5. Расчет энергетических характеристик

Запас энергии ветрового потока (ветровой потенциал) характеризуется установленным значением скорости ветра на уровне размещения ветрового колеса.

Для определения локальных значений скоростей ветра на заданных высотах используют соотношение:

,

где z – заданная высота, м;

U_z – скорость ветра на высоте z, м/с;

U₁₀ – стандартное значение скорости ветра для данной местности на высоте флюгера 10 м;

b – параметр, зависящий от времени года и рельефа местности (для открытой местности b = 0,14).

Мощность ветрового колеса при скорости ветра U_z на уровне его оси определяется по формуле:

,

где – ометаемая площадь (площадь, покрываемая лопастями ветрового колеса диаметром d при его вращении), м²;

С_р – коэффициент мощности, характеризующий эффект использования ветровым колесом энергии ветрового потока и зависящий от конструкции ветрового колеса;

Ρ – плотность воздуха, кг/м³.

В целом при проектировании ВЭУ учитывается максимально возможные для данной местности скорости и порывы ветра.

6. Вихревая энергетика

В последние десятилетия все более интенсивно ведется поиск новых типов источников возобновляемой энергии. Наибольший интерес представляют источники, берущие энергию из окружающей среды посредством изменения ее параметров: давления, плотности, температуры, вязкости. Среди них имеется группа способов, связанных с теплопреобразованием (вихреобразованием).

Эта энергия является экологически чистой. Задача состоит в том, каким образом из окружающего спокойного воздуха или воды, находящихся в равновесном состоянии, извлечь энергию.

Известен ряд физических явлений в жидкости и газе, когда перенос тепла и преобразование энергии происходят по малоизученным законам. Ниже приводится перечень таких явлений, которые обнаружены в разных областях науки, но имеют много общего в физике своих процессов:

1. увеличение кинетической энергии струи в вихре за счет самопонижения ее температуры (эффект В. Шаубергера);

2. разделение температур в вихре, образованном в газе (вихревой эффект Ранка);

3. перенос тепловой энергии от низкотемпературной области к высокотемпературной посредством акустических волн (термоакустический тепловой насос);

4. получение механической энергии с помощью акустических волн, индуцированных с помощью тепла (термоакустический двигатель Стирлинга);

5. разделение температур в акустическом поле (пульсирующая тепловая трубка);

6. пароструйное смешение сред и трансзвуковые эффекты;

7. разделение температур в вихре жидкости;

8. автоколебательный парожидкостный насос (насос пирамид фараонов) или двигатель (игрушка «Пьющая утка», насос Сасина, кольца Лазарева и др.);

9. аномальные эффекты при движении газа через капилляры (Володин);

10. работы по второму закону термодинамики Циолковского, Дунаевского и др.;

11. вибротурбулизатор.

Перечень таких малоизученных явлений может продолжаться.

На основе анализа и обобщения результатов исследований этих процессов можно сделать следующие выводы:

• все упомянутые процессы происходят при наличии конвективных или локальных ускорений в движении текучей среды;

• наблюдающиеся в этих процессах аномальные явления возникают только при определенных геометрических формах и размерах и физико-механических характеристиках текучей среды и только после преодоления определенного порога значений или смещения, или скорости, или ускорения;

• рассматриваемые явления и устройства можно разбить на два класса: автоколебательные (термоакустический двигатель Стирлинга, игрушка «Пьющая утка», насосы Сасина, насосы пирамид фараонов) и усилители энергии (термоакустические тепловые насосы и трубки);

• исследуемые аномальные явления в волновых и вихревых процессах сопровождаются высоким уровнем звука, иногда инфракрасным, голубым свечением и другими излучениями.

Многие из этих явлений настолько мало изучены, что ознакомление с результатами исследования родственных явлений в другой области может взаимно обогатить их новыми знаниями.

Контрольные вопросы:

1. Основные характеристики ветра.

2. Классификация ВЭУ по мощности.

3. Основные элементы ветроэнергетической установки, технологическая схема.

4. Чем обусловлено вращение ветроколеса под действием ветра?

5. От чего зависит мощность ветрового колеса?

Тесты:

1. Выбрать правильное определение ветроэнергетики:

1. Ветроэнергетика – отрасль энергетики, связанная с разработкой методов и средств определения скоростных характеристик ветра в данной местности.

2. Ветроэнергетика – отрасль энергетики, связанная с разработкой методов и средств преобразования энергии ветра в электрическую энергию.

3. Ветроэнергетика – отрасль энергетики, связанная с разработкой методов и средств преобразования энергии ветра в механическую, тепловую и электрическую энергию.

2. К ВЭУ большой мощности относятся:

1. ВЭУ мощностью более 1кВт;

2. ВЭУ мощностью от 100 до 500 МВт;

3. ВЭУ мощностью более 1 МВт.

3. Основной элемент ВЭУ – это:

1. Ветроколесо;

2. Генератор;

3. Трансформатор.

4. Направление силы лобового сопротивления:

1. вдоль скорости набегающего ветрового потока;

2. перпендикулярно скорости набегающего ветрового потока;

3. под некоторым углом к скорости набегающего ветрового потока.

5. ВЭУ называется горизонтально-осевой, если:

1. площадь, покрываемая лопастями ветрового колеса при его вращении, горизонтальна.

2. Ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку;

3. Ось вращения ветроколеса расположена в горизонтальной плоскости.

8