Задачи по нетрадиционным источникам энергии(1). Методическое пособие по выполнению расчётно графических и контрольных работ. Алматы введение

• Название: Методическое пособие по выполнению расчётно графических и контрольных работ. Алматы введение
• Дата: 30.01.2023
• Размер: 373.54 Kb.
• Имя файла: Задачи по нетрадиционным источникам энергии(1).docx
• Тип: Методическое пособие; #912420
• страница: 21 из 21

Рисунок 1- Кривая повторяемости средней скорости ветра вг. Мезень на высоте 70 м по таблице 4

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ ПЕРИОДОВ И ПЕРИОДОВ ПРОСТОЯ ВЭУ ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ

Если начало работы ВЭУ принять при средней скорости ветра 3,0 м/с, то

рабочий период составит в году:

1. 
   На высоте 10м (таблица 4) рабочий период времени составит в году 71%: 365дней∙0,71 = 259 дней
   

259 дней∙24часа = 6216 часов в году.

2. 
   На высоте 50 м (таблица 4) рабочий период составит 86,6%: 365 дней۰0,866 = 316 дней
   

316 дней۰ 24 часа = 7584 часа в год.

3. 
   На высоте 70 м (рис. и таблица ) рабочий период составит 88,9%: 365 дней۰0,889 = 324 дней
   

324 дней۰ 24 часа = 7776 часов в год.

4. 
   На высоте 100 м (рис. и таблица ) рабочий период составит 92,2%: 365 дней∙0,922 = 337 дней
   

337 дней۰24 часа = 8088 часов в год.

УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ И УДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ВЕТРОВОГО ПОТОКА
Удельная энергия ветрового потока определится по формуле (4.11) и таблице 3. На высоте 50 м от Земли среднегодовая удельная энергия W_уд.п составит:
W_уд.п=1/2∙1,2∙8760∙(0,5³∙0,008+1³∙0,021+2³∙0,039+3∙³0,066+4³∙0,095+5³∙0,122+6³ ∙ 0,137+7³ ∙0,137+8³∙0,121+9³∙0,095+10³∙0,066+11∙³0,043+12∙³0,02++13³∙0,012+

14³∙0,006+15³∙0,002+16³∙0,002+17³∙0,002 + 18∙³0,001 + 19³∙0,001) = 5256∙ (0,001+0,021+0,312+0,556+3,38+15,25 + 29,6 + 47 + 62 + 69,3 + 66 + 57,2 +

34,6+26,4+16,5+6,75+8,2+9,8+5,8+6,9) = 5256∙465,57 = 2447035 Вт۰ч/м²∙год.
Среднегодовая удельная мощность ветра (Вт/м²) на высоте 50 м равна: ^Рср ^{= W}уд.п^/Т

Р_ср = 2447035/8760 = 279,4 Вт/м²

На высоте 100 м от Земли среднегодовая удельная мощность ветра W_уд.п составит:

W_уд.п = ½∙1,2 ∙ (05³∙0,004 + 1³∙0,007 + 2³ ∙0,022 + 3³ ∙ 0,043 + 4³∙0,062 + 5³∙0,08 + 6³∙0,105 + 7∙³0,119 + 8³∙0,132 + 9³∙0,116 + 10³∙0,098 + 11∙³0,077 + 12³∙0,055 +

13³∙0,036 + 14³∙0,021 + 15³∙0,01 + 16³∙0,006 + 17³∙0,005 + 18∙³0,003 + 19³∙0,001) =

5256∙ (0,001 + 0,007 + 0,176 + 1,16 + 4 + 10 + 22,7 + 40,8 + 67,6 + 84,6 + 98 +

102,5 + 95,1 + 79,1 + 57,6 + 33,75 + 24,6 + 24,6 + 17,5 + 17,5 + 6,9) = 5256∙788,2 =

4142779 Вт۰ч/м²год.

Среднегодовая удельная мощность ветра (Вт/м²) на высоте 100 м равна:

^Рср ^{= W}уд.п ^/Т

Р_ср = 4142779/8760 = 473 Вт/м².

