Описание и сравнение методов расчета



Целью данной преддипломной практики является поиск информации по ветрогенераторам и методам их расчета.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: ознакомится с принципом работы, типам конструкций, областями применения; выяснить методы расчета, основы проектирования; определиться с конструкцией ветрогенератора и подобрать оптимальный метод расчета для индивидуального задания.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ.

 

Введение

1.  Ветрогенераторы

1.1 Виды конструкций

1.2 Области применения

1.3 Эффективность использования

2. Методы расчета

2.1 Список литературы по проектированию

2.2 Описание и сравнение методов расчета

3. Выводы применительно к индивидуальному заданию

3.1 Описание выбранной конструкции

3.2 Выбранный метод расчета

Список литературы

 

 

Введение.

Развитие промышленности и экономический рост в любой стране неразрывно связан с функционированием топливно-энергетического комплекса. Российская экономика базируется на углеводородных топливно-энергетических ресурсах, которые являются невозобновляемыми. Пока разведанные запасы этих ресурсов позволяют обеспечивать потребности экономики и экспортировать их в другие страны. Однако наблюдается ежегодное ухудшение условий добычи горючих полезных ископаемых. Таким образом, в перспективе прирост потребностей российской экономики в топливе и энергии необходимо будет обеспечивать, используя мероприятия по энергосбережению.

 Однако энергосбережение - это не только внедрение технологий, увеличивающих эффективность использования традиционных энергоносителей, но и применение альтернативных источников энергии. Среди альтернативных источников энергии важную роль будут играть возобновляемые источники энергии (ВИЭ), к которым относятся: энергия океана, тепла земли, солнца, малых рек и ветра.

Наиболее распространенным возобновляемым источником энергии в мире является гидроэнергетика (около 20%). Геотермальная энергетика, как правило, имеет местное значение. Приливная энергетика значительного развития не получила. Доля солнечной энергетики пока относительно невелика (около 0,1%). Очень активно развивается мировая ветроэнергетика. Каждые четыре года суммарные мощности ветрогенераторов удваиваются.

 

 

Ветрогенераторы.

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца.

Ветрогенератор – ветроэлектрическая установка (ВЭУ) – это устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

Принцип работы современных ветрогенераторов состоит в следующем: сила ветра оказывает воздействие на ветровое колесо с лопастями, приводящее в действие соответствующий редуктор. В данной установке происходит полное преобразование механической энергии в электрическую соответственно. Стоит отметить, что мощность ветрового генератора может зависеть от таких факторов, как скорость ветра, размеры ветрового колес, высота мачты. Разрабатываемые специалистами ветрогенераторы обладают диаметром лопастей порядка 60 метров. В данной установке инвектор представляет собой узел, выполняющий такую важную задачу, как преобразование электрического тока в так называемый синусоидальный, призванный обеспечить соответствующий уровень стабилизации напряжения. Данная техническая установка, в обязательном порядке, оснащается специальным аккумулятором, подающим напряжение в сеть нагрузки в случае отсутствия ветра.

Ветрогенераторы можно разделить на две категории: промышленные и бытовые (для частного использования). Промышленные ветрогенераторы устанавливаются государством или крупными энергетическими компаниями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветряная электростанция. Её основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — это полное отсутствие сырья и отходов. Единственное важное требование для ВЭС — высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных промышленных ветрогенераторов достигает 6 МВт.

 

Устройство стандартного промышленного ветрогенератора:

 

1. Фундамент

2. Силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления

3. Башня

4. Лестница

5. Поворотный механизм

6. Гондола

7. Электрический генератор

8. Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)

9. Тормозная система

10. Трансмиссия

11. Лопасти

12. Система изменения угла атаки лопасти

13. Колпак ротора

 

 

Список дополнительных необходимых компонентов:

Контроллер – управляет многими процессами ветроустановки, такими, как поворот лопастей, заряд аккумуляторов, защитные функции и др. Он преобразовывает переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей.

Аккумуляторные батареи – накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы. Также они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора. Благодаря им вы получаете стабильное напряжение без перебоев даже при порывистом ветре. Питание вашего объекта идёт от аккумуляторных батарей.

Анемоскоп и датчик направления ветра – отвечают за сбор данных о скорости и направлении ветра в установках средней и большой мощности.

