Расчет выработки энергии ветрогенераторной станцией

Ветрогенератор в автономной системе очень нужен. По большей части тем, что его выработка не имеет ярко выраженной зависимости от сезонов. Солнечные батареи, в наших широтах, хорошо работают летом и плохо зимой, тогда как ветрогенераторы сохраняют свою эффективность в зимний период. Немало важно то, что сильные ветра, как правило, наблюдаются в пасмурную погоду, поэтому совместное применение ветрогенераторов и солнечных панелей достаточно обоснованно. В этой статье мы рассматриваем малые ветроэнергетические установки (ВЭУ) т.е. установки мощностью от 40 Вт до 20 кВт.

Ветрогенераторы достаточно эффективны в прибрежных районах, либо на возвышенностях, где скорости ветра выше и ветра чаще. На большей части территории России средняя скорость ветра составляет 4-5 метров в секунду, что создает неблагоприятные условия для применения ветрогенераторов (и это на высоте 10 м от поверхности земли, стандартная высота расположения анемометра на метеостанциях). Но данные усреднены, поэтому следует изучить энергопотенциал конкретной местности, если существует подозрение, что ветрогенератор может быть эффективен.

Основная проблема ветровых станций заключается в том, что их эффективность мала при низких скоростях ветра. Если внимательно посмотреть на кривую зависимости мощности от скорости ветра, то можно обнаружить следующее: стартовая скорость большинства современных ВЭУ располагаться в пределах 3 - 4 м/с. Но необходимо, чтоб ветровой поток продержался на этом уровне не наименее 10 мин, лишь тогда автоматика даст позволение на запуск ВЭУ. При этом более-менее ощутимая, выработка энергии начнется только при 7 метрах в секунду, а ВЭУ, трудящаяся при средней скорости 6 м/с, генерирует емкость на 44 % большую, чем при скорости 5 м/с…

Многие хотят уменьшить начальную скорость ветра при котором начинается вращаться турбина до 1-2 м/с - мол слабый ветер бывает всегда и пусть в аккумуляторы всегда что-то "капает". Однако, при такой скорости ветер имеет ОЧЕНЬ мало энергии. Если ветрогенератор и вся система рассчитаны на 3-5кВт, то 5-10 Вт не решат никаких проблем.

Перейдем теперь к методам расчета систем с ветряными электростанциями. Покупая устройство, вы будете знать его заявленную номинальную мощность, а также найдете в инструкции график зависимости мощности вырабатываемой "ветряком" от скорости ветра.

Из формулы P=( η*КИЭВ* ρ*V3*π*D2 )/8 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.

V м/с 3 4 5 6 7 8 9 10 11
P Вт d = 1м 3 8 15 27 42 63 90 122 143
P Вт d = 2м 13 31 61 107 168 250 357 490 650
P Вт d = 3м 30 71 137 236 376 564 804 1102 1467
P Вт d = 4м 53 128 245 423 672 1000 1423 1960 2600
P Вт d = 5м 83 196 383 662 1050 1570 2233 3063 4076
P Вт d = 6м 120 283 551 953 1513 2258 3215 4410 5866
P Вт d = 7м 162 384 750 1300 2060 3070 4310 6000 8000
P Вт d = 8м 212 502 980 1693 2689 4014 5715 7840 10435
P Вт d = 9м 268 635 1240 2140 3403 5080 7230 9923 13207
P Вт d = 10м 331 784 1531 2646 4200 6270 8930 12250 16300

Вы видите, как сильно возрастает величина мощности ветрового потока при увеличении скорости ветра только на 1 м/с.

Прежде чем звонить в компанию занимающуюся продажей ветрогенераторных установок надо узнать две цифры:

1) Потребление электроэнергии в месяц в киловатт-часах - все платят за электричество в квартирах или домах ежемесячно и эта цифра поможет оценить Ваши потребности.

Можно эту цифру посчитать примерно и самому, например:

1. Лампочка (сразу лучше меняйте на энергосберегающие или LED) - 20Вт - эквивалент 100Вт обычной (1кВт - это 1000Вт, то есть 20Вт - это 0,02кВт) горит 5 часов в день, поэтому мощность в кВт умножаем на часы работы в месяц - 0,02 * 5 * 30(дней в месяце) = 3кВт*часа в месяц.

2. Холодильник 300Вт, работает примерно 30% времени, то есть 8 часов в сутки - 0,3 * 8 * 30 = 72кВт*часа в месяц.

3. Электрочайник 1,5 кВт, работает 0,5 часа в день - 1,5 * 0,5 *30 = 22,5кВт*часа в месяц

И так далее по всем приборам.

