Technická problematika větrných elektráren
Obsah kapitoly
-
8.1
Druhy větrných elektráren
- 8.1.1 Mikroelektrárny
- 8.1.2 Malé a střední elektrárny
- 8.1.3 Velké elektrárny
- 8.2 Popis částí a funkce větrné elektrárny
- Testové otázky
8.1 Druhy větrných elektráren
8.1.1 Mikroelektrárny
Mikroelektrárny se vyznačují malými rozměry a jsou vhodné pro napájení reklamních panelů, mobilních nebo měřicích stanic, osamělých chat nebo chalup. Často se využívají jako záložní alternativa k solárním panelům. K natáčení systému do směru větru slouží ocasní plocha, což je nejjednodušší mechanické řešení. Dávají na svém výstupu stejnosměrné napětí 12 V nebo 24 V, které se akumuluje do akumulátorů, pokrývajících spotřebu při špičkovém odběru nebo když nefouká vítr. Z hlediska výkonu jsou do výkonu 1 kW. Tato mikroelektrárna se většinou nereguluje ani nedodává energii do rozvodné sítě. Jejich masovému rozšíření brání zatím poměrně vysoká cena.
Obr. 8.1: Mikroelektrárna
Zpět na začátek8.1.2 Malé a střední elektrárny
Malé elektrárny jsou schopny zásobovat elektrickou energií velká zařízení, farmy nebo stavení. Staví se v místech častého výskytu větru. K natáčení systému do směru větru slouží boční pomocné rotory. Většinou asynchronní generátor dává střídavé napětí 230 V, případně 400 V, s výkonem do 15 kW s pasivní (stall) nebo aktivní (pitch) regulací. Ani tyto elektrárny nedodávají energii do sítě. Dražší provedení malé větrné elektrárny však už bývá vybaveno synchronním generátorem, čímž se zvýší její účinnost.
Z pohledu konstrukce mohou vypadat různě. Malé elektrárny s výkonem do 5 kW jsou podobné větším mikroelektrárnám
Obr. 8.2: Malá elektrárna
Konstrukce pro výkony nad 10 kW již zase často vypadají jako zmenšeniny středních a velkých větrných elektráren. Mají již gondolu vybavenou převodovkou, brzdou a generátorem připojeným přes hřídel na rotor vrtule s listy. Vše je pak připevněno na sloupu, kterým vedou výkonové a signálové kabely.
Zpět na začátek8.1.3 Velké elektrárny
Velké elektrárny slouží pro napájení celých vesnic a městských aglomerací. Výstupní napětí je v řádu kV s výkonem až několik jednotek MW na jednu věž. Systém natáčení do směru větru se řeší pomocnými motory. Elektrické generátory jsou většinou synchronní. Dodávající střídavé napětí 660 V a vyšší, a tudíž nemohou pracovat jako autonomní zdroje do rozvodné sítě. Existují i elektrárny se speciálními mnohapólovými systémy, které jsou schopny pracovat s velkým rozsahem rychlosti větru i bez převodovky.
Většina těchto elektráren má konstantní otáčky regulované natáčením listů a proměnným převodovým poměrem převodovky. Některé typy mají i dvě rychlosti otáčení. Mohou však mít i proměnné otáčky podle okamžité rychlosti větru. Regulace výkonu využívající natáčení celého listu rotoru podle okamžité rychlosti větru tak, aby celkový náběh větrného proudu byl v daném okamžiku optimální, se nazývá regulace aktivní (pitch). Výhodou je vyšší účinnost i při nižších rychlostech větru. Nevýhodou jsou vysoké pořizovací náklady. Velké větrné elektrárny dodávají energii vždy do rozvodné sítě. V praxi se většinou používají elektrárny s horizontální osou rotace, mající průměr rotoru až 80 m a věž o výšce kolem 100 m.
Obr. 8.3: Velká elektrárna
Obr. 8.4: Detailní pohled na listy
Zpět na začátek8.2 Popis částí a funkce velké větrné elektrárny
8.2.1 Obecné schéma velké větrné elektrárny
Animace 8.2 Větrná elektrárna
- rotor s rotorovou hlavicí a listy
- brzda rotoru
- planetová převodovka
- spojka
- generátor
- servo-pohon natáčení strojovny
- brzda točny strojovny
- ložisko točny strojovny
- čidla rychlosti a směru větru
- několikadílná věž elektrárny
- betonový armovaný základ elektrárny
- elektrorozvaděče silnoproudého a řídicího obvodu
- elektrická spojka
8.2.2 Schéma gondoly velké větrné elektrárny
Obr. 8.5: Schéma gondoly velké větrné elektrárny dánské firmy Vestas V27-225 kW
- tuhý rám strojovny
- hlavní hřídel
- hlava vrtule
- listy vrtule
- příruba listů umožňující jejich natáčení
- dvoustupňová převodovka
- nosník převodovky
- kotoučová brzda na vysokootáčkovém hřídeli převodovky
- elektrický generátor
- kardanový hřídel
- kluzná spojka
- hydraulická jednotka
- dvě převodovky pro natáčení gondoly
- natáčecí kolo
- řídicí jednotka natáčení
- centrální řídicí jednotka
8.2.3 Automatická regulace
Individuální regulace natáčení listů rotoru zajišťuje dynamické nastavení optimálního úhlu jednotlivých listů pro maximální účinnost. Další fáze regulace je prováděna převodovkou, umožňující plynulou změnu převodového poměru k zajištění konstantních otáček synchronního generátoru v celém pracovním rozsahu. Funkce je zajištěna nastavitelným zdvihem hydraulické jednotky poháněné hřídelí generátoru. V případě, že poryvy větru způsobí nárůst přenášeného momentu ve vztahu k daným otáčkám, sníží se automaticky převodový poměr. Tím se umožní rychlejší otáčení rotoru v závislosti na síle a rychlosti větru. Toto řešení kompenzuje náhlé výkyvy větrných poryvů a chrání celé soustrojí před destrukcí.
Zpět na začátek8.2.4 Integrovaný systém řízení
V dnešních moderních velkých elektrárnách se využívá vyspělé IT nejen pro automatickou regulaci. Jedná se o integrovaný systém řízení a regulace: při testování a servisu, při nabíhání elektrárny, při natáčení listů rotoru i celé gondoly v závislosti na rychlosti a směru větru v průběhu provozu, při odstavování. V neposlední řadě pro různé případy havárie, zásahu bleskem apod. Toto řešení poskytuje úplnou kontrolu nad přenosem energie získávané z vysoce proměnného prostředí.
Obr. 8.6: Zdroj čisté energie umístěný v přírodě
Zpět na začátek