Таким образом, наибольший вклад в преобразование энергии ветра в механическую мощность вносят ветры со скоростями в диапазоне 8 – 15 м/с.


Рисунок 6 - Распределение удельной мощности ветра (1), удельной мощности на валу ветроколеса (2) и фактическое распределение удельной мощности ВЭУ

(3) по таблице 6.

V_мин., V_р, V_макс. – минимальная, рабочая и максимальная скорости ветра.
Руд.т = 0,6V₀³

Таблица 6.

V0м/с	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19
Руд.т	0,6	4,8	16,2	38,4	75,0	130	206	307	437	600	800	1037	1318	1646	2025	2460	2950	3500	4115
0,45Руд.т	0,3	2,0	10,0	23	45	59	93	184	262	360	480	622	790	987	1215	1476	1770	2100	2470
Дни	20	24	25	26	27	27	28	27	24	23	20	18	16	14	12	10	8	6	4

Рисунок 7 - Повторяемость скоростей ветра и распределение годовой удельной энергии в г. Мезень на высоте 50 м (таблица 7).

V1 – средняя скорость ветра, м/с; V2 – скорость, обеспечивающая наибольший вклад в годовую выработку энергии.

Таблица 7.

V0, м/с	0,5	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19
Wуд,кВт- ч/м2год	0	0,11	1,6	3	17,8	80,1	156	247	326	364	347	301	182	139	87	36	43	51,5	30,5	30
%	0,8	2,1	3,6	6,6	9,5	12,2	13,7	13,7	12,1	9,5	6,6	4,3	2,0	1,2	0,6	0,2	0,2	0,2	0,1	0,1

Рисунок 8 - Повторяемость скоростей ветра и распределение годовой удельной энергии Wуд в г. Мезень на высоте 100 м (таблица 8).

V1 – средняя скорость ветра, м/с;V2 – скорость, обеспечивающая наибольший вклад в годовую выработку энергии.

Таблица 8.

V0,м/с	0,5	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19
Wуд,кВт- ч/м2год	0	0,3	0,9	6	21	52,6	119	214	355	445	515	539	500	416	303	177	129	129	92	36
%	0,4	0,7	2,2	4,3	6,2	8	10,5	11,9	13,2	11,6	9,8	7,7	5,5	3,6	2,1	1,0	0,6	0,3	0,2	0,1

Для построения рисунков 7 и 8 использована таблица 4 (верхняя часть рисунка) и формула 4 (нижняя часть рисунка)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. 
   Составление ветрового кадастра для определённогго района:
   
   1. 
      Определить среднегодовую скорость ветра (Приложение 1, формула 4.7);
      
   2. 
      Определить среднемесячные среднегодовую скорости на высотах от 20 до 100 метров (формула 4.8);
      
   3. 
      Рассчитать повторяемость скорости ветра на высотах от 20до 100 метров (Приложения 2 или 3);
      
   4. 
      Определить распределение ветровых периодов и периодов энергетических затиший по длительности (формула 4.9, приложение 2 или 3);
      
   5. 
      Определить удельную мощность и удельную энергию ветра и ВЭС (формулы 4.10 – 4.13);
      
   6. 
      Рассчитать ветроэнергетические ресурсы (формулы 4.14 – 4.17).
      
2. 
   Подбор необходимого количества ветроустановок для обеспечения потребности в электроэнергии. (Приложение 4)
   

