Ветроэнергетика 1 Энергия ветра это форма

Ветроэнергетика

1. Энергия ветра – это форма проявления солнечной энергии. Благодаря солнечному излучению происходит неравномерный нагрев поверхности Земли, который влечет за собой движение воздушных масс. Воздух из областей повышенного давления перемещается в направлении областей низкого давления, создавая тем самым, ветер

А) морской бриз (в дневное время) Б) континентальный бриз (в ночное время) Циркуляционные процессы Земли, которые приводят к ветрообразованию

Мерой силы ветра является шкала Бофорта.

Праметры для оценки ветрового потенциала: - Среднегодовая скорость ветра

- Распределение скоростей ветра за год. Функция повторяемости распределения ветра (распределение Вейбулла) определяется по формуле: Оценка средней скорости ветра для данной местности:

С высотой скорость ветра меняется из-за убывания силы трения. • Вставить упрощенную формулу расчета скорости из задачи

Высота препятствия z 0 физически выражает высоту, на которой происходит торможение скорости ветра до нуля. Табл. Значение коэффициента шероховатости

2. Использование энергии ветрового пояса Ветер со средней скоростью v обладает кинетической энергией: (1) Мощность данного ветра – это энергия в единицу времени: (2)

Учитывая, что расход воздуха: можно рассчитать массовый Преобразовав (1) и (2), получим мощность ветрового потока:

Массовый расход ветра остается постоянным до и после использования:

Действующая на ветроколесо сила F равна изменению количества движения массы проходящего через него в единицу времени воздуха: Мощность, развиваемая этой силой, т. е. мощность ветроколеса: Скорость вера в сечении ветроколеса: Мощность, развиваемую ветроколесом можно записать:

В случае отсутствия ветроколеса, в этом сечении мощность ветрового потока составила бы: Отношение отобранной мощности ветроколесом NB к обладающей мощности ветрового потока N называют коэффициентом мощности ср:

Максимальное (идеальное) значение коэффициента мощности ср достигается при соотношении скоростей: Коэффициент полезного действия ветроколеса – это отношение отобранной мощности ветроколесом к максимальному возможному отбору мощности.

Силы вращающие ветроколесо: - сила сопротивления, - подъемная сила. Кроме возникновения сил, приводящих к вращению ветроколеса, возникают следующие явления: А) завихрение воздушного потока, обтекающего лопасти; Б) турбулизация потока, то есть хаотическое возмущение его скорости по величине и направлению; В) препятствие для набегающего потока.

3. Ветроустановки, использующие силу сопротивления Сила сопротивления прямо пропорциональна площади поперечного сечения объекта, расположенного перпендикулярно к направлению ветрового потока, а также коэффициенту сопротивления объекта.

Чашечный анемометр – прибор для измерения скорости ветра. Рис. Ветровой поток, воздействующий на ветроколесо.

Результирующая сила, создающая вращение анемометра: Отношение окружной скорости конца лопастей u к невозмущенной скорости набегающего ветрового потока v называется быстроходностью колеса z: z всегда меньше 1. не всегда!

Соответственно, используемая мощность равна:

3. Ветроустановки, использующие подъемную силу Угол заклинивания - угол м/д плоскостью вращения ветроколеса и хордой сечения лопасти. Угол атаки - угол между направлением набегающего потока и хордой сечения лопасти. Fn- подъемная сила Fc – сила сопротивления F – результирующая сила vr- скорость воздушного потока

5. Конструкции ветроэнергетических установок

Ветроустановки с вертикальной осью

Ветроустановки с горизонтальной осью

Концентраторы

6. Регулирование мощности и аварийное отключение при ураганах • Скорость страгивания с места – скорость ветра, при которой ветроколесо начинает вращение без нагрузки. • Минимальная рабочая скорость ветра – минимальная скорость ветра, при которой обеспечивается вращение ветроагрегата с номинальной частотой вращения с нулевой производительностью (холостой ход) • Оптимальная скорость ветра (vопт) – скорость при которой достигается оптимальный коэффициент быстроходности ветроколеса, т. е. наблюдается максимальный коэффициент мощности. • Расчетная скорость ветра – минимальная скорость ветра, при которой ветроагрегат развивает номинальную мощность. • Максимальная рабочая скорость ветра – скорость, при которой расчетная прочность ветрогрегата позволяет производить электроэнергию без повреждения

• Буревая расчетная скорость ветра – максимальная скорость ветра, которую может выдержать остановленный ветроагрегат без разрушений.

Различают 2 основных способа поддержания вырабатываемой мощности ветроколеса при скоростях больше расчетной скорости ветра: • Шталь регулирование • Питч регулирование

7. Компоненты трехлопастной ветроустановки

8. Подключение ветроустановки к электрическим сетям • Прямое подключение – частота вращения ротора генератора поддерживается постоянной • Непрямое подключение – позволяет эксплуатацию ветроустановок с переменной частотой вращения ротора. Переменная частота вращения ротора вырабатывает переменный ток различной частоты, поэтому для выдачи ее в сеть необходимо применение частотного преобразователя.

9. Ветроферма • Ветроферма (ветропарк) – совокупность ветроустановок, концентрированно сосредоточенных в определенной местности.

Два метода выбора местоположения ветроустановок на ограниченной территории с учетом минимизации эффекта заграждения: • с учетом привязки к основному направлению ветра • без учета основного направления ветра