Устройство убежища: Ветряки, Ветрогенераторы, Ветряные электростанции. Вопрос выбора

  • Автор: g3n0m
  • Опубликовано: 05 октября 2009, 17:02
  • Ветрогенераторы – набирающий популярность вид энергетического оборудования. Назначение ветрогенератора – преобразовывать кинетическую энергию воздушного потока, называемого ветром, в энергию электрическую. Кроме ветрогенераторов, еще довольно распространены ветряки, служащие для прямого привода насосов, так называемые ветронасосы. Энергию, вырабатываемую ветрогенератором, можно рассчитать по следующей формуле:

    Р = 0,5*rho*S*Ср*V3*Ng*Nb

    где P – мощность, Вт; rho – плотность воздуха (примерно 1,225 кг/куб.м); S – площадь метания ротора; V — скорость ветра, м/с; Ср – аэродинамический коэффициент (теоретически 0,5); Ng – КПД генератора; Nb – КПД редуктора (если есть).

    Все составляющие этой формулы для конкретного ветрогенератора, кроме скорости ветра, являются константами (плотность воздуха, конечно, зависит от температуры, но ее изменениями можно пренебречь, как малыми). Поэтому можно сказать, что мощность, вырабатываемая ветрогенератором, пропорциональна кубу скорости ветра.

    Это означает, что мощность ветрогенератора на слабых ветрах (даже если он вращается) очень мала. Но с усилением ветра идет резкое нарастание мощности. А поскольку ветер на практике дует с постоянной скоростью и направлением только в аэродинамической трубе, понятно, что мощность, вырабатываемая ветрогенератором, является постоянно меняющейся по времени величиной. Поэтому любая энергетическая система с использованием ветрогенератора в качестве источника энергии должна иметь стабилизирующее звено.

    В малых автономных системах роль такого звена обычно играет аккумуляторная батарея. Если мощность ветрогенератора больше мощности нагрузки, батарея заряжается. Если мощность нагрузки больше – батарея разряжается. Из этого следует следующая важная особенность ветрогенератора, как источника мощности: если большинство других источников выбираются по мощности пиковой нагрузки, ветрогенераторы следует выбирать, исходя из величины потребления электроэнергии в месяц (или в год, как кому нравится).

    Проиллюстрируем это на примере. На берегу моря, где средняя скорость ветра приближается к 6 м/с, стоит домик, куда приезжает семья из трех человек на выходные. Электрооборудование включается тоже только на выходные. В день потребление достигает 15 кВт*ч, при этом пиковая нагрузка – до 3 кВт. Следовательно, в месяц потребление энергии равно 120 кВт*ч. При среднегодовой скорости ветра 6 м/с выработку 120 кВт*ч в месяц может обеспечить небольшой 700-Втный ветрогенератор. Кроме того, для аккумулирования энергии в течение 5 дней потребуется батарея большой емкости, и инвертор (который преобразовывает постоянное напряжение батареи в стандартное переменное) мощностью 3 кВт, чтобы обеспечить пиковые нагрузки.

    Другой пример. В местности со средней скоростью ветра 5 м/с построен телекоммуникационный объект, который постоянно потребляет в среднем 2 кВт электроэнергии, при этом пиковая нагрузка не превышает тех же 3 кВт. В данном случае умножаем 2 кВт на количество часов в месяц (720) и получаем 1440 кВт*ч – величина потребления объекта в месяц. Чтобы при такой скорости ветра обеспечить выработку 1420 кВт*ч, нужен ветрогенератор мощностью 10 кВт. При этом работать он будет через тот же инвертор мощностью 3 кВт.

    Как можно видеть, в каждом из вышеописанных случаев мощность ветрогенератора отличается в разы от пиковой мощности нагрузки. Мощность пиковой нагрузки определяет мощность преобразователя. Сам ветрогенератор определяет только величину выработки в определенный временной промежуток при определенной среднемесячной скорости ветра. Кроме средней скорости ветра, существуют более подробные вводные данные для оценки ветровых ресурсов, называемые параметрами Вейбулла, которые отражают распределение длительности ветра определенной силы для данного места, они используются при проектировании ветропарков мощностью в десятки МВт.

    Для проектов малой энергетики тратиться на такие исследования не имеет экономического смысла, т.к. можно приблизительно оценить ожидаемую выработку по величине средней скорости ветра в месте установки ветрогенератора. Из приведенных примеров также можно сделать вывод о характере нагрузки, для питания которой наиболее целесообразно применять ветрогенератор. Это неравномерная нагрузка, при которой пиковая нагрузка превышает в 10 и более раз нагрузку среднюю.

    Наиболее распространенный случай для использования относительно небольшого ветрогенератора – бытовая нагрузка. Например, для семьи в городской квартире средняя нагрузка – 0,5 кВт (360 кВт*ч в месяц по счетчику). Пиковая нагрузка – 5 кВт, когда включена электроплита, стиральная машина, микроволновка и другие, менее мощные приборы. 5-кВтный ветрогенератор может обеспечить эти нужды даже в не очень ветреном месте. Равномерная же нагрузка, например отопление, когда круглосуточно работает даже один отопительный прибор мощностью 1 кВт, в месяц требует 720 кВт*ч, которые ветрогенератор мощностью 5 кВт может обеспечить только в местности с хорошими ветровыми ресурсами (например, на берегу моря, в степи и т.д.).

