Разработка вопросов энергосбережения за счет использования ветроэнергетической установки (стр. 12 из 16)

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 = 2·10^-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:

1)определить количество вырабатываемой ВЭУ энергии в каждый отдельно взятый месяц при заданных ее параметрах;

2) определить количество ВЭУ, необходимых для удовлетворения потребности данного технологического процесса;

3) 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 t_v – 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 Т_i – 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

, МДж/м² . (10.17)

При заданном диаметре ветроколеса вырабатываемая энергия

, МДж.

Вырабатываемая энергия за сезон или год

, МДж , (10.18)

где n – число месяцев работы ВЭУ.

По графику нагрузки, когда известно необходимое количество энергии, несложно определить потребное количество ВЭУ для каждого месяца. При этом для рассматриваемого сезона или года определенную трудность может составить выбор оптимального количества ВЭУ и потребуются сравнительные расчеты, с оценкой энергетических и экономических показателей каждого рассматриваемого варианта.

10.5 Расчет ветроустановки для горячего водоснабжения

Рассмотрим расчет ветроустановки для горячего водоснабжения сельскохозяйственного потребителя. гелиоустановки. Расчет ведется на примере ветроустановки АВЭУ6-4М, которые эксплуатируются на Южном Урале.

1). Определение количества вырабатываемой энергии

1.1). Выписываем необходимые технические данные ветроустановок: для АВЭУ6-4М

Р_н = 4 кВт; D = 6,6 м; v_min = 4 м/с; v_p = 9 м/c;

для ВТН8-8:

Рн = 8 кВт; D = 8,45 м; v_min = 4 м/с; v_p = 9 м/c

1.2). Из приложения 1 выписываем данные о повторяемости скорости ветра в Кунашакском районе и заносим в табл.3.12. Обычно выписываются повторяемости скорости ветра начиная от v min. В нашем примере начнем с градации 2-3 м/с;

1.3). Определяем количество удельной вырабатываемой энергии для каждого месяца по выражению

Таблица 10.1─Повторяемости скорости ветра

Месяц	Градации скоростей ветра, м/с
	4-5		6-7	8-9
Январь	0,27		0,13	0,06
Февраль	0,25		0,11	0,05
Март	0,22		0,08	0,03
Продолжение таблицы 10.1
Апрель		0,29	0,16	0,06
Май		0,27	0,13	0,05
Июнь		0,25	0,1	0,04
Июль		0,21	0,07	0,02
Август		0,2	0,07	0,02
Сентябрь		0,26	0,11	0,03
Октябрь		0,27	0,14	0,04
Ноябрь		0,28	0,12	0,05
Декабрь		0,28	0,13	0,04

,

где Т – число часов в месяце.

Например, в мае ожидаемая удельная выработка энергии от ветроустановки АВЭУ6-4М:

полная выработка:

.

От ветроустановки BTH8-8:

полная выработка:

.

Расчеты для остальных месяцев проводятся аналогично (табл.10.2).

Таблица 10.2

МесяцВЭУ	АВЭУ6-4М	ВТН8-8
Январь	8155	13000
Февраль	21000	33600
Март	6000	9500
Апрель	8800	14000
Май	8000	12900
Июнь	6700	10500
Июль	5500	8400
Август	5100	8120
Сентябрь	5000	8000
Октябрь	7500	12000
Ноябрь	8000	12500
Декабрь	8000	12600

2). Определение количества ветроустановок
для удовлетворения потребности в энергии.

2.1) Потребное количество энергии определяется из норм потребления горячей воды; данные принимаем из предыдущего раздела (табл.2.9).

2.2) Предварительно оценим обеспеченность потребной энергии от одной установки:

, % , (10.13)