風力タービンの種類。スキーム、説明

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風力タービンの種類。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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風力タービンは送電網に接続して、生成されたエネルギーを地域の送電網に伝送することも、消費者が風力タービンのすぐ近くにいる自律型にすることもできます。

自律型電源システム

風力発電を含む自律システムは、集中型電力供給ネットワークから独立して動作します。このような条件下では、風力タービンは独立して動作することも、他の発電機のバックアップとして使用することも、複合電源システムのコンポーネントとして他の発電所と組み合わせて使用することもできます。このようなシステムは、水を汲み上げたり、家庭、農場、小規模事業所に電力を供給したりするために使用されます。

一般に、低電力の自律型風力タービンは直流を生成してバッテリーを充電します。このシステムには、直流を電圧 230 V の交流に変換するインバーターが含まれています。現在、このような最大 0,5 kW の出力の風力発電所がロシアで普及しています。出力 2,5 の風力タービンのプロトタイプが開発され、使用されています。 5; 8kWと10kW。複数のサイトに電力を供給するために使用されるような大規模システムでは、通常、交流が生成されます。

ロシアでは、バッテリーやバックアップ電源（ガソリンまたはディーゼル発電所）を使用せずに、草原や砂漠地帯の牧草地で揚水風力タービンを使用するという長年の前向きな経験があります。

近い将来、ロシアにおける風力エネルギー開発の優先方向は、極北の僻地で中小型の風力タービンを自立的に利用することになるだろう。国の主要な風力エネルギー資源がそこに集中しており、人口密度は低く、大規模な電力網はなく、エネルギー供給目的で風力発電所を使用することが推奨される小規模集落が約 17 ある。 1996年から1998年にかけて容量 10 kW の最初の自律型風力タービンがムルマンスクとアルハンゲリスク地域に設置されました。

明らかに、自律型エネルギーシステムの使用と施設から集中エネルギー供給ネットワークへの送電線 (PTL) の建設のどちらを選択するかを決定する重要な要素は、風力タービンとの接続と比較した風力タービンのコスト特性の競争力です。通信網。

ハイブリッドエネルギーシステム

ハイブリッドエネルギーシステムには、風力タービンと他のエネルギー源 (ディーゼル発電機、太陽電池モジュール、マイクロ水力発電所など) の併用が含まれます。これらのエネルギー源は風力タービンを補完し、穏やかな天候下でも消費者への途切れのない電力供給を保証します。

風力ディーゼルシステム

風力ディーゼルシステムは、風力タービンと、最適に選択された容量を備えたディーゼル電気システム (DES) で構成されます。通常、ディーゼル発電機は、ディーゼル燃料を節約する目的で風力タービンと組み合わせて使用されますが、配送コストを考慮すると、そのコストは非常に高くなる可能性があります。システムコンポーネントの電力比は、負荷生成パターンと風力資源によって異なります。

風力タービンとディーゼル発電所の同時並行運転モードは、システム内の風力タービンの電力の割合が発電電力の 15 ～ 20% を超えてはいけないため、風力タービンを使用する効果が不十分であると評価されています。ディーゼル発電機。このようなモードは、高出力ハイブリッド設備で燃料を節約するために使用できます。

風力タービンとディーゼル発電所を分離して運用するモードを使用すると、風力タービンの参加シェアを 50 ～ 60% 以上に高めることが可能になります。ただし、この場合、風力タービンが運転風速で生成したエネルギーを蓄積し、穏やかな天候や低気圧で負荷に電力を供給するための制御システム、インバータ装置、バッテリを導入する必要があるため、システムの複雑化は避けられません。風速。可能な限り、風力タービンからエネルギーが得られ、バッテリーは継続的に充電されます。風が穏やかなとき、バッテリーの充電が一定のレベルを下回ると、ディーゼル発電機が自動的に (または手動で) 起動され、消費者にエネルギーを供給します。このモードでは、ディーゼル発電機の始動回数が大幅に減少し、その結果、メンテナンスコストと燃料コストの削減につながります。このタイプの風力ディーゼルシステムは現在、ロシアのアルハンゲリスク地域とムルマンスク地域で使用されています。

さまざまな設計と目的の 2 ～ 500 kW の出力を備えたハイブリッド風力ディーゼルシステムが現在、連邦プログラム「ロシア連邦の極北の辺境地域へのエネルギー供給」の枠組みの中でテスト、開発、または実装の計画が進められています。」一般に、これらのハイブリッドシステムは、自律消費者に信頼性の高い電力供給を提供しながら、同時に液体燃料を節約するように設計されています。大規模なハイブリッド発電所は、北部の村の地域ネットワークとして機能するはずです。