    По материалам НПО «Электросфера»
    • +2

    Комментарии (7)

    avatar

    05 октября 2009, 17:05
    +131.51 g3n0m — Москва
    Средняя скорость ветра

    Среднегодовые скорости ветра. Данные о среднегодовых скоростях ветра служат исходной характеристикой общего уровня интенсивности ветра. По величине среднегодовой скорости ветра в первом приближении можно судить о перспективности применения ветроэнергетических установок в том или ином районе. Однако необходимо иметь в виду, что скорость ветра зависит от рельефа местности, шероховатости поверхности, наличия затеняющих элементов, высоты над поверхностью земли. У разных станций эти условия могут существенно отличаться. Поэтому для сопоставления средних скоростей ветра их необходимо приводить к сравнимым условиям. Представляется целесообразным за сравнимые условия принять условия открытой ровной местности и высоту 10 м от поверхности земли.

    С высотой средние многолетние скорости ветра существенно возрастают.
    Говоря о среднегодовых и среднемноголетних скоростях ветра, уместно отметить и еще одно весьма важное обстоятельство. В прибрежных районах Кольского полуострова изменение среднегодовой скорости ветра от года к году невелико и характеризуется коэффициентом вариации в пределах 5-8%. В то же время коэффициент вариации стока на реках региона составляет около 15-20%. Таким образом, в многолетнем разрезе поступление ветровой энергии подвержено меньшей изменчивости, чем гидроэнергии рек.

    Годовой ход ветра представляет собой сезонное изменение средних скоростей ветра. На Кольском полуострове наиболее ярко оно проявляется на северном побережье, где разница между зимним максимумом и летним минимумом скоростей ветра достигает 5-6 м/с. Полученные кривые свидетельствуют, что повсеместно складываются весьма благоприятные предпосылки для эффективного использования энергии ветра. Максимум скоростей ветра приходится на холодное время года и совпадает с сезонным пиком потребления тепловой и электрической энергии. Весьма существенно, что зимний максимум находится в противофазе с годовым стоком рек, то есть ветровая и гидроэнергия удачно дополняют друг друга. Это создает благоприятные условия для их совместного использования.

    Суточный ход ветра представляет собой изменение средних скоростей ветра в течение суток. Наиболее четко он прослеживается в летнее время и мало проявляется зимой. Летом скорости ветра в дневные часы в среднем на 1,5-2,0 м/с выше, чем ночью. В условиях снижения общего уровня интенсивности ветра в летнее время дневной максимум скоростей ветра является благоприятным для эффективного использования энергии ветра, поскольку именно в дневные часы, как правило, наблюдается повышенная потребность в энергии со стороны потребителя.
    • v
    • 0
    avatar

    05 октября 2009, 17:18
    +131.51 g3n0m — Москва
    Ищу достойные обзоры сабжа. Желающие — подключайтесь.
    • v
    • 0
    avatar

    06 октября 2009, 00:47
    +13.20 Darkhelgi — Ramat Gan
    интересная информация, но не разу не сталкивался с ветряками. Сколько стоит подобная установка?
    • v
    • 0
    avatar

    06 октября 2009, 11:48
    +131.51 g3n0m — Москва
    Я видел ценник в р-не 300 т.р., видел и за 800 т.р.… Уверен что есть и дешевле (те, что поменьше и на крышу избушки крепятся). При желании можно даже самому сделать, что совсем дешево выйдет, но долго :)

    Я на самом деле хочу найти нормальный обзор разных ветряков. И серьезных, и простых, и очень простых, сравнительные характеристики и т.д. Но чувствую что надо искать на англоязычных сайтах Европы, США и Канады, там это дело лучше развито, чем у нас (пока что).
    avatar

    06 октября 2009, 13:19
    +13.20 Darkhelgi — Ramat Gan
    Да у нас тоже не очень развито это направление, хотя на севере страны есть несколько огромных ветряков. А вот небольшие «домашние» не встречал. Все предпочитают использовать солнце, а его у нас с избытком. 9 месяцев в году горячую воду получаем с солнечного бойлера, очень экономично.
    avatar

    06 октября 2009, 13:25
    +131.51 g3n0m — Москва
    Да у нас тоже не очень развито это направление

    Я про это и написал ;)

    воду получаем с солнечного бойлера

    По-подробнее, плз. Что за аппарат?
    • v
    • 0
    avatar

    22 ноября 2011, 21:50
    +50.84 Sheharg — Рязань
    опоздал то насколько эх… ковырялся в тырнете нашел вот такую вот вещь для жителей рязани и области ryazan-meteo.ru/rjazan/pivot/other не знаю куда засунуть. для ветряков и солнечных батарей самое то. там много чего есть. наверняка если поковырять более глобально то найдете и для своих районов.
    ура, нашел. в яндексе в поиске вводим запрос
    «сводные метеорологические данные по регионам» и выбираем свой
    • v
    • 0
    Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.