практические задание по энергоснабжению. ПРАКТИКА-22-УМЛ-финал. Энергосбережение и возобновляемые источники энергии для студентов
 Скачать 440.64 Kb.
|
|
Практическое занятие №10. Расчет КПД ветровых электростанций План занятия: Краткая теоретическая информация о ветроэлектростанции Цель: Формировать базовые представления и знания по получению электроэнергии при эксплуатации ветроэлектростанции. Задачи: Знать технологические процессы и возможности ветроэнергетической установки. Квалификация: Умение управлять ветровой электростанцией. Навыки: Проработка информации, представленной на лекции, с целью раскрытия темы принципа работы ветровой электростанции. Компетенция: Ознакомиться со схемами производства электроэнергии ветровой электростанцией, привести примеры. Учащиеся самостоятельно знакомятся со схемами ветряной электростанции. Форма проведения урока: письменная (понимание примеров, решение задач). Краткая теоретическая информация Фактическая мощность ветрового потока, приходящаяся на единицу площади воздействия (1м2) ветра, определяется по следующей формуле: Руд.п =ρV03/2 (10.1) Здесь V0 – скорость воздушного потока, м/с ρ - плотность воздушного потока, 1,25 кг/м3. Фактическая среднегодовая энергия ветрового потока Wуд.п (энергия, которая проходит через площадь поперечного сечения 1м2) зависит от повторяемости скорости ветра, т.е. в какое время года ti дует ветер со скоростью Vi: W = ½ ρT  iVi3. (10.2)Здесь k – количество градаций ветра; Количество часов в T-году, 8760 часов. Зная среднегодовую скорость ветра, вертикальный профиль и повторяемость скорости ветра, можно дать энергетическую характеристику любого региона. Среднегодовая реальная мощность ветра Рср = Wуд/Т (10.3) Мощность ветряка: Рвэу = ηξPуд.nA0, (10.4) Здесь η – коэффициент полезной активности, 0,85; ξ – коэффициент использования ветра, 0,45; А0 – площадь столкновения,πd2/4, м2. В качестве примера среднегодовая скорость ветра составляет 5,95 м/с и показано формирование суммы годовой реальной энергии ветра (площадь под кривой Вуда). Из-за кубической зависимости мощности от скорости ветра большой вклад наблюдается не часто и не в средней скорости ветра, а в том, что скорость ветра в 1,7-1,9 раза превышает среднегодовую скорость. В приложениях ветроэнергетики важно не найти сумму годовой энергии, производимой ветряной турбиной, а знать мощность, которую она может непрерывно обеспечивать. Энергетические ресурсы ветра При оценке энергетических ресурсов учитываются общеэкономические и технические ресурсы. Суммарный (теоретический) ветроэнергетический потенциал территории представляет собой сумму нескольких лет ветровой энергии воздушных масс, перемещающихся через определенную территорию в течение года, доступную для использования. h - полное использование энергии ветра на высоте, перпендикулярной ветру и находящейся на расстоянии (10...20)h друг от друга, реализуется ветроэнергетической системой, следовательно, энергия, получаемая с площади S, м2 на ВЭУ за год - суммарный потенциал территории Wв, кВт*ч/год будет, если фактическая энергия ветра Wud, кВт*ч/(м2*год), то она : Wв=Wуд  , (10.5)Здесь S= 106м2; Под техническими энергоресурсами мы понимаем реальные энергоресурсы, которые можно получить при существующих технических возможностях. Сегодняшнее технологическое развитие позволяет получать энергию ветра с помощью отдельно стоящих ветряных турбин. Ветряные турбины бывают двух типов, с горизонтальной и вертикальной осями. Для оценки КПД ветроустановки построим зависимость фактической мощности ветра (рис. 10.1). Площадь под наклоном 1 представляет собой годовую реальную энергию ветра, приходящуюся на 1 м2 площади столкновения. Критерий Беца и Н.Е. По теории Жуковского только часть энергии ветра, прошедшая через изображение ветряка, может быть преобразована в полезную работу, оцениваемую коэффициентом ε = 0,593. На практике в лучших ветроустановках коэффициент ε достигает всего 0,45-0,48.  