1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 45
Текст из файла (страница 45)
5.15. Влияние среднегодовой Ответственно в 1,57 и 4,04 цент/ скорости ветра !'и на стоимость !КВт ч). Соответствующие капизнергии с„ производимой ВЭУ. тальиые вложения составляют 430 и 935долл/кВт. Ветроколесо является системой, оказывающей наибольшее влияние на стоимость ВЭУ. Установлено, что вопросы, связанные с подключением ВЭУ к энергосистеме, не входят в число основных проблем. ВЭУ может устойчиво работать как при стабильных скоростях ветра, так и в условиях порывистого ветрового потока, Коэффициент использования установленной мощности может находиться в пределах 40 — 50 о/о Важность правильного выбора строительной площадки иллюстрируется рис.
5.16, на котором показан график зависимости стоимости вырабатываемой энергии от среднегодовой скорости ветра. Данные, представленные иа этом рисунке, получены в результате оптимизации параметров ВЭУ для участков с различными среднегодовыми скоростями ветра по критерию минимума стоимости энергии: для построения графика па рис. 5.!6 для каждой из рассмотренных среднегодовых скоростей ветра отобрана информация по ВЭУ с минимальной стоимостью энергии. Следует отметить что представленный на рисунке график показывает главным образом тенденцию в изменении стоимости, а не ее абсолютный уровень. Преследовалась цель показать значительное снижение стоимости энергии с увеличением среднегодовой скорости ветра. Следующее заключение вытекает пз рассмотрения результатов, 204 представленных на рис.
5.17. Приведенные данные показывают тенденцию в изменении стоимости энергии от установленной мощности ВЭУ для различных среднегодовых скоростей ветра. При увеличении уровня мощности до 500 кВт имеет место резкое уменьшение стоимости энергии, обусловленное главным образом влиянием на экономические показатели размеров ВЭУ. При увеличении мощности выше 500 кВт наблюдается дальнейшее„ хорошо прослеживаемое уменьшение стоимости энергии, однако оно происходит с меньшей скоростью.
Это обусловлено увеличением затрат на систему передачи вращающего момента, вычисляемых как некоторое процентное отяошение от общей стоимости ВЭУ. При переходе на высокие уровни мощности ВЭУ возникает ограничение, связанное с тем, имеется ли в промышленном произв 7О 7 9 и и и 7 мв ь- 3 2 О 7О ХО ОО ИО ОО ОО 7О ОО ЯО Я,м О ООО НОО гзооик,оИВГ Рис. 5.18.
Зависимость стоимости знер. гин с„, производимой ВЭУ, от диаметра вегроколеса 17 ВЭУ при разных среднегодовых скоростях ветра Уы — — †-- — пасгпипиые значении усгаппаг чеппоа пгиогги ВЭУ руст ' Ззис. 5.17. Влияние среднегодовой сноростн негра У„ и установленной мощности ВЭУ Ру„,, па стоимость вырабатываемой энергии: ! — пинии ограничении по системе передачи вращающего момента. водстве оборудование для системы передачи вращающего момента. Это ограничение показано на рис. 5.!7, данные которого также, следует рассматривать лишь как дающие представление о соответствующих тенденциях.
Возможность проектирования экономически эффективных ВЭУ с мощностями более высокими, чем мощности соответствующие точкам, лежащим за пределами ограничивающей линии яа рис. 5.17, затруднено также в связи с неопределенностью, связанной с проектированием ветроколеса.
На рис. 5.18 представлены его оптимальные диаметры, соответствующие уровням мощности и стоимости, показанным па рис. 5.17. Данные построены ьдля расстояния от концов лопастей при их нижнем положении до поверхности земли, равного 6,1 м. Основное заключение, которое должно быть сделано исходя из зьис.
5.18, состоит в том, что для получения ВЭУ с высоким уров- 205 нем мощности и низкой стоимостью требуются большие диаметры ветроколес, которые могут быть изготовлены лучше на базе использования техники, применяемой при производстве самолетных винтов, нежели техники вертолетных винтов. Такой подход в проекте обеспечивает получение при более простой производственной технологии более легких и более надежных лопастей. Данные рис. 5.18 подтверждают также целесообразность выбора участков с более высокими среднегодовыми скоростями ветра.
Установлено, что стоимость ветроколеса составляет около 40 % обшей стоимости ВЭУ. Поэтому проект должен быть направлен в первую очередь на уменьшение стоимости именно этого элемента. Основной причиной высокой стоимости ветроколеса является то, что оно должно быть спроектировано для любых условий, в том числе и редко повторяющихся, которые могут иметь место за время службы ВЭУ.
