8.7. Использование ветроколесом энергии ветра.

Величина коэффициента мощности С_рв рабочем диапазоне скорости ветра зависит в основном от быстроходности ветроколесаZ. Основные требования для выбора ветроколеса:

Максимизировать производство энергии за год, чтобы уменьшить потребность в топливе дизельной электростанцией.

Обеспечить производство определённого минимума энергии даже при слабом ветре.

Энергией, переданной ветровым потоком ветроустановке, является энергия на валу ветроколеса.

8.8. Удельные мощность и энергия ветрового потока.

Мощность ветрового потока Р, протекающего со скоростью u₀через поперечное сечение А₀определяется выражением:

Р = ρ*А₀*u_o³/2, (8.29.)

где ρ – плотность воздуха, кг/м³;

Удельная мощность ветра, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения, равна:

Р_уд= (1/2)*ρ*u_o³(8.30.)

Среднегодовая удельная энергия ветра W_уд(энергия, протекающая за год через 1м²поперечного сечения) зависит от повторяемости скоростей ветра, т.е. от того, какую долю годового времениt_iдул ветер с той или иной скоростьюu_iи определяется выражением:

W_уд= ∑_i=1^kР_уд*t_i= (1/2)*ρ*N∑_i=1^kt_i*u_i, (8.31.)

где N= 8760 число часов в году;

k– число градаций скорости ветра;

t_i– доля месячного времени.

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. Зная среднегодовую скорость ветра, его вертикальный профиль и повторяемость скорости ветра, можно дать энергетическую характеристику ветрового потока в любом районе. Среднегодовая мощность ветра:

_{Рср = Wуд /N(8.32)}

_{Использование ветроустановок для производства электроэнергии является наиболее эффективным способом утилизации энергии ветра. КПД электрогенератора – 95%. При проектировании ветроэлектрических установок надо учитывать следующие их особенности:}

Для обеспечения максимальной эффективности работы ветроколеса следует изменять частоту его вращения при изменении скорости ветра, сохраняя постоянным коэффициент быстроходности, в от же время для максимально эффективной работы электрогенератора необходима практически постоянная частота вращения;

Эффективнее и дешевле управлять частотой вращения электрогенератора, изменяя его электрическую нагрузку;

Оптимальная частота вращения ветроколеса тем меньше, чем больше его радиус. При больших размерах ветроколеса приходится использовать повышающие редукторы, удорожающие ветроустановку и её обслуживание;

В конструкции ВЭУ предусматривается возможность отключения электрогенератора от ветроколеса и вращения его от химического или механического аккумулятора энергии.

Кроме того, следует учитывать специфические требования, предъявляемые к выходным параметрам ВЭУ:

- наиболее благоприятные ветровые условия существуют в малонаселённых районах, на островах и в море.

- систему электроснабжения необходимо строить так, чтобы она могла обеспечивать потребителей дешёвой электроэнергией с нестабилизированными параметрами (для отопления) и дорогой, но со стабильными параметрами (электродвигатели).

- ВЭУ должны иметь аккумуляторы энергии или быть запараллелеными другими электроэнергетическими установками.

_{Различают три класса ВЭУ:}

Класс А: мощность ветроэлектрогенератора является определяющей. К этому классу относятся отдельно стоящие одногенераторные ВЭУ. Их мощность не превышает 5 кВт.

Класс В: Мощность ветроэлектрогенератора одного порядка с мощностью других генераторов системы. Это характерно для небольших энергосистем в отдалённых районах. Чаще всего «другим генератором» является дизельный электрогенератор. Дизельный генератор может включаться только в безветрие и может работать параллельно с ветрогенератором при слабом ветре.

Класс С: ветроэлектрогенератор подключён к энергосистеме, значительно более мощной, чем его собственная мощность. При этом ВЭУ используется непосредственно, а её излишки подаются в энергосистему. Используются следующие приёмы, позволяющие изменять частоту вырабатываемой генератором электроэнергии:

- увеличение числа полюсов генератора при падении частоты вращения ветроколеса;

- выпрямление переменного тока ВЭУ и затем преобразование его снова в переменный с заданными параметрами;

- за счёт включения активной нагрузки в обмотку генератора.

8.9. Производство механической работы

1. Морские суда. Паруса с автоматическим управлением.

2. Мельницы.

3. Водяные насосы.

4. Производство тепла. Преобразование в тепло вырабатываемой электроэнергии.