РАЗДЕЛ 2
АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕТРОТУРБИНЫ
Одной из основных проблем разработки любой ветроустановки является правильное
согласование всех параметров ВЭУ с учетом особенностей режимов работы
ветротурбины в конкретных условиях ветровых воздействий. Поэтому будет логичным
начать рассмотрение согласования параметров асинхронизированного синхронного
генератора (АСГ) и ветротурбины с анализа ветровых воздействий и режимов работы
ветротурбины. При этом в разработке ВЭУ немаловажным этапом является задача
правильного выбора расчетной скорости ветра и, кроме того, вопросы оценки
технической эффективности работы ВЭУ, например коэффициента использования
установленной мощности.
Целью исследования данного раздела является разработка математической модели
системы «ветротурбина – нагрузка», которая позволит выработать рекомендации по
проектированию АСГ на основе параметров конкретной ветротурбины. В результате
моделирования мы получим ряд значений нагрузочных моментов при которых
ветротурбина будет работать с максимальным Ср для всех рабочих скоростей
ветра.
2.1. Анализ ветровых условий
В данном подразделе проанализируем зависимости годовой выработки электроэнергии
от ветрового потенциала, выбора номинальной рабочей скорости ветра ВЭУ. Кроме
того, исследуем структуру ветра с целью создания модели ветрового воздействия,
которая в дальнейшем будет использована при моделировании.
Наиболее существенная особенность энергии ветра состоит, прежде всего, в том,
что его интенсивность подвержена в значительной мере как закономерной, так и
стохастической изменчивости, которая в принципе не может быть управляемой или
регулируемой [147].
Во всех странах имеются метеорологические службы, занимающиеся регистрацией и
распространением метеосводок, включающих, в том числе и данные о направлении и
силе ветра. Работа национальных метеослужб координируется находящейся в Женеве
Всемирной метеорологической организацией (WMO). Следует заметить, что даже
наиболее оснащенные метеостанции непрерывного наблюдения регистрируют лишь
наиболее важные атмосферные параметры. Интересующие нас параметры ветра
регистрируются, как правило, на одной стандартной высоте 10 м на метеостанциях
вблизи городов и аэропортов, т.е. мест, возможно, наиболее защищенных от ветра.
Поэтому эти данные можно использовать только для грубой оценки
ветроэнергетических ресурсов рассматриваемой площадки, но их недостаточно для
принятия конкретных технических решений. Для получения конкретных данных,
касающихся выбранной площадки, проводят более детальные наблюдения в большом
числе точек местности и на разных высотах в различные месяцы года. Для
измерений скорости ветра с высокой точностью используют специальную
ветроизмерительную технику [12, 13, 148, 149]. Результаты этих наблюдений можно
сравнить со стандартными метеоданными и в дальнейшем учитывать корреляцию между
ними.
Скорость ветра при стандартных метеорологических измерениях определяется
осреднением за десятиминутный отрезок времени показаний анемометра,
находящегося на десятиметровой высоте. Эти измерения могут повторяться каждый
час, но обычно они проводятся значительно реже, поэтому по ним трудно судить о
флуктуациях скорости ветра и его направлении, что необходимо для определения
характеристик ветроустановок.
Разделим задачу исследования ветра на две части:
1. Исследование энергетических характеристик ветрового режима для точного
прогнозирования годовой выработки ветроустановкой электроэнергии. Результаты
этих исследований непосредственно являются исходными данными для определения
параметров ВЭУ и в частности параметров электрического генератора, т.к. его
характеристики непосредственно определяют и годовую выработку.
2. Исследование структуры ветра с целью выработки алгоритма управления и
параметров системы управления асинхронизированного генератора в составе ВЭУ.
В первом случае акцент падает на количественные показатели, а во втором – на
качественные, хотя обе задачи рассматривают весь комплекс энергетических
показателей и физико-географических условий.
2.1.1. Ветроэнергетические ресурсы Украины.
Выбор площадки с высоким ветровым потенциалом для установки ВЭУ является первым
важным шагом в решении проблемы повышения эффективности ВЭС.
Территорию Украины с учетом ветропотенциала и возможности развития
ветроэнергетики условно делят на три зоны [147, 148, 150]:
1. Со среднегодовой скоростью ветра больше 5 м/с.
2. Со среднегодовой скоростью ветра в пределах 4-5 м/с.
3. Со среднегодовой скоростью меньше 4 м/с.
Первая и вторая зона считаются благоприятными и частично благоприятными. Третья
– неблагоприятной зоной. Наглядно ветровой потенциал можно представить с
помощью картограммы изотах Украины рис. 2.1 [44, 71]. Сплошными линиями
обозначены зоны с одинаковыми скоростями ветра.
Согласно этому разделению благоприятными зонами являются следующие территории:
прибрежные и оффшорные зоны Одесской, Херсонской, Запорожской и Донецкой
областей вдоль берегов Черного и Азовского морей. Также западное и восточное
побережье Крыма. Именно в прибрежной полосе обеспечиваются благоприятные для
коммерческой ветроэнергетики скорости ветра больше 5-5.5 м/с. На этих
территориях исследования ветропотенциала могут быть самыми минимальными и
первоочередными. Как перспективные рассматриваются яйлы и вершины Крымских гор,
где действуют мощные горно-долинные ветры, а также возникает эффект ущемления
ветрового потока. Еще одной из перспективных для ВЭС территорий является
Донецкий кряж, Приазовская высота и Карпаты. Ветропотенциал здесь
характеризуется значительной неравномерностью
- Київ+380960830922