Использование хорошо разработанной системы управления, способной обеспечить предотврагцение разрушительного действия ветра на лопасти, может дать сушественное уменьшение стоимости ветроколеса и вместе с дальнеяшими усилиями в этой области привести к уменьшению доли его стоимости в общих затратах по ВЭУ. Еше одно заключение, сделанное в результате исследования, состоит в том, что ВЭУ без существенных препятствий могут быть подключены к энергосистеме. Подключение осуществляется посредством линии напряжением 4,16 кВ через трансформатор. Флуктуации напряжения в пределах 3 — 5 '4, могут быть обеспечены ВЭУ как при стабильных, так и при резко-порывистых ветровых условиях.
Синхронизация ВЭУ с энергосистемой в различных условиях была подробно исследована и может осуществляться обычным способом путем регулирования угла установки лопастей. В ВЭУ могут быть использованы как синхронный, так и асинхронный генераторы, однако синхронный генератор предпочтительнее, что обусловлено возможяостыо получить в этом случае большее значение созгр. К тому же переходной процесс в синхронном генераторе легче поддается детальному анализу.
Результаты концептуальных проектов ВЭУ позволяют сделать следующие основные выводы. Оптимальная схема ВЭУ предполагает размещение оборудования системы передачи вращающего момента и генераторного оборудования на верху башни. Попытки разместить это оборудование на уровне земли натолкнулись на отсутствие в промышленном производстве подходящих гидравлических и механических передач требуемых типа и мощности.
Потенциальный экономический эффект, связанный с размещением оборудования на уровне земли, является следствием меньших затрат на бап)ню, на техническое обслуживание п па монтаж ВЭУ в целом. Размещение ветроколеса в рабочем положении за башней является предпочтительным вследствие присущей этой схеме устой. чивости к изменениям направления ветра. Важным является также то обстоятельство, что при такой схеме необходимо минимальное 206 удаление ветроколеса от башни по условию обеспечения достаточного зазора между ней и лопастями с учетом их прогиба. Определено, что циклические нагрузки на ветроколесо, обусловленные касательными напряжениями от ветрового потока, значительно большие, чем циклические нагрузки, обусловленные экранирующим эффектом башни.
Были также рассмотрены ВЭУ с несколькими ветроколесами, расположенными на одной башне. При сравнении ВЭУ мощностью' 100 кВт, имеющей одно ветроколесо, с ВЭУ такой же мощности, имеющей три ветроколеса на одной башне, установлено, что стоимость последней в 1,5 раза выше. Этот вывод может быть экстраполирован на больц)ие уровни мощностей. Режимы работы были оценены прн рассмотрении ВЭУ, работающих с постоянной частотой вращения встроколеса и с постоянной быстроходностью. Предпочтение было отдано первым, потому что они имеют меныпие нагрузки на башню и лопасти и более низкую стоимость системы передачи вращающего момента н генератора.
Единственным преимуществом ВЭУ с постоянной быстроходностью является возможность некоторого увеличения выработки энергии (примерно на 3 %), однако выигрыш в выработке энергии не компенсирует более высоких капитальных вложений. Рассмотрены ВЭУ с переменным углом установки лопастей и с фиксированной их установкой. Был выбран первый вариант вследствие лучшей характеристики быстродействия реакции ВЭУ на изменение ветровых условий.
Ветроколесо было выбрано по критерию минимума стоимости двухлопастным, которое сравнивалось с альтернативной системой, имеющей три лопасти. Техническая оправданность принятого решения подтверждена прн проведении исследования по динамическому взаимодействию ветроколеса и башни и в условиях повышенной нагрузки. В результате экспериментов с разными типами крепления лопастей к втулке выбрана втулка с жестким креплением лопастей (относительно плоскости, перпендикулярной плоскости вращения ветроколеса). Она сравнивалась с втулкой, имеющей шарнирное крепление лопастей, Целесообразность выбора двухлопастной втулки с жестким креплением лопастей подтвердил в дальнейшем анализ динамического взаимодействия ветроколеса и башни. Были выбраны лопасти типа самолетных винтов с волокнистым заполнителем как наиболее дешевые.
Это решение позволяет применить эффективную технологию их изготовления, обеспечивает малую массу лопастей, минимальный требуемый объем технического обслуживания. Использование лопастей вертолетного типа с центром масс, расположенным на четверти длины хорды, не оправдано главным образом из-за высокой стоимости изготовления, большей массы и более высоких затрат па их техническое обслуживание. Вариант лопастей типа винтов самолета успешно демонстрировался в Европе Хюттером и оценен как имеюший наименьший конструкторский риск. Башня. Было рассмотрено большое количество вариантов башен, включая башню ферменного типа, бетонную, трубчатую и сплошного сечения. Варианты башен ферменного типа и бетонной соответствуют наименьшей стоимости, причем ферма имеет некоторое преимущество в отношении ожидаемой стоимости, в то время как бетонная башня обладает болыпей эстетичностью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
