תחנות כוח רוח

תחנת כוח רוח (HPP) היא קומפלקס של מתקנים ומבנים מחוברים זה לזה שנועדו להמיר אנרגיית רוח לסוגים אחרים של אנרגיה (חשמלית, מכנית, תרמית וכו').

טורבינת רוח כחלק העיקרי של טורבינת הרוח, היא מורכבת מטורבינת רוח, מערכת להעברת אנרגיית רוח לעומס (משתמש) והמשתמש באנרגיית הרוח עצמה (כל מכשיר: מחולל מכונות חשמליות, משאבת מים, דוד, וכו').

טורבינת רוח היא מכשיר להמרת האנרגיה הקינטית של הרוח לאנרגיה מכנית של תנועת העבודה של טורבינת הרוח. תנועות העבודה שעושה טורבינת רוח יכולות להיות שונות. בטורבינות רוח קיימות כיום, תנועה סיבובית מעגלית משמשת כתנועת העבודה. במקביל, ידועות (לפעמים אפילו מיושמות) הצעות רבות לשימוש בסוגים אחרים של תנועת פועלים, למשל תנודות.

מערכת להבי טורבינת רוח (גלגל רוח) יכולה להיות בעלת עיצוב שונה.בטורבינות רוח מודרניות, מערכת הלהבים עשויה בצורה של להבים מוצקים עם פרופיל כנף בחתך רוחב (לפעמים משתמשים במונחים "להב" או טורבינות רוח מדחף במקרה זה).

מערכות להבים ידועות בהפעלה מוצלחת שבהן משתמשים בצילינדרים מסתובבים במקום להבים (באמצעות אפקט מגנוס). ישנן הצעות ליצור מערכת להבים המבוססת על סוגים שונים של להבים בעלי משטחים גמישים (מפרשים).

לכן, להב - זהו מרכיב של המדחף שיוצר מומנט. מערכת הלהבים של טורבינת רוח עם תנועה סיבובית סיבובית פועלת יכולה להיות בעלת ציר סיבוב אופקי או אנכי.

בעת חישוב ותכנון של טורבינת רוח ספציפית, בנוסף לתנאי הרוח של פעולתה, יש צורך לקחת בחשבון הן את המאפיינים של טורבינת הרוח, עץ הטיק והן של טורבינת הרוח כולה. בהקשר זה, טורבינות רוח מסווגות לפי הקריטריונים הבאים:

• סוג האנרגיה שנוצרת,

• רמת הספק,

• קביעת פגישה

• תחומי יישום,

• הסימן לפעולה במהירות קבועה או משתנה של טורבינת הרוח,

• שיטות ניהול,

• סוג מערכת ההולכה.

בהתאם לסוג האנרגיה המופקת, כל תחנות כוח הרוח מחולקות לאנרגיית רוח ולאנרגיית רוח. טורבינות רוח חשמליות, בתורן, מחולקות למתקנים משובצים המייצרים חשמל בזרם ישיר או חילופין. טורבינות רוח מכניות משמשות להנעת מכונות פועלות.

בהתאם למטרה, טורבינות רוח חשמליות DC מחולקות לאספקת חשמל מובטחת רוח, מובטחת משתמש, ספק כוח לא מובטח.טורבינות רוח חשמליות עם זרם חילופין מחולקות לאוטונומיות, היברידיות, הפועלות במקביל למערכת חשמל בעלת הספק דומה (לדוגמה, עם מפעל דיזל), רשת הפועלת במקביל למערכת חשמל חזקה.

הסיווג של טורבינות רוח לפי תחומי יישום נקבע לפי ייעודן.

בעת חישוב ותכנון טורבינת רוח ובחירת הפרמטרים הנומינליים שלה, יש צורך לקחת בחשבון את סוג העומס (גנרטור חשמלי, משאבת מים וכו'), סוג מערכת הולכת כוח הרוח למשתמש, סוג החשמל. מערכת ייצור ואחסון.

מערכת העברת אנרגיית רוח היא קבוצה מוגדרת של מכשירים שונים להעברת כוח מהפיר של גלגל הרוח לפיר של מכונת טורבינת הרוח המתאימה (משתמש) עם או בלי הגדלת מהירות הסיבוב של המכונה. באנרגיית הרוח המודרנית משתמשים לרוב בשיטה המכנית של העברת אנרגיה.

מערכת ייצור החשמל היא מחולל של מכונות חשמליות ומערכת של מכשירים (התקני בקרה, אלקטרוניקת כוח, סוללה וכו') כדי להתחבר למשתמש עם פרמטרי חשמל סטנדרטיים.

טורבינות רוח בעלות הספק מכמה וואטים ועד אלפי קילוואט מיוצרות ומופעלות. ישנן ארבע קבוצות: הספק נמוך מאוד - פחות מ-5 קילוואט, הספק נמוך - מ-5 עד 99 קילוואט, הספק בינוני - מ-100 עד 1000 קילוואט, הספק גבוה - מעל 1 מגה וואט. טורבינות רוח של כל קבוצה נבדלות זו מזו בעיקר בתכנון, סוג היסוד, שיטת התקנת טורבינות הרוח, מערכת הבקרה, מערכת הולכת אנרגיית הרוח, שיטת ההתקנה ושיטת התחזוקה.

הושגה התפלגות הדומיננטית של טורבינות רוח בציר אופקי.

באיור. 1 מציג את בניית חוות הרוח ומבט כללי של חוות הרוח.

אורז. 1. עיצוב תחנת כוח הרוח: 1 - טורבינת רוח (גלגל רוח), 2 - טורבינת רוח, 3 - גנרטור, 4 - תיבת הילוכים, 5 - פטיפון, 6 - מכשיר מדידה, 7 - תורן טורבינת רוח מכיל טורבינת רוח וגנרטור חשמלי המחובר לציר טורבינת הרוח ישירות או דרך תיבת הילוכים.

טורבינת רוח מכילה טורבינת רוח וגנרטור חשמלי המחוברים לפיר של טורבינת הרוח ישירות או דרך תיבת הילוכים.

חוות רוח (WPP) מורכבת ממספר טורבינות רוח הפועלות במקביל ומספקות חשמל מופק למערכת החשמל.

מכשיר המדידה נותן אות לסובב את ראש הרוח כאשר כיוון או עוצמת הרוח משתנה, וכן מתאים את זווית הסיבוב של הלהבים בהתאם לעוצמת הרוח.

יש טורבינות רוח עבור 500, 1000, 1500, 2000, 4000 קילוואט. לטורבינת הרוח ל-500 קילוואט יש: תורן בגובה 40-110 מ', ראש רוח במסה של 15-30 טון, תדירות סיבוב n = 20-200 סל"ד, מהירות רוטור הגנרטור היא 750- 1500 סל"ד (הנעה עם גיר) או 20-200 סל"ד (הנעה ישירה).

כגנרטורים בטורבינות רוח, משתמשים לרוב בגנראטורים של סנאי אסינכרוני, הנבדלים מאלה הסינכרוניים באמינות רבה יותר, בפשטות התכנון ובפחות משקל, דבר הדרוש להגברת האמינות של תחנת כוח הרוח.

טורבינות רוח יכולות לפעול באופן אוטונומי או במקביל למערכת החשמל.במהלך פעולה אוטונומית, מהירות הסיבוב של טורבינת הרוח של HP אינה מווסתת או נשמרת בטווח של ± 50%, לכן התדירות והמתח של מסופי הגנרטור אינם קבועים, כלומר, הכוח החשמלי שנוצר הוא באיכות ירודה, והמשתמשים של טורבינות רוח כאלה לרוב אין דרישות איכות גבוהות (בעיקר התקני חימום). כדי להשיג אנרגיה איכותית, משתמשים במייצבים המורכבים ממיישר, מהפך וסוללה.

טורבינות רוח חזקות פועלות במקביל למערכת החשמל (איור 2). חיבור מקביל זה מבטיח שהתדר, המתח והמהירות של טורבינת הרוח יהיו קבועים. ההספק שהגנרטור נותן לרשת תלוי במומנט של המנוע ונקבע לפי כוח הרוח.

שיתוף פעולה אפשרי של טורבינת הרוח עם הרשת עם חיבור באמצעות ממיר תדר ביניים בתדירות סיבוב משתנה של טורבינת הרוח.

כאשר נעשה שימוש בגנרטור אסינכרוני, טורבינת הרוח יכולה לפעול גם במהירות משתנה, והגנרטור מספק חשמל איכותי לרשת. לצורך עירור, הגנרטור האסינכרוני צורך כוח תגובתי מהרשת או מבנק קבלים מיוחד, וה מחולל סינכרוני עצמו יוצר אותו.

אורז. 2... פעולה מקבילה של תחנת כוח רוח עם מערכת אספקת חשמל חזקה: VD - מכונת רוח, R - תיבת הילוכים, G - גנרטור, V - מיישר, I - מהפך, U - יחידת בקרה, ES - מערכת חשמל

מאפיינים של מערכת תחנות כוח רוח (WPP):

1. הם ממוקמים במקומות עם פוטנציאל רוח גבוה.

2.יש להם קיבולת של יחידות כוח: 1500-2000 קילוואט ויותר לבסיס יבשתי ו-4000-5000 קילוואט לבסיס ים וחוף.

3. נעשה שימוש בגנרטורים אסינכרוניים עם רוטור סנאי וסינכרוני (לעתים קרובות עם עירור מגנט קבוע) עם מתח גנרטור נמוך (0.50-0.69 קילוואט).

4. יעילות נמוכה של התחנה — 30-40%.

5. חוסר עומס חום.

6. יכולת תמרון גבוהה, אך תלות מלאה בתנאי מזג האוויר.

7. טווח מהירויות רוח הפעלה בין 3.0-3.5 ל-20-25 מ' לשנייה. כאשר מהירות הרוח נמוכה מ-3.0-3.5 מ'/ש' ויותר מ-20-25 מ' לשנייה, טורבינות הרוח מנותקות מהרשת ומותקנות במצב לא-עבודה, וכאשר מהירות הרוח משוחזרת, טורבינות רוח. מחוברים לרשת ומואצים באמצעות גנרטור הפועל במצב מנוע.

8. חוסר בחירה במתח חשמלי במתח גנרטור (למעט צרכים עצמיים).

9. הולכת חשמל לצרכנים במתחים של 10, 35, 110, kV.

אנרגיית רוח מודרנית במדינות רבות בעולם היא חלק ממערכות האנרגיה, ובחלק מהמדינות היא אחד המרכיבים העיקריים של אנרגיה חלופית המבוססת על מקורות אנרגיה מתחדשים. קרא עוד על זה כאן: פיתוח אנרגיית רוח בעולם