1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Системы передачи праща(ощего момента рассмотрены следую-' щие: механические, гидравлические и электрические. Механические ' варианты системы, включающие такие элементы, как редуктор, ременную и цепную передачи или их сочетания, были оценены В отношении экономической эффективности. Предпочтение отдано системе с редуктором из-за его упрощенного технического обслуживания. Генератор выбран синхронный вследствие более высокого значения сов ф„чем у асинхронного генератора, а также потому„ что он легче поддается анализу.
Систслга г/ггравленггя имеет в качестве управляющего органа микро-ЭВМ. Она позволяет экономично управлять многимп режимными ситуациями. Особое внимание уделено разработке системы управления, что позволяет уменьшить проектные требования к другим компонентам ВЭУ. Результаты предварительных проектов. На основе использования отобранных вариантов систем и результатов решения задачи по выбору оптимальных параметров разработаны проекты ВЭУ мощностью 500 и 1500 кВт, предназначенных для работы на участ» ках со среднегодовой скоростью ветра соответственно 5,4 и 8 м/с.
Основные данные предварительных проектов изложены ниже. Экономические показатели были оценены исходя из производства 100 установок и включают накладные расходы контрактов и выплату гонораров. Стоимость ВЭУ мошностью 500 и 1500 кВт составляет соответственно около 457 и 544 тыс.
долл., или 935 и 430 долл/кВт, а стоимость энергии — 4,04 и 1,57 цент/(кВт.ч) Метод строительства ВЭУ может оказывать значительное влияние на ее стоимость в целом. Доставка оборудования и производство работ включают следуюшие этапы: доставка ветроколсса непосредственно на строительную площадку, возведение башни местным подрядчиком, монтаж и наладочные испытания головки с оборудованием в заводских условиях, доставка на строительную площадку головки, установка на башню ее и ветроколеса. Различные варианты этих операций зависят от размеров ВЭУя месторасположения строительного участка и его условий. Динамическое взаимодействие ветроколеса и башни оказывает влияние на их стоимость, которая может быть минимизирована путем совместного анализа этих двух основных систем.
Правильный выбор рабочей частоты вращения ветроколеса и частоты собственных колебаний ветроколеса и башни может обеспечить при меньшей стоимости большую надежность в результате уменьшения массы и требований по прочности. Система ветроколесо — бацшя должна быть динамически настроена так, чтобы обеспечить наи- 208 Таблица 5.3. Суммарная стоимость башен, долл.* Стальная Оярнен.
няя ьоястргяняя Стзльнз» труба Наименование затрат Рзечявенняя мачта 51 200/— 17 300/— Основная суммарная стоимость В том числе. суммарная стоимость конструкциии стоимость фундамента Лополнительная стоимость, связанная с обеспечением матерна. лами Полная стоимость башни 40 500/105 400 23 900(69 800 16 600/35 600 13 700,'23 100 54 200/128 500 25 000/65 400 7700/34 200 17 300/31 200 13 799/23 100 38 700/88 500 22 900/— 14 800/— 66 000/— В числителе — двя ВЭУ мощностью г 00 кВт, в знаменателе-! 000 кВт.
Таблица 5.4. Масса ВЭУ, кг* Вврняит г Вариант з Нзннвновяняе сястоян Вариант З 9278/37 764 4414(16 155 3036(17 429 7475/31 1 25 7990(ЗЗ 065 3858(14 630 2451 /14 605 Масса динамаческил систем В том числе: иетроколесо система передачи вращающего момента электрическая система система управления Узел ориентации с приводом Масса оборудонания на башне Башня !нключая фундамент) Вся ВЭУ 3343(12 689 2451/14 605 1334/3459 347(372 5645(19 465 13 635/52 631 6841/29 166 20 476/81 697 !334/3459 347/372 5645(19 465 13 120/50 590 6 841/29 167 19 961/79 747 1479/3808 347/372 5645/19 465 14 923/57 229 7847(31 026 22 770/88 255 в В чнслвтелв — длн Вэу мощностью ! 00 кВт.
