Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ современного состояния вопроса по использованию энергии ветра для бытовых целей
1.1. Водопотребление коттеджей 11
1.2. Бытовые аккумуляционные и проточные водонагреватели 15
1.3. Мировой опыт использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии 24
1.4. Ветрогенераторные системы для горячего водоснабжения усадебных домов 35
1.4.1. Системы генерирования электроэнергии 35
1.4.2. Асинхронные генераторы 43
ГЛАВА 2. Теоретические исследования потенциала ветровой энергии в красноярском крае, республиках хакасия и тыва 49
2.1. Общие положения определения кадастровых характеристик скорости ветра 49
2.2. Результаты исследования расчета показателей ветроэнергетического кадастра Красноярского края, республик Хакасия и Тыва 56
2.3. Разработка методики определения выработки энергии ВЭУ 70
ГЛАВА 3. Технические средства, структурные схемы и алгоритмы управления системой горячего водоснабжения с использованием ВЭУ и ЕЭВ 82
3.1. Водонагреватели 82
3.1.1. Аккумуляционные водонагреватели 82
3.1.2. Проточные водонагреватели 86
3.1.3. Аккумуляционно-проточные водонагреватели 89
3.2. Асинхронные генераторы 92
3.2.1. Асинхронный сетевой генератор 92
3.2.2. Асинхронный автономный генератор 94
3.2.3 Асинхронный полюсопереключаемый электродвигатель с короткозамкнутым ротором в составе ВЭУ 101
3.2.4. Алгоритм управления ВЭУ с использованием асинхронного полюсопереключаемого двигателя в качестве генератора 103
3.3. Система горячего водоснабжения усадебных домов 104
3.3.1. Структурная схема системы управления ГВС с применением ВЭУ и ЕЭВ 107
3.3.2. Алгоритм управления АПВН в системе с ВЭУ и ЕЭВ при трехставочном тарифе на электроэнергию 109
ГЛАВА 4. Исследование режимов управления работой аккумуляционно-проточных водонагревателей при энергообеспечении от ВЭУ и ЕЭВ 113
4.1. Проведение экспериментальных исследований. Задача и методика 113
4.2. Экспериментальные исследования режимов управления АППД в качестве генератора в составе ВЭУ 117
4.3. Опытный образец системы горячего водоснабжения в п. Манский, Красноярского края 124
ГЛАВА 5. Технико-экономическое сравнение вариантов энергообеспечения системы горячего водоснабжения усадебных домов по критерию себестоимости 1квт ч электроэнергии 127
5.1. Общие сведения 127
5.2. Расчет себестоимости 1кВт ч электроэнергии от ВЭУ в различных районах Красноярского края, республиках Хакасия и Тыва 128
5.3. Расчет себестоимости 1кВт ч электроэнергии от дизельных установок в различных районах Красноярского края, республиках Хакасия и Тыва 132
5.4. Расчет себестоимости 1кВт ч электроэнергии от энергосистемы 137
5.5. Эффективность применения ВЭУ и ДЭС в различных районах Красноярского края, республиках Хакасия и Тыва 137
Общие выводы 147
Литература
- Мировой опыт использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии
- Результаты исследования расчета показателей ветроэнергетического кадастра Красноярского края, республик Хакасия и Тыва
- Аккумуляционно-проточные водонагреватели
- Экспериментальные исследования режимов управления АППД в качестве генератора в составе ВЭУ
Введение к работе
Постоянно возрастающие потребности человечества в энергии могут удовлетворяться за счет ископаемых, или возобновляемых ресурсов, совершенствования технологий и повышения эффективности использования энергии потребителями.
По мере того как сложные технологии получения электроэнергии и тепла из ископаемого топлива «традиционными способами» стали достаточно совершенными, начали проявляться угрожающие самому существованию жизни на Земле негативные эффекты — тепловое, химическое, радиоактивное загрязнение окружающей среды; стали быстро уменьшаться запасы нефти, газа, высококачественных углей и других топлив [17, 23].
