 |
Удельная мощность и удельная энергия ветрового потока
|
|
|
|
Удельная энергия ветрового потока определится по формуле (4.11) и таблице 3.
На высоте 50 м от Земли среднегодовая удельная энергия Wуд.п составит:
Wуд.п=1/2∙1,2∙8760∙(0,53∙0,008+13∙0,021+23∙0,039+3∙30,066+43∙0,095+53∙0,122+63 ∙
0,137+73 ∙0,137+83∙0,121+93∙0,095+103∙0,066+11∙30,043+12∙30,02++133∙0,012+
143∙0,006+153∙0,002+163∙0,002+173∙0,002 + 18∙30,001 + 193∙0,001) = 5256∙ (0,001+0,021+0,312+0,556+3,38+15,25 + 29,6 + 47 + 62 + 69,3 + 66 + 57,2 + 34,6+26,4+16,5+6,75+8,2+9,8+5,8+6,9) = 5256∙465,57 = 2447035 Вт-ч/м2∙год.
Среднегодовая удельная мощность ветра (Вт/м2) на высоте 50 м равна:
Рср = Wуд/Т = 2447035/8760 = 279,4 Вт/м2
На высоте 100 м от Земли среднегодовая удельная мощность ветра Wуд.п составит:
Wуд.п = ½∙1,2 ∙ (053∙0,004 + 13∙0,007 + 23 ∙0,022 + 33 ∙ 0,043 + 43∙0,062 + 53∙0,08 + 63∙0,105 + 7∙30,119 + 83∙0,132 + 93∙0,116 + 103∙0,098 + 11∙30,077 + 123∙0,055 + 133∙0,036 + 143∙0,021 + 153∙0,01 + 163∙0,006 + 173∙0,005 + 18∙30,003 + 193∙0,001) = 5256∙ (0,001 + 0,007 + 0,176 + 1,16 + 4 + 10 + 22,7 + 40,8 + 67,6 + 84,6 + 98 + 102,5 + 95,1 + 79,1 + 57,6 + 33,75 + 24,6 + 24,6 + 17,5 + 17,5 + 6,9) = 5256∙788,2 = 4142779 Вт-ч/м2год.
Среднегодовая удельная мощность ветра (Вт/м2) на высоте 100 м равна:
Рср = Wуд/Т = 4142779/8760 = 473 Вт/м2
Таким образом, наибольший вклад в преобразование энергии ветра в механическую мощность вносят ветры со скоростями в диапазоне 8 – 15 м/с.
Рис. 6. Распределение удельной мощности ветра (1), удельной мощности на валу ветроколеса (2) и фактическое распределение удельной мощности ВЭУ (3) по таблице 6.
Vмин., Vр, Vмакс. – минимальная, рабочая и максимальная скорости ветра.
Руд = 0,6V03
Таблица 6.
| V0,м/с | |||||||||||||||||||
| Руд.т | 0,6 | 4,8 | 16,2 | 38,4 | 75,0 | ||||||||||||||
| 0,45Руд.т | 0,3 | 2,0 | 10,0 | ||||||||||||||||
| Дни |
|
|
|
Рис. 7. Повторяемость скоростей ветра и распределение годовой удельной энергии в г. Мезень на высоте 50 м (таблица 7).
V1 – средняя скорость ветра, м/с;
V2 – скорость, обеспечивающая наибольший вклад в годовую выработку энергии.
Таблица 7.
| V0, м/с | 0,5 | |||||||||||||||||||
| Wуд,кВт-ч/м2год | 0,11 | 1,6 | 17,8 | 80,1 | 51,5 | 30,5 | ||||||||||||||
| % | 0,8 | 2,1 | 3,6 | 6,6 | 9,5 | 12,2 | 13,7 | 13,7 | 12,1 | 9,5 | 6,6 | 4,3 | 2,0 | 1,2 | 0,6 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,1 | 0,1 |
Рис. 8. Повторяемость скоростей ветра и распределение годовой удельной энергии Wуд в г. Мезень на высоте 100 м (таблица 8).