Приложение № 1. Среднемесячные скорости ветра, м/с

№ Вар.	район	месяц												Необходимая мощность,кВт		Электрич. мощность, кВт		Тепловая мощность, кВт
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	о. Рудольфа	8,8	8,3	8,5	7,9	7,0	5,5	4,8	5,4	6,6	8,0	7,4	8,1		200,0		100,0		100,0
2	Новая Земля	9,1	8,0	7,9	8,1	7,2	7,4	7,6	7,7	7,9	8,5	9,0	9,6		1000,0		500,0		500,0
3	Амдерма	9,5	8,8	8,2	8,1	7,5	6,3	5,6	6,0	6,9	8,4	9,6	9,5		3000,0		2000,0		1000,0
4	о. Колгуев	8,9	8,7	8,4	7,0	7,3	7,2	6,6	6,7	7,8	8,4	9,2	9,0		200,0		50,0		150,0
5	Усть – Кара	7,5	7,1	6,9	6,6	6,6	6,2	6,2	6,0	6,2	7,3	7,7	7,8		800,0		200,0		600,0
6	Индига	7,6	7,4	6,8	6,4	6,2	5,9	5,5	5,6	6,6	7,4	7,9	7,9		850,0		250,0		600,0
7	Соловки	5,2	4,6	4,4	4,2	4,2	4,2	4,0	3,9	4,6	5,9	6,3	5,6		1000,0		200,0		800,0
8	о. Мудьюг	6,1	5,3	5,2	4,6	5,1	5,2	5,0	4,9	5,6	6,3	6,2	6,0		150,0		50,0		100,0
9	Архангельск	5,2	4,8	4,9	4,6	5,0	4,6	4,3	4,2	4,8	5,5	5,5	5,2		10000,0		10000,0		-
10	Карпогоры	4,8	4,2	4,7	4,2	4,6	4,3	4,1	3,5	4,0	4,5	5,0	4,5		800,0		500,0		300,0
11	Каргополь	4,7	4,6	4,6	4,2	4,4	4,0	3,5	3,3	3,9	4,6	5,0	4,9		1000,0		600,0		400,0
12	Котлас	4,6	4,5	4,7	4,2	4,6	3,9	3,4	3,1	4,0	4,3	4,8	4,6		6000,0		6000,0		-
13	Шангалы	4,0	4,1	4,5	4,0	4,3	3,8	3,3	3,1	3,7	4,3	4,6	4,1		3000,0		3000,0		-

14	Вельск	4,0	3,5	4,0	3,5	3,7	3,3	3,0	2,8	3,2	3,6	3,7	3,7	3000,0	3000,0	-
15	Варандей	6,9	6,2	6,2	5,7	5,4	5,4	5,2	5,3	5,7	6,7	6,6	6,8	4000,0	3000,0	1000,0

Приложение № 2. Повторяемость скоростей ветра в % на высоте 10 м (по Поморцеву М.М.)

Скорость ветра, м/с	Среднегодовая скорость ветра, м/с
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0	25,4	10,0	5,7	3,5	2,0	1,0	0,6	0,5	0,2	0	0	0
1	41,0	23,0	11,8	7,2	4,3	2,6	1,7	1,0	0,7	0,2	0	0
2	25,1	29,6	19,4	12,2	7,8	4,8	3,0	2,1	1,6	0,8	0	0
3	7,5	23,0	22,7	16,5	11,4	8,0	5,3	3,8	2,6	2,0	0,9	0,4
4	1,0	10,0	19,5	18,5	15,0	11,0	8,0	5,6	4,0	3,2	2,1	1,3
5		3,8	12,0	16,5	16,5	13,8	10,6	7,8	5,7	4,5	3,1	2,2
6		0,6	6,0	12,2	15,0	15,0	12,5	10,0	8,0	5,9	3,7	2,5
7			2,2	7,2	12,0	13,9	13,5	11,8	9,6	7,8	6,0	4,8
8			0,7	3,6	8,0	11,4	12,8	12,6	10,9	9,0	7,0	5,7
9				1,7	4,3	8,0	11,0	11,8	11,4	10,0	9,5	9,0
10				0,6	2,0	5,0	8,2	10,1	10,9	10,2	10,2	10,3
11				0,3	0,8	3,0	5,7	8,0	9,7	10,0	11,2	10,7
12					0,6	1,5	3,5	5,9	8,0	9,0	10,0	11,3

13					0,3	0,6	1,9	4,0	5,9	7,8	9,5	10,7
14						0,3	0,8	2,5	4,2	5,9	8,2	9,3
15							0,4	1,3	2,8	4,8	6,5	8,5
16							0,2	0,7	1,8	3,3	4,3	5,0
17							0,2	0,3	1,0	2,2	3,0	3,9
18								0,2	0,6	1,5	2,2	3,0
19									0,2	0,9	1,4	1,9
20										0,7	1,2	1,7

Приложение № 3. Повторяемость скоростей ветра в днях на высоте 10 м (по Поморцеву М.М.)

