RU2430268C1 - Гибридная ветроэнергетическая установка - Google Patents

Гибридная ветроэнергетическая установка Download PDF

Info

Publication number
RU2430268C1
RU2430268C1 RU2010101578/06A RU2010101578A RU2430268C1 RU 2430268 C1 RU2430268 C1 RU 2430268C1 RU 2010101578/06 A RU2010101578/06 A RU 2010101578/06A RU 2010101578 A RU2010101578 A RU 2010101578A RU 2430268 C1 RU2430268 C1 RU 2430268C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wind
wind turbine
variator
speed
shaft
Prior art date
Application number
RU2010101578/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010101578A (ru
Inventor
Виктор Гаврилович Петько (RU)
Виктор Гаврилович Петько
Николай Анатольевич Маловский (RU)
Николай Анатольевич Маловский
Евгений Николаевич Патлахов (RU)
Евгений Николаевич Патлахов
Александр Михайлович Старожуков (RU)
Александр Михайлович Старожуков
Александр Борисович Колесников (RU)
Александр Борисович Колесников
Алексей Сергеевич Петров (RU)
Алексей Сергеевич Петров
Владимир Валерьевич Пугачёв (RU)
Владимир Валерьевич Пугачёв
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет" filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет"
Priority to RU2010101578/06A priority Critical patent/RU2430268C1/ru
Publication of RU2010101578A publication Critical patent/RU2010101578A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2430268C1 publication Critical patent/RU2430268C1/ru

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для энергоснабжения автономных бытовых и производственных потребителей электроэнергии. Установка содержит ветротурбину с ограничителем мощности при скорости ветра выше установленной величины и тепловой двигатель со стабилизатором частоты вращения, нагруженный на электрогенератор через разобщительную муфту и маховик, а также обгонную муфту, вариатор частоты вращения и оптимизатор загрузки ветротурбины по критерию максимума коэффициента использования энергии ветра. Вал ветротурбины через вариатор и обгонную муфту соединен с валом электрогенератора, первый вход оптимизатора соединен с выходом датчика скорости ветра, второй вход - с выходом датчика частоты вращения ветротурбины, а выход - с регулирующим органом вариатора. Использование установки обеспечит снижение расхода органического топлива и, соответственно, себестоимость производимой энергии. 1 ил.

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для энергоснабжения автономных бытовых и производственных потребителей электроэнергии.
Известны электростанции с приводом генератора от теплового двигателя, предназначенные для электроснабжения удаленных и труднодоступных потребителей электрической энергии. Их общим недостатком является большой расход органического топлива и соответственно высокая себестоимость производимой ими энергии.
Этот недостаток в значительной степени ослабляется в электростанциях, использующих энергию ветра и только как резервную энергию органического топлива. Примером такой электростанции является автономная ветродизельэлектрическая установка (патент Российской Федерации 2139444).
Однако и она не лишена ряда недостатков, снижающих ее эффективность. Во-первых, это недоиспользование энергии ветра, так как при повороте лопастей ухудшаются их аэродинамические качества. Во-вторых, завышенная установленная мощность генераторов (два генератора на одну и ту же установленную мощность потребителей). В-третьих, возможные броски тока при переключении нагрузки с одного генератора на другой. Все это снижает надежность электроснабжения потребителей, качество вырабатываемой электроэнергии, а также повышает ее себестоимость.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат достигается тем, что в автономную ветродизельэлектрическую установку, содержащую ветротурбину с ограничителем мощности при скорости ветра выше установленной величины и тепловой двигатель со стабилизатором частоты вращения, нагруженный на электрогенератор через разобщительную муфту и маховик, дополнительно введена обгонная муфта, вариатор частоты вращения и оптимизатор загрузки ветротурбины по критерию максимума коэффициента использования энергии ветра, причем вал ветротурбины через вариатор и обгонную муфту соединен с валом электрогенератора, первый вход оптимизатора соединен с выходом датчика скорости ветра, второй вход - с выходом датчика частоты вращения ветротурбины, а выход - с регулирующим органом вариатора.
На чертеже приведена схема предлагаемой ветроэнергетической установки. Она состоит из теплового двигателя 1 (например, дизеля), оборудованного системой автоматической стабилизации частоты вращения 2, вал которого через разобщительную муфту 3 и маховик 4 соединен с приводным валом синхронного генератора 5. Второй конец вала генератора через обгонную муфту 6 и вариатор 7 частоты вращения соединен с валом ветротурбины 8, снабженной ограничителем 9 мощности ветротурбины при возрастании скорости ветра выше установленной величины. Вариатор управляется оптимизатором 10 загрузки ветротурбины, на входы которого поступают информационные сигналы от датчиков (на чертеже не показаны) о частоте вращения вала ветротурбины nт и скорости ветра V. Генератор 5 непосредственно нагружен на потребители электрической энергии со свободным графиком нагрузки, включение и отключение которых осуществляется независимо от состояния ветроустановки, и нагружен через автоматическое устройство 11 на потребители энергии, включение-отключение которых может быть смещено во времени в зависимости от избытка-недостатка ветровой энергии. В качестве последних могут быть электронагреватели, работающие параллельно с другими нагревательными устройствами, балластные резисторы, установки с аккумулированием энергии или вырабатываемого продукта.
Работает описанная ветроэнергетическая установка следующим образом.
При слабом ветре или при полном его отсутствии генератор 5 приводится во вращение тепловым двигателем 1, мощность на валу которого полностью покрывает мощность потерь в генераторе и мощность потребителей электрической энергии с независимым графиком нагрузки. Потребители с регулируемым графиком нагрузки при слабом ветре отключены автоматическим устройством 11. Частота вращения nг генератора, равная в данном случае частоте вращения nд вала двигателя, и, следовательно, частота тока поддерживаются на требуемом уровне регулятором 2 частоты вращения теплового двигателя. А так как частота вращения nт вала ветротурбины 8 при слабом ветре чрезвычайно мала, оптимизатор загрузки 10, стремясь установить частоту вращения nв на выходе вариатора, равную частоте вращения nг вала генератора, устанавливает максимально возможное для используемого вариатора передаточное отношение
Figure 00000001
Однако и в этом случае частота вращения nв выходного вала вариатора все-таки меньше частоты вращения nг вала генератора. В результате валы в соответствии с принципом действия обгонной муфты 5 рассоединены. Ветротурбина работает на холостом ходу.
По мере увеличения скорости ветра пропорционально с коэффициентом пропорциональности кхх растет и частота вращения вала ветротурбины
Figure 00000002
Когда она достигнет величины, равной nг/imax, частоты вращения выходного вала вариатора и генератора сравняются, обгонная муфта соединит эти валы. Однако, поскольку ветротурбина при данной граничной скорости ветра продолжает работать на холостом ходу, коэффициент использования ветротурбиной энергии ветра равен нулю. Передачи мощности от ветротурбины в направлении генератора не происходит.
Дальнейшее увеличение скорости ветра могло бы привести к увеличению частоты вращения ветротурбины, но так как ее вал соединен теперь с валом генератора, рабочая частота вращения ветротурбины остается практически постоянной и меньше частоты вращения холостого хода. При этом коэффициент использования энергии ветра ветротурбиной становится больше нуля, и энергия ветротурбины начнет передаваться на вал генератора. Это приведет к незначительному в пределах статической характеристики стабилизатора частоты вращения теплового двигателя увеличению частоты вращения всех валов устройства. В результате стабилизатор частоты вращения теплового двигателя снизит подачу топлива, мощность двигателя уменьшится ровно настолько, насколько увеличилась мощность ветротурбины.
Коэффициент использования энергии ветра для большинства типов ветротурбин достигает своего максимального значения, когда частота холостого хода ветротурбины приблизительно в 2 раза больше рабочей частоты вращения. Последнюю и следует считать оптимальной по критерию максимума коэффициента использования энергии ветра
Figure 00000003
С учетом выражения (2)
Figure 00000004
откуда следует, что соотношение
Figure 00000005
постоянная для используемой ветротурбины величина.
Из вышеизложенного следует, что ветротурбина будет работать в оптимальном режиме с максимальным использованием энергии ветра, если оптимизатор загрузки ветротурбины 9 будет поддерживать оптимальное соотношение скорости ветра и частоты вращения ветротурбины. Следовательно, при изменяющейся скорости ветра должна изменяться и частота вращения ветротурбины. А так как вал ветротурбины связан с валом генератора, частота вращения которого практически постоянна, это можно осуществить, если оптимизатор загрузки будет воздействовать на передаточное отношение вариатора, поддерживая его, а следовательно, и частоту вращения ветротурбины на оптимальном уровне
Figure 00000006
Таким образом, как только скорость ветра несколько превысит величину, при которой коэффициент использования энергии ветра достигает максимального значения, уменьшится и требуемое для оптимального режима заданное выражением (4) соотношение скорости ветра и частоты вращения ветротурбины. Оптимизатор загрузки при этом уменьшит передаточное отношение вариатора ровно настолько, чтобы это соотношение осталось на прежнем (оптимальном) уровне. Поэтому при дальнейшем увеличении скорости ветра ветротурбина будет работать с максимальным использованием энергии ветра. А когда мощность ветротурбины станет равной или больше мощности потребителей со свободным графиком нагрузки, тепловой двигатель перейдет на холостой ход, оставаясь в режиме «горячего» резерва. Причем во втором случае для дополнительной загрузки турбины автоматическое устройство 11 подключит потребителей с регулируемым графиком нагрузки или балластные резисторы на мощность, равную избытку мощности ветротурбины, что и будет обеспечивать постоянство частоты вращения генератора и частоты вырабатываемого им тока.
При устойчивом ветре, достаточном для покрытия ветротурбиной мощности потребителей, тепловой двигатель может быть остановлен. Рассоединение валов двигателя и генератора при этом произойдет за счет управляемой разобщительной муфты 3, в качестве которой при конкретном выполнении устройства может быть использована и обычная обгонная муфта. Если же скорость ветра превысит установленную для данного агрегата величину, с тем чтобы не произошло перегрузки и, как следствие, перегрева генератора, вступит в действие ограничитель мощности ветротурбины. Он может быть выполнен по известным схемам с воздействием на воздушные тормоза, на поворот плоскости лопастей или плоскости ветроколеса по отношению к направлению ветра. Маховик 3 стабилизирует частоту вращения генератора при резких изменениях нагрузки.
Таким образом, заявляемая гибридная ветроэнергетическая установка обеспечивает максимальное использование энергии ветра при меньшей величине установленной мощности силового электрооборудования. Она способна осуществлять надежное электроснабжение потребителей при колебаниях нагрузки и скорости ветра, что особенно важно в районах с относительно малыми и неустойчивыми скоростями ветра, которые наблюдаются на большей территории РФ.

Claims (1)

  1. Гибридная ветроэнергетическая установка, содержащая ветротурбину с ограничителем мощности при скорости ветра выше установленной величины и тепловой двигатель со стабилизатором частоты вращения, нагруженный на электрогенератор через разобщительную муфту и маховик, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена обгонной муфтой, вариатором частоты вращения и оптимизатором загрузки ветротурбины, причем вал ветротурбины через вариатор и обгонную муфту соединен с валом электрогенератора, первый вход оптимизатора соединен с выходом датчика скорости ветра, второй вход - с выходом датчика частоты вращения ветротурбины, а выход - с регулирующим органом вариатора.
RU2010101578/06A 2010-01-19 2010-01-19 Гибридная ветроэнергетическая установка RU2430268C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010101578/06A RU2430268C1 (ru) 2010-01-19 2010-01-19 Гибридная ветроэнергетическая установка

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010101578/06A RU2430268C1 (ru) 2010-01-19 2010-01-19 Гибридная ветроэнергетическая установка

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010101578A RU2010101578A (ru) 2011-07-27
RU2430268C1 true RU2430268C1 (ru) 2011-09-27

Family

ID=44753146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010101578/06A RU2430268C1 (ru) 2010-01-19 2010-01-19 Гибридная ветроэнергетическая установка

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2430268C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU171597U1 (ru) * 2016-11-15 2017-06-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Электромашинный ветро-солнечный преобразователь
CN107923368A (zh) * 2015-12-23 2018-04-17 Vdm-泰克尼卡有限公司 调整风力涡轮机取力器的方法
RU185883U1 (ru) * 2018-08-06 2018-12-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Ветроэнергетическая установка

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107923368A (zh) * 2015-12-23 2018-04-17 Vdm-泰克尼卡有限公司 调整风力涡轮机取力器的方法
CN107923368B (zh) * 2015-12-23 2020-03-13 Vdm-泰克尼卡有限公司 调整风力涡轮机取力器的方法
RU171597U1 (ru) * 2016-11-15 2017-06-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Электромашинный ветро-солнечный преобразователь
RU185883U1 (ru) * 2018-08-06 2018-12-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Ветроэнергетическая установка

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010101578A (ru) 2011-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8424280B2 (en) Gas turbine engine arrangement
US9260195B2 (en) Electricity generation system
EP3362867B1 (en) Variable speed maximum power point tracking, solar electric motor controller for induction and permanent magnet ac motors
US11846961B2 (en) Renewable energy supply system, island operation powerline and method
RU2430268C1 (ru) Гибридная ветроэнергетическая установка
US20190052089A1 (en) Power generation system having variable speed engine and method for cranking the variable speed engine
US20130009403A1 (en) Wind powered electrical generator-hydraulic-natural gas power augmented
CN109591995B (zh) 基于柴柴并车联合推进带pto轴带发电机的动力装置及并车方法
US10263552B2 (en) Anticipatory control using output shaft speed
KR101515157B1 (ko) 풍력발전기용 증속기 및 풍력 발전 장치
RU159413U1 (ru) Ветроэнергетическая установка
RU192315U1 (ru) Автономный электроагрегат
RU178735U1 (ru) Автономный электроагрегат
JP4325610B2 (ja) ハイブリッド車両の駆動装置
GB2483866A (en) Electric generator apparatus for a fluid turbine arrangement
KR101506530B1 (ko) 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치 및 그 방법
JP7226951B2 (ja) 無効電力供給装置、発電システム、及び、無効電力供給方法
US20130121844A1 (en) Variable Speed High Efficiency Gas Compressor System
RU2325551C1 (ru) Устройство для автономного энергоснабжения потребителей
CN104088972A (zh) 用于海浪发电的稳速装置及实现输出转速稳定的方法
RU15759U1 (ru) Ветроэнергетическая установка с тепловым двигателем
KR101825935B1 (ko) 속도 제어 모드 또는 부하 제어 모드로 파워 엔진 유닛을 구동하고 제어 모드를 변경하기 위한 제어 방법 및 시스템
JP6074383B2 (ja) 発電装置
US20230349362A1 (en) Wind power generation device
US11770047B2 (en) Power grid stabilization system utilizing two generators mechanically linked via continuous variable transmission

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180120