Разработка вопросов энергосбережения за счет использования ветроэнергетической установки
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?етроустановки в силу конструктивных особенностей не полностью используют потенциальную энергию ветра. Часть энергии теряется за счет инерции покоя ветроколеса, часть - за счет режима регулирования и часть - за счет вывода ветроколеса из-под ветра.
Утилизируемая энергия ветра зависит от трех основных параметров, называемых базовыми скоростями ветра. Первый параметр - минимальная скорость ветра (vmin), при которой ветроколесо начинает вращаться. Второй - расчетная скорость (vp), при которой ветроустановка выходит на расчетный режим и развивает номинальную мощность. Третий - максимальная скорость ветра (vmax), скорость выше максимальной становится критической для ветроустановки.
В диапазоне скоростей от минимальной до рабочей ветроустановка развивает тем большую мощность, чем больше скорость ветра. При скорости ветра vvр с помощью специального регулировочного устройства автоматически устанавливается постоянный режим вращения ветроколеса и вырабатываемой мощности. Если vvmax, ветровой напор на ветроустановку становится критическим и по условию механической прочности происходит ее отключение.
Мощность, вырабатываемая ветроустановкой, отличается от мощности, развиваемой ветроколесом, на величину потерь при преобразовании утилизируемой энергии ветра в полезную:
, кВт (10.11)
или с единицы ометаемой площади ветроустановки:
, кВт/м2 ,(10.12)
где п - коэффициент полезного действия ВЭУ, учитывающий потери при передаче мощности от вала ветроколеса до рабочей машины.
Для ветроэлектрической установки
п = р г,
где р, г - КПД редуктора и генератора соответственно.
Для наиболее совершенных конструкций двух- и трехлопастных ВЭУ можно принять = 0,4, суммарный КПД п = 0,8 и обозначить все постоянные составляющие коэффициентом = 210-4.
10.7 Методика выбора ветроэнергетических установок для энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей
Для энергоснабжения технологических процессов ветроэнергетические установки выбираются по основным техническим характеристикам: мощности; диаметру ветроколеса; минимальной и расчетной скорости ветра и по наличию преобразующих (выпрямитель, инвертор) и аккумулирующих устройств.
Расчетная мощность ветроагрегата определяется диаметром ветроколеса, коэффициентом использования энергии ветра и расчетной скоростью ветра:
, кВт/м2
Если ветроагрегат работает без дублирующей установки и имеет аккумулирующее устройство, то мощность агрегата должна быть не меньше, чем расчетная нагрузка потребителя, определяемая из графика нагрузки. При этом может потребоваться несколько ветроустановок. При наличии дублирующего источника энергии мощность ветроустановки не должна быть меньше той мощности, которая требуется для обеспечения энергией основных потребителей или технологических процессов. Дублирующая установка по мощности должна обеспечивать питание энергией всей нагрузки в дни безветрия. Ясно, что предлагаемые варианты возможны, когда ветроустановка экономически выгодна.
При использовании ВЭС в составе энергосистемы необходимо обеспечивать работу ветроустановки в режиме постоянной частоты вращения, определяемой частотой сети. Выбор режима работы ветроколеса направлен на получение наибольшей выработки электрической энергии за определенный промежуток времени и соответственно наилучшего использования энергии ветра. По данным ветроустановки можно определить расчетную частоту вращения генератора, обеспечивающую максимальное значение коэффициента :
. (10.13)
с удельной ометаемой площади ветроустановки при расчетной или более высокой скорости ветра определяют по выражению
, (10.14)
где Т - число часов в расчетный период (месяц, сезон, год); t*p - повторяемость скоростей ветра, равных и больших расчетной, в относительных единицах.
Зная диаметр ветроколеса, несложно определить общее количество вырабатываемой энергии. При использовании нескольких однотипных ветроустановок ометаемую площадь увеличивают на количество установок.
ВЭУ можно эффективно применять для таких технологических процессов, которые не требуют постоянной частоты тока. При проектировании ВЭУ для этих целей решают следующие задачи:
)определить количество вырабатываемой ВЭУ энергии в каждый отдельно взятый месяц при заданных ее параметрах;
) определить количество ВЭУ, необходимых для удовлетворения потребности данного технологического процесса;
) по энергоэкономическим показателям выбрать оптимальное количество ВЭУ.
Возможное количество вырабатываемой энергии зависит от ресурса энергии ветра и режима работы ВЭУ. Количество энергии с удельной ометаемой площади ВЭУ можно определить по выражению
, кВтч/м2, (10.15)
где tv - время работы ВЭУ при различных скоростях ветра в течение суток, месяца, сезона или года.
Время работы ВЭУ зависит от режима скорости ветра и определяется через повторяемость той или иной скорости ветра в течение месяца:
, ч , (10.16)
где Тi - число часов в i-м месяце; - относительная повторяемость скорости ветра в рассматриваемом месяце.
При определении количества вырабатываемой энергии необходимо учитывать и энергию, получаемую при скорости ветра, меньшей чем расчетная. Тогда согласно режиму работ ветроустановки количество энергии за месяц с удельной ометаемой площади установки