АВР – автоматический переключатель источника питания. Производит автоматическое переключение между несколькими источниками электропитания за промежуток в 0,5 секунды при исчезновении основного источника. Позволяет объединить ветроустановку, общественную электросеть, дизель-генератор и другие источники питания в единую автоматизированную систему. Внимание: АВР не позволяет работать сети одного объекта одновременно от двух разных источников питания!

Инвертор – преобразовывает ток из постоянного, который накапливается в аккумуляторных батареях, в переменный, который потребляет большинство электроприборов.

Инверторы бывают четырёх типов:

Модифицированная синусоида – преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с модифицированной синусоидой (ещё одно название: квадратная синусоида). Пригоден только для оборудования, которое не чувствительно к качеству напряжения: освещение, обогрев, заряд устройств и т.п.

Чистая синусоида - преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с чистой синусоидой. Пригоден для любого типа электроприборов: электродвигатели, медицинское оборудование и др.

Трехфазный – преобразовывает ток в трехфазный с напряжением 380В. Можно использовать для трехфазного оборудования.

Сетевой – в отличие от предыдущих типов позволяет системе работать без аккумуляторных батарей, но его можно использовать только для вывода электроэнергии в общественную электросеть. Их стоимость, обычно, в несколько раз превышает стоимость несетевых инверторов. Иногда они стоят дороже, чем все остальные компоненты ветроустановки вместе взятые.

Виды конструкций

Воздушный поток обладает запасом кинетической энергии. С помощью ветроколеса или аналогичного рабочего органа кинетическая энергия преобразуется в механическую энергию. В зависимости от назначения ветроустановки механическая энергия может быть преобразована в электрическую, тепловую, энергию сжатого газа и т.д. Для преобразования кинетической энергии воздушного потока в механическую могут быть использованы ветродвигатели различных типов.

По соотношению мощности ВЭУ и мощности энергосистемы ВЭУ делятся на три класса:

· Класс А, к которому относятся ВЭУ, неподключенные к единой энергосистеме. В зависимости от применения, такие ВЭУ обычно комплектуются небольшими аккумулирующими (электроаккумулирующими) устройствами. Частота выходного напряжения, как правило, не стабилизирована. Они применяются в основном для освещения, электропитания сигнальных устройств и средств связи. Мощность таких ВЭУ не более 5 – 10 кВт.

· Класс В, мощность которых соизмерима с мощностью сети. Такие ВЭУ, как правило, входят в состав локальных энергосистем отдельных районов, отрезанных от основной энергосистемы естественными препятствиями. Наиболее экономично в этом случае комбинированное применение ВЭУ с дизельными электростанциями. При этом ВЭУ рассматриваются как средство экономии дизельного топлива. Параметры выходного напряжения в таких системах достаточно стабильны. В системах класса В более эффективно применение больших аккумулирующих устройств и сооружений, таких как водородные аккумуляторы и небольшие гидроаккумулирующие станции.

· Класс С. Мощность сети значительно превышает установленную мощность ВЭУ. Такие ВЭУ относятся к системной ветроэнергетике. Они способны оказать влияние на состояние энергетического баланса большого региона или даже страны. В классе С целесообразно применение ВЭУ с установленной мощностью от 100 кВт до нескольких мегаватт. При этом обостряются проблемы, связанные с геометрическими размерами, возникают напряженные режимы работы механических частей.

 

По типу применяемого ветродвигателя генераторы разделяют на следующие категории:

· Крыльчатые – ветродвигатели с горизонтальной осью вращения. Крыльчатые ветродвигатели различаются по количеству лопастей (Рис. 2-5).

· Карусельные – это двигатели с вертикальной осью вращения. Они подразделяются на ортогональные (рис.6) и лопастные (рис.1) ветродвигатели.

 

A) Крыльчатые

Для крыльчатых ветродвигателей, наибольшая эффективность которых достигается при действии потока воздуха перпендикулярно к плоскости вращения лопастейкрыльев, требуется устройство автоматического поворота оси вращения. С этой целью применяют крыло-стабилизатор. Распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется величиной скорости их вращения. Они могут непосредственно соединяться с генератором электрического тока без мультипликатора. Скорость вращения крыльчатых ветродвигателей обратно пропорциональна количеству крыльев, поэтому агрегаты с количеством лопастей больше трех практически не используются. Скорость вращения и простота изготовления обусловили широкое применение крыльчатых ветрогенераторов.

