Разработка эффективной системы энергоснабжения на основе ВИЭ (стр. 2 из 10)
Однако, как показали многочисленные работы /18,24,27 /, при этом сильно увеличивается стоимость солнечной установки, превышая стоимость прибавки мощности от слежения. В этой связи, для маломощных солнечных установок наиболее эффективными являются фиксированные солнечные приемники (коллекторы) /18,27/.
Следует отметить, что ориентация фиксированного солнечного коллектора не очевидна. Это объясняется следующими причинами :
- плотность мощности солнечного излучения зависит от прозрачности атмосферы (см.(1.1.4.)) ;
- график потребления мощности может быть сдвинут в течении суток.
На рис.1.1.3. приведен пример плотности мощности солнечного излучения, реально падающего на солнечный коллектор. Здесь предполагается , что в утренние часы нет облачности , а в послеобеденные часы появляется облачность. Если такие условия являются статистически устойчивыми, то очевидно , что целесообразно ориентировать солнечный коллектор не строго на юг, а на юго-восток, причем более точное его положение должно определяться специальными оптимизационными расчетами .
Таким образом, для ориентации солнечных коллекторов необходимы статистические данные о прозрачности атмосферы или о реальных суточных графиках поступающих через атмосферу потоков солнечной энергии.
За солнечным излучением следят метеорологические станции в рамках государственных программ метеорологии, поэтому имеется достаточно статистических данных о графиках поступления солнечной энергии .
 |
Проанализируем, как можно использовать эти статистические данные для создания солнечных энергоустановок.
Как уже отмечалось, для солнечных энергоустановок малой мощности наиболее эффективным является фиксированный солнечный коллектор, причем его ориентация определяется статистическим графиком солнечного излучения.
Солнечное излучение зависит от времени суток и года, и прозрачности атмосферы, поэтому для ориентации солнечного коллектора необходимо иметь соответствующие среднестатистические данные. В таблице 1.1.1. приведены данные о статистическом распределении плотности солнечного излучения, которые могут быть использованы для определения положения коллектора.
По данным таблицы 1.1.1. определяется сумма получаемой солнечной энергии за любой период года.
Таким образом проведенный анализ показал, что солнечное излучение обладает большой энергией и существует достаточно статистических данных и математический аппарат для проектирования солнечных энергоустановок.
Таблица 1.1.1.
Удельная мощность солнечного излучения на горизонтальную поверхность
| Часы суток | Мощность солнечного излучения, Вт/м2 | |||
| Зима | Весна | Лето | Осень | |
| 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | 0 0 3,9 16,9 31,0 42,6 54,3 58,2 46,5 31,0 15,5 3,5 0 0 0 | 15,5 50,4 112,4 190,0 263,6 314,0 337,3 325,6 279,1 232,6 174,5 96,9 42,6 11,6 0 | 38,8 124,1 228,7 337,3 422,6 492,3 500,1 507,8 461,3 383,8 298,5 201,6 108,5 31,0 3,9 | 0 11,6 46,5 100,8 155,1 193,8 221,0 217,1 182,2 155,1 100,8 42,6 7,8 0 0 |
1.2.Энергия ветра
Ветроэнергетика с ее современным техническим оснащением является вполне сложившимся направлением энергетики. Примерно с 1973 года, когда резко возросли цены на нефть и нефтепродукты, энергия ветра все более часто стала использоваться для выработки электроэнергии во многих странах Мира, особенно в Европе и США /18 /. В СССР, а затем в России, ветроэнергетика отстает от ведущих капиталистических стран, хотя географическое положение нашей страны наиболее благоприятно для использования именно этого вида ВИЭ. Особенно справедливо это для степных районов России, к которым относится Ростовская область.
Суммарная кинетическая энергия ветра на Земле оценивается величиной порядка 0,7×1021 Дж /18/. Однако большая часть этой энергии выделяется над океанами. Тем не менее, как уже отмечалось, над равнинами, не покрытыми лесами, энергия ветра также довольно высока. Кроме того в такой местности ветер отличается большей устойчивостью, что особенно важно для работы ветроэнергетических установок.
Мощность ветрового потока (Sв) через единичную площадку(Fо) определяется по формуле:
, (1.2.1.)где: Wв - кинетическая энергия ветра, Дж;
t - время действия ветра, с;
m - масса воздуха, перемещенная ветром через площадку Fо за время t, кг;
r - плотность воздуха, кг/м;
r=1,3 кг/м;
V - скорость ветра, м/с;
k - коэффициент энергии ветра, кг/м;
k=0,65 кг/м;
Таким образом мощность ветра пропорциональна его скорости в третьей степени, и для оценки этой мощности достаточно иметь информацию о скорости ветра.
