Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии (1). Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии
![]()
|
5.9. Использование ветроколесом энергии ветраВеличина коэффициента мощности Ср зависит, главным образом, от быстроходности ветроколеса Z. Выбор характеристик ВЭУ в конкретных ветровых условиях определяется теми целями, которые перед ней ставятся. Обычно руководствуются одним из двух основных требований: оптимизировать производство энергии за год, чтобы, например, уменьшить потребление топлива электростанциями единой энергосистемы, или обеспечить производство определенного минимума энергии, даже при слабом ветре, чтобы, к примеру, сохранить работоспособность насосов системы водоснабжения. Кроме того, при выборе характеристик ветроколеса следует учитывать характеристики агрегатов (насосов, электрогенераторов), с которыми они непосредственно стыкуются. Таким образом, задача эффективного использования ветроустановкой энергии ветрового потока достаточно сложна, зависит от многих факторов, и на практике выбор ветроустановки определяется еще и сложившимися в этой области традициями. Энергией, передаваемой ветровыми потоками ветроустановке, является энергия на валу ветроколеса, Пусть Е – энергия потока, переданная ветроколесу за время Т, а Еu – чаcть этой энергии, переданная ветровым потоком со скоростью u в единичном скоростном интервале, тогда ![]() Если плотность воздуха считать постоянной, то средняя мощность на валу ветроколеса определяется выражением ![]() Чтобы вычислить величину этого интеграла, надо знать зависимость коэффициента Ср от скорости набегающего потока. Для этого разобьем, как обычно делают, весь интервал скоростей на четыре характерных участка (рис. 5.12). 1. Скорость ветра меньше скорости uci, при которой ветроустановка включается. В этом диапазоне Еu = 0 . (5.58) 2. Скорость ветра больше номинальной скорости uR, поэтому величина энергии определяется соотношением ![]() 3. Скорость ветра больше скорости uci, при которой ветроустановка отключается, тогда Еu = 0. (5.60) На практике большая часть ветроустановок при сильном ветре не отключается, а продолжает работать, но с низкой эффективностью. 4. Скорость ветра находится в интервале uci–uR. Выходная мощность в этом диапазоне зависит от скорости ветра и типа ветроколеса. Для большинства ветроустановок эта зависимость имеет вид: ![]() где a и b – константы, определяемые из условий: а) в момент включения ветроустановки Р = 0, поэтому ![]() б) при u = uR мощность Р = РR, откуда ![]() Из этих условий следует ![]() Таким образом, коэффициенты а и b можно выразить через uCi, uR и PR. На практике ветроустановкам часто приходится работать в этом малоэффективном диапазоне скоростей. ![]() ![]() Рис. 5.12. Режимы работы ветроустановки (сплошная кривая – стандартная характеристика, штриховая – реальная характеристика большинства установок): 1 – включение, 2 – расчетная скорость, 3 – выключение В работе ветроустановки можно выделить два предельных режима (рис. 5.13). 1. Режим с постоянным коэффициентом быстроходности Z и, следовательно, с постоянным коэффициентом мощности Ср в заданном рабочем диапазоне скоростей ветра из (5.57) следует ![]() Если использовать для ФU распределение Рэлея и достаточно большую скорость U0 , то ![]() 2. Режим с постоянной частотой вращения ветроколеса u, следовательно, с переменным коэффициентом Ср. а) б) ![]() ![]() ![]() ![]() в) Рис. 5.13. Зависимости коэффициента мощности Ср от быстроходности – Z (a); от скорости ветра при постоянной быстроходности (б); от скорости ветра при постоянной скорости вращения ветроколеса (в); 1 – включение; 2 – расчетная скорость. Заштрихованная область соответствует потере мощности из-за непостоянства Z На рис. 5.13, б и в коэффициент Ср представлен в виде функции от скорости набегающего потока u0. В этом случае мощность ветроколеса можно определить численным интегрированием. В режиме с постоянной частотой вращения, как видно из рис. 5.13, в не при всех скоростях ветра его энергия преобразуется эффективно. Это особенно проявляется при скоростях ветра, значительно превышающих скорость, соответствующею максимальному значению коэффициента Ср. |