Исследование эксплуатационных режимов работы ветропарк Куликово

     Таблица 2.2 – Приблизительное ежегодное  производство электроэнергии при различных классах шероховатости

 

      Где класс шероховатости поверхности  определяется визуально, на местности  и зависит от состояния ландшафта. Состояние ландшафта характерезуется следующими классами шероховатости:

      0 – водная поверхность;

      0,5 – полностью открытая территория  с гладкой поверхностью;

      1 – открытая сельскохозяйственная  территория;

      1,5 – открытая сельскохозяйственная  территория с наличием на ней небольших домов или кустов;

      2 – открытая сельскохозяйственная  территория с низкой растительностью;

      2,5 – сельскохозяйственная территория  с наличием на ней большого  количества домов или густой растительности;

      3 – деревни, маленькие города или сельскохозяйственная территория с наличием на ней небольших лесопарков;

      3,5 – большие города с высокими  зданиями или сельскохозяйственная  территория с наличием на ней леса;

      4 – очень большие города с  высокими зданиями. 

2.2 Описание ветропарка 

     На основании российско-датского соглашения с компанией «SEAS Servise Energy AS» в Калининградской введён в  эксплуатацию ветропарк, мощностью 4,5 МВт  (20 ветроустановок по 225 кВт, типа Vestas 27/225 компании Vestas).

     Для определения рентабельности проекта фирмой «WEA Engineering» по заказу «SEAS Servise Energy AS» была проведена оценка технического состояния и рыночной стоимости ветроустановок Vestas 27-225, в последствии вошедших в ветропарк в пос. Куликово.

     Фирма «WEA Engineering» проводящая инспекцию всех ветроустановок, пяти из них – наиболее детальным образом, заключила, что техническое состояние ветроустановок очень хорошее. Остаточный ресурс оставляет не менее 12 лет.

     Выработанная  ветропарком электроэнергия передаётся в сеть по двум воздушным линиям ВЛ 15-88 и ВЛ 15-256, напряжением 15 кВ. Схема ветропарка условно разделяется отделителем на две части, если он разомкнут, то одна часть ветропарка работает на ВЛ 15-88, а другая на ВЛ 15-256. В первую часть ветропарка входят следующие ВЭУ: №№ 5,6,7,12,13,14,19,20,21. Остальные ВЭУ относятся ко второй части.

     Через весь ветропарк проходит проходит воздушная  линия напряжением 15 кВ, которая  соединяет между собой ВЛ 15-88 и  ВЛ 15-256, при этом к этой линии  присоединяются все ветроустановки.

     

     

     ВЭУ 5,6,7 соединяются с этой линией через ТП 88-18, ВЭУ 2,3,4  - через    ТП 257-27. На этих подстанциях установлены трансформаторы мощностью         750 кВА, напряжением 15/0,69 кВ. Каждая ВЭУ соединена с трансформатором через присоединение где предусмотрена защитная коробка типа А8160 WEIZ, включающая в себя разъединитель и плавкий предохранитель, с номинальным током плавкой вставки 430 А.

     ВЭУ 8 и 15 присоединены к общей линии  через ТП 256-28, ВЭУ 9 и 16 через ТП 256-29, ВЭУ 10 и 17 через ТП 256-30, ВЭУ 11 и 18 через  ТП 256-31, ВЭУ 12 и 19 через ТП 88-21, ВЭУ 13 и 20 через ТП 88-20, ВЭУ 14 и 21 через ТП 88-21. На этих подстанциях установлены трансформаторы мощностью 460 кВА, напряжением 15/0,69 кВ. Каждая ВЭУ соединена с трансформатором через присоединение где предусмотрена защитная коробка типа А8160 WEIZ, включающая в себя разъединитель и плавкий предохранитель, с номинальным током плавкой вставки 430 А.

       После каждой подстанции установлен  высоковольтный защитный комплекс  WZZ- 17,5 кВ. В его состав входит ограничитель перенапряжения, разъединитель и плавкий предохранитель с номинальным током плавкой вставки 25 А.

     ВЭУ 1 соединяется с ВЛ 15-256 через ТП 256-21. На  этой подстанции установлен трансформатор мощностью 875 кВА, напряжением 15/0,69 кВ. На этой подстанции установлен выключатель CSJM 1-20/350.

