Тюпкильды вэс на чем работает
Опыт монтажа и эксплуатации ветроэнергетических установок
Щаулов В.Ю., Афанасьев И. П., Озеров А. В., инженеры ОАО «Башкирэнерго»
Республика Башкортостан не относится к числу районов с высоким потенциалом энергии ветра. Среднегодовая скорость ветра по данным метеостанций невелика и составляет для высот до 10 м от 1,6 до 4,4 м/с. В 1998 г. по заказу Башкирэнерго была выполнена комплексная работа по оценке ветропотенциала в Башкортостане.
Местом для монтажа ВЭС было выбрано возвышение с абсолютными отметками поверхности земли 271-288 м на Белебеевской возвышенности около д. Тюпкильды Туймазинского района с расчетной среднегодовой скоростью ветра 6,1 м/с на высоте 40 м.
В 2000 г. Башкирэнерго приобрело четыре установки ЕТ 550 немецкой фирмы Hanseatishe AG (HAG) мощностью по 550 кВт каждая. Фирма HAG изготовила около 50 таких установок, но на момент покупки являлась банкротом и продавала новые, но пролежавшие на складе в течение 4-5 лет установки на 50% дешевле общемировых цен.
Основные характеристики ВЭС Тюпкильды (рис. 1) приведены далее.
Рис. 1. Ветроэнергетическая установка ЕТ 550
Ветроэнергетическая установка HAG состоит из: фундамента; башни высотой 40 м (две секции по 20 м); гондолы (машинное отделение); втулки с тремя лопастями; двух шкафов управления ВЭУ; трансформатора 0,69/10 кВ. Конструкция гондолы показана на рис. 2.
Лопасти выполнены из стекловолокна с поворотными концами, которые служат аэродинамическими тормозами при остановке ВЭУ.
Система управления, состоящая из системы программного управления SPS (контроллера) гондолы, системы программного управления SPS (контроллера) башни и промышленного компьютера, которые объединены в единую сеть со скоростью передачи информации 1,2 Мбит/с, позволяет полностью исключить присутствие персонала на станции. С помощью программы удаленного доступа можно осуществлять просмотр работы ВЭУ, вносить корректировки и др.
SPS гондолы управляет: тормозным устройством ротора и системой разворота по ветру, масляным насосом и системами охлаждения масла и генератора, системой подогрева масла. Она также фиксирует все данные, получаемые в зоне гондолы, и передает их в систему программного контроля SPS башни. SPS гондолы осуществляет сбор данных о скорости и направлении ветра, температурах рабочих узлов и передает их в компьютер.
Система программного контроля SPS башни, получая данные от всех узлов ВЭУ, от SPS гондолы и от рабочей ЭВМ, непосредственно запускает и отслеживает выполнение всех рабочих и переходных процессов ВЭУ и отдает SPS гондолы соответствующие приказы. Она контролирует мощностные характеристики и состояние всех систем, находящихся в башне ВЭУ.
В течение 2000-2001 гг. было выполнено проектирование, строительство, пусконаладка станции.
Рис. 2. Конструкция гондолы ВЭУ:
Монтаж, наладка электротехнического оборудования, подготовка к пуску первой ВЭУ и частичное обучение проводились зимой 2000/01 г. под руководством шеф-инженера фирмы HAG, но, когда подошло время пробных пусков, фирма-изготовитель перестала существовать, а инженер HAG отказался брать на себя ответственность по пускам. И в результате, пусконаладочные работы проводились самостоятельно. В мае 2001 г. были запущены все ВЭУ, и до конца года велась проверка режимов работы, их доводка с одновременным самообучением персонала. В начале 2002 г. ВЭС была принята в опытно-промышленную эксплуатацию.
Рис. 3. Диаграмма мощности ВЭУ ЕТ 550/41
При эксплуатации выявились недостатки, отсутствие которых, даже несмотря на поломки, позволило бы увеличить ежегодную выработку ВЭС на 30-40%.
Октябрьскими электрическими сетями Башкир-энерго совместно со службой перспективного развития Башкирэнерго опробована доработанная программа контроллера, которая в целом позволяет запускать ВЭУ при скорости ветра более 8 м/с в четырехполюсный режим работы. Но и в этом случае при скорости ветра более 15 м/с ток генератора на оборотах синхронизации во время запуска слишком большой, и в результате генератор отключается от сети.
