5 Основные параметры ветроустановок и режимы работы (вопрос 14)

Ветроустановка состоит из одной или нескольких (десятков, сотен) ветроэнергетических установок (ВЭУ). ВЭУ содержит ветроагрегат, устройства аккумулирования энергии и резервирования мощности, систему автоматического управления и регулирования режимов работы. Ветроагрегат имеет ветродвигатель, редуктор (при необходимости) и генератор (синхронная или асинхронная электрическая машина). Ветродвигатели могут иметь горизонтальный или вертикальный главный вал, рабочее колесо крыльчатого, ортогонального или других типов.

Наиболее распространены ветродвигатели с горизонтальным валом и крыльчатым рабочим колесом с числом лопастей от двух и выше, применительно к которым рассмотрим соотношения, определяющие основные показатели ВЭС [2].

Кинетическая энергия воздушного потока на подходе к ветродвигателю

, Дж, (5.1)

где V – скорость воздушного потока, м/с; т – расход воздуха через ветродвигатель, кг/с.

Расход воздуха

,кг/с, (5.2)

где ρ – плотность воздуха, кг/м³; F – сечение рабочего колеса, перпендикулярное направлению воздушного потока, м^2.

При пренебрежении толщиной лопаток

, м², (5.3)

где D – внешний диаметр рабочего колеса, м.

Площадь F, определённая по (5.3) имеет название «ометаемая поверхность рабочего колеса».

Мощность, развиваемая потоком воздуха

, Вт (5.4)

и удельная мощность ветрового потока

, Вт/м². (5.5)

Мощность ветроэнергетической установки

, Вт, (5.6)

где и – КПД редуктора и генератора, о.е.; ξ – коэффициент использования энергии ветра, учитывающий долю получаемой мощности ветродвигателем от полной мощности воздушного потока, о.е.

Мощность ВЭС: при текущем значении скорости ветра V

, Вт, (5.7)

где n – число ветроустановок станции.

Существует обобщённая характеристика ВЭУ, указывающая на её технический уровень и эффективность использования за определённый период времени, обычно за 1 год: коэффициент удельной выработки энергии

, (5.8)

где – годовая выработка электроэнергии.

Отметим, что значение К_уд зависит не только от среднегодовых данных по скорости ветра для района сооружения ВЭС в целом, на которые обычно ориентируются ее разработчики, но и от того, насколько правильно будут оценены регулярно наблюдаемые местные устойчивые отклонения от определённых исходных показателей ветрового потока.

Информация метеослужбы о ветре сообщается для высоты (10–12) м над поверхностью земли. Измерения на больших высотах указывают на увеличение скорости ветра с ростом высоты подъёма над поверхностью земли (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 – Зависимость среднегодовой скорости ветра от высоты над поверхностью земли