- •Министерство образования и науки Российской Федерации
- •Расчёт ветроэнергетического кадастра
- •Понятие ветроэнергетического кадастра
- •Средние скорости ветра
- •Повторяемость скоростей ветра
- •Распределение рабочих периодов и периодов простоя вэу по длительности
- •Удельные мощность и энергия ветрового потока
- •Ветроэнергетические ресурсы
- •Равномерность обеспечения потребителей энергией
- •Пример расчёта ветроэнергетического кадастра Мезенского района
- •Средние скорости ветра
- •Повторяемость скоростей ветра
- •Распределение рабочих периодов и периодов простоя вэу по длительности
- •Удельная мощность и удельная энергия ветрового потока
- •100 М (таблица 8).
- •Порядок выполнения работы
- •Список литературы
Распределение рабочих периодов и периодов простоя вэу по длительности
При анализе возможностей использования энергии ветра наряду с рассмотренными выше данными о средних скоростях ветра и закономерностях повторяемости скоростей большое значение имеют данные возможной длительности периодов работы ВЭУ и периодов простоя (энергетических затиший).
Под рабочим периодом Тр понимается период времени, в течение которого скорость ветра больше минимальной рабочей скорости Vмин.р ≈ 3м/с, но меньше максимальной рабочей скорости Vмакс.р, определяемой из условия обеспечения безопасности работы ВЭУ. Под периодом простоя Тпр. понимается время, в течение которого скорость ветра меньше Vмин.р или больше Vмакс.р.
(3)
где n1 – общее число рабочих периодов за год;
n2 и n3 – число периодов простоя соответственно при скорости ветра меньше Vмин.р и больше Vмакс.р; Т – число часов в году – 8760.
Графически (рис. 2) представляет собой площадь под кривой
повторяемости ветра, ограниченную ординатами Vмин.р и Vмакс.р. Сумма отсечённой площади есть время простоя ВЭУ.
Рис. 2. Кривая повторяемости средней скорости ветра по Мезенской метеостанции № 45 на высоте 10 м за 10 лет (пример)
Удельные мощность и энергия ветрового потока
Удельная мощность ветрового потока на единицу площади ометаемой поверхности (1 м2) определится из формулы:
(4)
где V0 – скорость воздушного потока, м/с;
ρ – плотность воздушного потока, 1,25 кг/м3.
Среднегодовая удельная энергия ветрового потока Wуд.п (энергия, протекающая за 1 год через 1 м2 поперечного сечения ометаемой площади) зависит от повторяемости скоростей ветра, т.е. какую долю годового времени ti ветер дул со скоростью νi:
= (5)
где k – число градаций ветра;
Т – число часов в году, 8760 ч.
Зная среднегодовую скорость ветра, его вертикальный профиль и повторяемость скорости ветра, можно дать энергетическую характеристику ветрового потока в любом районе.
Среднегодовая удельная мощность ветрового потока:
(6)
Мощность ветроустановки:
(7)
где – η – коэффициент полезного действия, 0,85;
ξ – коэффициент ветроиспользования, 0,45;
А0 – ометаемая площадь, πd2/4, м2.
На рис.3 в качестве примера показано, как формируется годовая сумма удельной энергии ветра (площадь под кривой Wуд) при среднегодовой скорости ветра 5,95 м/с. Из – за кубической зависимости мощности от скорости ветра наибольший вклад дают не наиболее часто наблюдаемые и даже не средние скорости ветра, а скорости, превышающие последние в 1,7 – 1,9 раза.
В большинстве прикладных задач ветроэнергетики гораздо важнее знать не суммарное количество энергии, которое может выработать ветроустановка загод, а ту мощность, которую она может обеспечить постоянно.
Основными производителями ветроустанок за рубежом являются компании «Vestas» (Дания), «Enercon», “Simens” (Германия), «GE» (США) и др. Их усреднённые характеристики практически одинаковы. При подборе ветроустановок желательно устанавливать не одну мощную ветроустановку, а несколько ветроустановок меньшей мощности. В Приложении № 5 приведены технические характеристики зарубежных и отечественных ветроустановок.
Рис. 3. Повторяемость скоростей ветра и распределение годовой удельной энергии Wуд на высоте 30 м (пример): v1 – наиболее часто наблюдаемая скорость, v2 – средняя скорость ветра, v3 – скорость, обеспечивающая наибольший вклад в годовую выработку энергии