Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

Эффективность использования ветроколесом энергии ветра

Выбор характеристик ветроколеса для ветроустановки в конкретных ветровых условиях определяется теми целями, перед ней ставятся. Обычно руководствуются одним из двух основных требований:

1) максимизировать производство энергии за год, чтобы, например, уменьшить потребление топлива тепловыми электростанциями единой энергосистемы, или

2) обеспечить производство определенного минимума энергии даже при слабом ветре, чтобы, например, сохранить работоспособность насосов системы водоснабжения. Кроме того, при выборе характеристик ветроколеса следует учитывать характеристики агрегатов-генераторов, насосов и т. Д., С которыми они непосредственно стыкуются.

Энергией, переданной ветровым потоком ветроустановке, есть энергия на валу ветроколеса. Пусть Е - энергия потока, передана ветроколеса за время Т, а - часть этой энергии, переданная ветровым потоком со скоростью и в единичном скоростном интервале. тогда

(3.55)

Если плотность воздуха считать постоянной, то средняя мощность на валу ветроколеса

(3.56)

Чтобы вычислить значение этого интеграла, нужно знать зависимость коэффициента от скорости набегающего потока. Для этого разобьем весь скоростной диапазон на четыре характерных участка:

1. Скорость ветра меньше скорости, при которой ветроустановка включается. В этом диапазоне

(3.57)

2. Скорость ветра больше номинальной скорости , здесь

(3.58)

где - расчетная (проектная) выходная мощность.

3. Скорость ветра больше скорости, при которой ветроустановка отключается, тогда

(3.59)

4. Скорость ветра - в интервале . Выходная мощность в этом диапазоне зависит от скорости ветра и типа ветроколеса. Для большинства ветроустановок эта зависимость имеет вид

(3.60)

где а и b - константы, определяемые из условий:

- В момент включения ветроустановки Р = 0, поэтому

- При расчетной скорости откуда

отсюда следует

(3.61)

Таким образом, коэффициенты а и Ь можно выразить через параметры , и .

В работе ветроустановки можно выделить два предельных режимах:

- Режим с постоянным коэффициентом быстроходности Z и, следовательно, с постоянным коэффициентом использования энергии ветра ;

- Режим с постоянной частотой вращения ветроколеса и, следовательно, с переменным коэффициентом .

Регламентированы скорости ветра.

При выборе и расчете ветроагрегата нужно в качестве исходных данных обоснование ряда значений скорости ветра:

- Минимальная скорость ветра - наименьшая скорость, при которой возможна работа агрегата и при которой он запускается в работу. Для больших агрегатов назначается в пределах 4-6 м / с;

- Расчетная скорость ветра наименьшая скорость, при которой ветроагрегат способен выдавать номинальную мощность. Занижение ведет к неоправданным потерям выработки энергии, так как при скоростях мощность ВЭУ или остается равной номинальной или (при невозвратных лопастях) снижается;

- Максимальная скорость ветра - это скорость, при превышении которой ВЭУ выводится из работы. Обычно не превышает 25-30 м / с, поскольку продолжительность более высоких скоростей обычно невелика и остановка ВЭУ не приводит к заметным потерям в выработке электроэнергии;

- Предельно допустимая скорость , которую установка в нерабочем положении должна выдержать без повреждений. В зависимости от региона размещения она должна приниматься в пределах 50-70 м / с.

Завышение приводит к неоправданному удорожанию агрегата, поскольку с увеличением растет расчетная нагрузка на лопасти и увеличивается вес всех конструкции ВЭУ. Выбор должен делаться на основании технико-экономического расчета. Для различных расчетных скоростей ветра, на основе интегральных кривых распределения ветра для этой местности, определяется утраченное выработки электроэнергии за счет ограничения мощности генератора, а также стоимость потерянной электроэнергии. При увеличении скорости ветра выше значения ограничения мощности горизонтально-осевого ротора осуществляется разворотом лопастей или частичным выводом оси ротора из-под ветра.

Для преобразования энергии ветрового потока принципиально возможна эксплуатация ВЭУ в следующих основных режимах флаги: фиксированной угловой частоты вращения и изменяемой угловой частоты вращения. Первый характеризуется тем, что вал ветродвигателя должен вращаться с фиксированной или близкой к ней скоростью в широком диапазоне изменения рабочих скоростей ветрового потока. Скоростная характеристика такого режима представлена на рис. 3.16, а.

Интервал скоростей ветрового потока (начальной фиксированной и максимальной фиксированной ) является рабочим диапазоном ВЭУ. При этом скорость является той минимальной скоростью потока, при которой возможна фиксация необходимой расчетной угловой частоты вращения вала ветродвигателя.

При постоянной частоте вращения ветродвигателя коэффициент быстроходности Z изменяется обратно пропорционально скорости ветрового потока. При этом его колебания приводят к изменению коэффициента использования энергии ветра. В результате его максимум обеспечивается только в двух точках скоростной характеристики, причем одна из них лежит вне рабочей ее частью. Поэтому работа ВЭУ в режиме фиксированной частоты вращения ветродвигателя протекает в основном при

Скоростные характеристики режимов: а - с фиксированной частоты вращения ротора;  б - с частотой вращения ротора, меняется

Рисунок 3.16 - Скоростные характеристики режимов: а - с фиксированной частоты вращения ротора; б - с частотой вращения ротора, меняется

значениях коэффициента использования энергии ветра, меньше максимального. Начало интервала рабочих скоростей ветрового потока в этом режиме отмечен относительно высокими значениями коэффициента быстроходности и низким коэффициентом использования энергии ветра.

