III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Введение

Потребность в энергетике в мире возрастает в 2 раза каждые 10 лет и, несмотря на широкое развитие тепловых, гидроэлектростанций и АЭС, развитие экономики во многих странах требует небольших, легко транспортируемых на место работы, источников электроэнергии, которые могли бы быть использованы в любой географической точке. По сей день универсальным, автономным источником, безусловно, является дизель-генератор. Однако, в связи с непрекращающимся ростом цен на традиционные энергоносители - нефтепродукты, которые используются сегодня для выработки электроэнергии дизельными электростанциями в удаленных регионах, становится экономически целесообразным, а значит и актуальным, переход на использование природных возобновляемых источников - энергии ветра и безнапорного (без плотины) течения рек. Многие регионы мира обладают на побережье высоким ветровым потенциалом (среднегодовой скоростью ветра). К таким источникам электроэнергии относятся ветроэнергоустановки, которые располагаются везде, где дуют постоянные ветры. Попутно решаются проблемы экологии, энергосбережения, снижаются транспортные расходы (на доставку ГСМ). Наиболее широко распространёнными являются ветроустановки с рабочей частью в виде воздушного винта (пропеллера) с несколькими лопастями.

Каждый месяц прирост суммарной мощности за счет запуска новых ВЭУ превышает 200 МВт/ч. Постоянно растут инвестиции в ветроэнергетику, прорыв в технологиях композитных материалов позволил увеличить мощность ветротурбин за последнее десятилетие в 50 раз. Минимальная мощность устанавливаемых сейчас ветрогенераторов составляет 1 МВт, а с 2002 года начался ввод в эксплуатацию ВЭУ мощностью 5 МВт. Выгода от вложений в ветроэнергетику намного превосходит все остальные проекты. По оценкам специалистов общий объем электроэнергии, который Европа может выработать только за счет ветровых станций, в 5 раз превышает сегодняшние потребности. При этом использование ветряков не требует расходов на утилизацию отработанного топлива и не загрязняет окружающую среду.

Надежность, срок службы и стоимость любой современной энергетической установки во многом зависит от характеристик использованных в ней силовых модулей. Применение специализированных силовых модулей и сборок позволяет упростить разработку и обеспечить предельно высокие технические и экономические показатели.

Годовой прирост энергии, получаемой в последнее время в Европе от ветроэнергетических установок (ВЭУ), превышает 30%. Столь мощный подъем происходит за счет увеличения количества подобных установок и роста их мощности. Стремительное развитие технологий производства полупроводников, снижение уровня потерь силовых ключей и повышение их эффективности, появление новых средств моделирования и проектирования позволяет создавать преобразователи ветротурбин с уникальными технико-экономическими показателями.

Увеличение плотности мощности силовых ключей и постоянное стремление к снижению массогабаритных показателей делает разработку конструкции силовых преобразователей одним из самых сложных этапов проектирования. Это в полной мере относится к конвертерам ветротурбин - одним из самых энергонасыщенных изделий силовой электроники.

Общие принципы проектирования ветроэнергетических установок в принципе применимы ко всем изделиям силовой электроники, поэтому на примере преобразователей ВЭУ можно проследить основные тенденции ее развития.