В России имеются метеорологические службы, занимающиеся регистрацией скорости ветра /39/, следовательно имеются достаточно достоверные статистические данные о его скорости. Однако при этом следует помнить, что на метеостанциях скорость ветра измеряется на высоте 10 м над поверхностью Земли в данной местности. Поэтому если ветроколесо находится на другой высоте, то скорость ветра следует пересчитать по следующей эмпирической формуле /18/:
, (1.2.2.)где: Vh - скорость ветра на высоте h, м/с;
V - скорость ветра по данным метеостанции, м/с;
h - высота оси ветроколеса, м;
b - эмпирический коэффициент.
Для открытых мест параметр b=0,14 /19/. На основании статистических метеорологических данных /38 / определены параметры энергии ветра в течение года (табл.1.2.1.).
Таблица 1.2.1.
Параметры энергии ветра
| Месяц | Часы | Вероятность ветра со скоростью, м/с | |||||
| 1 | 4 | 8 | 12 | 16 > | 20 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 1 2 | 1 7 13 19 1 7 13 19 | 0,200 0,196 0,103 0,186 0,221 0,198 0,082 0,200 | 0,471 0,464 0,484 0,472 0,425 0,443 0,414 0,445 | 0,252 0,288 0,326 0,278 0,239 0,248 0,352 0,220 | 0,067 0,042 0,077 0,052 0,075 0,095 0,117 0,102 | 0,010 0,010 0,008 0,012 0,040 0,016 0,035 0,033 | 0 0 0,002 0 0 0 0 0 |
Продолжение табл. 1.2.1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 3 4 | 1 7 13 19 1 7 13 19 | 0,226 0,207 0,057 0,204 0,215 0,146 0,065 0,192 | 0,434 0,444 0,469 0,476 0,523 0,525 0,423 0,546 | 0,198 0,228 0,285 0,210 0,181 0,235 0,337 0,189 | 0,099 0,102 0,137 0,070 0,052 0,077 0,117 0,048 | 0,037 0,017 0,040 0,036 0,023 0,017 0,052 0,023 | 0,006 0,002 0,012 0,004 0,006 0 0,006 0,002 |
| 5 6 7 | 1 7 13 19 1 7 13 19 1 7 13 19 | 0,347 0,183 0,066 0,222 0,390 0,228 0,088 0,287 0,436 0,304 0,090 0,255 | 0,482 0,584 0,528 0,608 0,519 0,584 0,552 0,562 0,489 0,570 0,608 0,600 | 0,147 0,203 0,290 0,146 0,081 0,167 0,290 0,123 0,068 0,112 0,243 0,133 | 0,020 0,028 0,099 0,022 0,004 0,019 0,056 0,025 0,006 0,014 0,046 0,008 | 0,002 0,002 0,016 0,002 0,006 0,002 0,012 0,000 0,002 0,000 0,013 0,004 | 0,002 0 0,002 0 0 0 0,002 0 0 0 0 0 |
| 8 9 | 1 7 13 19 1 7 13 19 | 0,408 0,269 0,108 0,311 0,387 0,302 0,110 0,362 | 0,510 0,626 0,584 0,607 0,513 0,559 0,541 0,565 | 0,072 0,099 0,260 0,068 0,090 0,133 0,282 0,069 | 0,008 0,006 0,038 0,012 0,010 0,004 0,053 0,004 | 0,002 0,000 0,008 0,002 0,000 0,002 0,014 0,000 | 0 0 0,002 0 0 0 0 0 |
| 10 11 | 1 7 13 19 1 7 13 19 | 0,339 0,298 0,087 0,324 0,208 0,167 0,067 0,167 | 0,474 0,529 0,516 0,501 0,432 0,478 0,433 0,468 | 0,154 0,135 0,285 0,131 0,243 0,259 0,333 0,259 | 0,027 0,032 0,083 0,034 0,080 0,078 0,126 0,069 | 0,004 0,006 0,025 0,006 0,027 0,012 0,031 0,027 | 0,002 0 0,004 0,004 0,010 0,006 0,010 0,010 |
Продолжение табл. 1.2.1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| 12 | 1 7 13 19 | 0,210 0,214 0,120 0,196 | 0,431 0,408 0,446 0,446 | 0,244 0,262 0,291 0,248 | 0,088 0,088 0,111 0,082 | 0,025 0,024 0,032 0,026 | 0,002 0,004 0 0,002 |
Из таблицы 1.2.1. видно, что наиболее вероятные скорости ветра равны 4 - 12 м/с. По данным таблицы 1.2.1. определена мощность ветра через единичную площадку Fо=1м, т.е. удельная мощность ветра, и построены графики (рис.1.2.1.).Удельная мощность, при этом, определялась с учетом вероятностного характера скорости ветра по формуле / 18,43/: