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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Tipos de turbinas eólicas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa As turbinas eólicas podem ser conectadas à rede e transferir a energia gerada para a rede elétrica local, ou podem ser autônomas, onde o consumidor fica próximo à turbina eólica. Sistemas autônomos de alimentação Qualquer sistema autônomo, incluindo energia eólica, opera independentemente da rede centralizada de fornecimento de energia. Nessas condições, a turbina eólica pode operar de forma independente, ser usada como backup para qualquer outro gerador ou ser usada em combinação com outras usinas de energia como um componente de um sistema de fornecimento de energia combinado. Esses sistemas são usados para levantar água ou fornecer eletricidade para residências, fazendas ou pequenas empresas. Como regra, turbinas eólicas autônomas de baixa potência geram corrente contínua para carregar a bateria. O sistema contém um inversor para converter corrente contínua em corrente alternada com tensão de 230 V. Atualmente, essas turbinas eólicas com capacidade de até 0,5 kW se espalharam na Rússia. Desenvolveu e utilizou protótipos de aerogeradores com capacidade de 2,5; 5; 8 e 10 kW. Sistemas maiores, usados por exemplo para fornecer energia a várias instalações, geralmente geram corrente alternada. Na Rússia, há uma experiência positiva de longo prazo no uso de turbinas eólicas de levantamento de água em pastagens nas regiões de estepe ou deserto sem o uso de AB e fontes de energia de backup (usinas a gasolina ou diesel). A direção prioritária para o desenvolvimento da energia eólica na Rússia em um futuro próximo será o uso autônomo de turbinas eólicas de pequeno e médio porte em regiões remotas do Extremo Norte, porque ali se concentram os principais recursos eólicos do país, a densidade populacional é baixa, não existem grandes redes elétricas e existem cerca de 17 mil pequenos povoados onde é aconselhável a utilização de parques eólicos para fins de abastecimento de energia. Em 1996-1998 nas regiões de Murmansk e Arkhangelsk, foram instaladas as primeiras turbinas eólicas autônomas com capacidade de 10 kW. É óbvio que o fator chave que determina a escolha entre o uso de um sistema de energia autônomo e a construção de linhas de energia (LT) da instalação para as redes centralizadas de fornecimento de energia é a competitividade das características de custo das turbinas eólicas em comparação com a conexão à rede. Sistema Híbrido de Energia Um sistema híbrido de energia implica o uso de turbinas eólicas em conjunto com outras fontes de energia (gerador a diesel, módulos solares, microcentrais hidrelétricas, etc.). Essas fontes de energia complementam as turbinas eólicas para garantir o fornecimento ininterrupto de energia ao consumidor em climas calmos. Sistemas eólico-diesel O sistema eólico-diesel consiste em uma turbina eólica e um sistema diesel-elétrico (DES) com capacidades perfeitamente combinadas. Normalmente, um gerador a diesel é usado em combinação com uma turbina eólica quando o objetivo da utilização desta é economizar óleo diesel, cujo custo, incluindo os custos de envio, pode ser muito alto. A relação de potência dos componentes do sistema depende do esquema de geração de carga e dos recursos eólicos. O modo de operação paralela simultânea de turbinas eólicas e usinas a diesel é estimado como uma forma insuficientemente eficaz de usar turbinas eólicas, uma vez que a parcela de participação de uma turbina eólica no sistema em termos de potência não deve exceder 15-20% do capacidade do gerador a diesel. Esses modos podem ser usados para economizar combustível em instalações híbridas de alta potência. O uso do modo de operação separada de turbinas eólicas e usinas a diesel permite aumentar a participação de turbinas eólicas em até 50-60% ou mais. No entanto, neste caso, a complexidade do sistema é inevitável devido à necessidade de introduzir um sistema de controle, equipamentos inversores e baterias, que acumulam a energia gerada pelo aerogerador em velocidades de vento de operação para alimentar a carga em tempo calmo ou em baixas velocidades de vento. Sempre que possível, a energia é obtida de turbinas eólicas e as baterias são continuamente recarregadas. Durante os períodos de calmaria do vento, quando a carga da bateria cai abaixo de um determinado nível, um gerador a diesel é acionado automaticamente (ou manualmente) para fornecer energia aos consumidores. Este modo reduz significativamente o número de partidas do gerador a diesel e, consequentemente, leva a uma redução nos custos de manutenção e combustível. Sistemas eólicos desse tipo são usados atualmente nas regiões de Arkhangelsk e Murmansk, na Rússia. Atualmente, sistemas híbridos eólico-diesel com capacidade de 2 a 500 kW de vários projetos e finalidades estão sendo testados, desenvolvidos ou planejados para implementação no âmbito do Programa Federal "Fornecimento de Energia para Territórios Remotos