в знаменателе-г 000 кВт. 217 вариантов — 1, 3 и 5. Это потребовало для каждого из этих вариантов выполнить оценку выработки энергии и капитальных вложений (табл. 5.4 и 5.5). Анализ показывает, что наихудшим является вариант 5, который был рассмотрен несмотря на то, что ранее была показана его малая перспективность из-за наибольших массы и стоимости, а также большего конструкторского риска. Варианты 1 и 3 различаются в основном методом регулирования вращающего момента ветроколеса: по первому оно осушествляется посредством изменения угла установки лопастей или поворота регулируемых закрылков-стабилизаторов, по третьему— посредством использования тормозных закрылков-клапанов.
Вариант 3 обладает некоторыми преимуществами по массе и стоимости, однако эти преимущества сводятся к нулю по техническим соображениям. Даже без учета подшипников тормозных закрылков механизм их поворота и система управления являются по сложности такими же, как в случае использования регулируе- Таблица 5.5. Стоимость ВЭУ, долл.* Ианменонанне системы Вариант 1 Вариант 3 Вариант а 38 125783 335 24 9007109 560 52 %5/ 105 770 30105!68945 ' 29920,'66440 20 025!88 865 ! 9 645786 165 46 865199 680 46 865/99 680 7950135 440 13 6! 5) 23 040 24 300/4! 200 12 960/ 52 090 19 4701110 !15 7950/35 440 13 615123 040 25 30014! 200 12 960152 090 19 475,'110 150 9745738 530 14 110723 540 29 000/43 700 12 960752 090 23 980,'130 675 53 960! 2 ГВ 6% 11 160711 630 2 ! 8 940) 712 745 17 525133 725 236 465!746 470 28 695179 740 11 !601!1 630 168 715( 505 860 !б !60!24 625 184 8751530 485 28 695,'79 740 11 1601!1 630 169285!'5! ! ЦХ! 1б 160)24 625 185 445,'535 725 В числителе — дан ВЭУ мощностью ! 00 нВт, и знаменателе — ! 000 нВт мых закрылков.
Ветроколесо с фиксированной установкой лопастей создает трудноразрешимую проблему пуска ВЭУ при низких скоростях ветра и ее останова прн высоких скоростях В этом случае, вероятно, требуются какие-либо дополнительные устройства для решения указанных проблем. Такое ветроколесо к тому же работает, как правило, с более высокой осевой нагрузкой, что требует усиления всей конструкции. Наконец, следует отметить, что ветроколесо с фиксированной установкой лопастей должно часто работать в вихревом кольцевом поле, т.
е. в аэродинамически-неустойчивом режиме, на котором возможны большие колебания осевых нагрузок. Эти нагрузки чрезвычайно трудно предсказать, и они могут быть причиной возникновения серьезных проблем. Указанные технические трудности приводят к тому, что риск при разработке ветроколеса с переменной частотой врашения значительно выше, чем при разработке ветроколеса с постоянной частотой вращения, причем без какой-либо компенсации в части повышения экономической эффективности.
Поэтому окончательный выбор совершенно однозначно падает на вариант 1 с ветроколесом, имеющим изменяемый угол установки лопастей и постоянную частоту врац!ения и приводящим во вращение синхронный генератор через редуктор с постоянным передаточным отношением. В качестве опорной конструкции ВЭУ для дальнейшей разработки выбрана стальная ферменная башня. Низкая стоимость, большая доступность, легкость модификации и низкий конструкторский риск сделали целесообразность этого вывода очевидным.