B) Карусельные

 Различие в аэродинамике дает карусельным установкам преимущество в сравнении с традиционными ветряками. При увеличении скорости ветра они быстро наращивают силу тяги, после чего скорость вращения стабилизируется. Карусельные ветродвигатели тихоходны и это позволяет использовать простые электрические схемы, например, с асинхронным генератором, без риска потерпеть аварию при случайном порыве ветра. Тихоходность выдвигает одно ограничивающее требование – использование многополюсного генератора работающего на малых оборотах. Такие генераторы не имеют широкого распространения, а использование мультипликаторов – повышающий редуктор не эффективно из-за низкого КПД последних. Еще более важным преимуществом карусельной конструкции стала ее способность без дополнительных ухищрений следить за тем «откуда дует ветер», что весьма существенно для приземных рыскающих потоков. Его конструкция обеспечивает максимальный момент при запуске ветродвигателя и автоматическое саморегулирование максимальной скорости вращения в процессе работы. С увеличением нагрузки уменьшается скорость вращения и возрастает вращающий момент вплоть до полной остановки.

C) Ортогональные

 Ортогональные ветроагрегаты, как полагают специалисты, перспективны для большой энергетики. Основной трудностью их применения является проблема запуска.. Сначала к ней нужно подвести энергию – раскрутить и довести до определенных аэродинамических параметров, а уже потом она сама перейдет из режима двигателя в режим генератора. Отбор мощности начинается при скорости ветра около 5 м/с, а номинальная мощность достигается при скорости 14-16 м/с. Предварительные расчеты ветроустановок предусматривают их использование в диапазоне от 50 до 20 000 кВт. В реалистичной установке мощностью 2000 кВт диаметр кольца, по которому движутся крылья, составит около 80 метров. У мощного ветродвигателя большие размеры. Однако можно обойтись и малыми – взять числом, а не размером. Снабдив каждый электрогенератор отдельным преобразователем можно просуммировать выходную мощность вырабатываемую генераторами. В этом случае повышается надежность и живучесть ветроустановки. 

 

Кроме описанных выше довольно часто используется классификация, связанная с типом применяемой электрической машины (рис.1.5).

 

Области применения

Диапазон применения ветрогенераторов достаточно широк. Еще в древности энергию движения воздушных масс использовали, сторя ветряные мельницы. Сейчас такой вариант использования применяется значительно реже. Значительно эффективнее ветродвигатель использовать, например, для перекачки воды. Небольшая ветряная установка даже при слабом ветре может поднять из скважины или колодца 30-50 литров воды в час.

Однако наиболее оптимальным вариантом применения ветрогенераторов является получение электроэнергии.

Стационарные ветряные электростанции могут полностью обеспечивать электрическим питанием небольшой производственный объект или жилой дом, накапливать в аккумуляторных батареях необходимый ресурс электрической энергии для применения ее в периоды отсутствия ветра, могут функционировать в сочетании с солнечными или дизельными генераторами, а также давать экономию при использовании центральной электросети.

Мобильные ветряные электростанции могут применяться в путешествиях для подзарядки автомобильных аккумуляторов или для непосредственного питания электроприборов. Такие ветрогенераторы можно использовать для оперативного восстановления бесперебойного энергоснабжения объектов пострадавших из-за землетрясений, наводнений, пажаров и других стихийных бедствий, а также пострадавших в результате военных действий.

В условиях горной или другой труднодоступной местности использование ветряных энергоустановок особенно перспективно.

Установка мощных стационарных ветрогенераторов требует предварительных исследований и проведения ряда электромонтажных, грунтовых и строительных работ. Все ветряные электростанции можно разделить на две основные категории: промышленные и бытовые ветрогенераторы.

Ввиду большой стоимости ветрогенераторов, среди населения наибольшим спросом пользуются ветряные электростанции относительно небольшой мощности 2-5 кВт. При условии среднегодовой скорости ветра от 3-4 м/сек, такой миниэлектростанции вполне хватит для полного энергообеспечения загородного дома средних размеров, кафе, станций техобслуживания и т.п.

В сравнении с электростанциями, работающими посредством использования бензинового или дизельного топлива, применение грамотно подобранных ветряных электростанций в долгосрочной перспективе обойдется намного дешевле, тому же ветрогенераторы более экологичны, так как не загрязняют окружающую среду вредными выбросами ввиду их полного отсутствия. Ветряные электростанции также отличаются и автономностью, это позволяет использовать их в удаленных местах таких как, метеорологические, буровые и геологоразведочные станции, фермерские хозяйства, коттеджи и коттеджные поселки.

К основным же недостаткам же ветрогенераторов можно отнести повышенный шум, создание помех радиосигналам и нестабильность получаемой энергии ввиду изменения скорости ветра.