В последние годы в нашей стране и за рубежом ведется активная работа по поиску и вовлечению в топливно-энергетический баланс новых источников энергии и нетрадиционных технологий ее получения. Особый интерес проявляется к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) - энергии Солнца, ветра, Мирового Океана, малых водных потоков, тепла Земли, биомассы и т.д., а также разработке нетрадиционных систем и технологий преобразования и схем использования [18, 21, 23, 59, 61, 62, 88, 89].
Доля возобновляемых источников энергии в балансе первичной энергии в 1990 г. составила 18%, «новых» нетрадиционных ресурсов — солнечной, ветровой, геотермальной, энергии малых рек, Мирового океана — лишь 2% от этого количества. Она может увеличиться до 4 % к 2020 г. при современных условиях и вырасти до 12% при принятии значительных мер государственной поддержки [23, 27].
Использование ВИЭ затруднено из-за их малой концентрации, нерегулярности, зависимости от места расположения, времени года, суток, климатических условий. Поэтому на первом этапе должны быть решены научные проблемы, связанные с развитием технической и материальной базы, обеспечивающих применение ВИЭ [31, 55, 66, 79].
Крупным потребителем энергии от ВИЭ может стать сельское хозяйство в силу территориальной рассредоточенности многочисленных объектов, относительно небольшой мощности разного рода технологического оборудования и значительного количества объектов, нуждающихся в автономном энергоснабжении. Диапазон применения ВИЭ достаточно широк: это обогрев и охлаждение зданий, опреснение и подогрев воды, сушка сельхозпродукции, водоснабжение и т.д. [3, 7, 31, 79].
Ни один источник возобновляемой энергии не является универсальным, подходящим для использования в любой ситуации. Это всегда определяется конкретными природными условиями и потребностями общества.
Поэтому для эффективного развития энергетики на возобновляемых ресурсах необходимы, во-первых, систематические исследования параметров окружающей среды, во-вторых, изучение потребностей конкретного региона в энергии для сельскохозяйственного производства и бытовых нужд.
В России имеется целый ряд отдаленных регионов, которые не присоединены к централизованной системе энергоснабжения. Там проживает около 20 миллионов человек, а электроэнергия вырабатывается в основном на дизельных энергетических установках с использованием дорогого привозного топлива.
Настоящая работа посвящена вопросу использования энергии ветра для горячего водоснабжения усадебных домов в районах Красноярского края, республиках Хакасия и Тыва. Применение энергии ветра как единственного источника осложняется тем, что ее энергетические режимы переменны во времени и различны по своему потенциалу. Указанные особенности приводят к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат на элементы установок, снижают надежность энергоснабжения объектов и ограничивают область применения ветроэнергетических установок. Эти недостатки могут быть компенсированы путем комбинированного использования ветроэнергетической установки (ВЭУ) с резервированием от дизельной электростанции или единого энергетического ввода. Эффективность применения ВЭУ для горячего
водоснабжения усадебного дома повышается при использовании асинхронного полюсопереключаемого двигателя в качестве генератора ВЭУ, за счет увеличения диапазона рабочих частот вращения. Работа системы горячего водоснабжения при энергообеспечении от ВЭУ с резервированием от дизельной электростанции или единого энергетического ввода, при трехставочном тарифе на электроэнергию позволяет производить нагрев наиболее экономично, в зависимости от скорости ветра и тарифа на электроэнергию.
Данная работа выполнена в рамках программы «Энергосбережение Красноярского края на период 2000 - 2005 г», раздел «Агропромышленный комплекс», подпрограмма «Нетрадиционные источники энергии»по темам: «Технико-экономическое обоснование энергообеспечения бытовых потребителей за счет использования энергии ветра», «Разработка и внедрение образцов ветроэнергетических агрегатов».
