — toitesüsteem

Süsteemsete tuuleelektrijaamade (WPP) omadused:

1. Need asuvad suure tuulepotentsiaaliga kohtades.

2.Neil on jõuplokkide võimsus: 1500-2000 kW ja rohkem mandribaasis ning 4000-5000 kW mere- ja kaldabaasi jaoks.

3. Kasutatakse orarootoriga asünkroongeneraatoreid ja madala generaatoripingega (0,50-0,69 kV) sünkroonseid (sageli püsimagnetergastusega).

4. Jaama madal efektiivsus — 30-40%.

5. Soojuskoormuse puudumine.

6. Kõrge manööverdusvõime, kuid täielik sõltuvus ilmastikutingimustest.

7. Töötavate tuulekiiruste vahemik 3,0-3,5 kuni 20-25 m / s. Kui tuule kiirus on alla 3,0-3,5 m/s ja üle 20-25 m/s, ühendatakse tuulikud võrgust lahti ja paigaldatakse mittetöötavasse asendisse ning tuule kiiruse taastumisel tuulikud. on ühendatud võrku ja kiirendatakse mootori režiimis töötava generaatori abil.

8. Elektrivõimsuse valiku puudumine generaatori pingel (v.a enda vajadus).

9. Elektrienergia edastamine tarbijatele pingetel 10, 35, 110, kV.

Kaasaegne tuuleenergia on paljudes maailma riikides osa energiasüsteemidest ning mõnes riigis on see taastuvatel energiaallikatel põhineva alternatiivenergia üks põhikomponente. Loe selle kohta lähemalt siit: Tuuleenergia areng maailmas