 

 

Эффективность использования

Поскольку в отличие от таких ресурсов как традиционное жидкое или твердое топливо затраты на «добычу» и транспортирование ветра не производятся, то может сложиться мнение, что энергия, получаемая с помощью ветродвигателя, во всех случаях дешевая и даже практически «даровая». Это далеко не так. Нужно хорошо знать условия, чтобы определить, где и для каких целей выгодно использовать энергию ветра. При этом необходимо наиболее полно учесть требования потребителей, особенности ветра как энергоисточника, режимы работы ветроустановки и качество производимой энергии. Только комплексное рассмотрение всех факторов даст объективные результаты, на основании которых можно судить об экономической целесообразности и технических возможностях применения в конкретных условиях той или иной ВЭУ.

Одна их характерных особенностей ветра заключается в непостоянстве его скорости и направленности. Отсюда – непостоянство мощности, развиваемой ветроэнергетической установкой. Поэтому для сохранения мощности, предохранения от перегрузок приходится применять системы автоматического регулирования или ограничения мощности и частоты вращения. Для обеспечения необходимого положения ветроколеса относительно ветрового потока ветродвигатели многих типов оборудуют системами автоматической ориентации.

Одним из главных условий, гарантирующих целесообразность применения ВЭУ, являются наименьшие приведенные затраты на единицу производимой энергии по сравнению с другими типами энергетических установок. Однако необходимо учесть и такие критерии, как затраты труда на производство энергии, величина экономии топлива, удельные капиталовложения и др.

Кроме того необходимо иметь ввиду, что использование энергии ветра экономически выгодно при среднегодовых скоростях ветра более 5 м/с, либо при отсутствии (нерегулярной подаче) сетевого электричества. Особое внимание стоит уделять не только мощности ВЭУ, но и то, при какой скорости ветра эта мощность может быть получена.

Результаты отечественных разработок и практика ветроэнергетики показывают, что наиболее экономически эффективную отдачу мощности (при ветровых условиях конкретной местности) получают при двукратной среднегодовой скорости ветра, которую можно назвать номинальной. Для Московской области среднегодовая скорость ветра составляет около 4 м/с, а номинальная – около 8 м/с, в то время как для Санкт-Петербурга на побережье Финского залива среднегодовая скорость ветра составляет около 5,5 м/с, а номинальная – около 11 м/с.

В тех областях, где много открытого пространства, например, степи, возвышенности, местность вблизи морей, установка ветрогенераторов наиболее эффективна, т.к. скорость ветра в таких условиях выше средней, а самое главное она более стабильна.

Кроме того на эффективность ВЭУ влияют характеристики потребителя и требования, которые он предъявляет к качеству и надежности энергоснабжения, режимы и длительность работы: применяется ли она сезонно, периодически или в течение всего года.

Таким образом, важнейшим условием эффективности использования ВЭУ является полное соответствие характеристик агрегата ветровому режиму с одной стороны и особенностям потребителя с другой стороны.

 

Методы расчета

Список литературы по проектированию

Для дальнейшей работы по поискам методов расчета ветрогенератора были использованы книги следующих авторов:

  1. Яковлев А.И., Затучная М.А. Расчет и проектирование ветроэлектрических установок с горизонтально-осевой ветротурбиной и синхронным генератором на постоянных магнитах. Учеб. пособие по курсовому проектированию/ Под редакцией д-ра техн. наук, проф. Ю. А. Крашаницы. — Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2003. — 125 стр.
  2. Яковлев А.И., Затучная М.А. Аэродинамический расчет ветротурбин  пропеллерного типа. Учеб. пособие по курсовому проектированию/ Под редакцией д-ра техн. наук, проф. Ю. А. Крашаницы. — Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2001. — 78 стр.
  3. Фатеев Е.М. Ветродвигатели и ветроустановки. М: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1948. - 544 стр.
  4. Беляев Е.Ф. Методические указания к расчету и проектированию электрических машин малой мощности
  5. Домбровский В.В., Зайчик В.М. Асинхронные машины: Теория, расчёт, элементы проектирования. Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 368 стр.
    ISBN: 5-283-04434-3
  6. Извеков В.И., Серихин Н.А., Абрамов А.И. Проектирование турбогенераторов. 2-е издание. М.: МЭИ, 2005.- 440 стр., ил
  7. Серова Л.М., Серов А.Е. Расчет и построение характеристик синхронных машин. Благовещенск: Амурский гос. ун-т, 2001. Учебное пособие.
  8. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. М.: Высш. школа, 1982. - 272 стр.
  9. Постников И.М. Проектирование электрических машин. 2-е изд., перераб. и доп. - К.: Государственное издательство технической литературы УССР, 1960. - 910 стр.
  10. Шуйский В.П. Расчет электрических машин. Л.: Энергия, 1968. - 732 стр.: ил.

