В. Германович - Альтернативные источники энергии и энергосбережение

Кроме перечисленных причин, сложность использования ветра заключена в его непостоянстве. Построить генераторную и стабилизирующую установку для ВЭУ составляет самостоятельную и очень сложную задачу.

Примечание.

Главный тормоз внедрения ветроэнергетических установок— высокая стоимость киловатта установленной мощности. К тому же не следует забывать повышенные эксплуатационные расходы ветряков.

Домашний умелец может прикинуть мощность ветроустановки в зависимости от диаметра пропеллера и скорости ветра. При среднегодовой скорости в 3,5 м/с, характерной для континентальной части России, можно принять, что среднеэнергетическая скорость составит около 5 м/с. А ветряк будет работать треть всего времени.

Важнейшей характеристикой ветрякаявляется т. н. КИЭВ — коэффициент использования энергии ветра. У самых лучших образцов ветряков он составляет до 60–80 %! (в среднем 40–45 %). У любительских (самопалов) — порядка 35 %. Т. о. при скорости ветра 5 м/с получим действительную мощность 0,35 x 90 = 31,5 Вт.

В табл. 1.2 в числителе мощность самодельного ветряка в киловатах при КИЭВ 35 %, в знаменателе обороты пропеллера в об/мин при быстроходности Z= 6.

Для выбора агрегата необходимо точно определить преимущественное направление и среднюю скорость ветров в том месте, где предполагается установить ветрогенератор. Следует помнить, что начальная скорость вращения лопастей ветрогенераторов равна 2 м/с, а скорость, при которой генератор работает с максимальной эффективностью, — 9… 12 м/с. Еще одно замечание. Мощность ветрогенератора зависит только от скорости ветра и диаметра винта.

В специальной литературе имеется множество формул расчета мощности ветроустановок. Приведу две, самые простые. Обе они дают примерно одинаковый результат.

Р= D 2 V 3/7000, кВт,

где Р— мощность; D— диаметр винта в метрах; V— скорость ветра в м/с.

Р= 0,6∙ SV 3,

где Р— это мощность, в ваттах; S— площадь (м 2), на которую перпендикулярно дует ветер; V— скорость ветра, в метрах в секунду (в формуле — в кубе).

Получается, при известной средней скорости ветра, выбор заключается в диаметре винта установки. Ну и еще, сравним расчеты с потребной мощностью. Если она нас устраивает, то хорошо. А если нет, то:

♦ либо надо искать другой источник энергии;

♦ либо строить несколько ветряков.

Скорость ветра — это самый важный фактор, который влияет на количество энергии, вырабатываемой ветрогенератором.

Правило.

Количество электроэнергии, выработанной ветроэлектроустановкой, возрастает кубически с увеличением скорости ветра. Т. е. если скорость ветра удваивается, кинетическая энергия, полученная ротором, увеличивается в восемь раз.

Приведенная внизу табл. 1.3 показывает значения энергии ветра в стандартных условиях (сухой воздух, плотность — 1,225 кг/м 3, атмосферное давление 760 мм рт. столба). Формула расчета количества энергии (определяется в Вт/м 2) выглядит следующим образом:

Р= 0,5∙1,225∙ V 3,

где V— скорость ветра в м/с (по данным Датской ассоциации производителей ветротурбин)

Таблица 1.2 . Значения энергии ветра в стандартных условиях

Скорость ветра, м/с ∙ Мощность ветра на 1 м 2площади ветрогенератора, Вт/м 2

1 ∙ 1

3 ∙ 17

5 ∙ 77

9 ∙ 477

11 ∙ 815

18 ∙ 3572

21 ∙ 5672

23 ∙ 7452

Прежде всего, нужно помнить, что скорость ветра зависит от следующих факторов.

Высота над уровнем земли. Близко к земле ветер замедляется за счет трения о земную поверхность. Для сельскохозяйственных полей и пустынных территорий при увеличении высоты над поверхностью земли в два раза наблюдается увеличение скорости ветра приблизительно на 12 %.

Время года.В большинстве регионов наблюдаются значительные сезонные изменения ветровых потоков. Причем в зимние месяцы скорость ветра обычно выше, чем летом. Дневные изменения скорости ветра наблюдаются, как правило, вблизи морей и больших озер.