Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.08 «Перетворювання відновлюваних видів енергії». – Інститут відновлюваної енергетики Національної академії наук України, Київ, 2020.
В дисертаційній роботі вирішено актуальну наукову задачу щодо математичного моделювання процесу накопичення енергії вітрового потоку в басейні-акумуляторі гідроакумулювальної електростанції з метою інтеграції вітроелектричних установок до складу промислових та автономних електроенергетичних систем.
Процес перетворення енергії вітру в потенційну енергію води досліджувався шляхом математичного моделювання роботи вітротурбіни з гідронасосом за жорсткого механічного зв’язку між ними та роботи вітроелектричної установки з багатоагрегатною гідронасосною станцією з електроприводом від асинхронних двигунів. Дослідження динамічних процесів здійснюється на 10-и хвилинному інтервалі осереднення швидкості вітру, що є стандартизованою величиною для оцінки енергетичних властивостей досліджуваної системи. Математичну модель стохастичних значень швидкості вітру, було удосконалено встановленим обмеженням на величину прискорення пориву швидкості вітру. Дана удосконалена математична модель стохастичної зміни швидкості вітру була перевірена на ергодичність, визначені її властивості, як стаціонарного випадкового процесу, шляхом статистичної оцінки 100 реалізацій для осередненого значення швидкостей вітру. Визначено, що енергія вітрового потоку на 10-и хвилинному інтервалі осередненням стохастичної складової на 5-10% більше, ніж за постійного середнього значення швидкості вітру. Вітротурбіна характеризується механічним моментом, що залежить від швидкості вітру, кутової швидкості, кута повороту лопатей та описується гіперповерхнею. Для спрощення роботи з нею було розроблено метод апроксимації поверхні аеродинамічних характеристики вітрової турбіни шляхом заміни змінних, що дозволило трансформувати вихідну поверхню до універсальної однопараметричної аеродинамічної характеристики з рівнянням зв’язку між змінними.
Дослідження процесу накопичення води вітроводонасосною установкою із жорстким механічним зв’язком між турбіною та гідронасосом проводились шляхом математичного моделювання динаміки обертового руху для варіантів виконання швидкохідними та тихохідними вітротурбінами з урахуванням стохастичної зміни швидкості вітру. Використовувались відцентрові та поршневі гідронасоси за різних співвідношень потужності з вітротурбіною. На основі застосування коефіцієнту використання встановленої потужності протягом року, визначені ефективні співвідношення потужностей різних складових вітроводонасосної установки в діапазоні робочих швидкостей вітру 5-25м/с.
Математичне моделювання процесу заряду гідроакумулювальної електростанції від вітроелектричної установки з синхронним генератором виконувалось за умови застосування багатоагрегатної гідронасосної станції з приводом від асинхронних двигунів. Модель являє собою систему нелінійних диференційних рівнянь, що описує взаємодію двох інерційних складових єдиної аероелектрогідродинамічної системи. Перша інерційна складова містить в собі вітротурбіну та синхронний генератор, а друга – асинхронний двигун та гідронасос. Взаємний вплив одної інерційної складової на іншу здійснюється через електричний зв’язок між генератором та двигуном через лінію електропередачі. Визначення параметрів механічного обертального руху інерційних складових виконувалось в припущенні про квазістаціонарність електромагнітних процесів в статорних і роторних контурах генератора та двигуна. Розрахунок їх електромагнітних моментів здійснювався з використанням еквівалентної заступної електричної схеми обладнання з урахуванням змінної частоти обертання та довільної кількості гідроагрегатів у складі гідронасосної станції. Дослідження проводились за стохастичних значень швидкості вітру. Встановлено, що найбільша ефективність накопичення енергії досягається за побудови гідронасосної станції в складі 5 та більше агрегатів.
Ключові слова: асинхронний двигун, вітротурбіна, гідронасос, заряд, синхронний генератор, стохастичність, швидкість вітру.
