Исследование эксплуатационных режимов работы ветропарк Куликово

1 РАЗВИТИЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ  КАЛИНИНГРАДСКОЙ  ОБЛАСТИ 

     Географическое  расположение Калининградской области  на побережье Балтийского моря создаёт большие перспективы развития ветроэнергетики. С севера и с запада Калининградская область омывается морем, что определяет наличие хороших ветровых ресурсов.

     Согласно  литературным источникам / 1 /, в холодный период года ветер дует преимущественно  в юго-западном и южном направлениях. В летнее время ветер преимущественно  дует в северном и северо-западном направлениях. Среднемесячная скорость ветра в зимний период на побережье составляет 6,1-8,6 м/с. Во все времена года наибольшая скорость ветра наблюдается в дневное время, а наименьшая в ночное.

     Шторм и сильный ветер со скоростью  более 15 м/с наблюдается на побережье от 34-х до 59-и дней в году. Сильный ветер в основном дует в западном и юго-западном направлениях. Наиболее сильный ветер наблюдается в период с начала декабря по январь включительно, наиболее слабый – с июня по август. Максимальная скорость ветра на побережье может достигать 40 м/с. Предположительно это происходит один раз в 20 лет.

     Статистика  ветрового потенциала в районе пос. Куликово в соответствии с    /  2  / приведена ниже.

     Таблица 1.1 – Статистика ветрового потенциала в районе пос. Куликово.

 

     Мощность, генерируемая электростанциями Калининградской  области, составляет приблизительно 5 процентов потребляемой, остальные 95 процентов импортируется из России через Литву. Следовательно, создание дополнительных       
 

источников  энергии в области, создаёт дополнительную экономию, при этом, исключая потери энергии при передаче.

     Потребление электроэнергии в Калининградской области:

• сельское хозяйство –12 %
• быт – 28 %
• трамвайно-троллейбусный транспорт – 1 %
• промышленность – 32 %
• железная дорога – 1 %
• непромышленный сектор – 20 %
• перепродавцы – 6%

       Выбор площадки для установки  ветропарка в п. Куликово также  не является случайным. Данная  местность является исключительно  удобной, с развитой инфраструктурой, особенно железных дорог и линий электрических передач. Окружающая местность достаточно населена и часто посещаема в выходные дни и особенно летнее время, являясь популярным местом отдыха. В связи с этим, размещение ветропарка на этой площадке создаст наибольший демонстрационный эффект. Конечно выбранная площадка, не  является самым лучшим местом для размещения ветропарка в нашей области. Лучшие места зарезервированы под будущее строительство и установки на них более мощных ветроустановок. Стремление Калининградской области к возведению демонстративного ветропарка, ставит целью приобретение опыта по эксплуатации и обслуживанию крупных ветропарков. Это также связано с перспективой строительства в Калининградской области высокоэффективных коммерческих ветропарков большой мощности. 
 

  
 
 
 

2 ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА

 
 

      2.1  Описание ветровой  турбины Vestas 27-225 

      Vestas 27-225 – это ветровая турбина с регулируемым шагом, с активным угловым перемещением и высокоскоростным ротором с тремя лопатками.

      Этот  вариант специально сконструирован, чтобы выдерживать высокие перепады скорости ветра и температуры.

      Лопатки изготовлены из стекловолокна и усилены полиэстером, причём каждая состоит из двух наружных обшивок, приклеенных к опорной балке. Лопатки крепятся к четырём точкам подшипника, который прикреплён к кронштейну лопаток.

      Через независимо поддерживаемый основной вал усилие передаётся на генератор через двухступенчатый редуктор. «Генератор 1» меняет подачу в пределах восьми полюсов, «генератор 2» – в пределах шести. Генератор асинхронный и непосредственно соединён с сетью. Ротор имеет две скорости вращения в зависимости от числа полюсов, к которым он подсоединён. Это делается для достижения максимальной производительности при малых и больших скоростях ветра. Из редуктора усилие передаётся через трансмиссионный вал на генератор.

      Торможение  турбины осуществляется полным циклическим движением лопастей. При аварийной остановке активируется гидравлический дисковый тормоз, который соединён со скоростным валом редуктора.

