8.1. Ветроэнергетический кадастр

Для систематизации характеристик ветровой обстановки в конкретном регионе с целью её эффективного энергетического использования разрабатывается ветроэнергетический кадастр, представляющий собой совокупность аэрологических и энергетических характеристик ветра, позволяющих определить его энергетическую ценность, а также целесообразные параметры и режимы работы ветроэнергетических установок. Основными характеристиками ветроэнергетического кадастра являются:

1. Среднегодовая скорость ветра, годовой и суточный ход ветра;

2. Повторяемость скоростей, типы и параметры функций распределения скоростей;

3. Максимальная скорость ветра;

4. Распределение ветровых периодов и периодов энергетических затиший по длительности;

5. Удельная мощность и удельная энергия ветра;

6. Ветроэнергетические ресурсы региона.

8.2. Классификация ветроустановок

Ветроэнергетические установки классифицируются по двум основным признакам – геометрии ветроколеса и положению его относительно направления ветра.

Пусть воздушный поток, имеющий скорость (U_o), набегает на лопасть, перемещающуюся со скоростью (v), тогда скорость потока относительно лопасти будет (v_r). При взаимодействии потока с лопастью возникают:

Сила сопротивления F_D, параллельная вектору относительной скорости набегающего потокаv_r;

Подъёмная сила F_L, перпендикулярная силеF_D;

Завихрение потока, обтекающего лопасти;

Турбулизация потока, т.е. хаотические возмущения его скорости по величине и направлению;

Препятствие для набегающего потока.

Рис.8.1. Скорости элемента лопасти и действующие на него силы: u_o– скорость ветра;v– скорость элемента лопасти;v_r– скорость элемента лопасти относительно ветра;F_D– сила лобового сопротивления, действующая в направлении скоростиv_r;F_L– подъёмная сила, перпендикулярная силеF_D.

Рис. 8.2. Классификация ветроколёс: с горизонтальной осью (а), приведены способы ориентации при переднем расположении колеса; с вертикальной осью (б).

1 - однолопастное колесо; 2 - двухлопастное колесо; 3 – трёхлопастное колесо; 4 – многолопастное колесо; 5 – чашечный анемометр; 6 – ротор Савониуса; 7 – ротор Дарье; 8 – ротор Масгрува; 9 – ротор Эванса.

Рассмотрение классификации ветроколёс по признакам:

Установка ВЭУ может быть горизонтально – осевой или вертикально – осевой.

Вращающей силой является сила сопротивления (драг – машины) или подъёмная сила (лифт – машины).

ВЭУ с большим геометрическим заполнением ветроколеса развивают значительную мощность при слабом ветре.

Наличие буфера между ветроколесом и электрогенератором уменьшает влияние флуктуаций ветра.

Основной вращающей силой у горизонтально – осевых ветроколёс пропеллерного типа является подъёмная сила. В ветроэлектрогенераторах обычно используются двух – и трёхлопастные ветроколёса.

Ветроэлектрогенераторы с вертикальной осью вращения при любом направлении ветра находятся в рабочем положении. Такая схема позволяет установить редуктор с генераторами внизу башни.

Недостатками таких установок являются:

Большая подверженность усталостным разрушениям из – за автоколебательных процессов.

Пульсация крутящего момента, приводящая к пульсациям выходных параметров генератора.

Наиболее распространённые типы вертикально – осевых установок следующие (рис. 8.2.):

Чашечный ротор (анемометр) – ветроколесо вращается силой сопротивления. Форма чашеобразной лопасти обеспечивает линейную зависимость частоты вращения колеса от скорости ветра.

Ротор Савониуса – это колесо, которое вращается силой сопротивления. Это ветроколесо обладает большим крутящим моментом и используется для перекачки воды.

Ротор Дарье. Вращающий момент создаётся подъёмной силой. Ротор Дарье используется в ветроэлектрогенераторах.

Ротор Масгрува. Лопасти этого ветроколеса в рабочем состоянии расположены вертикально, но при сильном ветре складываются вокруг горизонтальной оси.

Ротор Эванса. Лопасти этого ротора в аварийной ситуации поворачи-

ваются вокруг вертикальной оси.

Таблица 8.3.