Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии - 6 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

УлГТУ | Ульяновск

Составители: 

Рубрика: 

6
I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ
И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
1. 1. Ветроэнергетика. Мощность ветроэнергетических установок
Ветроэнергетика с ее современным техническим оснащением является
вполне сложившимся направлением энергетики. Ветроэнергетические установки
мощностью от нескольких киловатт до мегаватт производятся в Европе, США и
других частях мира. Большая часть этих установок используется для
производства электроэнерги, как в единой энергосистеме, так и в автономных
режимах.
Известно, что при скорости ветра u, м/с,
и плотности воздуха р, кг/м
3
,
ветроколесо, ометающее площадь F, м
2
развивает мощность Р, Вт, определяемую
P = ξFρu
3
/2. (1.1)
Здесь ξ – коэффициент мощности, характеризующий эффективность ис-
пользования ветроколесом энергии ветрового потока и принимаемый равным
0,35.
Из (1.1) видно, что мощность Р пропорциональна ометаемой площади F
и кубу скорости. Коэффициент мощности зазависит от конструкции ветроколеса
и скорости ветра. Так как скорость ветра непостоянна, а мощность очень сильно
зависит от скорости, то выбор оптимальной конструкции ветроколеса во многом
определяется требованиями потребителя энергии. Обычно среднегодовая
мощность, снимаемая с единицы площади ветроколеса, пропорциональна
плотности воздуха и кубу средней скорости. Максимальная проектная
мощность ветроэнергетической установки (ВЭУ) определяется для некоторой
стандартной скорости ветра. Обычно эта скорость равна примерно 12 м/с, при
этом снимаемая с 1 м
2
ометаемой площади мощность — порядка 300 Вт при
значении ξ от 0,3 до 0,45. В районах с благоприятными ветровыми условиями
среднегодовое производство электроэнергии составляет 22 – 30% его
максимального проектного значения. Срок службы ветрогенераторов обычно не
менее 15 – 20 лет, а их стоимость колеблется от 1000 до 1500 долл. США за 1
кВт проектной мощности.
Одно из основных условий при проектировании ветровых установок —
обеспечение их защиты от разрушения очень сильными случайными порывами
ветра. Ветровые нагрузки пропорциональны квадрату скорости ветра, а раз в
50 лет бывают ветры со скоростью, в 5 – 10 раз превышающей среднюю,
поэтому установки приходится проектировать с очень большим запасом
прочности. Кроме того, скорость ветра очень колеблется во времени, что может
привести к усталостным разрушениям, а для лопастей к тому же существенны
переменные гравитационные нагрузки (порядка 10
7
циклов за 20 лет эксплуа-
тации).
Причиной возникновения ветров является поглощение земной
атмосферой солнечного излучения, приводящее к расширению воздуха и

Страницы