Новый алгоритм повысил КПД ветровых электростанций до 40%

Ученые разработали алгоритм, благодаря которому можно снизить потери электричества при работе ветряков, контролируя колебания токов статора и ротора. Об этом пишет пресс-служба проекта "5-100" со ссылкой на статью в научном журнале IEEE Transactions on Power Electronics.

"Любые колебания токов статора и ротора, которые вызываются падением напряжения, могут быть значительно уменьшены и при этом они будут оставаться в заданных пределах безопасности. Внедрение нового ПО, контролирующего эти процессы, не потребует замены план и контроллеров", – прокомментировал один из авторов исследования, профессор Южно-Уральского государственного университета (Челябинск) Евгений Соломин.

Ветряные фермы как один из источников электроэнергии стремительно набирают популярность в Дании, США и других развитых государствах. Ветряки достаточно дешевы в производстве и не требуют особого ухода, но при этом они часто мешают своим шумом жителям близлежащих поселений, а их влияние на климат и погоду пока не до конца изучено.

Вдобавок эффективность работы ветряков пока остается низкой, из-за чего они не могут полноценно конкурировать с классическими тепловыми электростанциями и многими другими типами энергетических установок, особенно в там, где их работе не подходит климат. В частности, в большинстве регионов России традиционные ветряки из-за низких средних скоростей ветра применять нельзя.

Поэтому, как отмечают Соломин и его коллеги, инженеры, физики и программисты со всего мира сейчас совершенствуют как устройство самих турбин и различных электрических компонентов энергоустановок, так и программное обеспечение, которое управляет раскруткой ротора ветряка и другими аспектами его работы.

Программный апгрейд

В частности, российские и греческие исследователи уже много лет работают над решением одной из главных проблем в работе фактически всех ветрогенераторов – низкой стойкостью к резким скачкам и просадкам в напряжении и силе тока.

Эти проблемы связаны с тем, что турбина ветряков устроена так, что она может реагировать на резкие изменения в скорости ветра, при необходимости ускоряя свое движение или замедляя его. Для этого ее ротор и статор собраны так, что они постоянно нуждаются в притоке электричества из электросети. Резкие просадки в напряжении приводят к тому, что работа турбины нарушается, иногда она даже останавливается. В результате КПД ветряка падает.

Чтобы избавиться от подобных проблем, инженеры встраивают в ротор шунтирующие вентили, которые сглаживают подобные скачки напряжений и силы тока. Подобная процедура не проходит для ветряка даром, что также снижает его эффективность, делает его более сложным и повышает стоимость вырабатываемого электричества.

Профессор Соломин и его коллеги нашли более простой метод борьбы с подобными скачками в напряжении на роторе ветрогенератора. Они предложили менять напряжение, которое поступает в другой важный ее компонент, статор. Подобные манипуляции, как отмечают исследователи, можно проводить программным путем, не меняя конструкцию турбин.

Как показали первые тесты алгоритма, он повысил КПД экспериментального лабораторного ветряка мощностью в 5,5 киловатт на 15-40%. Аналогичных результатов ученые добились, создав компьютерную модель промышленной ветровой турбины мощностью в 1,6 мегаватт.

Ученые надеются, что их алгоритм не только сделает ветровую энергетику более выгодной, но и позволит ей стать экономически рентабельной на территории России и других уголков планеты, где ветра относительно слабы или дуют непостоянно.