218 Ветракалесо В там числе: лопасти и закрылки втулка Башня В том ч>юле: конструкция оборудование фундамент Узел ориентации с приводом Система передачи вращающего момента Электрическая система Система упраалеиия ВЭУ а целом Строительство и монтаж Итога 50 130/ 157 810 49565/152605 64 0257192 895 Математическая модель ВЭУ и внешних воздействий на нее разработана в соответствии с общими требованиями решаемой задачи. В целом модель описывает связи характеристик внешней среды (например, среднегодовой скорости ветра, градиента скорости по высоте и др.) с характеристиками ветроколеса (диаметром, окружной скоростью копцов лопастей, длиной хорды и др.), механизмов привода (числом ступеней), генераторного оборудования (частотой вращения, КПД) и опорной конструкции, обеспечиваю- шими получение заданной установленной мощности.
Модель дает на выходе массу установки, стоимость компонентов и экономические показатели ВЭУ, требуемые для ее оценки (стоимость энергии, капитальные вложения и коэффициент использования установленной мощности). 5.4.2. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРИНЯТОГО ВАРИАНТА СХЕМЫ ВЗУ Математическая модель была использована для решения оптимизационной задачи Основные компоненты ВЭУ и ее системы оптимизированы методом итераций, выполнен сравнительный анализ возможных вариантов и анализ устойчивости оптимального решения. Выходным показателем, который оптимизировался (миннмизировался), была стоимость энергии.
Задача оптимизации включала несколько итераций, чтобы определить основные параметры ВЭУ путем последовательного приближения к их оптимальным значениям. Значения отдельных параметров, выбранных для последующей стадии предварительного проекта, были определены на основе других проектных исследований. При оптимизации использована параметрическая модель, которая накладывала ряд ограничений в части возможностей детализации рассматриваемых вариантов. Исходные данные, вводимые в модель, формировались в результате большого объема детальных исследований и сравнительных оценок. Для того чтобы перейти к стадии предварительного проекта, выполнен анализ результатов большого объема расчетов на модели, некоторых других исследований, а также использован опыт фирмы Кашап и энергетической компании ГООГ1)теаз! Ш!11!)ез.
Основным параметром ВЭУ, влияющим на стоимость вырабатываемой энергии и капитальные вложения, является среднегодовая скорость ветра рю поскольку она определяет количество располагаемой энергии, приходящейся на единицу пло!цади, которая может быть использована для выработки электроэнергии, установленная мощность ВЭУ Рг„и расчетная скорость ветра Ур, при которой ВЭУ развивает эту мощность.
Установленная мощность определяет параметры системы передачи вращающего момента и электрической системы. Расчетная скорость ветра совместно с установленной мощностью определяет диаметр ветроколеса и высоту башни. Таким образом, эти три параметра определяют размеры ВЭУ и ее годовую выработку энергии.
219 Исследования выполнены для значений У„изменяющихся в диапазоне от 3,6 до 10,7 м/с, но основное внимание уделено рассмотрению значений У,=5,4 и 8 м/с. Установленная мощность рассмотрена в пределах от 50 до 3000 кВт. Представленные на рис. 5.20 зависимости стоимости энергии и капитальных вложений ВЭУ построены для У,=5,4 и 8 м/с и для гп уааа ааа баа ж оаа а гаа уа В ю см гаа гаа г гпт ьуаа гааа Вага Русс, даг 'В/ ьуаа гада Русс, аат а/ Рис. 5.20. Зависимость удельных капитальных вложений К (о) и стоимости энергии с, (б) от установленной мощности ВЭУ Ру„при среднегодовых скоростях ветра У,=5,4 и 8,0 и/с. выбранных Ур — — 9,3 и 11,5 м/с соответственно.
Кривые построены по материалам предварительного проекта и являются наиболее точными. Результаты исследования показывают, что среднегодовая скорость ветра на участке является самым важным параметром, влияю4цим на вь1работку энергии и капитальные вложения, и для заданных среднегодовой и расчетной скоростей ветра стоимость энергии и капитальные влогкеп14я сильно не изменяются с изменением установленной мощности ВЭУ, когда рассматриваются точки в области, близкой к минимальному значению. Лля того чтобы иллюстрировать сказанное, рассмотрим кривую для )г=8 м/с на графике стоимости энергии. Мимнмум стоимости соответствует Рус.=2300 кВт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
