9. Состав оборудования ветроэнергетических установок.

Ветровые двигатели получают энергию от ветра, замедляя его. Они оказывают сопротивление ветру и ветер давит на них с той же силой, определяемой как напор – сила по направлению потока как на парус парусной яхты. Лопасти ветроколеса с горизонтальной осью вращения не могут двигаться по направлению ветра и, следовательно, не могут получить большой пользы от силы напора, используемого в колесах парусного типа с большим количеством лопастей простой формы. При малом количестве лопастей треугольной формы напор используется только у основания лопасти для облегчения разворота колеса. Основная энергия 2х, 3х, 4х - лопастных ветродвигателей вырабатывается когда ветер обтекает лопасти как крыло, вызывая тягу так же как возникает подъемная сила крыла самолета.

Подъемная сила Y является следствием несимметричного обтекания тела газообразной средой и пропорциональна плотности среды квадрату скорости движения среды относительно тела или тела относительно среды, характерной величине площади тела и безразмерному коэффициенту подъемной силы.

;

ρ - плотность воздуха 1,29кг/м3 при 0oC на уровне моря. S - площадь лопасти м2 , V - скорость потока м/с. Cy – безразмерный коэффициент подъемной силы.

Согласно теории крыла Жуковского безразмерный коэффициент подъемной силы зависит от формы тела - профиля крыла, его установки в пространстве относительно движущейся среды - угла встречи крыла с потоком воздуха (угол атаки) и свойств среды – турбулентности. Для тонкого крыловидного профиля угол атаки, когда подъемная сила достигает максимального значения находится в пределах 5 ÷ 15º. Уменьшение угла атаки ведет к резкому снижению подъемной силы, а увеличение угла, кроме того, ведет и к увеличению силы лобового сопротивления крыла, изгибающей крыло или опрокидывающей ветроагрегат. Чем длиннее лопасть или больше ее площадь S, тем больше количество ветра и его энергии она может переработать. Точно так же, чем больше скорость ветра, тем больше количество энергии передается лопасти

Ветроэнергетические агрегаты с горизонтальным расположением оси вращения ветроколеса, устанавливаемого перпендикулярно направлению ветра

В ветроагрегатах с малым количеством лопастей в основном используется «подъемная сила», в многолопастных - сила напора.

; где Cx – безразмерный коэффициент преобразования напора или коэффициент лобового сопротивления.

Подъемная сила и сила лобового сопротивления зависят от коэффициентов подъемной силы с_y и коэффициента лобового сопротивления c_x , которые в свою очередь зависят от примененного в лопасти профиля и угла атаки α, под которым поток ударяет в лопасть.

Линия хорды самая длинная линия в сечении профиля, соединяющая носок и заднюю кромку.

Угол атаки α - это угол между вектором набегания потока и хордой лопасти.

10 Как характеризуется направление ветра

Д ля обозначения направления указывают «румб», либо угол, который образует горизонтальный вектор скорости с меридианом, причем север принимается за 360 или 0, восток за 90, юг – за 180, запад за 270. Румб – это направление относительно сторон света. В метеорологии принято разделять окружность горизонта на 16 румбов, 1 румб соответствует 22,5. Главными называют направления на север (С), юг (Ю), запад (З), восток (В). Названия 12 других румбов являются комбинациями названий главных румбов, например, северо-восток (СВ); северо-северо-восток (ССВ), юго-юго-запад (ЮЮЗ). Скорость и направление ветра всегда в большей или меньшей степени непрерывно колеблются, поэтому их обычно определяют, как осредненные величины за некоторый промежуток времени. Циркуляции обеспечивает существование постоянной, устойчивой ветровой системы - северо-западной и соответственно юго-восточной вследствие отклонения воздушных масс через ось вращения Земли. Дальнейшее развитие циркуляции происходит с образованием двух больших циркуляций – муссонов, пассатов и тропических циклонов. Муссоны – устойчивые ветры в переменно противоположных направлениях, меняющихся два раза в год. Зимние муссоны чаще направлены с суши на океан, летние – с океана на сушу и сопровождаются обильными осадками. Пассаты – устойчивые на протяжении года воздушные течения в тропических широтах над океанами. В Северном полушарии направление пассатов преимущественно северо-западное, в Южном – юго-восточное.. Над пассатами в противоположном им направлении дуют антипассаты. Циклоны – области пониженного давления размерами в несколько тысяч км, образуются системой ветров, дующих против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке – в Южном, скорость ветра в циклоне достигает 100 м/с и выше. Существуют также антициклоны – области повышенного давления, размерами также в несколько тысяч км, образующиеся системой ветров, дующих по часовой стрелке в Северном полушарии и против – в Южном, характеризующиеся слабыми ветрами. Направление ветра измеряется флюгерами разных типов и изображается в виде «розы ветров», суммирующей результаты всех наблюдений по срокам наблюдения с усреднениями.

Направление ветра является самым сложным параметром воздушных течений при реализации его энергии для выработки электроэнергии. Дело в том, что полноценное восприятие энергии ветра ветродвигателем достигается лишь тогда, когда плоскость ветровоспринимающей поверхности традиционного пропеллерного ветроколеса строго перпендикулярна направлению ветра. Направление ветра измеряется флюгерами разных типов и изображается в виде «розы ветров», суммирующей результаты всех наблюдений по срокам наблюдения с усреднениями. В Метеорологическом бюллетене направление ветра характеризуется в таких категориях, как «ветер западных направлений, ветер северных направлений, ветер юго – восточный, ветер юго – восточный с переходом на западный» и тому подобное, при этом фиксируется в % повторяемость направления по 8 румбам во времени. Годовая роза ветров Особо важным для пропеллерных ветроагрегатов являются такие параметры ветра, как частота смены направления, скорость изменения направления, длительность случая существования ветра в одном направлении, поскольку плоскость вращения ветроколеса должна быть перпендикулярна направлению ветра в каждый момент времени. Это определяет тяговое усилие лопастей и в конечном итоге мощность ветроагрегата и выработку энергии. При отклонении угла встречи потока с плоскостью вращения ветроколеса пропеллерных ветроагрегатов от 90º мощность их уменьшается вплоть до 0. Влияние соответствия угла установки ветроколеса «на ветер» может быть учтено введением в формулу, определяющую мощность ветроколеса параметра «коэффициент использования направления» (КИН) – Cоsυ, изменяющегося от 1 до 0, где υ - угол между плоскостью вращения ветроколеса и вектором скорости набегающего потока воздуха, а также «коэффициента использования направления» z, характеризующего изменчивость направления ветра во времени с размерностью º/С. кВт, здесь F – площадь ветровоспринимающей поверхности