風力タービンが設置されている地域に十分な風力資源がある場合、定期的なメンテナンスに十分な注意を払って最新の風力ディーゼルシステムを使用すると、非常に費用対効果が高くなります。

風太陽系

電気エネルギーは、太陽光電池 (PV) で太陽放射を変換することで得られます。現在、FB のコストはかなり高いにもかかわらず、風力タービンと組み合わせて使用すると効果的な場合があります。冬には風力発電のポテンシャルが大きく、夏の晴れた日にはFBを使用することで最大の効果が得られるため、これらのリソースの組み合わせは消費者にとって有益であることがわかります。

マイクロ水力発電所と組み合わせた風力タービンの使用

風力発電は、水槽を備えたマイクロ水力発電所と組み合わせて利用することができます。このようなシステムでは、風の存在下で風力タービンが負荷に電力を供給し、余剰エネルギーは下流から上流へ水を汲み上げるために使用されます。風が穏やかな時期には、マイクロ水力発電所によってエネルギーが生成されます。このような計画は、水力資源が小さい場合に特に効果的です。

送電網に接続された設備

系統接続された風力タービンは、風力タービンの起動、動作、制御を確実にするために風力タービンに有効電力と無効電力を供給する既存のエネルギーネットワークへの接続を意味します。これは、風力タービンによって生成された電気が直接送電網に供給されることを意味します。風力タービンは、特定の風速 (最新の設備では通常約 4 m/s) でエネルギーを生成し始めます。励磁電流はネットワークから取得され、風力タービン発電機の同期に使用されます。これは、送電網が切断されると、風力タービンがエネルギーを生成できないことを意味します。

系統接続された風力タービンは、風力エネルギー資源が豊富な地域に設置され、電力を生成してエネルギー会社に販売します。このようなタービン群がいわゆる「風力発電所」を構成します。風力発電所は風力タービンの複合体であり、多くの場合、卓越風の方向に対して垂直な列に設置されます。このようなプロジェクトを開発する場合、ユニット、変電所、監視および制御システムにアクセスするための道路の利用可能性を考慮する必要があります。通常、風力発電所に割り当てられた土地は、農業などの他の目的にも使用されます。

通常、風力発電所では、200 kW ～ 1,5 MW 以上の容量を持つ大型風力タービンが使用されます。この場合、風力発電所の総電力は数十メガワット、数百メガワットに達する可能性があります。たとえば、カリフォルニア州 (米国) では、風力発電所がサンフランシスコなどの大都市の XNUMX 年間のエネルギー需要を満たすのに十分な電力を生産しています。この種のシステムは、京都議定書に従って温室効果ガス排出量の削減目標が定められているヨーロッパ諸国で普及が進んでいます。

企業または個人は、XNUMX 台または複数の大型風力タービンを設置し、送電網に接続してエネルギー会社に電力を販売し、多額の利益を上げます。エネルギーが生産ニーズに直接費やされ、同時に風力タービンによって生成されたエネルギーが十分ではない場合、ネットワークからエネルギーを入手することが可能です。風力タービンが生産に必要な電力を完全に供給し、余剰がある場合、余剰エネルギーはネットワークに供給されます。

風力タービンを電力網に接続する

風力タービンを集中エネルギーネットワークに接続する場合は、風力タービンからエネルギーを受け取るのに十分な電力がネットワークにあるかどうかを確認する必要があります。これを行うには、地元の電力供給業者に連絡する必要があります。

送電網の電力に応じて、風力タービンの電力が選択されます。通常、風力タービンの最大出力は、電力システム容量の 20% を超えてはなりません。これは、システムの安定性と、電源ネットワークの周波数および電圧パラメータを維持するために必要です。

風力タービンを電力網に接続するコスト

送電網への接続コストは、その場所と電力によって異なります。明らかに、ネットワーク電力が不十分な場合は、電力ネットワークの電力を増加する必要があるが、技術的には実現できない可能性があるため、接続コストが高くなります。この場合、風力タービンのネットワークへの接続は拒否されます。

電力網への接続に関する規則は国によって異なります。多くの質問は、地元の電力会社に問い合わせることで解決できます。

著者: Kargiev V.M.、Martirosov S.N. や。。など。

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