      Все функции турбины контролируются и управляются управляющим устройством на базе микропроцессора, а изменение положения лопаток осуществляется гидравлической системой, которая также подаёт давление на систему торможения. Это система скользящего типа со встроенным трением.

      Гондола турбины полностью закрыта покрытием, усиленным стекловолокном. Через центральное отверстие существует доступ, не зависящий от ориентации гондолы по отношению к башне. 
 

     Турбина рассчитана на температуру окружающей среды от минус 20 до плюс 50 градусов Цельсия. За пределами этого диапазона  следует предпринять необходимые предосторожности.

       Турбина рассчитана на среднюю  плотность воздуха 1,23 кг/м³. Эксплуатационные данные и энергетическая характеристика, даны с учётом этой плотности воздуха. Если плотность воздуха отличается от этой величины, тогда  данные, а также энергетическая характеристика будут изменены.

     Скачкообразные  или быстрые флуктуации сетевых  частот могут вызвать повреждение ветровой турбины. Устойчивые допустимые вариации находятся в пределах от минус 3 до плюс 1 герца. Вариации напряжения должны находятся в пределах от минус 10 до плюс 6 процентов. В целом, рекомендуется, чтобы напряжение в сети было насколько можно ближе к номинальному.

      Должно  иметься заземление, сопротивление  которого не должно превосходить 10 Ом.

      Для анализа эксплуатационных режимов  понадобятся некоторые технические параметры ветроустановки.

      Основные  технические характеристики ВЭУ  «Vestas 27-225»:

• номинальная мощность – 225 МВт;
• рабочие скорости ветра – 5-25 м/с;
• частота вращения ротора – 42,74/32,05 об/мин;
• высота до оси ветроколеса – 31,5 м;
• количество лопастей – 3;
• диаметр ротора – 27 м;
• отметаемая площадь – 573 м²;
• масса – 23,43 т;
• генератор – двухскоростной, асинхронный, 630 В, 50 Гц;
• уровень шума – 35-55 ДЦб;
• ориентация – напротив ветра;
• направление вращения – по часовой стрелке.

 
 

Генератор:

• тип – Асинхронный, с двойной обмоткой;
• изготовитель – «Сименс»;
• номинальная мощность – 225 кВт;
• напряжение – 400 В, переменного тока;
• номинальный ток – 390 А;
• частота – 50 Гц;
• класс изоляции – F;

• скорость  вращения – 760 об/мин. 

Редуктор:

• тип – Двухступенчатый с параллельными валами;
• номинальная мощность – 450 кВт;
• соотношение – 1:23,4;
• количество масла – 70 л;
• изготовитель – «Валмет».

Лопатки:

• длина – 13 м;
• изгиб – 13⁰;
• вес – 600 кг/шт.

Эксплуатационные  данные:

• скорость ветра для включения – 3,5 м/сек;
• номинальная скорость ветра – 14 м/сек;
• максимальная скорость ветра живучести – 56 м/сек;
• максимальный порыв ветра – 10 м/сек².

Технические характеристики генератора:

• Тип – асинхронный генератор;
• Размеры – 355;
• Степень защиты – IP54;
• Класс изоляции – F;
• Напряжение – 3 ´ 690 В ± 10%;
• Частота – 50 Гц;
• Количество полюсов    -   6  8;
• Номинальная скорость -    1009  756;
• Мощность    -  225 кВт 50 кВт;
• Ток

     а) при полной нагрузке  -  230 А  58 А;

      б) при отсутствии нагрузки -  82 А  28 А;ъ

• Реактивная мощность генератора 

            без нагрузки   -  98 кВар 33кВар;

     Энергетическая  характеристика (при плотности воздуха 1,225 кг/м³) приведена в таблице 2.1

         Таблица 2.1 - Энергетическая характеристика  ВЭУ «Vestas 27-225»

     Энергетическая  характеристика, зависимость P = f(V) приведена на            рисунке 2.1.

     Рисунок  2.1 - Энергетическая характеристика ВЭУ  Vestas 27-225 .

     

     Приблизительное ежегодное производство одной ветроустановки при различных классах шероховатости поверхности приведено в таблице 2.2.