Основное направление использования энергии ветра – получение электроэнергии при помощи ветроэнергетических установок.
Ветроэнергетические установки (ВЭУ) обеспечивают преобразование энергии ветрового потока в механическую энергию вращающего ветроколеса, а затем в электрическую энергию. В настоящее время применяются две основные конструкции ветрогенераторов: горизонтально-осевые и вертикально-осевые ветродвигатели [7] (Рис. 12).
Основные компоненты установок обоих типов:
- Ветроколесо (ротор), преобразующее энергию набегающего ветрового потока в механическую энергию вращения оси турбины. Диаметр ветроколеса колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров. Частота вращения составляет от 15 до 100 об/мин. Обычно для соединенных с сетью ВЭУ частота вращения ветроколеса постоянна, для автономных систем с выпрямителем и инвертором – переменная;
- Мультипликатор – промежуточное звено между ветроколесом и электрогенератором, который повышает частоту вращения вала ветроколеса и обеспечивает согласование с оборотами генератора. Исключение составляют ВЭУ малой мощности со специальными генераторами на постоянных магнитах; в таких ветроустановках мультипликаторы обычно не применяются;
- Башня (ее иногда укрепляют стальными растяжками), на которой установлено ветроколесо. У ВЭУ большой мощности высота башни достигает 75 м. Обычно это цилиндрические мачты, хотя применяются и решетчатые башни;
- Основание (фундамент), предназначено для предотвращения падения установки при сильном ветре.
Кроме того, для защиты от поломок почти все ВЭУ большой мощности автоматически останавливаются, если скорость ветра превышает предельную величину, а для целей обслуживания оснащаются тормозным устройством [22].
А б
Рис. 12. а) горизонтально-осевой ветродвигатель; б) вертикально-осевой ветродвигатель
Несмотря на то, что ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения имеют более высокий КПД, у них есть один существенный недостаток - одни долго «думают», прежде чем развернуть свои лопасти «на ветер», направление которого меняется каждую секунду. То есть реально они вырабатывают меньшее количество энергии, чем это указано в паспорте, так как в момент разворота их производительность заметно падает. Установки с вертикальной осью вращения всегда находятся «по ветру» и необходимость их ориентирования отсутствует. Таким образом, оба типа ВЭУ имеют примерно равную производительность, однако благодаря традициям, сложившимся за годы развития ветроэнергетики, наибольшее распространение получили ветроагрегаты первого типа [23,24].
Спектр единичных мощностей выпускаемых ветроустановок в мире весьма широк: от нескольких сот Вт до 2-4 МВт. Малые ВЭУ (мощностью до 100 кВт) находят широкое применение для автономного питания потребителей, и сферы их использования во многом совпадают с фотопреобразователями. Крупные ветроустановки (мощностью более 100 кВт), как правило, - сетевые, то есть предназначены для работы на электрическую сеть.
Удельная стоимость крупных ВЭУ сегодня лежит в интервале 800-1000$/кВт, а малых ВЭУ, как правило, выше и увеличивается с уменьшением мощности, достигая величины 3000 $/кВт для установок мощностью от нескольких сот Вт до 1 кВт [25].