     Принципиальная  схема электроснабжения ветропарка в пос.Куликово приведена на чертеже  ДП.45.100100.14.Э3. 

3 ПОСТРОЕНИЕ  ВЕТРОПАРКА

 
 

      3.1 Определение идеального  коэффициента использования 

      Идеальный коэффициент использования показывает ту величину мощности, которая может быть извлечена из ветра посредством трансформации в ветроустановке. Графическое пояснене приведено на рисунке 3.1.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 3.1 – Графическое пояснение для  определения коэффициента использования.

     где  F – сила сопротивления ветроколеса;

           P – извлекаемая энергия;

           A0 – площадь отметаемой поверхности;

           V1 – скорость ветра до ветроколеса;

           V2 – скорость ветра после ветроколеса;

           V0 – скорость ветра в области ветроколеса. 
 

     

     

     Кинетическая  энергия ротора:

             (3.1)

     m = r × A0 × V0          (3.2)

     где r - плотность воздуха, принятая 1,225 кг/м³.

     Сила  сопротивления ветроколеса:

               (3.3)

     Скорость  ветра в области ветроколеса  равна:

            (3.4)

     После подстановки (3.2) в (3.1) и с учётом (3.4) получим:

            (3.5)

     Для нахождения максимума Р от V2 продифференцируем уравнение (3.5) по V2 и приравняв полученный результат к нулю, поучим:

     (V1+V2)×(V1-3×V2) = 0        (3.6)

     Результаты  решения уравнения (3.6):

     V2 = -V1          (3.7)

     V2 = (V1)/3          (3.8)

     Искомое (3.7) нас не интересует, так как  при нём V0 = 0.

      Из (3.8) можно заключить, что максимальный коэффициент использования будет  при условии V1 = (V2)/3, при этом зависимость P = f(V2), имеет вид параболы. Зависимость P = f(V2), приведена ниже:

     

       
 

     

     

     Рисунок 3.2  - Зависимость P = f(V2)

     

     

     Подставив (3.8) в (3.5) и, проведя простые математические преобразования, получим:

              (3.9)

     При рассмотрении формулы (3.9) можно заметить, что основная часть формулы, а именно,   представляет собой энергию ветра.

              (3.10)

     Разделив (3.9) на (3.10) получим идеальный коэффициент использования для ветроустановки.

           (3.11)

     Из (3.11) следует, что идеальный коэффициент  использования, с которым можно  преобразовывать энергию из ветра, равен 59 процентов. Однако, на практике, этот коэффициент никогда не достигнет идеального значения, вследствие дополнительных потерь энергии (потери в редукторе, потери холостого хода, потери при инвертировании электроэнергии). В современных ветроустановках коэффициент использования мощности достигает 45 процентов.  

     3.2 Сравнение коэффициентов использования ветрустановок               пос.  Куликово  с  другими   ВЭУ 

     Из  данных таблицы 1.1 известно, что среднегодовая  скорость в районе      пос. Куликово  равна 6.5 м/с. Используя  энергетическую характеристику ветроустановки Vestas 27-225, таблица 2.1 определим коэффициент использования этой ветроустановки для данной области.

     Энергию ветра для Vestas 27-225 при скорости 6.5 м/с определим по формуле (3.10)

      кВт

     При скорости 6.5 м/с электрическая мощность ветроустановки Vestas 27-225, составляет 42,2 кВт.

     Разделив  данную электрическую мощность на энергию  ветра, получим коэффициент извлечения мощности:

           (3.12)  

     Сравним полученный коэффициент извлечения мощности установки      Vestas 27-255 с установками Ventis 20-100,  Vestas V-39 и Energon E-40 при той же скорости ветра.

     Энергетические  характеристики этих ВЭУ приведены  ниже в                      таблицах  3.1 - 3.3. 

     Таблица 3.1 - Энергетическая характеристика ВЭУ  «Ventis 20-100»

 

     При скорости ветра 6,5 м/с, кВт

     Таблица 3.2 - Энергетическая характеристика ВЭУ  «Vestas V-39»