Расчет ветрогенератора.Расчет Мощности ветрогенератора, ветровой турбины. Расчет относительно скорости ветра

Ветровые электростанции большой мощности сегодня конкурируют с другими источниками электроэнергии. Суммарная мощность установленных в мире ветряных электростанций удваивается каждые три года. Несмотря на то, что доля электрической энергии ветровых турбин составляет лишь 1% от объема потребления электрической энергии в мире, в некоторых странах она составляет 5-20%.
[adsense_id=»1″]
Что касается малых ветровых генераторов для обеспечения электроэнергией отдельных домов или небольших предприятий, то они, как правило, еще слишком дорогими по сравнению с энергией, которую они производят. Й хотя ветер бесплатный, срок окупаемости малых ветровых генераторов может составлять 5-15 лет, в зависимости от места установки, мощности, технических характеристик ветрогенератора. Башня, аккумуляторные батареи, инвертор и некоторое другое оборудование значительно повышают стоимость ветровых генераторов. Кроме того, не всегда достаточная сила ветра для работы ветрогенератора, а заряда аккумуляторов может не хватить для питания электроприборов. Поэтому, в большинстве случаев, ветрогенератор рассчитывается и  используется как дополнительный источник электроэнергии.

Эффективность ветровых генераторов в наших условиях можно значительно повысить, а срок окупаемости значительно сократить, если выработанную электроэнергию использовать для нагрева воды в системе отопления зимой и для бытовых нужд летом. В этом случае нет необходимости в приобретении аккумуляторных батарей и инвертора, что значительно снижает стоимость установки. Нужно только изготовить электрический бойлер и подключить его к системе.

Большинство из тех, кто уже вынашивал идею установить ветрогенераторы и скрупулезно изучал предложения на рынке, были разочарованы.

Цена ветровых турбин от 1 000 $ до 3 000 $ на 1 кВт мощности. А при наших ветрах, турбина течение года выработает электроэнергии не так уж и много. Срок окупаемости системы — лет 15, не меньше. Нет смысла устанавливать. Действительно ли это так? Постараемся ответить на этот вопрос и поискать пути решения проблемы.
Самый главный вопрос на который необходимо дать ответ, прежде чем выбирать ветровой генератор, это: Сколько кВт * ч электроэнергии сможет выработать ветровой генератор в течение года в вашей местности?
Для того, чтобы ответить на этот вопрос необходимо:
— Рассчитать мощность электрогенератора, от нее будет зависеть величина диаметра ветрового колеса и минимальная высота башни;
— Проанализировать данные скорости ветра ближайшей метеостанции в течение года.
Но давайте сначала проанализируем формулу мощности воздушного потока:
P = r V 3 S / 2, [B т]

д е r — плотность воздуха (при нор маль ных условиях = 1,225 кг / м 3);
V — скорость воздушного потока, м / с;
S = Π R 2 = Π D 2/4 — площадь ветрового потока, м 2.

Так как никакая турбина не может использовать 100% энергии ветра, то для расчета мощности ветрового генератора необходимо в формулу ввести коэффициент эффективности турбины к который может иметь значение 0,2-0,5:

P * = к r V 3 S / 2, [B т]

Из формулы видно, что мощность ветрового потока пропорциональна кубу скорости ветра и квадрату диаметра колеса турбины. Это означает, что при увеличении скорости ветра вдвое, мощность потока возрастет в 8 раз, а при увеличении длины лопастей вдвое, мощность ветрогенератора возрастет в 4 раза. В таблице приведены величины мощности ветровой турбины, в зависимости от скорости ветра и диаметра колеса турбины. Коэффициент эффективности турбины k = 0,25.
[adsense_id=»1″]

Вы видите, как сильно возрастает величина мощности ветрового потока при увеличении скорости ветра только на 1м / с.
В технических данных ветровых генераторов всегда предоставляется номинальная мощность и скорость ветра, при которой она достигается. Как правило, номинальная мощность ветровых генераторов достигается при скоростях ветра 7 — 11м / с. Не стоит устанавливать ветрогенератор, у которого номинальная мощность достигается при ветре 11м / с, если такой ветер бывает очень редко. Правильно вибративитрогенератор можно, только имея данные скорости ветра в месте монтажа установки и проведя расчеты. Конечно, при покупке ветрогенератора, следует обратить внимание и на коэффициент эффективности турбины к.

Для того, чтобы показать, что необходимо учитывать при принятии решения по установлению  и расчету ветрогенератора, рассмотрим следующий пример:

[adsense_id=»1″]
В хозяйстве есть потребность в установке электрического генератора, который сможет обеспечить потребители электроэнергии с максимальной нагрузкой 2,7 кВт и со среднесуточным потреблением электроэнергии 10 кВт * час. Из этого следует, что ветрогенератор должен производить ежедневно в среднем 10 кВт * ч электроэнергии. Такое количество электроэнергии в течение суток может произвести генератор мощностью 0,5 кВт, если он будет постоянно работать. Но ветер не всегда дует на полную мощность ветрового генератора и часто бывает очень слаб. Теперь необходимо установить которая среднесуточная мощность ветра в месте установки ветрогенератора. Из таблицы мы видим, что примерно такую мощность может иметь ветрогенератор с колесом d = 4м при скорости ветра — 8м / с, d = 5м при скорости ветра — 7м / с, d = 6м при скорости ветра — 6м / с, d = 8м при скорости ветра — 4м / с. Поэтому перед установкой ветрогенератора, необходимо знать приблизительный прогноз скорости ветра по месяцам, а дальше выбирать необходимый ветрогенератор. Точные данные можно получить проведя в течение определенного времени измерения скорости ветра с помощью анемометра. Данные о скорости ветра можно получить и на ближайшей метеостанции, но они не будут учитывать особенностей местности, где планируется установить ветрогенератор.

http://www.bio-invest.com.ua/windturbine.html