Рисунок 10.1. Теоретическое распределение энергии ветра(1), мощность ветряных турбин(2) и фактическое распределение мощности ветряных турбин(3,4) Если скорость ветра ниже минимальной рабочей скорости Vmin.r, то мощности ветроколеса недостаточно для преодоления силы трения в трубе ветродвигателя. Использование энергии ветра более эффективно, когда номинальная мощность ветродвигателя достигает N в диапазоне от скорости ветра Vmin.r до расчетной скорости Vr. Мощность ветроустановки с помощью регулирующих устройств остается постоянной до тех пор, пока скорость ветра не возрастет и не поднимется до максимальной рабочей скорости Vmax.r. Но доля полезного ветра, который используется, уменьшится. А когда скорость ветра превышает Vmax.r, его энергия не используется. Мощность одного ветродвигателя определяется в кВт следующим образом: N0= 4,81*10-4*D2 * Vp3*ε*ηh *ηг, (10.6) Здесь D – диаметр ветрового колеса, м; Vp – расчетная скорость ветра, м/с; ηр и ηг – КПА коробки передач и генератора. Следующая формула используется для суммы, установленной на поверхности 1 км2: N1= N0[  ]2. (10.7)Здесь D – диаметр ветрового колеса, м. N1= 4,81*Vp3*ε*ηp* ηг, (10.8) Сумма установленной мощности установки в единице площади определяется не диаметром окружности, а расчетной скоростью ветра Vр и технической сложностью. Баланс энергоснабжения потребителей. Потребители должны получать электроэнергию в соответствии со своими потребностями. Для того чтобы электроснабжение было непрерывным, ветер должен быть от другого источника электроэнергии в случае штилевого периода ветра, т. е. когда скорость ветра ниже Vмин.р. Это может быть реализовано двумя способами: накопление энергии, подключение к дополнительному источнику питания или переход на текущую систему. Аккумуляторы по своему устройству и принципу действия: механические, гидравлические, химические, газовые, пневматические и комбинированные (смешанные). При накоплении электрической энергии выработка электрической энергии ВЭУ не ограничивается расчетной скоростью, то есть достигает максимальной скорости 20-25 м/с. Электроэнергия, произведенная сверх потребности, идет на хранение. Пример: Радиус ветроколеса R, м, скорость ветра перед ветроколесом V0, м/с, за ветроколесом V2, м/с, (табл. 13). Нужно найти: по скорости ветра V1 в плоскости ветродвигателя, мощности ветрового потока P0, мощности ветродвигателя P и силе, действующей на ветродвигатель F. Плотность воздуха ρ = 1,2кг/м3. Пример: R=7,5м; V0=9м/с; V2=5м/с. V1 – скорость V1=(V0+V2)/2 (10.9) V1=(9+5)/2 = 7м/с. Мощность ветрового потока: P0=ρ * S * V03/2 (10.10) S= π*R2 = 3,14 * 7,52 = 176,6м2. P0=1,2 * 176,6 * 93/2 = 77256кг*м2/с2(Дж). Масса воздуха, проходящего через поверхность района столкновения (ометаема): m = ρ* S * V0 (10.11) m = 1,2кг/м3* 176,6м2 * 9м/с = 1907,3 кг/с Сила, действующая на колесо ветра: FA = m * (V0 – V2) (10.12) FA = 1907,3кг/с * 4м/с= 7629кг*м/с2. Мощность ветровки равна мощности, потерянной ветром при прохождении через колесо: P = m*(V02 – V22) (10.13) P = 1907,3 * (92 - 52) = 106808кг*м2/с3 = 106808 Вт. 19- Таблица
Контрольные вопросы:1. Скорость в поперечном сечении ветрового колеса составляет 6 м / с. определите, какая скорость имеет ветер, если коэффициент торможения ветрового колеса равен 0,33. В-1,3 ; -4,6,8 ; t1,2,3-2,8,14,х1-50-85,х2-60-95,х3-55-90 Средняя скорость ветра определяется по формуле  (10. 14) (10.15)2. При ветроэнергетике 500 кВт в 1 час при ветроэнергетике 15 м/с установка 600 кВт производит 500000 кВт в год при ветроэнергетике 4,5 м/с. Величина, характеризующая эффективность машины, преобразующей механическую энергию ветра в электрическую, называется коэффициентом полезного действия ветров (КПА). Для расчета КПА необходимо разделить генерируемую мощность ветровой установки на 1 год на максимальную мощность в 8760 часов за 1 год. Ветроустановка 600 кВт за 1 год составила 2 млн. кПа при выработке кВт энергии: ŋ = (2000000 : 365,25) •24600 • 100 % = (2000000 : 525600 ) • 100 % =38 % КПА современных ветров не превышает 25-30 %. Домашние задания: сравнение стоимости автономных систем электроснабжения с пропеллерными ветровыми установками, рассчитанными на скорость работы ветра 6м/с и 12м/с. Работа ветра как части автономной системы электроснабжения с батареями может быть определена по следующей целевой функции.  (10.16)Здес ŋВЭ - учитывая эффективность ветряной электростанции, эффективность ветряного колеса и генератора; па-КПД батарей КПА ; РР-расчетная (средняя денная) мощность нагрузки, Вт; Кв-удельная стоимость ветроэлектростанции, тенге / м2; удельная стоимость аккумуляторов, тенге / А. час ; UН-номинальное напряжение батареи, В скорость работы ветра 6м / с  скорость работы ветра 12м / с Система автономного электроснабжения с рабочим временем ветра 6м/с дешевле. Когда напряжение батареи составляет 220 В 20- Таблица
|