Аннотация: Книга освещает теоретические и практические аспекты конструкции современных ветродвигателей в контексте их исторического развития, методы управления мощностью ветроэнергетических установок. Обширная библиография отечественных и зарубежных работ поможет специалистам глубже изучить рассматриваемые вопросы. Издание предназначено для широкого круга читателей – от изобретателей и исследователей до разработчиков и производителей ветроэнергетических установок, для студентов и преподавателей технических университетов по специальности ОКСО 140202 (Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии).

Аннотация: Проанализированы современные конструкции и тенденции развития электрических генераторов для ветротурбин материковых и оффшорных ветроэлектростанций. Рассмотрены применяющиеся в мегаваттном диапазоне мощностей три типа генераторов для высокоскоростного, низкоскоростного и безредукторного привода. Определены необходимые электромагнитные нагрузки генераторов и изменение их основных размеров в зависимости от мощности. Отмечена тенденция к применению безредукторных синхронных генераторов с постоянными магнитами для мощностей до 8 МВт. Рассмотрены синхронные генераторы как с радиальным намагничиванием, так и другие варианты (с аксиальным потоком, без ферромагнитных сердечников и др. ). Для мощностей 10 МВт и выше существенное уменьшение массы ветротурбины дает применение сверхпроводникового генератора. Однако из-за стоимости сверхпроводника коммерчески выгодный вариант однозначно не определен. Рассматриваются различные проекты (с «теплой», «холодной» сверхпроводимостью), а также варианты как полностью сверхпроводниковых генераторов, так и генераторов только со сверхпроводниковой системой возбуждения.

Аннотация: Рассмотрен гибридный энергокомплекс (ГЭК), содержащий возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - ветроэнергетическую установку и фотоэлектрический генератор, а также (в качестве резервных) дизель-генераторную установку. Внедрение ВИЭ требует значительных финансовых затрат, так как технологии генерирования, передачи энергии и управление сетью, в состав которой входят ВИЭ, существенно отличаются от классических и недостаточно отработаны. При характерных для ВИЭ неуправляемых отклонениях в режимах работы использование стандартных методов оптимального распределения потоков мощности может повлечь перегрузки на линиях передачи, вплоть до каскадных отключений. Рассмотрены различные варианты (в зависимости от конкретных задач) систем управления и систем автоматического регулирования первичными источниками энергии при работе ГЭК в автономном режиме и при параллельной работе с электросетью.

Аннотация: Для привлечения внимания к развитию ветроэнергетики в Российской Федерации и накопления опыта эксплуатации ветроэнергетических установок (ВЭУ) в прибрежной зоне Балтийского моря был сооружен ветропарк суммарной установленной мощностью 5, 1 МВт. Ветропарк состоит из ВЭУ моделей Vestas V27 и Wind World 4200/600. Обе модели ВЭУ относятся к третьему поколению. В них используются асинхронные генераторы (АГ) с короткозамкнутым ротором. Представлены результаты исследований эксплуатационных режимов работы этого ветропарка. Отмечен ряд выявленных недостатков в работе ветропарка и даны рекомендации, которые могут быть полезны при реализации новых проектов в области ветроэнергетики.

Аннотация: Математически обосновывается и экспериментально подтверждается возможность регулирования возбуждения синхронных генераторов в сегментном исполнении путем преднамеренного изменения воздушного зазора отдельных модулей активного сегмента. Обосновывается введение ранее неизвестного канала регулирования синхронных машин с постоянными магнитами, что придает системе управления адаптивные свойства, обеспечивает автоматизированное управление. Это достигается расчетом поля в зоне рабочего воздушного зазора, что позволяет найти аналитические зависимости, подтверждаемые экспериментом на макете. В частности, приведены кривые, характеризующие найденные зависимости, подтверждающие исходные теоретические положения. В результате исследования фактически доказывается возможность введения дополнительного воздействия на данный объект, что дает синергетический эффект: с одной стороны, появляется возможность при небольшой скорости ветра уменьшить противодействующий момент на ветроколесо при постоянной нагрузке низкого уровня, с другой стороны, при интенсивном ветре существенно повышается энергоотдача агрегата. Приведена структурная схема системы управления, построенная на принципах экстремального управления. В качестве экстремальной (оптимальной) выступают либо угловая характеристика синхронного генератора, либо U-образная. В первом случае система с помощью сигнум-реле и коммутатора будет управлять исполнительным механизмом, регулирующим зазор в заранее установленных пределах.

Аннотация: Повышение эффективности ветроэнергетических уставок мощной энергетической системы при скоростях ветра ниже номинальных является актуальным вопросом. Сравнение способов повышения эффективности ветроэнергетических уставок показало увеличение выработки энергии почти на 35 % для конструкции ВЭУ с двумя равнолопастными синхронно-вращающимися ветроколесами с управляемым углом между ними от альфа = 0 до aльфа = пи / n при скоростях ветра больше и ниже номинального значения соответственно. Допустимо исполнение ветроколес разного диаметра.

Аннотация: Рассмотрена возможность использования асинхронного генератора (АГ) для автономных ветроэнергетических установок (ВЭУ), применяемых с целью энергоснабжения удаленных от Единой энергетической системы (ЕЭС) потребителей. Приведены основные достоинства применения АГ как источника переменного трехфазного напряжения в сравнении с синхронными генераторами (СГ). Разработана новая система автоматического регулирования выходного напряжения и частоты АГ с самовозбуждением для ВЭУ малой мощности. Определены основные параметры схемы замещения АГ, построены характеристики кривой намагничивания для определения значения емкости возбуждения. Выполнен анализ системы автоматического регулирования напряжения (АРН) АГ с целью выявления ее конструктивных недостатков и их устранения. Подтверждена целесообразность использования системы АРН АГ ВЭУ с линейными конденсаторами в качестве регулирующего устройства.

Аннотация: Выполнена оценка возможности использования ветрового энергетического потенциала для электроснабжения тяговой сети железных дорог на примере района "Каратау" в Южном регионе Республики Казахстан, определены основные ветроэнергетические характеристики региона. Представлен интерфейс программы с результатами статистической обработки массивов данных по длительному мониторингу ветровых показателей исследуемого района с определением скорости ветра в течение месяца, математического ожидания, закона плотности вероятности распределения скорости ветра за месяц, диаграмм распределения ветра по суткам в течение месяца, мгновенных значений (порывов) скорости ветра за 24 часа и средней скорости ветра по часам суток за месяц. Приведена схема системы тягового электроснабжения с распределенной генерацией энергии на основе ветровых электроустановок, их схема замещения и конструктивное исполнение, в состав которого входят ветрогенераторы, выпрямительные и инверторные преобразовательные агрегаты, а также накопитель электрической энергии с преобразователем постоянного тока. Получены теоретические зависимости для определения дополнительных потерь электроэнергии в тяговой сети при перераспределении энергии в системе тягового электроснабжения от главных тяговых подстанций к накопителям энергии на "ветровых" тяговых подстанциях в периоды неблагоприятной ветровой ситуации в районе. Описаны режимы работы электроэнергетических объектов, входящих в систему тягового электроснабжения и "ветровые" тяговые подстанции, с учетом чисто тягового режима от ветровых электрогенераторов, питания поездов от накопителей энергии в условиях дефицита ветрового усилия, режимов рекуперации энергии при торможении поездов, а также с качественным определением их параметров работы. Оценочно определены основные электротехнические характеристики оборудования "ветровых" тяговых подстанций.

Аннотация: Рассмотрены основные типы вертикально-осевых ветроэнергетических установок и определена их энергетическая эффективность. Показаны границы эффективного использования и пределы значений основных показателей работы ветроэнергоустановок. Приведены результаты экспериментального определения коэффициента аэродинамического сопротивления в зависимости от угла поворота лопасти на созданной авторами лабораторной установке ветродвигателя, сочетающей в себе ротор Савониуса и ротор с вертикальными лопастями крылового профиля - так называемый ротор Н-Дарье. Представлена графическая зависимость коэффициента сопротивления от угла поворота лопасти. Получена зависимость для определения коэффициента мощности у комбинированного ротора Н-Дарье - Савониуса. По итогам расчетов сделаны выводы и даны рекомендации по использованию и области применения разработанной комбинированной ветроэнергоустановки на базе роторов Савониуса и Н-Дарье.

Аннотация: Рассмотрены вопросы диагностирования и прогнозирования технического состояния ветроэнергетических установок в соответствии с концепцией локальных сетей SMART GRID. Предложены структуры датчиков диагностирования и прогнозирования технического состояния ветроэнергетической установки со встроенной системой оперативного диагностирования. Дано описание математической модели функционирования системы с разным уровнем глубины диагностирования. Рассмотрены факторы, влияющие на выбор глубины диагностирования ветроэнергетической установки. Построена математическая модель системы диагностирования технического состояния на основании функциональной схемы. Предложен алгоритм прогнозирования технического состояния ветроэнергетической установки, позволяющий избежать аварийных режимов работы. Предложен математический подход синтеза средств диагностирования ветроэнергетических установок, позволяющий комбинировать любые специфичные алгоритмы диагностики конкретных узлов электромеханической части и интегрировать в одной системе свойства регулирования, диагностирования, прогнозирования и экспертной системы.

Аннотация: Рассмотрен вопрос использования энергии ветра для производства тепла с целью теплоснабжения потребителей Арктической зоны России. Представлен практический пример возможного участия ветроэнергетических установок совместно с котельной в покрытии графика отопительной нагрузки потребителя, расположенного на территории Арктического региона. Показано, что основной эффект от применения ветроустановок для производства тепла выражается в экономии органического топлива, использование которого в отдельных районах Арктической зоны сопряжено с большими финансовыми расходами на его покупку и доставку.

Аннотация: Представлена методика определения максимальной мощности ветрогенератора с вертикальной осью вращения. Показаны результаты экспериментальных исследований ветрогенераторов двух типов. Описан принцип согласования параметров ветроколеса и аксиального генератора переменного тока с постоянными магнитами, преобразующего кинетическую энергию ветроколеса в электрическую энергию.

Аннотация: На основе актуальных долгосрочных прогнозов развития энергетики дана оценка исходных предположений, используемых для расчётов перспектив развития ветроэнергетики стран Восточной Азии. Выделены основные факторы, препятствующие этому развитию.

Аннотация: Краткий обзор развития в мире альтернативной энергетики. Прогнозы использования возобновленных источников энергии в ближайшем будущем.

Аннотация: Рассмотрен вопрос о модернизации электроснабжения города Островной путем использования энергии ветра. Разработана схема размещения ветроустановок и выдачи 5 МВт суммарной мощности в электрическую сеть. Показана экономическая эффективность предлагаемого проекта.

Аннотация: Ветроэнергетические установки (ВЭУ) с синхронными генераторами на постоянных магнитах (СГПМ) широко применяются в современной ветроэнергетике. Сетевая ВЭУ с СГПМ использует силовые преобразователи для преобразования всей вырабатываемой электроэнергии во всем диапазоне изменения скорости ветра и изменения частоты вращения генератора. Силовой преобразователь на стороне генератора управляет активной мощностью генератора, подаваемой в электрическую сеть с помощью отслеживания максимальной точки мощности (MPPT), а силовой преобразователь на стороне электрической сети управляет напряжением постоянного тока и реактивной мощностью. Для анализа и исследования режимов работы сетевой ВЭУ с СГПМ и оценки возможностей регулирования частотой вращения генератора в условиях переменной скорости ветра и частотой вращения генератора при оптимальной выдаче мощности в сеть проведено компьютерное моделирование всех электроэнергетических элементов ВЭУ с помощью готовых и созданных подсистем в среде MATLAB. Реализовано управление нулевой продольной составляющей тока статора генератора для контроля силового преобразователя, подключенного к генератору, и управление положением лопастей ветроколеса и ориентированное управление по вектору напряжения сети для контроля силового преобразователя, подключенного к сети. Результаты моделирования показали, что созданная модель в MATLAB рассмотренной ВЭУ с СГПМ позволяет проводить полномасштабное преобразование мощности от 0, 068 до 0, 985 отн. ед. со средней ошибкой 2, 58 % при изменении скорости ветра от начальной (5 м/с) до номинальной (12 м/с) и позволяет регулировать частоту вращения генератора в полном диапазоне с ошибкой 0, 91%. Таким образом, созданная модель в MATLAB рассмотренной ВЭУ с СГПМ является адекватной и обеспечивает достоверное моделирование режимов ВЭУ с СГПМ.