V1 – средняя скорость ветра, м/с;
V2 – скорость, обеспечивающая наибольший вклад в годовую выработку энергии.
Таблица 8.
| V0,м/с | 0,5 | |||||||||||||||||||
| Wуд,кВт-ч/м2год | 0,3 | 0,9 | 52,6 | |||||||||||||||||
| % | 0,4 | 0,7 | 2,2 | 4,3 | 6,2 | 10,5 | 11,9 | 13,2 | 11,6 | 9,8 | 7,7 | 5,5 | 3,6 | 2,1 | 1,0 | 0,6 | 0,3 | 0,2 | 0,1 |
Для построения рис. 7 и 8 использована таблица 4 (верхняя часть рисунка) и формула 4 (нижняя часть рисунка)
Порядок выполнения работы
1. – Составление ветрового кадастра для определённогго района:
1.1. Определить среднегодовую скорость ветра (Приложение 1, формула 4.7);
1.2. Определить среднемесячные среднегодовую скорости на высотах от 20 до 100 метров (формула 4.8);
1.3. Рассчитать повторяемость скорости ветра на высотах от 20до 100 метров (Приложения 2 или 3);
1,4. Определить распределение ветровых периодов и периодов энергетических затиший по длительности (формула 4.9, приложение 2 или 3);
1.5. Определить удельную мощность и удельную энергию ветра и ВЭС (формулы 4.10 – 4.13);
|
|
|
1.6. Рассчитать ветроэнергетические ресурсы (формулы 4.14 – 4.17).
2. – Подбор необходимого количества ветроустановок для обеспечения потребности в электроэнергии. (Приложение 4)
Приложение № 1. Среднемесячные скорости ветра, м/с
| № Вар. | район | месяц | Необходимая мощность,кВт | Электрич. мощность, кВт | Тепловая мощность, кВт | |||||||||||
| о. Рудольфа | 8,8 | 8,3 | 8,5 | 7,9 | 7,0 | 5,5 | 4,8 | 5,4 | 6,6 | 8,0 | 7,4 | 8,1 | 200,0 | 100,0 | 100,0 | |
| Новая Земля | 9,1 | 8,0 | 7,9 | 8,1 | 7,2 | 7,4 | 7,6 | 7,7 | 7,9 | 8,5 | 9,0 | 9,6 | 1000,0 | 500,0 | 500,0 | |
| Амдерма | 9,5 | 8,8 | 8,2 | 8,1 | 7,5 | 6,3 | 5,6 | 6,0 | 6,9 | 8,4 | 9,6 | 9,5 | 3000,0 | 2000,0 | 1000,0 | |
| о. Колгуев | 8,9 | 8,7 | 8,4 | 7,0 | 7,3 | 7,2 | 6,6 | 6,7 | 7,8 | 8,4 | 9,2 | 9,0 | 200,0 | 50,0 | 150,0 | |
| Усть – Кара | 7,5 | 7,1 | 6,9 | 6,6 | 6,6 | 6,2 | 6,2 | 6,0 | 6,2 | 7,3 | 7,7 | 7,8 | 800,0 | 200,0 | 600,0 | |
| Индига | 7,6 | 7,4 | 6,8 | 6,4 | 6,2 | 5,9 | 5,5 | 5,6 | 6,6 | 7,4 | 7,9 | 7,9 | 850,0 | 250,0 | 600,0 | |
| Соловки | 5,2 | 4,6 | 4,4 | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 4,0 | 3,9 | 4,6 | 5,9 | 6,3 | 5,6 | 1000,0 | 200,0 | 800,0 | |
| о. Мудьюг | 6,1 | 5,3 | 5,2 | 4,6 | 5,1 | 5,2 | 5,0 | 4,9 | 5,6 | 6,3 | 6,2 | 6,0 | 150,0 | 50,0 | 100,0 | |