Разработкой и внедрением ветроэнергетических установок занимаются институты Академии наук России, ряд ведомств и организаций, Большой вклад в развитие теоретических основ, методов и средств использования энергии ветра внесли известные отечественные и зарубежные ученые: Н.Е. Жуковский, В.П. Венчинин, Г.Х. Сабинин, Е.М. Фатеев, Я.И. Шефтер, И.В. Красовский, Г.А. Гриневич, Д-де Резо, Л. Ярое, Л. Хофман и др. [16, 23, 35, 44, 47, 53, 88]. Однако использование энергии ветра в целях экономии топливно-энергетических ресурсов не реализуется в полном объеме. Медленное внедрение ветроэнергетических установок в народное хозяйство объясняется рядом факторов: высокой стоимостью оборудования, отсутствием налаженной технологии серийного производства совместных элементов для ветроэнергетических установок, недостаточностью методических и технико-экономических исследований по оптимальному определению параметров, рациональных схем и областей применения ветроэнергетических установок, прогнозов по снижению их стоимости и удорожанию топливно-энергетических ресурсов [21, 27, 60, 58].
Цель работы: снижение энергопотребления усадебных домов путем
„ разработки технических средств использования энергии ветра для горячего
водоснабжения.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
Мировой опыт использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии
Анализируя таблицу 1.5, можно сделать следующие выводы: рынок располагает достаточным ассортиментом ПВН для получения горячей воды, которая используется для хозяйственно-бытовых нужд в необходимом количестве и требуемой температуры (см. табл. 1.4). Например, ПВН с расходом горячей воды до 5,4-6 л/мин подойдут для работы на одну точку водоразбора (умывальник со смесителем, мойка со смесителем, душевая кабина). Более мощные ПВН могут использоваться для одной точки с большим водоразбором или нескольких точек водоразбора, таких как ванна со смесителем, душевая кабина и умывальник и т.д.
Рассмотрев оба класса водонагревателей, можно выявить их положительные и отрицательные качества в целом и с точки зрения электроснабжения от энергосистемы.
К недостаткам АВН следует отнести: - продолжительное время нагрева воды в баке; - громоздкость (занимают значительное пространство); - имеющиеся теплопотери, хоть и незначительные. К недостаткам ПВН следует отнести: - большую установленную мощность; і - увеличенную мощность электропроводки, коммутирующей и защитной аппаратуры; - отключение при расходе менее «минимального протока для включения»; - увеличение неравномерности графика нагрузки единого энергетического ввода (ЕЭВ), а при массовом использовании и графика нагрузки трансформаторной подстанции (111); - зависимость температуры нагрева воды от скорости протока.
К преимуществам АВН следует отнести: - уменьшение неравномерности графика нагрузки ЕЭВ, а при введении нескольких тарифов на электроэнергию могут выступать в качестве потребителей-регуляторов; - малую установленную мощность, соответственно требующую меньшую мощность ЕЭВ и ТП; - меньшую по мощности электропроводку, коммутирующую и защитную аппаратуру (по сравнению с ПВН); - температуру воды, не зависящую от расхода. К преимуществам ПВН следует отнести: - компактность (из-за отсутствия накопительной емкости); - моментальный нагрев воды; - отсутствие теплопотерь.
Из вышеприведенного следует, что у каждого класса имеются как недостатки, так и положительные качества. ПВН моментально нагревают воду и выдают её с расчетным расходом любое по продолжительности время. Но в то же время они совершенно не пригодны в сельской местности, из-за маломощных ТП и линий электропередачи (ЛЭП), где отопление в основном осуществляется при помощи твердого органического топлива. Горячее водоснабжение осуществляется либо в ограниченных количествах бытовыми нагревательными приборами или от твердого топлива.
При введении энергоснабжающими организациями дифференцированного по времени суток учета электроэнергии (ДУЭ) и двух-или трехставочного тарифа на электрическую энергию повышается заинтересованность потребителей в использовании АВН.
В связи с тем, что уровень быта на селе непрерывно растет [3], и все чаще население для удовлетворения хозяйственно-бытовых нужд в горячей воде прибегает к использованию различных водонагревателей, для электроснабжающих организаций встает проблема увеличения установленных мощностей питающих трансформаторных подстанций. В некоторых случаях возможно восполнить данную нехватку электрических мощностей путем применения возобновляемых источников энергии, в частности путем использования ветроэнергетических установок (ВЭУ).