Потом всё суммируете - 3 + 72 + 22,5 = 97,5кВт*час в месяц.

Это и есть месячное потребление - примерно 100кВт*час в месяц в данном примере.

2) Среднегодовая скорость ветра в предполагаемом месте установки - её можно приблизительно узнать в ближайшей метеостанции.

Для выбора инвертора надо знать максимальную (пиковую) мощность потребления электроприборов с небольшим запасом - по ней выбирается его мощность. При наличии этих показателей можно быстро и грамотно подобрать необходимое оборудование, обратившись к продающей его организации.

При выборе оборудования не стоит опираться на мощность ветрогенератора - она сильно зависит от скорости ветра. Это только в бензогенераторе она соответствует указанной в паспорте. 5кВт ветрогенератор при слабом ветре (3-4м/с) выдаёт всего 0,1-0,2 кВт.

Очень часто покупатель ориентируется на максимальную (пиковую) мощность своего потребления и просит постоянно эту мощность - например 5кВт, как в бензогенераторе, например - начинаем разбираться, считать - и оказывается, что для лампочек, холодильника, телевизора и насоса вполне хватает 0,5кВт постоянной мощности - а это две большие разницы. Оценивать своё электропотребление нужно только по киловатт - часам в месяц.

Но и не стоит определять среднюю выдаваемую ветрогенератором мощность по среднегодовой скорости ветра - это будет намного заниженная цифра.

Существует атлас ветров России, в котором есть данные по ветру в 332 метеостанциях. "Роза ветров" так часто употребляемая обывателем в данной теме к ней относится "поскольку-постольку" - это статистика по направлениям ветра, а ветрогенератору всё равно - как часто с какой стороны дует. А вот при определении места установки ветрогенератора "Розу ветров" лучше учитывать, чтобы на направлении основных ветров не оказались высокие строения, деревья и прочие препятствия.

Выбор мачты

Какую мачту выбрать - с растяжками или без?

Если место позволяет, то лучше ставить мачту с растяжками - она будет стоить в 3-5 раз дешевле мачты без растяжек. В настоящее время накоплен уже довольно богатый опыт установки мачт для ветрогенераторов на территории РФ и он позволяет утверждать об этом однозначно.

Иногда предлагают телескопические мачты - они удобны при частых подъёмах и опусканиях, в чём нет особой необходимости при использовании с ветрогенератором. Мощный ветряк на неё не поставишь - не более 1-2кВт, зато стоить она будет намного дороже.

Какой высоты должна быть мачта?

При выборе высоты мачты учитывается рельеф, растительность (близость леса и отдельно стоящие деревья) и застроенность местности. Обычно это от 10 до 20 метров.

  • Если местность открытая - практически на поле, например, то вполне хватит мачты высотой и 10м.
  • Если местность застроена одноэтажными домиками и имеет небольшие деревья - больше подойдёт 15м мачта.
  • Если же рядом двухэтажные дома и высокие деревья или лес - то лучше ставить мачту высотой 20м.

Для ветрогенераторов 1-4кВт мы предлагаем 8 и 12м мачты, поскольку более высокие стоят достаточно дорого для данного класса оборудования.

Конечно, чем выше мачта, тем лучше (чем больше высота - тем сильнее ветер, прямая зависимость), но не всегда более высокая мачта технически или экономически оправдывает себя. Посоветуйтесь со специалистом - обычно простого описания по телефону будет достаточно для определения оптимальной высоты мачты. При выборе высоты мачты учитывается рельеф, растительность (близость леса и отдельно стоящие деревья) и застроенность местности. Обычно это от 10 до 20 метров.

  • Если местность открытая - практически на поле, например, то вполне хватит мачты высотой и 10м.
  • Если местность застроена одноэтажными домиками и имеет небольшие деревья - больше подойдёт 15м мачта.
  • Если же рядом двухэтажные дома и высокие деревья или лес - то лучше ставить мачту высотой 20м.

Высота мачты практически не зависит от мощности ветрогенератора (от 1 до 10кВт). Для ветрогенераторов 1-4кВт мы предлагаем 8 и 12м мачты, поскольку более высокие стоят достаточно дорого для данного класса оборудования.

Все вышесказанное относится к мачтам для ветровых генераторов с горизонтальной осью вращения. Для ветровых генераторов с вертикальной осью вращения при выборе мачты существуют свои резоны, в данной статье не рассматриваемые.


ООО "Энерготрейд МСК" © 2017 г.