do Extremo Norte da Federação Russa" . Como regra, esses sistemas híbridos são projetados para fornecer fornecimento de energia confiável para consumidores autônomos, economizando combustível líquido. Grandes usinas híbridas devem funcionar para a rede local de assentamentos do norte. O uso de um moderno sistema eólico-diesel, com a devida atenção à manutenção contínua, pode ser muito econômico se houver recursos eólicos suficientes na área onde a turbina eólica está instalada. Sistemas eólicos solares A energia elétrica pode ser obtida pela conversão da radiação solar em baterias fotovoltaicas (PV). Apesar do custo atualmente bastante alto dos FBs, seu uso em conjunto com turbinas eólicas em alguns casos pode ser eficaz. Como há um grande potencial de vento no inverno, e no verão em dias claros o efeito máximo pode ser obtido com FB, a combinação desses recursos acaba sendo benéfica para o consumidor. O uso de turbinas eólicas em conjunto com microcentrais hidrelétricas As turbinas eólicas podem ser usadas em combinação com micro UHEs que possuem um tanque de água. Nesses sistemas, na presença de vento, o aerogerador alimenta a carga, e o excesso de energia é utilizado para bombear água de jusante para montante. Nos períodos de calmaria do vento, a energia é gerada por microcentrais hidrelétricas. Tais esquemas são especialmente eficazes para recursos de pequenas hidrelétricas. Instalações conectadas à rede elétrica Turbinas eólicas conectadas à rede implicam conexão a alguma rede de energia existente que fornece à turbina eólica energia ativa e reativa para garantir a partida, operação e controle da turbina eólica. Isso significa que a eletricidade gerada pela turbina eólica vai diretamente para a rede. As turbinas eólicas começam a gerar energia a uma determinada velocidade do vento - normalmente em torno de 4 m/s para a maioria das instalações modernas. A corrente de excitação é retirada da rede e usada para sincronizar o gerador da turbina eólica. Isso significa que, se a rede for desligada, a turbina eólica não pode produzir energia. As turbinas eólicas conectadas à rede são instaladas em áreas com bons recursos de energia eólica para gerar eletricidade para venda a empresas de energia. Um conjunto dessas turbinas constitui o chamado "parque eólico". Um parque eólico é um complexo de turbinas eólicas, geralmente instaladas em fileiras perpendiculares à direção predominante do vento. Ao desenvolver tal projeto, é necessário levar em consideração a disponibilidade de vias de acesso às unidades, à subestação e aos sistemas de monitoramento e controle. Normalmente, um lote de terreno destinado a um parque eólico é também utilizado para outras necessidades, como a agricultura. Normalmente, os parques eólicos usam grandes turbinas eólicas com capacidade de 200 kW a 1,5 MW ou mais. Ao mesmo tempo, a capacidade total de um parque eólico pode atingir dezenas e centenas de megawatts. No estado norte-americano da Califórnia, por exemplo, os parques eólicos geram eletricidade suficiente para atender às necessidades energéticas de uma grande cidade como São Francisco por um ano. Esse tipo de sistema está se popularizando cada vez mais nos países europeus, onde, segundo o Protocolo de Kyoto, o objetivo é reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Empresas ou indivíduos instalam uma ou mais grandes turbinas eólicas e, ao conectá-las à rede elétrica, vendem eletricidade para empresas de energia, obtendo um bom lucro. Nos casos em que a energia é consumida diretamente para as necessidades de produção e, ao mesmo tempo, a energia gerada pelos aerogeradores não é suficiente, é possível recebê-la da rede. Se a turbina eólica fornecer totalmente à produção a eletricidade necessária na presença de excesso, a energia excedente é fornecida à rede. Conectando a turbina eólica à rede elétrica Se você deseja conectar uma turbina eólica a uma rede de energia centralizada, precisa descobrir se a rede tem capacidade suficiente para receber energia da turbina eólica. Para fazer isso, você deve entrar em contato com o fornecedor de eletricidade local. Dependendo da potência da rede elétrica, a potência da turbina eólica é selecionada. Normalmente, a potência máxima da turbina eólica não deve exceder 20% da potência do sistema. Isso é necessário para manter a estabilidade do sistema e os parâmetros de frequência e tensão na rede de alimentação. O custo de conectar a turbina eólica à rede elétrica O custo de conexão à rede elétrica depende de sua localização e capacidade. Obviamente, o custo de conexão será maior se a capacidade da rede for insuficiente, pois será necessário aumentar a capacidade da rede elétrica, o que pode não ser tecnicamente viável. Neste caso, a conexão do aerogerador à rede será negada. As regras para conexão à rede elétrica variam de acordo com o país. Muitas perguntas podem ser respondidas entrando em contato com uma empresa de energia local. Autores: Kargiev V.M., Martirosov S.N. e etc
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