rss

Ветровые энергосберегающие системы

Ветровые системы строятся на базе ветровых генераторов (ветрогенераторов).
Обычно ветровой генератор устанавливается на высокой мачте установленной на бетонном основании. Вырабатываемое ветрогенератором напряжение преобразуется с помощью контроллера и инвертора.

Принцип действия ветрогенераторной системы

Ротор генератора начинает вращаться под действием подъемной силы, возникающей при обтекании ветром лопастей ветрогенератора. В зависимости от скорости ветра изменяется и вырабатываемое переменное напряжение. Такое напряжение нельзя подавать к электроприборам. Поэтому ветрогенератор подключается к контроллеру в котором происходит выпрямление нестабильного переменного тока в постоянный. Выпрямленный постоянный ток контроллера заряжает аккумуляторы, которые накапливают и хранят энергию. Одновременно к аккумулятору подключается другое устройство – инвертор. Инвертор преобразует постоянное напряжение из аккумуляторов в переменное, которое можно подавать к электроприборам. Инвертор может преобразовывать аккумуляторное постоянное напряжение в переменное однофазное 220 В 50 Гц или в трехфазное 380/220 В, которое уже можно подавать к потребителю для питания нагрузки.

Поскольку любая ветрогенераторная установка работает с контроллером и инвертором, то возможны различные варианты ее использования:

Аккумуляторы можно дополнительно заряжать с помощью солнечных батарей.

Ветровой генератор работает автономно с аккумуляторами

Блок схема основных агрегатов ветрового генератора
Рисунок 1 – блок схема основных агрегатов ветрового генератора, работающего в автономном режиме.

Самый простой и распространенный способ обеспечения электроэнергией потребителей по третьей категории надежности (бытовая нагрузка частного сектора) – это автономно работающий ветровой генератор. Для этого необходимы:

При использовании ветрогенератора в качестве единственного источника электричества необходимо хорошо продумать и просчитать выбор мощности генератора, инвертора и емкость аккумуляторов, принимая в расчет режим предполагаемого потребления, возможные пиковые и средние нагрузки, среднюю скоростью ветра. Мощность генератора выбирается в соответствии со средним расходом электроэнергии. Для выбора мощности генератора, используют графики зависимости вырабатываемой мощности от скорости ветра. Рассмотрим процесс подбора мощности на примере с конкретными числами.

Допустим, что средняя или расчетная мощность потребления составляет 10800 кВт/ч в месяц, режим потребления равномерен в масштабе нескольких дней, средняя скорость ветра 11 м/с и мало меняется в течении года. Тогда средний расход электроэнергии в час составляет (10800 кВтч/месяц) : (24ч х 30 дней) = 15кВт. Теперь мы имеем все данные для решения проблемы. Обратимся сначала к графику зависимости вырабатываемой мощности от скорости ветра для ветрового генератора номинальной мощностью 10 кВт (см. рисунок 2).

Зависимость вырабатываемой мощности от скорости ветра для ветрогенератора 10 кВт.
Рисунок 2 – график зависимости вырабатываемой мощности от скорости ветра для ветрового генератора номинальной мощностью 10 кВт.

Из графика, на рисунке видно, что при 11 м/с генератор вырабатывает 12.2 кВт, это меньше чем 15 кВт, и следовательно недостаточно для автономной работы. Поэтому рассмотрим следующий по мощности двадцати кило ваттный ветровой генератор. Его мощностная характеристика показана на рисунке 3. Из нее видно, что такой генератор вырабатывает 17 кВт при скорости ветра 11 м/с, это на 2 кВт больше требуемой мощности, поэтому генератор данной мощности подходит для описанных условий.

Зависимость вырабатываемой мощности от скорости ветра для ветрогенератора 20 кВт.
Рисунок 3 – график зависимости вырабатываемой мощности от скорости ветра для ветрового генератора номинальной мощностью 20 кВт.

Обычно ветровгенераторы поставляются в комплекте со всем необходимым для работы оборудованием, включая инвертор, который имеет ту же номинальную мощность, что и генератор. В большинстве случаев это оправдано, потому что накопленная энергия обычно расходуется более или менее равномерно. Но если расход энергии происходит с большими перерывами во времени, а между расходом идет интенсивное накопление в аккумуляторах, или пиковая мощность потребления сопоставима с мощностью инвертора, то необходимо изменить комплектацию компонентов.

Пример такой ситуации из учебника. На берегу моря, где средняя скорость ветра приближается к 6 м/с, стоит бунгало, куда приезжает семья из трех человек на выходные. Электрооборудование включается тоже только на выходные. В день потребление достигает 15 кВтч, при этом пиковая нагрузка до 3 кВт. Следовательно, в месяц потребление энергии равно 120 кВтч. При среднегодовой скорости ветра 6 м/с выработку 120 кВтч в месяц может обеспечить 700-ваттный ветряк. Кроме того, для аккумулирования энергии в течении 5 дней потребуется батарея большой емкости, и инвертер (который преобразовывает постоянное напряжение батареи в стандартное переменное) мощностью 3 кВт, чтобы обеспечить пиковые нагрузки.

Таким образом, мощность пиковой нагрузки определяет мощность преобразователя, а сам ветряк определяет только величину выработки в определенный временной промежуток при определенной среднемесячной скорости ветра.

Ветровой генератор работает в параллель с общей сетью.

Даже при наличии сети общего пользования потребитель может сталкиваться со множеством проблем начиная от перебоев или недостатка мощности и заканчивая высокой ценой за энергию. Поэтому вопрос об установлении ветрогенератора, работающего параллельно с общей сетью, может оказаться весьма актуальным. Схема работы в таком режиме реализуется без использования аккумуляторов, а возможности инвертора должны быть дополнены функцией синхронизации.

Если вырабатываемая ветровым генератором энергия покрывает потребление, то излишки отдаются в сеть. Если же наоборот мощности ветряка недостаточно, то требуемая порция электричества берется из сети.

---

---