| Архангельск | 5,2 | 4,8 | 4,9 | 4,6 | 5,0 | 4,6 | 4,3 | 4,2 | 4,8 | 5,5 | 5,5 | 5,2 | 10000,0 | 10000,0 | - | |
| Карпогоры | 4,8 | 4,2 | 4,7 | 4,2 | 4,6 | 4,3 | 4,1 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 4,5 | 800,0 | 500,0 | 300,0 | |
| Каргополь | 4,7 | 4,6 | 4,6 | 4,2 | 4,4 | 4,0 | 3,5 | 3,3 | 3,9 | 4,6 | 5,0 | 4,9 | 1000,0 | 600,0 | 400,0 | |
| Котлас | 4,6 | 4,5 | 4,7 | 4,2 | 4,6 | 3,9 | 3,4 | 3,1 | 4,0 | 4,3 | 4,8 | 4,6 | 6000,0 | 6000,0 | - | |
| Шангалы | 4,0 | 4,1 | 4,5 | 4,0 | 4,3 | 3,8 | 3,3 | 3,1 | 3,7 | 4,3 | 4,6 | 4,1 | 3000,0 | 3000,0 | - | |
| Вельск | 4,0 | 3,5 | 4,0 | 3,5 | 3,7 | 3,3 | 3,0 | 2,8 | 3,2 | 3,6 | 3,7 | 3,7 | 3000,0 | 3000,0 | - | |
| Варандей | 6,9 | 6,2 | 6,2 | 5,7 | 5,4 | 5,4 | 5,2 | 5,3 | 5,7 | 6,7 | 6,6 | 6,8 | 4000,0 | 3000,0 | 1000,0 |
Приложение № 2. Повторяемость скоростей ветра в % на высоте 10 м (по Поморцеву М.М.)
| Скорость ветра, м/с | Средне – годовая скорость ветра, м/с | |||||||||||
| 25,4 | 10,0 | 5,7 | 3,5 | 2,0 | 1,0 | 0,6 | 0,5 | 0,2 | ||||
| 41,0 | 23,0 | 11,8 | 7,2 | 4,3 | 2,6 | 1,7 | 1,0 | 0,7 | 0,2 | |||
| 25,1 | 29,6 | 19,4 | 12,2 | 7,8 | 4,8 | 3,0 | 2,1 | 1,6 | 0,8 | |||
| 7,5 | 23,0 | 22,7 | 16,5 | 11,4 | 8,0 | 5,3 | 3,8 | 2,6 | 2,0 | 0,9 | 0,4 | |
| 1,0 | 10,0 | 19,5 | 18,5 | 15,0 | 11,0 | 8,0 | 5,6 | 4,0 | 3,2 | 2,1 | 1,3 | |
| 3,8 | 12,0 | 16,5 | 16,5 | 13,8 | 10,6 | 7,8 | 5,7 | 4,5 | 3,1 | 2,2 | ||
| 0,6 | 6,0 | 12,2 | 15,0 | 15,0 | 12,5 | 10,0 | 8,0 | 5,9 | 3,7 | 2,5 | ||
| 2,2 | 7,2 | 12,0 | 13,9 | 13,5 | 11,8 | 9,6 | 7,8 | 6,0 | 4,8 | |||
| 0,7 | 3,6 | 8,0 | 11,4 | 12,8 | 12,6 | 10,9 | 9,0 | 7,0 | 5,7 | |||
| 1,7 | 4,3 | 8,0 | 11,0 | 11,8 | 11,4 | 10,0 | 9,5 | 9,0 | ||||
| 0,6 | 2,0 | 5,0 | 8,2 | 10,1 | 10,9 | 10,2 | 10,2 | 10,3 | ||||
| 0,3 | 0,8 | 3,0 | 5,7 | 8,0 | 9,7 | 10,0 | 11,2 | 10,7 | ||||
| 0,6 | 1,5 | 3,5 | 5,9 | 8,0 | 9,0 | 10,0 | 11,3 | |||||
| 0,3 | 0,6 | 1,9 | 4,0 | 5,9 | 7,8 | 9,5 | 10,7 | |||||
| 0,3 | 0,8 | 2,5 | 4,2 | 5,9 | 8,2 | 9,3 | ||||||
| 0,4 | 1,3 | 2,8 | 4,8 | 6,5 | 8,5 | |||||||
| 0,2 | 0,7 | 1,8 | 3,3 | 4,3 | 5,0 | |||||||
| 0,2 | 0,3 | 1,0 | 2,2 | 3,0 | 3,9 | |||||||
| 0,2 | 0,6 | 1,5 | 2,2 | 3,0 | ||||||||
| 0,2 | 0,9 | 1,4 | 1,9 | |||||||||
| 0,7 | 1,2 | 1,7 |
|
|
|
Приложение № 3. Повторяемость скоростей ветра в днях на высоте 10 м (по Поморцеву М.М.)
