Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Повторяемость скоростей ветра




 

Повторяемость скоростей ветра является одной из важнейших кадастровых характеристик. Она показывает, какую часть времени в течении рассматриваемого периода дули ветры с той или иной скоростью. С помощью этой характеристики выявляется энергетическая ценность ветра и находятся основные энергетические показатели, определяющие эффективность и целесообразность использования энергии ветра.

В Приложении 2 приведена повторяемость скоростей ветра по градациям на высоте 10 м в процентах на различных участках Архангельской области.

В Приложениях 3 и 4 приведены значения повторяемости скоростей ветра в зависимости от среднегодовой скорости в процентах и днях.

 

Распределение рабочих периодов и периодов простоя ВЭУ по длительности

При анализе возможностей использования энергии ветра наряду с рассмотренными выше данными о средних скоростях ветра и закономерностях повторяемости скоростей большое значение имеют данные возможной длительности периодов работы ВЭУ и периодов простоя (энергетических затиший).

Под рабочим периодом Тр понимается период времени, в течение которого скорость ветра больше минимальной рабочей скорости Vмин.р ≈ 3м/с, но меньше максимальной рабочей скорости Vмакс.р, определяемой из условия обеспечения безопасности работы ВЭУ. Под периодом простоя Тпр. понимается время, в течение которого скорость ветра меньше Vмин.р или больше Vмакс.р.

 
 


(4.9)

 

где n1 – общее число рабочих периодов за год;

n2 и n3 – число периодов простоя соответственно при скорости ветра меньше Vмин.р и больше Vмакс.р; Т – число часов в году – 8760.

Графически (рис. 4.2) представляет собой площадь под кривой

повторяемости ветра, ограниченную ординатами Vмин.р и Vмакс.р. Сумма отсечённой площади есть время простоя ВЭУ.

 

Рис. 4.2. Кривая повторяемости средней скорости ветра по Мезенской метеостанции № 45 на высоте 10 м за 10 лет (пример)

 

Удельные мощность и энергия ветрового потока

 

Удельная мощность ветрового потока на единицу площади ометаемой

поверхности (1 м2) определится из формулы:

(4.10.)

 

где V0 – скорость воздушного потока, м/с;

ρ – плотность воздушного потока, 1,25 кг/м3.

Среднегодовая удельная энергия ветрового потока Wуд.п (энергия, протекающая за 1 год через 1 м2 поперечного сечения ометаемой площади) зависит от повторяемости скоростей ветра, т.е. какую долю годового времени ti ветер дул со скоростью Vi:

(4.11)

 

где k – число градаций ветра;

Т – число часов в году, 8760 ч.

 

 

Зная среднегодовую скорость ветра, его вертикальный профиль и повторяемость скорости ветра, можно дать энергетическую характеристику ветрового потока в любом районе.

Среднегодовая удельная мощность ветрового поток

 
 


(4.12)

 

Мощность ветроустановки:

(4.13)

 

где – η – коэффициент полезного действия, 0,85;

ξ – коэффициент ветроиспользования, 0,45;

А0 – ометаемая площадь, πd2/4, м2.

На рис.4.3 в качестве примера показано, как формируется годовая сумма удельной энергии ветра (площадь под кривой Wуд) при среднегодовой скорости ветра 5,95 м/с. Из – за кубической зависимости мощности от скорости ветра наибольший вклад дают не наиболее часто наблюдаемые и даже не средние скорости ветра, а скорости, превышающие последние в 1,7 – 1,9 раза.

В большинстве прикладных задач ветроэнергетики гораздо важнее знать не суммарное количество энергии, которое может выработать ветроустановка за год, а ту мощность, которую она может обеспечить постоянно.

Основными производителями ветроустановок за рубежом являются компании «Vestas» (Дания), «Enercon», “Simens” (Германия), «GE» (США), в РФ изготовляют ветроустановки НПО «Ветроэн», МКБ «Радуга» и др. При подборе ветроустановок желательно устанавливать не одну мощную ветроустановку, а несколько ветроустановок меньшей мощности. В Приложении № 5 приведены технические характеристики зарубежных и отечественных ветроустановок.