В последние годы практически во всех странах мира наращивается выработка электрической и тепловой энергии на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) — солнечной, ветровой, геотермальной, энергии малых водных потоков (малых рек); использования биомассы и др. [21, 23, 59, 57, 77]. В настоящее время абсолютная величина выработки энергии от подобных источников невелика (табл. 1.6). Несмотря на это, для некоторых регионов, особенно удаленных от энергосистем, подобные источники энергии — единственный путь обеспечения местных инфраструктур электричеством и теплом. Кроме того, развитие нетрадиционной энергетики связано с постоянным удорожанием и истощением традиционных энергоресурсов — нефти, газа, угля, обострившимися проблемами экологии, необходимостью надежного и эффективного энергоснабжения отдаленных, труднодоступных и специфических потребителей. В России имеется целый ряд отдаленных регионов, которые не присоединены к централизованной системе энергоснабжения. Там проживает около 20 миллионов человек, а электроэнергия вырабатывается в основном на дизельных энергетических установках с использованием дорогого привозного топлива. В последние десятилетия одной из насущных проблем стало энергоснабжение крестьянских (фермерских) хозяйств. Энергоснабжение большинства из них заключается в обеспечении электроэнергией, теплом и горячей водой усадебного дома (или нескольких домов) и производственной базы. Нагрузка усадебного дома относительно мала [3], но, как правило, для подключения к энергосистеме требуется строительство высоковольтной линии электропередачи и понизительной трансформаторной подстанции. Также ВИЭ могут успешно дополнить недостающие мощности энергоснабжения усадебных домов и работать как дополнительный источник энергии.
Результаты исследования расчета показателей ветроэнергетического кадастра Красноярского края, республик Хакасия и Тыва
Для составления ветроэнергетического кадастра Красноярского края, республик Хакасия и Тыва были собраны и проанализированы первичные материалы по 61 метеорологической станции рассматриваемых регионов, в виде первично обработанных статистических характеристик по измерению скоростей ветра на 10-летний период.
Статистические характеристики скорости ветра зависят от особенностей местных условий: рельефа, высоты поверхности земли над уровнем моря, близости водоема, жилых и промышленных объектов, характера растительности и др.
В технико-экономических задачах при сопоставлении различных регионов целесообразно выявлять территории, имеющие близкие по ветровым нагрузкам признаки. Это позволит разделить территорию Красноярского края, республик Хакасия и Тыва на ряд ветровых районов, которые, не имея значительных отличий в ветровых нагрузках внутри себя, будут значимо разниться между собой.
Исходными параметрами для выполнения районирования служили значения средней годовой многолетней скорости ветра, приведенные к условиям открытой местности на плоских или выпуклых формах рельефа на высоте 10 м от поверхности земли.
Первоначально территория Красноярского края, республик Хакасия и Тыва была разделена на семь ветровых зон, внутри которых размах колебаний составил 1м/с, с использованием данных среднегодовой скорости ветра по 179 метеорологическим станциям.
Как показано выше, основой для определения параметров уравнения Гриневича (2.7) служат коэффициенты вариации С„ и асимметрии С,. Поэтому процесс районирования режимов повторяемости скоростей ветра можно свести к выявлению метеостанций с близкими значениями этих коэффициентов. Из рис. 2.1, где показана графическая взаимосвязь коэффициентов Су и Cs, вычисленных в результате обработки информации по 61 метеостанции Красноярского края, республик Хакасия и Тыва, следует, что точки, соответствующие метеостанциям, расположенным в близких физико-географических условиях, достаточно тесно группируются относительно некоторого центра, образуя своеобразный эллипс рассеивания.
Рассеивание точек внутри эллипсов происходит за счет различия в рельефе и степени открытости станций, погрешностей при производстве наблюдений. Неточности усиливаются при умножении на квадрат или куб скорости ветра. В связи с этим воспользовались такой статистической характеристикой, как относительная высота центра тяжести площади под кривой распределения (2.16).
