Новая ветро-дизельная электрическая установка

В научно-исследовательском институте электромеханики (ФГУП НИИЭМ, г. Истра Московской области) завершены разработка, изготовление и государственные испытания двух опытных образцов автономной ветродизельной электрической установки ВДЭУ-10, имеющей в своем составе безредукторный ветроэлектрический агрегат ВТН8-10 с синхронным магнитоэлектрическим генератором. Пред­варительные испытания установок были выполнены на Истринском ветрополигоне ВИЭСХ. Натурные испытания образцов ВДЭУ-10 проводились на берегу Финского залива в течение двух лет в режиме эксплуатации с энергоснабжением реальных потребителей. В комплект ВДЭУ-10 входят ветроагрегат ВТН8-10 и контейнер МК, в котором установлены:

– дизельный агрегат АД8С-Т400-1В;

– батарея аккумуляторная АБ220 (18 аккумуляторов 6СТ-190);

– инверторный агрегат питания АП-10У;

– система пожарной сигнализации;

– система освещения и обогрева.

Установка работает следую­щим образом: электрическая энергия, вырабатываемая ветроагрегатом (ВА), поступает на коммутатор (К) и выпрямительное устройство (ВУ), обеспечивающее заряд аккумуляторной батареи (АБ) и питание инвертора (И). Инвертор формирует трехфазное напряжение 230 – 400 В частотой 50 Гц, которое через блок переключения фидеров (БПФ) поступает на распредустройство (РУ) и далее к потребителям энергии (П). Если выработка электроэнергии, поступающей от синхронного генератора (СГ) ветроагрегата, становится ниже уровня потребления, то дефицит мощности покрывается за счет разряда аккумуляторной батареи. При разряде аккумуляторной батареи до уровня 170 В датчик напряжения (ДН) срабатывает и блок автоматики (БА) выдает команду на запуск дизеля (Д). Дизель запуска­ется, и через коммутатор (К) обеспечивается подача напряжения от синхронного генератора дизельного агрегата (ДА) на вы­прямительное устройство. В конце заряда аккумуляторной батареи от дизельного агрегата при достижении уровня напряжения 260 – 270 В датчик напряжения срабатывает, блок автоматики выдает сигнал на останов дизельного агрегата с переключением подачи питания на коммутатор вновь от ветроагрегата.

Ветроагрегат ВТН8, входящий в комплект ВДЭУ-10, прост по своей конструкции. Двухлопастное ветроколесо ветроагрегата выполнено из клееной древесины со специальным покрытием поверхности лопастей. Профиль лопастей – NACA 4425. Несмотря на высокую номинальную быстроходность ветроколеса (ZH = 10 – 11), ветроагрегат уверенно разгоняется на холостом ходу при скорости ветра V ~ 4 м/с и останавливается лишь при скорости ветра V < 2,5 м/с.

Ограничение частоты вращения ветроколеса осуществляется регулятором частоты вращения центробежно-аэродинамического типа благодаря выводу лопастей на отрицательные углы установа. Ограничение частоты вращения ветроколеса обеспечивается настройкой регулятора на уровне 250 об/мин. Безредукторный вариант исполнения стал возможен благодаря применению низкооборотного магнитоэлектрического генератора, разработанного и изгото­вленного на предприятии ФГУП НИИЭМ.

Ориентация ветроколеса по направлению ветра производится самоустановом благодаря расположению ветроколеса за «башней». Впервые в ветроэнергетике фундамент ветроагрегата мощностью 10 кВт выполняется без использования бетона. Фундаментные анкеры четырех растяжек башни закладываются в небольшие траншеи глубиной 1 м. Они выкапываются вручную. Подъем ветроагрегата после установки анкеров и засыпания траншей грунтом производится силами двух человек с помощью ручной лебедки, входящей в комплект ВДЭУ-10. Для останова работающего ветроагрегата используется «электрический тормоз», обеспечивающий интенсивное торможение ветроагрегата при включении синхронного генератора ветроагрегата. Высота башни ветроагрегата Н = 9,75 м, масса ветроагрегата 1200 кг. Контейнерный модуль, в котором располагается электрооборудование ВДЭУ-10 (аккумуляторы, выпрямитель, инвертор, блок автоматики, дизельный аг­регат и др.), устанавливается от ветроагрегата на расстоянии, которое может варьировать в пределах 50 – 200 м.

Использовать всю энергию, которую способен выработать ветроагрегат, как правило, не удается из-за несоответствия временного графика потребления и производства энергии. Например, когда нагрузка потребителя мала и аккумуляторная батарея не требует заряда, то напряжение батареи достигает уровня 260 – 270 В и происходит автоматическое отключение режима заряда. В результате производительная работа ветроагрегата прерывается и ветроагрегат переходит на работу в режиме холостого хода.

В ГНУ ВИЭСХ разработаны и используются специальные блоки отбора мощности, которые при отключении режима заряда аккумуляторной батареи авто­матически подключаются к выходу ветроагрегата и работают на электронагреватели в режиме максимально возможного отбора мощности [8].

Разработаны и испытаны такие блоки мощностью 1,5 и 5 кВт, причем последний был проверен при испытаниях ветроагрегата ВТН8-10 в диапазоне малых скоростей ветра (3,5 – 7 м/с). Избыточная энергия ветроагрегата может быть использована не только для целей отопления или нагрева воды в термосах, но и для подъема воды из подземных источников и ее аккумулирования в уже имеющихся резервуарах. Разработка и организация производства блоков БОМ мощно стью 10 кВт – реальная задача, решение которой сможет существенно увеличить выработку энергии ветроагрегата и приблизить ее к теоретическому максимуму.

В настоящее время ФГУП ВНИИЭМ располагает возможностями для организации серийного производства ветродизельных электрических установок ВДЭУ-10. При этом по желанию заказчика могут поста­вляться ветроагрегаты ВТН8-10 в комплекте с модульным контейнером, дизельным агрегатом или без него. По предварительному заказу возможна поставка ВДЭУ увеличенной мощности. ВДЭУ мощностью 30 кВт комплектуется тремя ветроагрегатами ВТН8-10, работающими на один инвертор, одну аккумуляторную батарею и резервным дизельным агрегатом мощностью 30 кВт.