 

 

Рис. 4. 3. Повторяемость скоростей ветра и распределение годовой удельной энергии Wуд на высоте 30 м (пример): v1 – наиболее часто наблюдаемая скорость, v2 – средняя скорость ветра, v3 – скорость, обеспечивающая наибольший вклад в годовую выработку энергии

Ветроэнергетические ресурсы

При оценке энергетических ресурсов рассматривают валовой, технический и экономический ресурсы.

Валовой (теоретический) потенциал ветровой энергии района – это средне многолетняя суммарная ветровая энергия движения воздушных масс над данной территорией в течение одного года, которая доступна для использования.

Полное использование энергии ветра на высоте h осуществляется ветроэнергетической системой, в которой ряды ветроэнергетических установок, ориентированных перпендикулярно направлению ветра, отстоят друг от друга на расстоянии (10…20)h, так что полная ветровая энергия, захватываемая установками на площади территории S, м2, в год, представляет валовой потенциал территории Wв, кВт∙ч/год, который при удельной энергии ветра Wуд, кВт∙ч/(м2 ∙год), равен:

 

(4.14)

Где S=106м2;

Под техническими ветроэнергоресурсами понимается та часть валовых ресурсов, которая может быть использована с помощью имеющихся в настоящее время технических средств. Существующий уровень развития техники позволяет использовать энергию ветра с помощью отдельно стоящих ВЭУ. Это ВЭУ с горизонтальной и вертикальной осью ветроколеса.

Для оценки эффективности работы ВЭУ построим зависимость распределения удельной мощности ветра (рис. 4.4). Площадь под кривой 1 представляет собой годовую удельную энергию ветра, приходящуюся на 1 м2 поперечного сечения ометаемой площади ветроколесом. В соответствии с критерием Бетца и теорией Н.Е. Жуковского в полезную работу может быть преобразована только часть ветровой энергии, проходящей через сечение ветроколеса, которая оценивается коэффициентом ε = 0,593. Практически, у лучших образцов ВЭУ коэффициент ε достигает значений 0,45 – 0,48.

 

Рис. 4. 4. Теоретическое распределение удельной мощности ветра (1), удельной мощности на валу ветроколеса (2) и фактическое распределение удельной мощности ВЭУ (3,4)

 

При скоростях ветра ниже минимальной рабочей скорости Vмин.р мощности ветроколеса не хватает на преодоление сил трения в узлах ВЭУ. В диапазоне скоростей от Vмин.р до расчётной скорости ветра Vр, при которой ВЭУ развивает номинальную мощность Nн, использование энергии ветра осуществляется наиболее полно.

При дальнейшем усилении ветра вплоть до максимальной рабочей скорости Vмакс.р, мощность ВЭУ поддерживается на постоянном уровне благодаря работе регулирующих устройств. Доля полезно используемой ветровой энергии при этом снижается. При скоростях выше Vмакс.р его энергия не используется.

Мощность единичной ВЭУ в кВт определяется выражением:

 
 


(4.15)

 

где D – диаметр ветроколеса, м;

Vр – расчётная скорость ветра, м/с;

ηρ и ηг – КПД редуктора и генератора.

 

Для суммарной установленной мощности на 1 км2 земной поверхности используется формула:

 
 


(4.16)

 

где D – диаметр ветроколеса, м.

С учётом (4.15) будем иметь:

 
 


(4.17)

 

Суммарная установленная мощность ВЭУ, размещённых на единице площади, не зависит от диаметра колеса, а определяется расчётной скоростью ветра Vр и техническим совершенством ВЭУ.

 

Равномерность обеспечения потребителей энергией

 

Потребители электрической энергии должны получать электроэнергию равномерно в соответствии с потребностью в ней. При наличии периодов ветровых затиший, т.е. при скорости ветра меньше Vмин.р электроэнергия должна поступать от другого источника. Это может быть обеспечено двумя путями: аккумулированием энергии, включением дополнительного источника энергии или коммутацией с электросетью. По своему устройству и принципу действия аккумуляторы могут быть: механические, гидравлические, химические, тепловые, пневматические и комбинированные. При необходимости аккумулирования электроэнергии, выработка её не ограничивается расчётной скоростью, а ограничивается максимальной скоростью, т.е. 20 – 25 м/с. Вырабатываемая электроэнергия сверх потребности идёт на аккумулирование.

