풍력 터빈의 종류. 계획, 설명

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풍력 터빈은 그리드에 연결되어 생성된 에너지를 지역 전력망으로 전송할 수도 있고, 소비자가 풍력 터빈에 근접해 있는 자율적으로 작동할 수도 있습니다.

자율 전원 공급 시스템

풍력 전기를 포함한 모든 자율 시스템은 중앙 집중식 전력 공급 네트워크와 독립적으로 작동합니다. 이러한 조건에서 풍력 터빈은 독립적으로 작동하거나, 다른 발전기에 대한 백업으로 사용하거나, 결합된 전원 공급 시스템의 구성 요소로 다른 발전소와 결합하여 사용할 수 있습니다. 이러한 시스템은 물을 들어올리거나 가정, 농장 또는 소규모 사업장에 전기를 공급하는 데 사용됩니다.

일반적으로 저전력 자율 풍력 터빈은 배터리를 충전하기 위해 직류를 생성합니다. 이 시스템에는 직류를 230V 전압의 교류로 변환하는 인버터가 포함되어 있습니다. 현재 최대 0,5kW의 전력을 갖춘 풍력 발전소가 러시아에서 널리 보급되었습니다. 2,5 출력의 풍력 터빈 프로토타입이 개발되어 사용되고 있습니다. 5; 8kW 및 10kW. 여러 사이트에 전력을 공급하는 데 사용되는 시스템과 같은 대규모 시스템은 일반적으로 교류를 생성합니다.

러시아에서는 배터리와 백업 전원(가솔린 또는 디젤 발전소)을 사용하지 않고 대초원이나 사막 지역의 목초지에서 물 양력 풍력 터빈을 사용하는 데 수년 동안 긍정적인 경험이 있습니다.

가까운 장래에 러시아 풍력 에너지 개발의 우선 방향은 극북의 외딴 지역에서 중소형 풍력 터빈을 자율적으로 사용하는 것이 될 것입니다. 국가의 주요 풍력 에너지 자원이 여기에 집중되어 있고 인구 밀도가 낮으며 대규모 전기 네트워크가 없으며 에너지 공급 목적으로 풍력 발전소를 사용하는 것이 권장되는 약 17개의 소규모 정착지가 있습니다. 1996-1998년 10kW 용량의 최초 자율 풍력 터빈이 무르만스크와 아르한겔스크 지역에 설치되었습니다.

분명히, 자율 에너지 시스템의 사용과 시설에서 중앙 집중식 에너지 공급 네트워크까지의 송전선(PTL) 건설 사이의 선택을 결정하는 핵심 요소는 풍력 터빈의 비용 특성에 대한 경쟁력입니다. 회로망.

하이브리드 에너지 시스템

하이브리드 에너지 시스템에는 풍력 터빈을 다른 에너지원(디젤 발전기, 태양광 모듈, 마이크로 수력 발전소 등)과 함께 사용하는 것이 포함됩니다. 이러한 에너지원은 풍력 터빈을 보완하여 평온한 날씨에도 소비자에게 중단 없는 전력 공급을 보장합니다.

풍력-디젤 시스템

풍력-디젤 시스템은 최적의 용량을 선택한 풍력 터빈과 디젤-전기 시스템(DES)으로 구성됩니다. 일반적으로 디젤 발전기는 풍력 터빈을 사용하는 목적이 디젤 연료를 절약하는 것일 때 풍력 터빈과 함께 사용되며, 배송 비용을 고려하면 비용이 매우 높을 수 있습니다. 시스템 구성 요소의 전력 비율은 부하 생성 패턴과 풍력 자원에 따라 달라집니다.

풍력 터빈과 디젤 발전소의 동시 병렬 운전 모드는 전력 측면에서 시스템 내 풍력 터빈의 점유율이 전력의 15~20%를 초과해서는 안 되기 때문에 풍력 터빈을 사용하는 효과적인 방법이 불충분하다고 평가됩니다. 디젤 발전기. 이러한 모드는 고출력 하이브리드 설치 시 연료를 절약하는 데 사용할 수 있습니다.

풍력 터빈과 디젤 발전소의 분리 운전 모드를 사용하면 풍력 터빈의 참여 비율을 50~60% 이상으로 높일 수 있습니다. 그러나 이 경우, 맑은 날씨나 낮은 날씨에 부하에 전력을 공급하기 위해 풍력 터빈에서 작동 풍속으로 생성된 에너지를 축적하는 제어 시스템, 인버터 장비 및 배터리를 도입해야 하기 때문에 시스템의 복잡성이 불가피합니다. 풍속. 가능할 때마다 풍력 터빈에서 에너지를 얻고 배터리는 지속적으로 재충전됩니다. 바람이 잔잔한 기간 동안 배터리 충전량이 특정 수준 이하로 떨어지면 디젤 발전기가 자동으로(또는 수동으로) 가동되어 소비자에게 에너지를 제공합니다. 이 모드는 디젤 발전기의 시동 횟수를 크게 줄여 결과적으로 유지 관리 및 연료 비용을 절감합니다. 이러한 유형의 풍력 디젤 시스템은 현재 러시아의 아르한겔스크 및 무르만스크 지역에서 사용되고 있습니다.

2~500kW의 다양한 설계 및 목적을 갖춘 하이브리드 풍력-디젤 시스템은 현재 연방 프로그램 "러시아 연방 극북의 외딴 지역에 대한 에너지 공급" 프레임워크 내에서 구현을 위해 테스트, 개발 또는 계획 중입니다. . 일반적으로 이러한 하이브리드 시스템은 자율 소비자에게 안정적인 전원 공급을 제공하는 동시에 액체 연료를 절약하도록 설계되었습니다. 대규모 하이브리드 발전소는 북부 마을의 지역 네트워크에 적합해야 합니다.

풍력 터빈이 설치된 지역에 풍력 자원이 충분하다면 일상적인 유지 관리에 충분한 주의를 기울여 현대식 풍력 디젤 시스템을 사용하는 것이 매우 비용 효율적일 수 있습니다.

풍력 발전 시스템

태양에너지를 태양광전지(PV)로 변환해 전기에너지를 얻을 수 있다. 현재 FB의 가격이 다소 높음에도 불구하고 풍력 터빈과 함께 FB를 사용하면 어떤 경우에는 효과적일 수 있습니다. 겨울에는 풍력 잠재력이 크고 여름에는 맑은 날 FB를 사용하여 최대 효과를 얻을 수 있으므로 이러한 자원의 조합은 소비자에게 유익한 것으로 나타났습니다.

마이크로 수력 발전소와 함께 풍력 터빈 사용

풍력 터빈은 물 탱크가 있는 미세 수력 발전소와 결합하여 사용할 수 있습니다. 이러한 시스템에서는 바람이 있는 경우 풍력 터빈이 부하에 전력을 공급하고 잉여 에너지는 물을 하류에서 상류로 펌핑하는 데 사용됩니다. 바람이 잔잔한 기간에는 미세수력 발전소에서 에너지가 생성됩니다. 이러한 계획은 수력 자원이 적을 때 특히 효과적입니다.

전력망에 연결된 설비

그리드 연결 풍력 터빈은 풍력 터빈의 시동, 작동 및 제어를 보장하기 위해 풍력 터빈에 활성 및 무효 전력을 공급하는 기존 에너지 네트워크와의 연결을 의미합니다. 이는 풍력 터빈에서 생성된 전기가 전력망으로 직접 전달된다는 의미입니다. 풍력 터빈은 특정 풍속(대부분의 현대식 설치에서는 일반적으로 약 4m/s)에서 에너지를 생성하기 시작합니다. 여자 전류는 네트워크에서 가져와 풍력 터빈 발전기를 동기화하는 데 사용됩니다. 이는 그리드가 분리되면 풍력 터빈이 에너지를 생산할 수 없음을 의미합니다.

그리드 연결 풍력 터빈은 풍력 에너지 자원이 좋은 지역에 설치되어 에너지 회사에 판매할 전기를 생산합니다. 이러한 터빈 그룹은 소위 "풍력 발전소"를 구성합니다. 풍력 발전 단지는 주로 풍향에 수직으로 열로 설치되는 풍력 터빈의 복합체입니다. 이러한 프로젝트를 개발할 때 장치, 변전소, 모니터링 및 제어 시스템에 접근할 수 있는 도로의 가용성을 고려해야 합니다. 일반적으로 풍력 발전 단지에 할당된 토지는 농업과 같은 다른 목적으로도 사용됩니다.

일반적으로 풍력 발전 단지에서는 200kW~1,5MW 이상의 용량을 갖춘 대형 풍력 터빈을 사용합니다. 이 경우 풍력 발전 단지의 총 전력은 수십, 수백 메가와트에 달할 수 있습니다. 예를 들어, 미국 캘리포니아주에서는 풍력 발전소가 샌프란시스코와 같은 대도시의 XNUMX년 에너지 수요를 충족할 수 있는 충분한 전력을 생산합니다. 이러한 유형의 시스템은 교토 의정서에 따라 온실가스 배출 감소 목표가 설정된 유럽 국가에서 점점 인기를 얻고 있습니다.

기업이나 개인은 하나 이상의 대형 풍력 터빈을 설치하고 이를 전력망에 연결하여 에너지 회사에 전기를 판매하여 좋은 수익을 얻습니다. 에너지가 생산 요구에 직접 소비되는 동시에 풍력 터빈에서 생성된 에너지가 충분하지 않은 경우 네트워크에서 에너지를 얻는 것이 가능합니다. 풍력 터빈이 생산에 필요한 전기를 완전히 공급하는 경우 잉여 에너지가 있는 경우 초과 에너지가 네트워크에 공급됩니다.

풍력 터빈을 전력망에 연결

풍력 터빈을 중앙 집중식 에너지 네트워크에 연결하려면 네트워크에 풍력 터빈으로부터 에너지를 받을 만큼 충분한 전력이 있는지 확인해야 합니다. 이렇게 하려면 해당 지역의 전기 공급업체에 문의해야 합니다.

전력망의 전력에 따라 풍력 터빈의 전력이 선택됩니다. 일반적으로 풍력 터빈의 최대 출력은 전력 시스템 용량의 20%를 초과해서는 안 됩니다. 이는 시스템의 안정성과 전원 공급 장치 네트워크의 주파수 및 전압 매개변수를 유지하는 데 필요합니다.

풍력 터빈을 전력망에 연결하는 비용

전력망 연결 비용은 위치와 전력에 따라 다릅니다. 분명히, 네트워크 전력이 충분하지 않으면 연결 비용이 더 높아질 것입니다. 전력 네트워크의 전력을 높여야 하는데 이는 기술적으로 불가능할 수 있기 때문입니다. 이 경우 풍력 터빈과 네트워크의 연결이 거부됩니다.

전기 네트워크 연결 규칙은 국가에 따라 다릅니다. 많은 질문에 대해서는 현지 전력회사에 문의하시면 답변을 받으실 수 있습니다.

저자: Kargiev VM, Martirosov S.N. 등

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