Рисунок 2.2, дающий связь коэффициентов Cv и С0, существенно дополняет предыдущий график (рис. 2.1) и позволяет более четко и строго выполнить районирование режимов повторяемости скоростей ветра.
Последующий анализ режима повторяемости ветра в каждой ветровой зоне позволил определить характерную станцию, у которой коэффициенты вариации и асимметрии были близки к средним значениям по району. Значения средних многолетних скоростей ветра на высоте 10 метров от поверхности земли приведены в приложении 1.
Таким образом, различие статистических характеристик ветрового потенциала (оценка средних значений по 179 метеорологическим станциям) по сути дела приводит к районированию территории Красноярского края, республик Хакасия и Тыва по ветроэнергетическому потенциалу.
По полученным результатам произведено районирование территории Красноярского края, республик Хакасия и Тыва по ветровым зонам с учетом метеорологических станций, принадлежащих одной группе, и физико-географических особенностей рельефа местности. Результаты районирования приведены на рис. 2.3 и 2.4.
Аккумуляционно-проточные водонагреватели
Как показывает анализ таблицы 3.2, для обеспечения потребителя горячей водой с нагревом воды на 35 С, с минимальным расходом 0,05 л/с (гигиенический душ) и максимальным 0,18 л/с (ванна), с температурой воды 37-40 С потребуются ПВН с ТЭН мощностью 7,5 и 26,5 кВт, что является большой нагрузкой для ЕЭВ. В том случае, если требуется еще больший расход горячей воды (комбинированный водоразбор) или более высокая температура нагрева, то соответственно увеличится и мощность нагревательных элементов. Массовое применение ПВН приведет к недопустимой неравномерности графика нагрузки ТП, что будет сказываться и на всей энергосистеме в целом. Данные водонагреватели при всех своих достоинствах (малые габаритные размеры, быстрота нагрева воды) имеют огромный недостаток - большую установленную мощность. Этот недостаток ограничивает их применение в сельской местности, где ТП имеют малую мощность, а линии электропередачи выполнены проводом небольшого сечения и имеют довольно большую протяженность. 3.13. Аккумуляционно-проточные водонагреватели
Для повышения эффективности работы ЕЭВ нами разработан новый класс водонагревателей: аккумуляционно-проточные (АПВН), которые позволят снизить установленную мощность оборудования для горячего водоснабжения коттеджа, сгладить график нагрузки за счет использования сочетания положительных качеств аккумуляционного и проточного водонагревателей.
Отличительная особенность такого класса водонагревателей - наличие обечайки вокруг нагревательных элементов, что позволяет использовать их для быстрого получения горячей воды с небольшим расходом при включении нагревательных элементов в сеть и для нагрева большого объема воды впрок в часы провала графика нагрузки путем циркуляции воды через обечайку.
Холодная вода из нижнего отверстия 10 в обечайке 8 проходит через нагревательные элементы 7, подогревается и, обтекая конус 11, поднимается вверх. Проходя между конусом 11 и обечайкой 8, теплая вода поднимается через верхнее отверстие 9 в обечайке 8 в верхний слой воды резервуара 3. Таким образом, за счет циркуляции происходит нагрев воды 2 в резервуаре 3. При открытии вентиля на трубопроводе горячей воды 6, вода 2, не смешиваясь с общим количеством воды в резервуаре, проходит в конус 11 и подается на кухню. Теплая вода из резервуара 3 при открытии вентиля на трубопроводе теплой воды 5 подается в ванную комнату. Отключение нагревательных элементов 7 при достижении температуры воды 2 в резервуаре 3 заданного значения осуществляется с помощью терморегулятора. Трубопровод теплой воды может отсутствовать.