Средняя скорость ветра, м/с	Среднегодовые скорости ветра, м/с
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0	93	36	20	12	7	3	2	1	1	-	0	0
1	150	84	43	26	15	9	6	3	2	-	0	0
2	92	108	71	44	28	17	11	7	5	3	0	0
3	27	84	83	60	41	29	19	13	9	7	3	1
4	3	36	71	67	54	40	29	20	14	11	8	5
5		14	44	60	61	50	38	29	21	16	11	8
6		3	22	44	54	55	45	36	29	21	13	9
7			8	26	44	51	49	43	35	28	22	17
8			3	14	30	42	47	46	40	33	26	21
9				7	16	30	40	43	42	37	35	32
10				3	7	19	30	37	40	37	37	37
11				2	4	12	21	30	36	37	41	39
12					3	5	14	22	29	34	36	40

13					1	2	7	15	22	30	35	39
14						1	3	10	15	22	30	34
15							2	5	11	18	24	29
16							1	3	7	12	16	18
17							1	1	4	8	11	13
18								1	2	5	8	12
19									1	3	5	6
20										3	4	5

Приложение № 4. Характеристики ветроустановок отечественного и зарубежного производства

№ п/п	Наименование	Зарубежного производства						Отечественного производства
		Е - 33	Е - 48	V - 60	E - 70	N - 90	V - 90	АВЭ – 250СМ	3ВТ	Ю - 500	Р - 1000	ВТО - 1250
1	Номинальная мощность, кВт	330.0	800.0	850.0	2000.0	2500.0	3000.0	250,0	100,0	500,0	1000,0	1250,0
2	Расчётная рабочая скорость ветра, м/с	13.0	13.0	13.0	13.5	14.0	15.0	13,0	13,0	13,6	13,6	13,6
3	Минимальная рабочая скорость ветра, м/с	3.0	3.0	3.5	2.5	3.0	3.5	5,0	4,0	4,0	4,0	6,0
4	Диаметр ветроколеса, м	33.4	48.0	60.0	71.0	90.0	90.0	25,0	1,75	34,0	48,0	27,0
5	Высота оси ветроколеса, м	44.0	60.0	60.0	98.0	100.0	100.0	30,0	22,0	31,5	38,0	40,0
6	Положение оси	гориз.	гориз.	гориз.	гориз.	гориз.	гориз.	гориз.	верт.	гориз.	гориз.	гориз.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   А да Роза. Возобновляемые источники энергии. Физико – технические основы: учебное пособие / пер. с англ. Под редакцией С.П. Малышенко, О.С. Попеля. – Долгопрудный : Издат. дом «Интеллект»; М.: Издат. дом МЭИ; 2010. – 704с.
   
2. 
   Горяев А.А. Возобновляемые источники энергии: учеб. пособие
   

/А.А. Горяев, Г.А. Шепель. – Архангельск: САФУ, 2010. – 120с.

3. 
   Хахалева Л.В. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии.: Пособие для проведения практических занятий. Ульяновск, 2008. – 32с.
   

СОДЕРЖАНИЕ

1. 
   Ввдение 3
   
2. 
   Энергия Солнца 4
   
3. 
   Гидроэнергетика 12
   
4. 
   Ветроэнергетика 13
   
5. 
   Расчёт ветроэнергетического кадастра 15
   
6. 
   Средние скорости ветра 16
   
7. 
   Повторяемость скоростей ветра 18
   
8. 
   Биоэнергия 27
   
9. 
   Аккумулирование тепла 28
   
10. 
    Механическое аккумулирование 30
    
11. 
    Передача энергии 30
    
12. 
    Опреснение воды 31
    
13. 
    Геотермальная энергия 34
    
14. 
    Энергия прилива 37
    
15. 
    Задачи 38
    
16. 
    Примеры решения задач 58
    
17. 
    Пример расчёта ветроэнергетического кадастра 78
    
18. 
    Порядок выполнения работы по расчёту ветроэнергетического кадастра 91
    
19. 
    Приложения 92
    
20. 
    Список литературы 99