Описание и сравнение методов расчета

При проектировании ветроэлектрических установок надо учитывать следующие их особенности:

1) для обеспечения максимальной эффективности работы ветроколеса следует изменять частоту его вращения при изменении скорости ветра, сохраняя постоянным коэффициент быстроходности, в то же время для максимально эффективной работы электрогенератора необходима практически постоянная частота вращения;

2) механические системы управления частотой вращения ветротурбины достаточно сложны и дороги. Гораздо эффективнее и дешевле управлять частотой его вращения, изменяя электрическую нагрузку электрогенератора;

3) оптимальная частота вращения ветротурбины тем меньше, чем больше его радиус, поэтому только очень малые ветроколеса (радиусом не более 2 м) удается соединять с генератором напрямую. При больших размерах ветротурбины приходится использовать повышающие редукторы, удорожающие ветроустановку и ее обслуживание. Альтернативой редукторам могут стать новые типы многополюсных генераторов, работающих при меньших частотах вращения;

4) в конструкции ветроэлектрической установки предусматривается, как правило, возможность отключения генератора от ветротурбины и вращения его от химического или механического аккумулятора энергии, поэтому систему управления генератором не связывают с работой ветротурбины. При отсутствии такой связи даже при “мягком” соединении генератора с ветротурбиной необходимы специальные демпфирующие устройства, дли того чтобы исключить механические удары, перегрузки и броски напряжений на выходе генератора.

Кроме того, следует учитывать специфические требования, предъявляемые квыходным параметрам ВЭУ. а именно:

а) наиболее благоприятные ветровые условия существуют, как правило, в малонаселенных районах, на островах и в море. Требования к электроэнергии в таких районах весьма специфичны, но почти наверняка ее здесь требуется гораздо меньше, чем в развитых промышленных районах;

б) анализ парка потребителей электроэнергии показывает, что лишь 5 – 10% из них предъявляют определенные требования к ее параметрам (например, к частоте). Это в основном электродвигатели, электронные устройства и осветительные установки. Поэтому целесообразно так строить систему электроснабжения, чтобы она могла обеспечивать потребителей как дешевой электроэнергией с нестабилизированными параметрами (например, для отопления), так и относительно дорогой, но со стабильными параметрами;

в) энергосистемы в сельской местности обычно маломощные и относительно низковольтные (менее 33 кВ), при передаче энергии на большие расстояния возникает много проблем, связанных с ее потерями, поэтому подключение ВЭУ к таким системам нецелесообразно;

г) так как периоды безветрия неизбежны, то для исключения
перебоев в электроснабжении ВЭУ должны иметь аккумуляторы
энергии или быть запараллеленными электроэнергетическими установками других типов.

 

Расчет и проектирование ветродвигателя осуществляется на основе законов аэродинамики. Применительно к ветроэнергетике аэродинамика изучает поведение ветроколеса и других элементов ветродвигателя при действии на них воздушного потока, имеющего определенные скорость и направление. Взаимодействие между ветродвигателем и потоком ветра достаточно сложное, так как скорость в различных сечениях различна, порывы смещены по фазе один относительно другого, вектор скорости все время изменяется по величине и направлению. При выработке методики расчетов используют три основных закона аэродинамики: закон обращения движения, закон постоянства массы и закон сохранения энергии.

Наибольше распространение получили крыльчатые ветродвигатели с горизонтальной осью вращения как наиболее совершенные. В современных аппаратах применяются лопасти со специальным аэродинамическим профилем.

Существуют две основные теории расчета ветроколеса:  классическая теория Н.Е. Жуковского для идеального ветроколеса и теория Г.Х. Сабинина.

Классическая теория идеального ветряка формулирует следующие основные положения:

· максимальный коэффициент энергии ветра идеального ветроколеса достигает значения 0,593.

· потеря скорости в плоскости ветроколеса составляет 1/3 скорости ветра.

· полная потеря скорости ветра в два раза больше потери скорости в плоскости ветроколеса - ν2=1

· скорость ветра за ветроколесом в три раза меньше скорости ветра перед колесом, коэффициент лобового давления на идеальное ветроколесо - 0,888.