При работе водонагревателя в режиме потребителя-регулятора для регулирования графика нагрузки ЕЭВ коттеджа или питающей ТП, например, при внедрении трехтарифного счетчика учета электрической энергии, нагревательные элементы могут быть разбиты на три группы. Минимальная мощность нагревательных элементов может быть использована в часы пика нагрузки при утреннем и вечернем максимуме нагрузки (тариф на электроэнергию максимальный). При базисном тарифе на электроэнергию используются две ступени нагревательных элементов. В ночные часы провала графика нагрузки водонагреватель работает в аккумуляционном режиме. Поскольку в это время действует льготный тариф, то включены все нагревательные элементы.
Аккумуляционно-проточный водонагреватель рассчитывается по приведенной выше методике. Следует учитывать разделение нагревательных элементов на группы, которые могут принимать участие в различных режимах работы водонагревателя. Так, в аккумуляционном режиме водонагреватель может использовать одну или более ступеней ТЭН, соответственно, и время нагрева будет меняться в зависимости от мощности ТЭН. В проточном режиме, если температура воды в баке не достигла требуемой величины, дополнительно включаются одна или две группы ТЭН, соответственно, вода будет нагреваться на разность температур, соответствующих суммарной мощности ТЭН (рис. 3.2). 18,0 (1,5; 2; 2,5; 3; 4 мощности ТЭН, кВт) Горячая вода, дополнительно нагреваемая ТЭН, поступающая к потребителю, имеет теплопотери за счет контакта с теплой водой бака через обечайку. Данные теплопотери незначительны, так как время контакта дополнительно нагретой воды с обечайкой непродолжительное, а разность температур невелика, за счет использования небольшой установленной мощности всех групп ТЭН.
На наш взгляд, данная конструкция АПВН с резервуаром большой емкости и разделением мощности ТЭН на три группы может эффективно работать в системе с ВЭУ, с трехступенчатым изменением мощности генератора для горячего водоснабжения усадебных домов [34], когда выходной мощности генератора будет соответствовать подключаемая к нему нагрузка. В качестве такого генератора может выступать асинхронный двигатель с изменением числа пар полюсов, работающий в составе ВЭУ.
Экспериментальные исследования режимов управления АППД в качестве генератора в составе ВЭУ
Автономные асинхронные генераторы с конденсаторным возбуждением обычно выполняют с короткозамкнутой обмоткой ротора. Их используют главным образом в ВЭУ и гидроэлектростанциях небольшой мощности, работающих без обслуживающего персонала [6].
В нашем случае мы используем асинхронный полюсопереключаемый двигатель в качестве генератора ВЭУ, схема соединения обмоток которого может переключаться в зависимости от скорости вращения, соответственно меняется и выходная мощность такого генератора. Способ управления ВЭУ с использованием асинхронного полюсопереключаемого двигателя запатентован и представлен в приложении 5 [56].
Предлагаемый способ позволяет более полно использовать энергию скорости ветра, за счет расширения диапазона частот вращения вала генератора (рис. 3.7) [76]. п, об/мин Механическая характеристика 3 скоростного асинхронного электродвигателя (двигательный и генераторный режимы)
На рисунке 3.7 показаны механические характеристики трехскоростного асинхронного электродвигателя, с синхронными скоростями вращения на 750, 1500 и 3000 об/мин, при работе такого двигателя в режиме генератора, по сути дела, мы получаем не одну, а три механические характеристики [33, 46,49, 74].
В других генераторных системах существуют свои генераторные кривые, для которых имеется диапазон частоты вращения: при максимальной частоте вращения генератор вырабатывает максимальную мощность, и для того чтобы он не вышел из строя, необходимо ограничивать частоту вращения ветроколеса ВЭУ механическим способом. Это, в частности, можно сделать за счет изменения угла атаки лопастей или изменения угла атаки всего ветроколеса [108, 119]. В крайнем случае ветроколесо ВЭУ выводят из-под ветра и не используют скорости ветра более номинальных [110, 120, 121].
При использовании многоскоростного асинхронного электродвигателя по достижении двигателем максимальной мощности при наименьшей синхронной скорости вращения, происходит переключение схемы соединения его обмоток и он способен работать при более высокой скорости ветра и т.д. [94].
