2.4.4. Энергия и мощность гэс
Энергия, используемая ГЭС, может быть определена из (2.3) путем замены Нуч на напор Н по (2.6) или по (2.7). Однако на ГЭС выработку энергии и мощность принято измерять на выводах гидрогенератора, поэтому энергия и мощность ГЭС будут определяться с учетом коэф-фициентов полезного действия гидротурбины и электрогенератора.
Мощность на валу гидротурбины (кВт) определяется как
где QT – расход воды через гидротурбину, м3 / с; Н – напор турбины с учетом потерь по (2.6) или (2.7) ; ηT – коэффициент полезного действия (КПД) турбины (у современных крупных гидротурбин ηT = 0,93 – 0,96).
Электрическая мощность гидрогенератора равна
где ηген – КПД гидрогенератора, обычно равный 0,97.
Регулирование мощности агрегата ГЭС производится изменением расхода воды, проходящей через гидротурбину. Мощность ГЭС в i-й момент времени равна
где
– расход
ГЭС, напор ГЭС и КПД ГЭС в i – й
момент времени.
Выработка электроэнергии ГЭС (кВт/ч) за период времени Т (ч) определяется как
.
В качестве расчетного периода Т рассматриваются час, сутки, неделя, месяц, год.
Годовая выработка электроэнергии ГЭС не является постоянной величиной, а изменяется в зависимости от объема стока, поступившего в водохранилище, степени его регулирования и условий эксплуатации ГЭС. При годичном регулировании годовая выработка электроэнергии ГЭС, как правило, существенно колеблется – в основном за счет энергоотдачи в паводковый период.
При многолетнем регулировании неравномерность выработки электро-энергии по годам бывает незначительной.
Очевидно, что электрическая мощность, подведенная к потребителю, меньше мощности, производимой гидроэлектростанцией, N ГЭС. Сумма всех потерь при передаче электрической мощности от ГЭС до потре-бителя и при многократных преобразованиях ее в повышающих и понижающих трансформаторах можно оценить при помощи КПД системы передачи и преобразований ηпер. Обычно ηпер составляет
0,92 – 0,93.
Установленная мощность ГЭС N УСТ определяется как сумма номи-нальных (паспортных) мощностей установленных на ней генераторов. Она соответствует максимальной мощности, которую может развить гидроэлектростанция.
Контрольные вопросы
Перечислите основные типы ГЭС.
Какие параметры характеризуют водоток?
Как определяется напор гидроэлектрических станций нетто и брутто?
Какие виды гидротурбин используются на ГЭС?
Как определяется мощность и энергия гидроэлектростанции за какой-нибудь период времени?
Глава 3 ветроэнергетика и солнечная энергетика
3.1. Общие сведения о ветроэнергетике
Энергия ветра оценивается в 175 – 219 тыс. ТВт/ч в год, при этом развиваемая им мощность достигает (20 – 25) 109 кВт. Это примерно в 2,7 раза больше суммарного расхода энергии на планете. Считают, однако, что полезно может быть использовано только 5 % этой энергии; в настоящее же время используется значительно меньше. Использование силы ветра, т.е. энергии движения воздуха, относится к глубокой древности.
При использовании энергии ветра в современных условиях стремились учесть опыт тех стран, в которых ветряные двигатели издавна широко применялись, особенно в Дании и Голландии – классических странах ветряных мельниц.
Многие видные русские исследователи, такие, как проф. Н.Е. Жуковский и акад. С.А. Чаплыгин, внесли большой вклад в развитие ветряных двига-телей.
Ветроэнергетика – отрасль науки и техники, разрабатывающая теоретические основы, методы и средства использования энергии ветра для получения механической, электрической и тепловой энергии (ветротехника) и определяющая области и масштабы целесообразного использования ветро-вой энергии в народном хозяйстве.
Использование ветровой энергии осуществляется с помощью специаль-ных установок.
Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) – это комплекс технических устройств для преобразования кинетической энергии ветрового потока в какой-либо другой вид энергии. Она состоит из ветроагрегата (ветро-двигатель в комплекте с одной или несколькими рабочими машинами), устройства, аккумулирующего энергию или резервирующего мощность, в ряде случаев из дублирующего двигателя (большей частью теплового) и систем автоматического управления и регулирования режимов работы уста-новки.
Различают ветросиловые установки и ветроэлектрические станции.
Под ветродвигателем понимают двигатель, использующий кинетическую энергию ветра для выработки механической энергии. Различают ветро-двигатели крыльчатые с коэффициентом использования энергии ветра до 0,48 (наиболее распространенные), карусельные или роторные с коэф-фициентом использования не более 0,15 и барабанные.
Основное применение ветродвигателей – ветроэлектрические станции.
Ветроколесо мощных ВЭУ находится на большой высоте, где скорость ветра выше (рис. 3.1, а), выше у них и коэффициент удельной выработки электроэнергии K уд, являющийся обобщенной характеристикой ВЭУ
(рис. 3.1, б):
где W гoд – годовая выработка электроэнергии, кВт/ ч; πR2 – ометаемая поверхность ветроколеса, м 2.
Считается целесообразным установка ВЭУ в местах, где среднегодовая скорость ветра составляет более 5 м/ с.
На бурное развитие ветроэнергетики указывают данные роста установ-ленных мощностей ВЭУ в ряде стран мира (табл. 3.1 ).
Таблица 3.1
Установленная мощность ветроустановок в странах мира, подключенных к общим электрическим сетям, МВт
-
Страна
Годы
1998
2001
Дания
130
2 417
Германия
2 875
8 754
Италия
178
697
Швеция
174
290
Англия
333
474
Финляндия
17,4
39
Португалия
60
125
Россия
4,15
7
Канада
82
142
С Ш А
1 820
2 525
Китай
214
328
Япония
40
142
Всего в мире
9 665
24000
Рис. 3.1. К характеристикам ВЭУ:
а – зависимость среднегодовой скорости ветра от высоты над
поверхностью земли;
б – средняя удельная выработка электроэнергии ВЭУ в Дании