Применение системы автоматического регулирования угла атаки лопастей позволило бы организовать с помощью АСУ ТП ВЭУ переход при низкой скорости ветра установки в режим авторотации. В результате значительно сократилось бы время на остановы, пуски и выполнение пусковых условий, т.е. практически исключаются понятия «пуск» и «останов» ВЭУ. Такая система, например, организована на ВЭУ датской фирмы Vestas V29.
Есть также ряд других недостатков в программе контроллера. Например, функция «прогон масла редуктора по замкнутому контуру» реализована как функция времени, а не как функция температуры масла редуктора. Поэтому приходится изменять эту функцию в зимнее время. Также отсутствует возможность перевода ВЭУ из «ручного» сразу в «автоматический» режим работы без перехода в режим полной остановки. Не активизированы команды о переводе из шестиполюсного режима в четырехполюсный режим работы и наоборот вручную; эти команды прописаны в программе и выполняются только автоматически.
Во время эксплуатации часто происходят износ тормозных колодок и даже вырывание их из посадочных мест и повреждение самих тормозов; требуется замена гидравлических шлангов внутри лопастей (для чего привлекались сотрудники МЧС), возникают также поломки заводских и изготовленных новых тормозных муфт для системы разворота гондолы по азимуту, валов для редукторов в той же системе. Существуют проблемы с системой гидравлики, которая плохо работает при температурах ниже минус 5°С. Кроме того, отсутствует возможность открывать базу данных по ретроспективе, что не позволяет детально анализировать работу ВЭУ и заранее предотвращать поломки и неисправности. База данных ведется в формате Oracle 7.0, а структура базы неизвестна.
Рассмотрим более детально некоторые из перечисленных недостатков.
Тормозные колодки, изготовленные в Германии, свой ресурс в 2 года исчерпали. Мы были вынуждены ставить тормозные колодки, изготовленные на отечественном предприятии, с применением фрикционного материала «ферродо», имеющего другие характеристики. Материал «ферродо» тормозных колодок плохо выдерживает нагрузки на высоких оборотах, что приводит к быстрому истиранию слоев (примерно через 1 мес); большой запыленности тормозов ротора (более частого техобслуживания); излому по местам крепления «ферродо» с помощью заклепок к основе тормозной колодки. Кроме того возникает еще одна проблема: заклепки изготовлены из алюминия, который при нагреве становится вязким и налипает на тормозной диск, т.е. диск становится шероховатым, что опять приводит к быстрому износу колодок.
Также при эксплуатации потребовалась гарантийная замена электромагнитных клапанов в гидравлических системах, устройства регулировки пусковых токов и др.
Несмотря на многочисленные трудности, возникшие при эксплуатации первой ВЭС в республике, Башкирэнерго продолжает прорабатывать вопросы, связанные со строительством ВЭС. В течение 2 лет на юго-востоке республики, в Зауралье ведется изучение ветрового потенциала и выбор мест возможной установки новых ВЭУ, для чего применяется автоматизированный измерительный комплекс, позволяющий определить скорости ветра на высотах 20, 30 и 40 м.
На основании полученного опыта эксплуатации Башкирэнерго составило требования (критерии), которым должны соответствовать ВЭУ для районов Урала. Основными из них являются:
3. Минимальная рабочая температура до минус 30°С (большинство иностранных ВЭУ могут работать до минус 15°С).
Выводы
1. В отдельных районах Республики Башкортостан, где среднегодовая скорость ветра около 6 м/с, возможно строительство ВЭС.
2. ОАО Башкирэнерго получило неоценимый опыт монтажа, пусконаладки и эксплуатации ВЭУ.
3. На основе опыта монтажа и эксплуатации разработаны требования к ВЭУ при их выборе.
Как работает ветряная электростанция «Тюпкильды»
Энергетика
152 поста 1.6K подписчиков
Правила сообщества
3.Нарушение общих правил Пикабу
4. Запрещается прямое или косвенное оскорбление участников сообщества и их работ, язвительный тон, мат
5. Публикуя пост, будьте готовы к критике, в том числе неадекватной
Нарушение правил сообщества влечет за собой БАН.
а ветряные электростанции с другим названием имеют другой принцип работы?
Тюпкильды звучит так, будто она не очень хорошо работает
Убытки компании от эксплуатации ВЭС в 2013—2014 годах составили 7—8 миллионов рублей в год, за 9 месяцев 2015 года убыток составил 4,78 млн руб.
Они для показухи на трассе М-5 стоят?
фото из вики.
На такие мысли меня подталкивает вот это Коэффициент использования установленной мощности в 2008—2010 гг. не превышал 2,2 %. Кажется это не очень хорошо.
в какой программе выполнена презинтация?
Как устроены ветроэлектростанции в Америке
Завораживающее зрелище открывается на подъезде к небольшому курортному городку Палм Спрингс, что расположен в паре часов езды от Лос-Анджелеса. Слева и справа от шоссе, все пространство пустыни до горизонта заполняют тысячи гигантских ветряных мельниц, неспешно вращающих своими футуристическими лопастями. Давно хотелось узнать, почему именно в этом месте сосредоточено три с половиной тысячи ветряков? Сколько энергии они вырабатывают? Почему некоторые из них крутятся, а некоторые рядом остановились? Что будет если ветер изменит направление? Недавно представился случай попасть на территорию этой ветряной мегаэлектростанции, где нам все подробно рассказали, а мы поделимся этим с вами.
По обеим сторонам перевала, возвышаются горы высотой почти в 3 километра. Благодаря специфическим природным условиям в этой естественной трубе практически постоянно дует сильный ветер, что делает это место идеальным для размещения крупной ветряной электростанции. Это одно из самых ветреных мест в Калифорнии.
Всего в этой местности сосредоточено 3200 ветрогенераторов. Суммарная мощность станции 615 МВт, что примерно сопоставимо с мощностью привычных нам Тепловых Электростанций (ТЭС). Оказалось, что ветрогенераторы сейчас очень быстро совершенствуются и их мощность постоянно растет. Поэтому значение имеет не только количество ветряков, но и мощность каждого из них. Станция San Gorgonio Pass Wind Farm возникла еще в конце 70-х годов, и многие генераторы здесь уже довольно старые, а потому несмотря на их большое количество, станция является лишь третьей по мощности в Калифорнии.
Вообще поэтому стало интересно в общих чертах сравнить ветроэнергетику с более традиционными источниками энергии. Особенно интересна динамика развития. Выяснялись совершенно потрясающие факты. Оказывается ветроэнергетика во многих странах мира уже давно не считается «альтернативной», а перешла в разряд основной. Ярким примером может служить Дания, где энергия ветра покрывает уже 40% всех энергонужд страны. Энергетические планы Датчан просто потрясают: производить от ветра 50% всей энергии уже к 2020 году, и 85% к 2035-му. В 2050 году Дания должна покрывать свои потребности в электроэнергии с помощью ветра. То есть 100% всех нужд страны.
Но не только Дания, но и другие страны сделали ставку на ветроэнергетику. Уже сегодня 23% всей электроэнергии Португалии, 27% в Испании, 20% в Ирландии, 12% Великобритании, 11% в Германии покрывается за счет ветра.
Но крупнейшими производителями энергии от ветра сегодня являются Китай и США. Поднебесная развивает альтернативную энергетику запредельными темпами.
Эти цифры поражают! Только от ветра Китай вырабатывает 115 ГВт электроэнергии, и мощность от ветра увеличивается на четверть в год. К 2020 году Китай планирует ввести еще около 100 ГВт от ветра, суммарно производа 220-230 ГВт электроэнергии от ветра. Для сравнения, вся электроэнергетика России вместе взятая сегодня вырабатывает 232 ГВт
Получается, что при сохранении темпов роста, всего через 4-5 лет Китай только от ветра будет получать электричества столько же или даже больше, чем могут выработать все электростанции России? Да да, больше чем тепловые+гидро+атомные вместе взятые. Как такое вообще возможно? Верится в это с трудом. При этом интересно, что даже статьи «Ветроэнергетика в России» на русском языке в Wikipedia сегодня не существует (хотя небольшая статья на английском и японском имеется: https://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power_in_Russia).