Так как нами ставится задача горячего водоснабжения усадебного дома, и в качестве нагревательных элементов используются ТЭНы (активная нагрузка), то весь расчет генератора сводится к определению ёмкости конденсаторных батарей, необходимых для компенсации реактивной мощности генератора при подключении нагрузки в соответствии с мощностью генератора. Емкость конденсаторных батарей и мощность ТЭН АПВН выбирается в зависимости от паспортных данных многоскоростного асинхронного электродвигателя.
Алгоритм управления ВЭУ с асинхронным полюсопереключаемым двигателем (АППД) в качестве генератора рассмотрим на примере ВЭУ состоящей из таких основных элементов, как ветроколесо, передаточное устройство, генератор (трёхскоростной асинхронный полюсопереключаемый двигатель) и блок автоматики (приложение 5). Предлагаемая ВЭУ работает в автоматическом режиме, с подключением нагрузки в зависимости от вырабатываемой генератором мощности (приложение 6).
При воздействии ветра на ветроколесо, оно начинает вращаться, редуктор увеличивает скорость вращения и передает ее генератору. В качестве генератора используется АППД, от схемы соединения обмоток которого зависит количество числа пар полюсов и, следовательно, синхронная частота вращения. Обмотки генератора соединены по схеме с наименьшей синхронной частотой вращения, к которым присоединены конденсаторные батареи, рассчитанные на мощность генератора при данной схеме соединения, при работе на чисто активную нагрузку. При вращении генератора со скоростью п2 превышающей синхронную скорость Пі, он самовозбуждается, после этого срабатывает датчик скорости, контролирующий синхронные скорости вращения (col, се 2, соЗ), и блок автоматики подключает первую ступень нагрузки.
При увеличении скорости вращения ротора генератора, превышающей вторую синхронную скорость, срабатывает датчик скорости, и блок автоматики подключает вторую ступень нагрузки (дополняющую первую до выходной мощности генератора при схеме соединения обмоток, соответствующей второй скорости вращения) и дополнительную батарею конденсаторов.
При дальнейшем увеличении скорости вращения ротора генератора, превышающей третью синхронную скорость, переключения происходят по вышеуказанной схеме.
Снижение скорости ветра приводит к уменьшению скорости вращения генератора, и под воздействием сигналов, поступающих от датчика скорости, блок автоматики отключает третью ступень нагрузки, дополнительную батарею конденсаторов и переключает схему обмоток генератора по схеме, соответствующей меньшей синхронной скорости вращения.
В дальнейшем, при изменении скорости ветра, блок автоматики ВЭУ переключает схемы соединения обмоток генератора, подключает нагрузку и батареи конденсаторов, в соответствии с сигналами, поступающими от датчика скорости.
Конструкция АПВН с разделением мощности ТЭН на три группы может эффективно работать в системе с ВЭУ, с использованием асинхронного полюсопереключаемого двигателя в качестве генератора, когда выходной мощности генератора будет соответствовать подключаемая к нему нагрузка. Так как ветер изменчив в течение суток, то необходимо предусмотреть АПВН с резервуаром большой емкости, для накопления горячей воды в периоды высоких скоростей ветра, надежного горячего водоснабжения в штилевые периоды.
В системе с ВЭУ и ЕЭВ данный водонагреватель представляет большой интерес при дифференцированном учете электроэнергии (ДУЭ), когда количество включения групп ТЭН зависит от действующего на данный момент тарифа на электроэнергию (тариф ниже - мощность выше, и наоборот).
Разделение мощности ТЭН на группы позволяет запасать горячую воду впрок в периоды высоких скоростей ветра, когда ВЭУ работает при полной мощности. В периоды провала скоростей ветра АПВН может работать при минимальной мощности ТЭН в часы максимального тарифа на электроэнергию от ЕЭВ, а при водоразборе работать в режиме проточного водонагревателя (подогревая теплую воду до требуемой температуры).
