CC BY
130
Решение задачи (43) позволяет дать верхнюю оценку интенсивности источников загрязняющих веществ.
Предлагаемый в данной работе метод позволяет определить распространение ЗВ от подвижных и стационарных источников и оценить их влияние на воздушную .
Изложенный выше подход реализован в комплексе программ и опробован в условиях г. Таганрога.
Программный комплекс позволяет исследовать зависимость концентрации ЗВ, степень и размеры зоны поражения от интенсивности и расположения источников загрязнения, климатических и метеорологических факторов. При этом учитывается влияние рельефа местности и городской застройки. Результаты моделирования отражают динамическую картину степени загрязнения атмосферного воздуха в виде профилей концентрации ЗВ с привязкой к геоинформационной карте. Это позволяет просматривать процесс расчета в реальном времени на рельефной .
С помощью программного комплекса можно также получать профиль изменения концентрации загрязняющего компонента во времени для точки с фиксированными пространственными координатами, что позволяет идентифицировать “виновников” залповых выбросов в атмосферу.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гадел ьшин В.К., Сухинов А А. Модель и комплекс программ для численного расчета про-
-
среде города // Труды международного научного симпозиума. М.: 2005. С.12-18.
2. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. - М.: Наука, 1982. - 315с.
3. Уорк К., Уорнер С. Загрязнение воздуха. Источники и контроль. М.: Мир, 1980. - 53%.
4. Колдоба А.В., Повещенко Ю.А., Самарская КА., Тишкин В.Ф. Методы математического
. - .: , 2000. - 254 .
5. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнений атмосферы. -Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 271с.
УДК 681.311.21
М.Ю. Медведев, В.И. Борзов, В.Х. Пшихопов
ТРТУ, г. Таганрог
АВТОНОМНЫЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
УСТАНОВКИ Введение
Роль возобновляемых источников энергии в последние десятилетия значительно возрастает. Они применяются как в качестве альтернативы источникам, работающим на органическом топливе, так и в ситуациях, когда использование традиционных источников энергии является затруднительным.
В настоящее время в России возобновляемые источники энергии применяются крайне мало. Например, общая выработка энергии ветроэлектрическими установками составляет порядка 10 МВт. Между тем, Россия обладает громадными запасами ветровой энергии, которая возникает благодаря поступлению солнечного
излучения, т.е. является постоянно возобновляемой. Годовые запасы извлекаемой ветровой энергии на территории России оцениваются примерно в 1010 МВт-ч [1]. Карта ветроэнергетических ресурсов России представлена на рис. 1 [2].
ск-
Рис.1. Карта ветроэнергетических ресурсов России: 1 - скорость ветра свыше 6 м/с; 2 - от 3,5 до 6 м/с; 3 - до 3,5 м/с
Как видно из рис. 1, основная часть территории России относится к зоне 2 с умеренными среднегодовыми ветрами. В зоне 3 использовать ветроэнергетические установки не рекомендуется. В зоне 1 необходимо применять специальные установки, допускающие эксплуатацию при больших скоростях ветра. В зоне 2 с умеренным ветровым режимом на 1 км2 можно получить выработку энергии до 106 КВт-ч.
В числе стран с наиболее сильно развивающейся ветроэнергетикой в Европе можно выделить Германию и Голландию. В Германии в 2004 году было построено двадцать две станции в Северном море и семь в Балтийском. Их мощность соста-
6,1 . . , -
,
системах. По оценкам специалистов, рынок ветроэнергетики ежегодно будет возрастать на 25 %.
Достаточно общая структура ветроэнергетической установки показана на рис. 2.
К потребителю
Рис. 2. Блок-схема ВЭУ: 1 - ветродвигатель; 2 - рабочая машина;
3 - аккумуляторное зарядное устройство и выпрямитель; 4 - резервный ; 5 -
Резервный двигатель применяется в случае необходимости непрерывной длительной работы энергоустановки независимо от внешних условий. Основные отличия различных ветроэнергетических установок заключаются в типе ветродвигателя и рабочей машины. По типу ветродвигателя различают карусельные (или роторные), барабанные и крыльчатые ВЭУ. Также известны ВЭУ колебательного типа.
На сегодняшний день получили наибольшее распространение крыльчатые ВЭУ, что обусловлено их высоким коэффициентом использования энергии ветра. В зависимости от средней скорости ветра в том или ином районе выгодно применять ветродвигатели с малым или большим числом лопастей.
В качестве рабочей машины в ВЭУ могут использоваться генераторы постоянного тока, синхронные генераторы и асинхронные генераторы. Каждый из вариантов имеет свои преимущества.
Использование генератора постоянного тока позволяет упростить структуру за счет исключения из ее состава выпрямителя. Кроме того, на постоянном токе процесс генерации электроэнергии имеет наибольшую устойчивость.
В случае использования синхронного генератора значительно повышается КПД установки и повышается надежность системы за счет отсутствия щеток.
Асинхронные генераторы значительно удешевляют ветроэнергетическую установку и обладают долгим сроком службы, однако использование асинхронных машин предполагает достаточно сложную систему управления.
Установки колебательного типа, предложенные АЛ. Красовским [3], обладают управляемым колебательным рабочим движением промышленной частоты, поэтому не требуют наличия электронных преобразователей.
Построение автономных ВЭУ на основе асинхронного генератора
Для автономных ВЭУ требуется высокая надежность и качество электроэнергии. Эти требования наилучшим образом удовлетворяются при использовании зарядно-аккумуляторных устройств. В том случае, когда за счет системы управления удается обеспечить надежную работу генератора, наиболее оптимальным представляется использование ветроэлектростанций с асинхронными электрическими машинами. Блок-схема ВЭУ с асинхронным генератором показана на рис. 3. Она содержит ветродвигатель с локальным регулятором момента турбины ВД, асинхронный генератор АГ, контроллер емкостей КЕ, выпрямительное устройство ВУ, зарядно-аккумуляторное устройство ЗАУ, управляемый инвертор УИ, координирующий регулятор КР и нагрузку. Координирующий регулятор, в зависимости от параметров нагрузки, скорости ветра и скорости вращения вала установки, формирует задающие воздействия и режимы работы управляемых устройств. Именно такое согласование позволяет обеспечить стабильный режим работы всей ветро-
.
Рис.3. Блок-схема автономной ВЭУ с асинхронным генератором
На рис. 4 представлены результаты моделирования ветроэнергетической установки с асинхронным генератором. В верхнем ряду, слева направо, приведены мощность на валу ветряной турбины, нагрузка, частота электрических колебаний, , . -ни 0,2 с происходит увеличение нагрузки от 150 до 175 КВт. В результате возникающего переходного процесса частота электрических колебаний уменьшается от 60 до 59,2 Гц, а затем увеличивается до прежнего значения за счет действия регулятора частоты. При этом «излишняя» мощность идет на заряд аккумуляторов, которыми управляет координирующий регулятор.
На рис. 5 приведены результаты моделирования той же системы, но при изменении скорости ветра. Начинает работать установка с начальной скоростью ветра 12 м/с. В момент времени 0,2 с происходит увеличение нагрузки от 150 до 175 КВт. В момент времени 2,2 с происходит уменьшение скорости ветра до 10 м/с, что приводит к дополнительному переходному процессу в системе. Отметим, что на основной нагрузке эти переходные процессы не отражаются, так как изменяется - .
Рис. 4. Результаты моделирования ВЭУ с асинхронным генератором
Рис. 5. Результаты моделирования ВЭУ при изменении скорости ветра
, -
зования асинхронных машин в ВЭУ. Но для качественной работы необходимы , .
Моделирование ВЭУ проводилось при следующих параметрах генератора: номинальная мощность - 300 КВт, номинальное напряжение - 380 В, частота -60 Гц, сопротивление статора - 0,016 Ом, индуктивность статора - 0,06 Гн, сопротивление ротора - 0,015 Ом, индуктивность ротора - 0,06 Гн, взаимная индуктивности - 3,5 Гн, число полюсов - 4, момент инерции - 2 Н-с2/м. Номинальная мощность компенсирующих емкостей - 75 КВар.
ВЭУ с ветродвигателем парусного типа
В ТРТУ разработана ВЭУ мощностью 4 КВт на основе асинхронного двигателя с крыльчатым ветродвигателем парусного типа [4, 5]. Ветродвигатель представляет собой низкооборотное, высокомоментное бесшумное ветроколесо. Общий . 6.
Рис.5. ВЭУ-4-220/50
Данная ВЭУ начинает работать уже при скорости ветра 5 ... 6 м/с. Срок работы такой установки оценивается в 15 - 20 лет. При этом требуется текущий ремонт один раз в пять лет.
ВЭУ может работать в двух режимах: автономно и параллельно с сетью. При работе параллельно с сетью установка работает на сеть и подпитывает ее. При этом частота генератора синхронизируется с имеющейся сетью, которая выступает в качестве синхронного компенсатора. В этом случае выпрямительное и зарядноаккумуляторное устройство отключены. В автономном режиме ВЭУ работает на аккумуляторно-зарядное устройство, а управляемый инвертор обеспечивает стандартное качество электроэнергии.
В качестве генераторов применяются асинхронные двигатели с короткозамк-, - -.
Расчётная площадь, необходимая под установку мачты ВЭУ, около 1 кв. м. Кроме того дополнительно необходимы три точки для крепления оттяжек с площадью до 0,25 кв.м. Масса ветроголовки в сборе (ВЭУ-4-220/50) с поворотным , 200 . 8 12 .
С точки зрения применения автономные ветроэнергетические установки обеспечивают электроэнергией стандартного качества потребителей малой и сред. -ся емкостью аккумуляторов. Такие ВЭУ могут обеспечивать током промышленных
, , восполнения дефицита электрической энергии, использоваться на точках временного базирования или на новых объектах, а также в ситуациях, когда стандартные сети выведены из строя.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шеф тер Я.И., Рождественский КВ. Ветронасосные и ветро электрические агрегаты. -М.: Колос, 1967.
2. Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Курс лекций. http://dhes.ime.mrsu.ru/studies/nrps/lectures/lectures.htm
3. Красовский АЛ. Модульные ветроэнергетические установки с управляемым колебательным движением // Теплоэнергетика. № 1. 2003. С. 41 - 47.
4. Патент на полезную модель № 46817. Ветродвигатель. / Каплий В.И. Приоритет 22 апреля 2005.
5. Вершинин Г.Ф. Материалы сайта ОПБ ТРТУ htpp://www.tsure.ru/opb/veter.html.