Что касается США, то на данный момент, мощности ветроэнергетики здесь составляют окло 70 ГВт, и также растут в среднем на четверть в год. Это много, очень много. По плану федерального правительства через 15 лет не менее 20% всей энергии в США должно вырабатываться именно от ветра (Источник). Аналогичные программы существуют и для солнечной энергетики. Но вернемся в Калифорнию, на станцию San Gorgonio Pass Wind Farm. Около входа есть небольшой музей, где можно посмотреть на устаревшие модели ветряков.
Вот эти ребята на фото начали эту гигантскую станцию в далеких 70-х. Тогда это было делом энтузиастов и эксперементаторов над которыми все посмеивались.
Вот так выглядит установка со снятым кожухом. В современных установках эта часть уже размером с огромную комнату, в которой может находиться несколько человек.
Размах лопастей также постоянно растет. На левом фото более современная установка, размах лопастей десятки метров. На фото справа очень старая, лопасти всего около 12 метров.
Здесь видна разница между старыми и новыми установками. Изменилось все, включая башню. Старые ветряки дорабатывают свой ресурс.
Кстати, одно время башня была треугольной и выглядела наподобии башен ЛЭП. Из плюсов конструкции: удобство ремонта (башню можно было просто сложить на землю).
Со временем пришлось создать более эргономичную форму, так как подобные конструкции часто падали под напором ветра и возникающей в них вибрации.
Иногда на старые башни устанавливали более современные двигатели и лопасти. Но это промежуточный этап. Современные турбины настолько огромны и тяжелы, то для них необходима специальная башня.
Вот эта установка крупнейшая из тех что работают на станции San Gorgonio Pass Wind Farm. Ее мощность 3 мегаватта, а производит такие турбины датская компания Vestas. Размах лопастей этой красавицы целых 90 метров (!), а вес верхней гондолы с двигателем внутри более 70 тонн. Она крутится намного медленнее, чем установки прошлых поколений, а вырабатывает значительно больше энергии.
Другой особенностью современных установок является автоматическая поворотная башня. Другими словами эта установка самостоятельно определяет направление ветра и поворачивается в его сторону, сохраняя эффективность. Все это происходит без участия человека, в автоматическом режиме.
Видите справа столб с красными шариками? Это одна из множества метеостанций, расставленных по территории станции. Они фиксируют погодные условия, скорость и направление ветра и передают информацию на центральный компьютер, который автоматически адаптирует все ветряки под метео-условия. Кстати, если вы видите что несколько ветряков не вращаются, в то время как рядомстоящие быстро крутятся, скорее всего это означает что там проводятся какие то профилактические работы.
Ученые постоянно разрабатывают методы повышения эффективности как самих ветрогенераторов, так и станций в целом. Например на этой станции есть обычно выключенная резервная газовая ТЭС, способная запуститься всего за 10 минут в случае полного отсутсвия ветра, чтобы сгладить провалы. ТЭС полностью автономна и используется только в крайних случаях, так как ветер в этой местнсти дует практически постоянно.
Более современным решением является создание гибридных Солнечно-Ветряных станций. Так как современные установки значительно увеличились в размерах и теперь расстояние между ними довольно большое, появилась возможность устанавливать прямо под ветряками панели солнечных батарей.
Говорят, что именно за такими гибридными решениями будущее энергетики.
Третьей составляющей является совершенствование хранилищ для электроэнергии, чтобы станция могла запасать электричество на случай спада силы ветра или наступления ночи (в случае солнечных батарей).
Кстати, солнечная энергетика развивается в Калифорнии едва ли не быстрее ветряной. Об открытии крупнейшей солнечной электростанции мира мы писали вот здесь.
Ну и напоследок, посмотрите на самую современную и мощную ветроустановку существующую на данный момент в мире. Ее мощность уже целых 8 мегаватт, высота 187 метров (!), размах лопастей 164 метра. Кстати внутри лопасти спокойно может проехать двухэтажный рейсовый автобус. Сейчас такие турбины начинают устанавливать на шельфах в океане, где сила ветра больше. Посмотрите захватывающее видео, сравнивающее размер одной такой турбины с известными зданиями в Лондоне.