Работа ВЭУ в режиме изменяемой частоты вращения ветродвигателя (рис. 3.16, в) характеризуется постоянными значениями коэффициента быстроходности и коэффициента использования энергии ветра в рабочем диапазоне скоростей ветрового потока. Для обеспечения такого режима работы необходимо, чтобы линейная частота вращения ветродвигателя менялась прямо пропорционально изменению скорости ветрового потока. Таким образом, режим изменяемой частоты вращения ветродвигателя при постоянном и оптимальном коэффициенте быстроходности должен обеспечивать более высокую эффективность преобразования энергии ветрового потока в интервале рабочих скоростей (изменяемой начальной и изменяемой номинальной ). В результате этого имеет место и более высокая механическая мощность, развиваемая ветродвигателем, по сравнению с режимами фиксировано? частоты вращения ветродвигателя, как при высоких, так и при низких скоростях ветрового потока. Однако изменение частоты вращения ветродвигателя в широких пределах ограничивается вопросами обеспечения механической устойчивости лопастей. Поэтому работа ВБУ в режиме изменяемой частоты вращения возможна только при малой ее мощности.

К техническим показателям эффективности использования ветроэлектрических установок относятся:

- Объем годовой выработки электроэнергии;

- Число часов работы за год;

- Объем выработки электроэнергии за год при скоростях ветра меньше номинального значения;

- Число часов работы за год при скоростях ветра меньше номинального значения;

- Объем выработки электроэнергии за год при скоростях ветра более номинального значения;

- Число часов работы за год при скоростях ветра более номинального значения;

- Число часов простоя в год;

- Число часов использования номинальной мощности за год;

- Коэффициент использования номинальной мощности в год.

Основные параметры ВЭУ:

Размер ВЭУ - обычно указывается диаметр ветротурбины. Обмахувана площадь ветротурбины пропорциональна квадрату ее диаметра, а номинальная мощность и выработка энергии ветроустановкой пропорционально площади витроприймального устройства. Таким образом, если диаметры ветроустановок различаются, например в 1,5 раза, их энергетические возможности различаются в 1,5 х 1,5 = 2,25 раза.

Номинальная мощность - мощность, развивает ветроустановка при выбранной расчетной скорости. Этот параметр часто ошибочно принимается основным при выборе и сравнении различных ВЭУ между собой. На самом деле он не столь важен, так как, практически никогда нагрузка не подключается к ВЭУ напрямую. Важная мощность преобразователя, который берет энергию от ВЭУ и аккумуляторной батареи. Реальная мощность ВЭУ не равна номинальной, а изменяется в зависимости от текущей скорости ветра. Номинальная мощность ветроустановки пропорциональна квадрату диаметра ветротурбины и кубу выбранной расчетной скорости. Таким образом, сравнивать ВЭУ по номинальной мощностью корректно только при равных расчетных скоростях ветра, а еще лучше сравнивать их по диаметру и выработке энергии.

Расчетная скорость ветра - скорость ветра, при которой ветроустановка достигает номинальной мощности. Обычно при превышении расчетной скорости ветра начинает работать система регулирования, ограничивает дальнейший рост оборотов и мощности.

Стартовая скорость ветра - скорость ветра при которой ветроустановка начинает вращаться и заряжать аккумуляторы. Обычно находится в диапазоне 2,5 ... 3,5 м / с. Может быть выше машин с узкими жестко установленными лопастями. Завышенная стартовая скорость приводит к снижению суммарного производства энергии из-за частых простоев.

Максимальная эксплуатационная скорость ветра - скорость ветра, которая может привести к разрушениях не остановленной ветроустановки. Для стационарной ветроустановки должна быть не менее 45 ... 50 м / с. Иначе ее эксплуатация будет достаточно опасной.

Выработка энергии за месяц, год - это основной параметр ветроустановки, который должен быть согласован с известной или проектной энергией, потребляемой нагрузками за тот же промежуток времени. К сожалению, довольно часто этот параметр подается как второстепенный или даже не указывается. Он зависит от средней скорости ветра в месте работы ветроустановки, размера и конструктивного совершенства ВЭУ.

Технико-экономическая совершенство ветроустановки характеризуется рядом параметров, одним из которых является коэффициент использования установленной мощности ветроустановки . Коэффициент представляет собой отношение действительного выработки электроэнергии за какой-либо период времени, например за год ( ) до максимально возможного выработки ( ) энергии в случае, если на ветроустановка работала весь этот период времени на номинальной мощности :

Величина коэффициента установленной мощности зависит от:

- Трудоспособности (надежности),

- Графика нагрузки,

- Времени ремонтов ветроустановки,

- Наличие ветра

- Скорости ветра.

Обычно ВЭУ, подключенные к энергосистеме, работают с коэффициентом (максимально до 0,5).

Другим интегральным параметром технико-экономической совершенства ветроэлектрической установки является среднегодовая удельная выработка электроэнергии на 1 м: обмахуванои площади лопастной системы. Для лучших ВЭУ мощностью более 100 кВт эта величина составляет 1250 ... 1500 кВт • ч на 1м2, чаще всего среднее годовое удельное выработки находится в диапазоне 700 ... 850 кВтт на 1 м2 при благоприятной ветровой обстановке.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее