Ключові слова
wind energy conversion system
generator
wind wheel
aerodynamic multiplication
frequency converter вітроенергетична установка
система перетворення вітрової енергії
генератор
вітроколесо
аеродинамічна мультиплікація
перетворювач частоти
Як цитувати
Анотація
В статті розглянуто стан розвитку потужних вітроенергетичних установок з горизонтальною віссю обертання вітроколеса. У найбільш поширених вітроустановках зі змінною швидкістю вітрового потоку для сумісності електрогенератора з мережею необхідно встановлювати перетворювач частоти, що призводить до зменшення ККД системи, а використання прямого підключення генератора до осі вітроколеса – до суттєвого збільшення маси і вартості генератора. Альтернативою таким системам пропонується вітроустановка з аеродинамічною мультиплікацією, дослідний зразок якої потужністю 750 кВт виготовлено та досліджено в Україні. Електромеханічна схема такої системи при використанні синхронних або асинхронних генераторів має властивість при постійних частотах обертання ротора генератора генерувати енергію в оптимальному режимі при змінній швидкості вітрового потоку у широкому діапазоні без перетворювача частоти, що сприяє підвищенню ККД та зменшенню вартості електроустановки. Показано, що зменшення відносних показників маси, вартості та ККД генераторів запропонованої та класичної системи залежить від коефіцієнта мультиплікації (відношення частоти обертання вітроколеса та генератора), і в діапазоні потужностей вітроустановок 750÷2500 кВт знаходяться у межах 10,72÷4,75. Теоретичні та експериментальні дослідження показують, що вітроенергетичні установки з аеродинамічною мультиплікацією можуть бути конкурентоспроможними по відношенню до традиційних вітроустановок з горизонтальною віссю обертання вітроколеса. Ціллю поточної статті є порівняльний аналіз кількісних і якісних характеристик використовуваного обладнання вітроустановок великої потужності з горизонтальною віссю обертання і прямим підключенням генераторів до осі вітроколеса, і вітроустановок з аеродинамічною мультиплікацією. Бібл. 27, табл. 1, рис. 6.
Посилання
Shourangi-Haghighi A., Dlaz M., Zhang Y., Li J., Yaan Y., Faraji R., Ding L., Guerrero J. Developing More Efficient Wind Turbines. A Survey of Control Challenges and Opportunities, IEEE Ind. Electron Mag. Dec. 2020, Vol. 14. No 4. Pp. 53–63. DOI: https://doi.org/10.1109/MiE2020 2090353 .
Renewable energy sources (Watt Committee Report Number 22) edited by Michael A. Laughton. Taylor & Francis e-Library, 2003. 160 p.
Shourangi-Haghighi A., Haghnegahdar M.A., Wang L., Musetta M., Kolios A., Lander M. State of the art in the optimization of wind turbine performance using CFD. Arch Comput. Methods Eng. January 2019. Vol. 27. Pp. 413–431. DOI: https://doi.org/10.1007/S11831-019-09316-0 .
Hanif M.A., Farwa N., Rida T., Umer R. Renewable and Alternative Energy Resources. Elsevier Inc.: Academic Press, 2021. 808 p. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818150-8.00012-5
Masters G. M.. Renewable and Efficient Electric Power Systems, Second edition. John Wiley & Sons, 2013. 712 p.
Renewable and Alternative Energy (Energy: Past, Present, and Future) edited by Robert Curley. Britannica Educational Publishing, Rosen Educational Services, 2012. 139 p.
Nemуkina O.V., Blyzniakov А.V. Renewable and alternative energy sources: Tutorial with parallel text. Zaporizhzhia Polytechnic National University Publishing House, 2021. 353 p. (Eng.-Rus.).
Tsgoev R.S. The comparison of operating capabilities of wind-driven power plants. Russian Electrical Engineering. 2007. No 12/07. Pp. 32–38 (Rus.). DOI: https://doi.org/10.3103/S106837120712005X
Golubenko N.S., Dovgaljuk S.I., Fel'dman A.M., Cyganov V.A. Wind power development trends and multiplier-free wind turbines. Proceedings of the IV International Conference Non-traditional energy XXI century. Crimea, Gurzuf. 2003. Pp. 68–74 (Rus.). DOI: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2011-1-11
Schreiber D., High-Power Converters for Renewable Power Sources (translated by Andrey Kolpakov). Power Electronics. LLC Media KIT (St. Petersburg). 2010. No. 5. Pp. 90–94 (Rus.).
Nojberg N., Nolle O., Pivnjak G.G. State and prospects for the development of wind power energy. Electrotechnic and Computer Systems. 2010. No. 3 (79). Pp. 362–364 (Rus.).
Hitter U. Wind-Driven Power Plant. Patent US4197056, int. Cl.2 FO3D 1/00; F03D 11/04, 1980.
Watson W.K. Space Frame Wind Turbine. Patent US4735552, int. Cl.2 FO3D1/0608; F03D13/20. 1988.
Madsen H.A., Rasmussen F. Wind turbine having secondary rotors. Patent WO2002086312, int. Cl.2 FO3D5/00; F03D7/02, 2002.
Madsen H.A., Rasmussen F. Wind turbine having secondary rotors. Patent EP1390615, int. Cl.3 F03D7/0252; 2002.
Jamieson P. Top-level rotor optimisations based on actuator disc theory. Wind Energy Sci. 2020. 5. Pp 807–818. DOI: https://doi.org/10.5194/wes-5-807-2020 .
Leithead W., Camciuc A., Kazemi A. A., Carroll J. The X-Rotor Offshore Wind Turbine Concept. Journal of Physics: Conference Series. 2019. DOI: https://doi.org/1356.012031 .
Golubenko N.S., Aerodynamic features of a multiplier-free turbogenerator scheme of a high-power wind turbine. Proceedings of the IV International Conference Non-traditional energy XXI century. 2003. Crimea, Gurzuf. Pp. 125–132 (Rus.).
Golubenko M.S., Dovgaljuk S.I., Dudko O.V., Kadac'kyj O.L., Kurdjukov S.D., Fel'dman O.M., Cyganov V.O. Windmill. Patent UA76797, int. Cl.3 FO3D7/02. 2006.
Golubenko N.S., Alekseevskiy D.G, Andrienko P.D., Nemudriy I.Yu. Modeling of electromechanical system of wind power station with aerodynamic multiplier in the mode of stabilization the wind turbines speed. Electrical Engineering and Power Engineering. 2011. No 1. Pp. 13–20 (Rus.).
Vishneveckij P.O., Golubenko N.S., Dovgaljuk S.I., Jacura A.A. Evaluation of the efficacy of using a frequency converter for a wind turbine generator circuit at low wind speeds. Proceedings of the IV International Conference Non-traditional energy XXI century. 2003. Crimea Gurzuf. Pp. 103–105 (Rus.).
Petrov G.N. Electrical machines, in 3 parts, part 1, Introduction, Transformers, Textbook for high schools. Moscow: Energy Publishing House, 1974. 240 p. (Rus.)
Luschyk V.D. Prospective directions of improvement of electric machines. PJSC: Myronivska Printing House, 2015 (Ukr.).
Klockov T. Traction motor excited by permanent magnets, Railways of the world, 2004. No. 9. Pp. 46–50 (Rus.)
Alekseevskiy D.G., Andrienko P.D., Nemykina O.V. Research of the Electric Power Conversion in Wind Power Turbines with the Aerodynamic Multiplication. Problemele Energeticii Regionale. 2019. No. 1(39). Pp. 70–79. DOI: https://doi.org/10.5281/Zenodo2650423 .
Alekseevskiy D.G. Visual simulation of multilink wind electric generation system. NTU KhPI Bulletin. 2017. No 27 (1249). Pp. 332–336.
Andrienko P.D., Alekseevskiy D.G., Blyzniakov O.V., Nemykina O.V., Nemudriy I.Yu. Enhancement of the effectiveness of wind turbines with aerodynamic multiplication. IEEE: 4th International Conference on Modern Electrical and Energy System 20–23 October 2022 (MEES). Kremenchuk, Ukraine. DOI: https://doi.org/10.1109/MEES58014.2022.10005645
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2023 Array