| Средняя скорость ветра, м/с | Средне – годовые скорости ветра, м/с | |||||||||||
| - | ||||||||||||
| - | ||||||||||||
Приложение № 4. Характеристики ветроустановок отечественного и зарубежного производства
|
|
|
| № п/п | Наименование | Зарубежного производства | Отечественного производства | |||||||||
| Е - 33 | Е - 48 | V - 60 | E - 70 | N - 90 | V - 90 | АВЭ – 250СМ | 3ВТ | Ю - 500 | Р - 1000 | ВТО - 1250 | ||
| Номинальная мощность, кВт | 330.0 | 800.0 | 850.0 | 2000.0 | 2500.0 | 3000.0 | 250,0 | 100,0 | 500,0 | 1000,0 | 1250,0 | |
| Расчётная рабочая скорость ветра, м/с | 13.0 | 13.0 | 13.0 | 13.5 | 14.0 | 15.0 | 13,0 | 13,0 | 13,6 | 13,6 | 13,6 | |
| Минимальная рабочая скорость ветра, м/с | 3.0 | 3.0 | 3.5 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 5,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 6,0 | |
| Диаметр ветроколеса, м | 33.4 | 48.0 | 60.0 | 71.0 | 90.0 | 90.0 | 25,0 | 1,75 | 34,0 | 48,0 | 27,0 | |
| Высота оси ветроколеса, м | 44.0 | 60.0 | 60.0 | 98.0 | 100.0 | 100.0 | 30,0 | 22,0 | 31,5 | 38,0 | 40,0 | |
| Положение оси | гориз. | гориз. | гориз. | гориз. | гориз. | гориз. | гориз. | верт. | гориз. | гориз. | гориз. |
Список литературы
1. А да Роза. Возобновляемые источники энергии. Физико – технические основы: учебное пособие / пер. с англ. Под редакцией С.П. Малышенко, О.С. Попеля. – Долгопрудный: Издат. дом «Интеллект»; М.: Издат. дом МЭИ; 2010. – 704с.
2. Горяев А.А. Возобновляемые источники энергии: учеб. пособие /А.А. Горяев, Г.А. Шепель. – Архангельск: САФУ, 2010. – 120с.
3. Хахалева Л.В. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии.: Пособие для проведения практических занятий. Ульяновск, 2008. – 32с.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Ввдение 3
2. Энергия Солнца 4
3. Гидроэнергетика 12
4. Ветроэнергетика 13
5. Расчёт ветроэнергетического кадастра 15
6. Средние скорости ветра 16
7. Повторяемость скоростей ветра 18
8. Биоэнергия 27
9. Аккумулирование тепла 28
10. Механическое аккумулирование 30
11. Передача энергии 30
12. Опреснение воды 31
13. Геотермальная энергия 34
14. Энергия прилива 37
15. Задачи 38
16. Примеры решения задач 58
17. Пример расчёта ветроэнергетического кадастра 78
18. Порядок выполнения работы по расчёту ветроэнергетического кадастра 91
19. Приложения 92
20. Список литературы 99
|
|
|