В настоящей расчётно – графической работе предлагается использовать для небольших и средних мощностей электролитические аккумуляторы с большой удельной электроёмкостью при выработке до 10 МВт – час. Для больших мощностей, свыше 10 МВт – ч применить тип аккумулирующего устройства тепловой или гидравлический. Дополнительным источником энергии на период ветровых затиший может служить дизель – генераторная установка (ДГУ). Ветродизельные системы (ВДС) получили в мире достаточно большое распространение и служат для электроснабжения в отдалённых районах. Цель объединения ВЭУ и ДГУ – экономия дизельного топлива. В условиях нестабильного характера ветра и нагрузки существуют различные проблемы, зависящие от количества объединяемых ВЭУ и ДГУ, их единичной и суммарной мощностей, типа нагрузки.

В расчётно – графической работе необходимо предусмотреть возможность аккумулирования энергии или дублирования от другого источника энергии.

 

БИОЭНЕРГИЯ

Возможный энергетический выход установки на биогаз определяется:

E =η∙Hб∙Vб, (5.1)

 

где η - КПД горелочного устройства = 0,6;

Нб - удельная объёмная теплота сгорания биогаза = 20 МДж/м3 при парциальном давлении 101000 Па;

Vб - объём получаемого биогаза.

 

Объём биогаза определяется из выражения:

 

Vб = с∙m0 3/сутки, (5.2)

где с – выход биогаза из сухой массы (от 0,2 до 0,4 м³);

m0 - масса сухого сбраживаемого материала, получаемого со всего стада (например, 2 кг/сутки на одну корову, умноженное на количество коров);

Объём жидкой массы, заполняющей биогазогенератор:

 

Vж = m0м, (5.3)

 

где ρм - плотность сухого материала, распределённого в массе ρм = 50 кг/м3).

 

Объём биогазогенератора Vг:

 

Vг=Vж∙tг, (5.4)

 

где Vж - скорость подачи сбраживаемой массы в генератор;

tг - время пребывания очередной порции в генераторе (от 8 до 20суток) Соотношение 5.1 для чистого метана, входящего в биогаз, имеет вид:

 

Е = η∙Hб∙ Vб∙fм, (5.5)

 

где Нб - удельная теплота сгорания метана при нормальных
условиях - 28 МДж/м³;

fм - доля метана в биогазе (около 0,7).

 

АККУМУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛА

 

Требуемое количество тепла Q, запасённого в аккумуляторе:

 

Q = П∙n∙τ∙Z, МДж, (6.1)

∙где П - расход тепла в сутки, кВт;

n – количество суток;

τ - продолжительность расхода тепла в сутки, час;

Z - переводной коэффициент 3.6 мДж/кВт∙ч.

 

Требуемое количество воды:

 

V = Q/(r∙c∙∆T), м3, (6.2)

 

где r - плотность воды, кг/м3;

с - теплоёмкость воды, 4200 Дж/кг К;

∆Т - разность температур начальной и конечной аккумулятора, К.

 

Глубина h ёмкости аккумулятора, м:

 

h = V/A, м, (6.3)

где V – объём,м3;

А – площадь,м2.

Термическое сопротивление R между аккумулятором и окружающей средой:

 

R = (τ сек.)/(1,3∙Vм3∙r ∙c), K/Bт, (6.4)

 

Удельное термическое сопротивление:

 

r = R∙A, м2 K/Bт, (6.5)

 

Толщина покрытия d на верхней крышке ёмкости:

 

d= r∙λ, м, (6.6)

где λ - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, (пенополистирол, λ = 0,04 Вт/(м ∙ К)

Плотность энергии q, запасённой в аккумуляторе:

q = Q/V, МДж/м3, (6.7)

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...