Аннотация: Рассмотрен один из возможных вариантов комбинирования традиционных и возобновляемых энергоисточников на базе газотурбинной и ветроэнергетической установок. Электроэнергия ветроэнергетической установки используется для подогрева воздуха перед камерой сгорания газовой турбины. Для оценки количественных энергетических показателей комбинированной схемы разработана математическая модель, которая описывает работу ГТУ и ВЭУ в различных режимах. Выполненные расчеты термодинамического цикла ГТУ при изменении относительной электрической мощности и температуры наружного воздуха позволили установить взаимосвязь между указанными характеристиками и выработкой теплоты котлом-утилизатором, пиковым котлом, а также электрическим КПД при включенном и отключенном регенераторе. Полученные данные расчетного эксперимента в зависимости от температуры наружного воздуха и относительной электрической нагрузки обработаны с помощью метода ортогонального планирования первого порядка. Получены регрессионные уравнения. Представлены результаты расчета комбинированной схемы по разработанной математической модели.

Аннотация: Для обеспечения высокого качества электроэнергии и энергетической безопасности эксплуатации ветроэнергетических установок (ВЭУ) разработаны математические модели элементов ВЭУ и выбрано программное обеспечение (ПО) для моделирования. Обосновано, что наиболее подходящим ПО, которое успешно используется для создания моделей различных электроэнергетических систем, в том числе ВЭУ, является MATLAB Simulink. Приведены результаты имитационного моделирования сетевой ВЭУ с асинхронным генератором в среде MATLAB Simulink для исследования режимов работы и отладки работы генерирующего оборудования ВЭУ. Разработаны четыре математические модели элементов ВЭУ: ветроколеса, аэродинамического регулирования, механической части и электрической части, включающей генератор, трансформатор, конденсатор и электрическую сеть большой мощности. Исследования режимов работы проводилось на ВЭУ Siemens SWT 1. 3 МВт. Рассмотрены основные режимы: пуск, рабочие режимы, режим короткого замыкания, остановка.

Аннотация: При освоении децентрализованных источников возобновляемой энергии возникают проблемы включения их в общую сеть, что связано с неравномерностью выдачи ими электрической мощности. В качестве дополнительного источника мощности для ветростанции в статье рассмотрен кинематический накопитель энергии (КНЭ), а в качестве двигателя-генератора КНЭ предложена высокоскоростная трехфазная синхронная машина с постоянными магнитами и выходным электронным блоком, позволяющим накопителю работать при переменной частоте вращения. Параметры кинематического накопителя энергии с моментом инерции 100 кгм{2} при использовании различных материалов (стали, алюминия, титана и композитного материала высокой прочности) рассчитаны при различных значениях соотношения диаметра маховика и его высоты. Показано, что накопитель с маховиком из композитного материала массой 624 кг в течение 8 ч может реализовать мощность 5 кВт в диапазоне частот вращения 18000-6000 мин{-1}. Для такого КНЭ предлагается синхронный трехфазный двигатель-генератор с постоянными магнитами.

Аннотация: На результатах эколого-орнитологического исследования Симбирского отделения Союза охраны птиц, проведенного в районе Ульяновской ветроэлектростанции, анализируется проблема безопасности ветрогенераторов для птиц.