· Осевое давление ветрового потока - P=m1* ν2, где масса воздуха в потоке - m1=F1*ρ(V- ν1)

По теории идеального ветряка Г.Х. Сабинина, который ввел понятие "вихревой соленоид", рассчитал импульс сил в потоке в зоне ветротурбины и учел дополнительную массу воздуха, захваченную в плоскости вращения соленоидом:

· максимальный коэффициент энергии ветра идеального ветроколеса достигает значения 0,687.

· скорость ветра за ветроколесом в три раза меньше скорости ветра перед колесом, коэффициент лобового давления на идеальное ветроколесо - 1,172.

· полная потеря скорости ветра в два раза больше потери скорости в плоскости ветроколеса - ν2=1/(1+ ν1/V)

· кроме массы воздуха, протекающей через ометаемую поверхность ветроколеса, принимается во внимание дополнительная масса воздуха m1, засасываемая внутри вихревого соленоида, осевое давление составляет

 P=(m1+ m2)* ν2= F1*ρV*ν2

 

 

Расчет мощности ветроколеса.

Расчет мощности энергии ветра:

P=0.6*S*V^3,

где P - мощность Ватт

S- площадь ометания кв.м.,

V^3- Скорость ветра в кубе м/с,

Дополнительно формула расчета площади круга

S=πr2,

где π- 3,14,

r- радиус окружности в квадрате.

К примеру, если взять площадь винта 3кв.м. и посчитать мощность на ветре 10 м/с, то получится 0,6*3*10*10*10=1800ватт. Но это мощность ветрового потока, а винт заберет часть мощности.

По  классическаой теории Н.Е. Жуковского максимально возможное значение коэффициента мощности составляет 0,593, а по теории Г.Х. Сабинина 0,687. В практических расчетах учитывают влияние типа ветроколеса на коэффициент мощности, в результате чего он уменьшается и составляет 0,18-0,48. Меньшее значение относится к многолопастным тихоходным ВЭУ с вертикальной осью вращения, большее к горизонтально-осевым ВЭУ с двумя-тремя лопастями типа "Пропеллер".

Тогда в среднем для горизонтального трехлопастного винта коэффициент использования энергии ветра поставим 40% и посчитаем, 1800*0,4= 720 ватт. Винт заберет 720 ватт у ветра, но еще есть КПД генератора, который у генераторов на постоянных магнитах примерно 0,8 , а с электровозбуждением 0,6. Тогда 720*0,8=576 ватт.

Но на практике все может быть гораздо хуже, так-как генератор не во всех режимах работы имеет высокий КПД, так-же eсть потери в проводах, на диодном мосту, в контроллере, и в аккумуляторе. Поэтому можно скинуть смело еще 20% мощности и останется примерно 576-20%=640,8 ватт.

У вертикального ветрогенератора это параметр будет еще меньше так-как во-первых КИЭВ всего 20%, а так-же мультипликатор, КПД которого 70-90%. Тогда изначальные из 1800 ватт мощности ветра лопасти отнимут 1800*0,2=360ватт. Минус КПД генератора 0,8 и мультипликатора 0,8 равно 360*0,8*0,8=230,4ватт. И еще минус 20% на потери в проводах, диодном мосту, контроллере и АКБ., и останется 230,4-20%=183,6ватт

На практике у реального ветряка турбина содержит конечное число лопастей (от 1 до 24), имеет конечную частоту вращения и работает с потерями.

Введя отношение скорости кончика лопасти к скорости ветра, получим коэффициент быстроходности.

Тем не менее классическая теория идеального и реального ветродвигателя может рассматриваться только первым приближением в изучении физической картины течения газа в окресности рабочих элементов ветроагрегата. Она не применима для исследования ортогональных ветродвигателей.

Наиболее эффективным является применение численных методов решения и анализа системы исходных дифференциальных уравнений и соответствующих начально-краевых задач, отражающих нестационарный характер течения газа и его взаимодействия с основными рабочими органами.

Для выбора агрегата необходимо точно определить преимущественное направление и среднюю скорость ветров в том месте, где предполагается установить ветрогенератор. Следует помнить, что начальная скорость вращения лопастей ветрогенераторов равна 2 м/с, а скорость, при которой генератор работает с максимальной эффективностью, – 9-12 м/с. Ещё одно замечание. Мощность ветрогенератора зависит только от скорости ветра и диаметра винта.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 567;