 |
Принцип действия и классификация ВЭУ
|
|
|
|
Основные понятия и определения
Ветроэнергетика – отрасль энергетики, связанная с разработкой методов и средств преобразования энергии ветра в механическую, тепловую и электрическую энергию.
Существует ГОСТ Р 51237-98 «Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения», в котором вводятся следующие понятия:
1. Стандартизованные термины:
1) Ветровой кадастр – систематизированный свод сведений, характеризующий ветровые условия местности, составляемый периодически или путем непрерывных наблюдений и дающий возможность количественной оценки энергии ветра и расчета ожидаемой выработки ветроэнергетическими установками.
2) Ветровой потенциал – полная энергия ветрового потока какой-либо местности на определенной высоте над поверхностью земли.
3) Валовой потенциал – энергетический эквивалент ветрового потока какой-либо местности на определенной высоте над поверхностью земли.
4) Технический потенциал – часть валового потенциала, которая может быть полезно использована с помощью современного ветроэнергетического оборудования с учетом требований социально-экологического характера.
5) Экономический потенциал – часть технического потенциала, использование которого экономически эффективно в современных условиях с учетом требований социально-экономического характера.
6) Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) – комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений, предназначенный для преобразования энергии ветра в другие виды энергии (механическую, тепловую, электрическую и др.); сюда можно отнести ветротепловые, ветромеханические, ветроэлектрические, гибридные ВЭУ, ветродвигатели, ветроколесо и т.д.
|
|
|
2. Характеристики ветра:
1) Ветер – движение воздуха относительно земной поверхности, вызванное неравномерно распределенным атмосферным давлением и характеризуемое скоростью и направлением.
2) Средняя скорость ветра – значение горизонтальной составляющей скорости ветра за выбранный промежуток времени, определяемый отношением суммы измеренных значений мгновенной скорости ветра к числу измерений.
3) Среднегодовая скорость ветра – средняя скорость ветра за год в конкретной местности, определяемая для заданной высоты над уровнем земной поверхности.
4) Роза энергии ветров – векторная диаграмма, характеризующая распределение удельной мощности ветра по направлениям за определенный период времени, с длинами лучей, расходящихся от центра в разных направлениях относительно стран света, пропорциональными удельной мощности ветра для этих направлений.
5) Роза скоростей ветров – векторная диаграмма, характеризующая режим ветра в данном пункте, с длинами лучей, расходящихся от центра в разных направлениях относительно стран света, пропорциональными повторяемости скоростей ветра для этих направлений.
6) Повторяемость скоростей ветров – продолжительность действия различных градация скоростей ветра в часах или процентах за год или другой период времени в конкретной местности, на определенной высоте относительно земной поверхности.
Использование ветроэнергетических установок для производства электроэнергии является наиболее эффективным способом использования энергии ветра.
Основные элементы ветроэнергетической установки:
¾ ветровое колесо,
¾ электрогенератор,
¾ система управления параметрами генерируемой электроэнергии в зависимости от изменения силы ветра и скорости вращения ветрового колеса.
 |
Рис. 1. Технологическая схема
|
|
|
Классификация ВЭУ
По ГОСТ Р 51990-2002 «Нетрадиционная энергетика и ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Классификация» ВЭУ классифицируются:
1. по виду вырабатываемой энергии;
2. по мощности:
1) большой мощности (более 1 МВт),
2) средней мощности (от 100 кВт до 1 МВт),
3) малой мощности (от 5 кВт до 95 кВт),
4) очень малой мощности (менее 5 кВТ);
3. по областям применения;
4. по назначению;
5. по принципу работы:
1) с постоянной частотой вращения ветроколеса,
2) с переменной частотой вращения ветроколеса;
6. по структуре системы генерирования энергии.
Рис. 2. Общая классификация ВЭУ (по ГОСТ Р 51990-2002)
Для того, чтобы удовлетворить требованиям к частоте и напряжению для потребителей, а также требованиям сброса этой энергии в единую систему энергообеспечения, необходимо управлять параметрами генерируемой энергии, для чего служит система управления ВЭУ.
Принцип действия и классификация ВЭУ
В ветроэнергетических установках энергия ветра преобразуется в механическую энергию их рабочих органов.
Основным элементом ВЭУ является ветроколесо.
Вращение ветроколеса под действием ветра обуславливается тем, что на любое тело, обтекаемое потоком газа со скоростью U0, действует сила F, которую можно разложить на две составляющие:
¾ Fс – сила лобового сопротивления – направлена вдоль скорости набегающего ветрового потока;
¾ Fп – подъемная сила – направлена перпендикулярно скорости ветрового потока (рис. 3).
Величины этих сил зависят от формы тела, ориентации его в потоке газа и от скорости газа. Действием этих сил рабочий орган ветроустановки (ветроколесо) приводится во вращение.
Рис. 3. Схема действия сил на тело, обтекаемое ветровым потоком
Ветроустановки классифицируются по двум основным признакам – геометрии ветроколеса и его положению относительно направления ветра.
Если ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку, то установка называется горизонтально-осевой, если перпендикулярна – вертикально-осевой.
На рис. 4:
а, б, в, г – ветроколесо с горизонтальной осью, использующее подъемную силу (двух- или трехлопастное ветроколесо),
д – ветроколесо, использующее эффект Магнуса (эффект возникновения подъемной силы, перпендикулярной направлению ветра, при вращении цилиндра или конуса),
|
|
|
е, ж, з, и, к – ветроустановки, использующие силу лобового сопротивления (состоят из укрепленных вертикально оси лопастей различной конфигурации).
Установки, использующие силу лобового сопротивления (драгмашины), как правило, вращаются с линейной скоростью, меньшей скорости ветра, а установки, использующие подъемную силу, имеют линейную скорость концов лопастей, существенно большую скорости ветра.
Рис. 4. Типы ветряных колес
|
|
|
