Расчет ветрогенератора

Задача 1 Рассчитать мощность ветроустановки с радиусом ротора R м при стартовой скорости ветра V м/с, коэффициентом использования ветра , КПД редуктора – η_ред; КПД генератора – η_ген.

Задача 2. При какой скорости ветра ветроустановка будет генерировать количество энергии, достаточное для обеспечения энергией среднего котеджного домика при радиусе ротора R м, коэффициенте использования ветра – ; КПД редуктора – η_ред; КПД генератора – η_ген.

Расчет ветрогенератора производят по алгоритму:

1. Мощность ветроустановки равна

,

где - коэффициент полезного действия генератора и трансмиссии (обычно равен 0.8 - 0.9);

P_Т - мощность ветротурбины.

2. Мощность турбины составляет

,

где - коэффициент ветроиспользования. Принципиально отличается от КПД тем, что "недополученная" мощность, в основном, не является потерями, а остается в потоке. По разным теориям максимальное значение коэффициента ветроиспользования идеального устройства составляет 0.59 - 0.68. Это легко понять, представив крайнюю ситуацию, когда у потока отбирается 100% энергии. В таком случае поток должен полностью остановиться, что уже противоречит его наличию. Реальный коэффициент ветроиспользования хорошо спроектированной турбины составляет 0.4-0.55;

P_П - мощность ветрового потока, проходящего через ометаемую ветротурбиной площадь.

4. Мощность потока вычисляется по формуле

,

где - плотность воздуха (стандартное значение 1.225 кг/м³);

V - скорость невозмущенного ветрового потока;

S = пD²/4 - ометаемая площадь.

Более точный расчет можно провести по формуле:

,

где, ξ - коэффициент использования энергии ветра (в номинальном режиме для быстроходных ветряков достигает максимум ξ_max = 0,4 ÷ 0,5), безмерная величина

R - радиус ротора, м

V - скорость воздушного потока, м/с

ρ - плотность воздуха, кг/м³

η_ред - КПД редуктора, %

η_ген - КПД генератора, %.

Для обеспечения энергией среднего котеджного домика необходимо иметь установку средней мощности 3 КВт.

Величины и единицы их измерения	Варианты заданий
R, м	2,3	2,2	2,1	2,0	1,9	1,8	1,9	2,0	2,1	2,2
V, м/с	4,7	4,9	5,2	6,4	6,3	5,5	5,8	5,0	4,9	4,7
	0,4	0,41	0,42	0,43	0,44	0,45	0,47	0,49	0,5	0,53
ηред, %	0,84	0,83	0,82	0,81	0,82	0,83	0,84	0,85	0,86	0,87
ηген %	0,88	0,89	0,9	0,87	0,86	0,85	0,9	0,87	0,88	0,89

Задача 3. Определить мощность ветровой электростанции, содержащей n однотипных ветроэнергетических установок. Длина лопости ветроколеса L, скорость ветра w, КПД ветродвигателя η_в, электрический КПД установки (генератора и преобразователя) η_э, температура воздуха t, атмосферное давление p.

Ветровой поток, проходящий через площадь F, ометаемую лопастями ветродвигателя, имеет энергию

, Дж,

где w – скорость ветра, м/с,

m – маcса воздуха.

За секунду через площадь F протекает кг/с, где ρ=p/RT – плотность воздуха, кг/м³, р – атмосферное давление, Па, R = 287 Дж/кг∙К – газовая постоянная, Т – абсолютная температура, К. Площадь F определяется через длину лопасти Lветроколеса: F=πL². Соответственно электрическая мощность N, развиваемая ВЭУ, определяется формулой

, Вт,

Где η_в – КПД ветродвигателя (изменяется в пределах 0,25…0,35),

η_э – электрический КПД ветрогенератора и преобразователя (в пределах 0,70…0,85).

Величины и единицы их измерения	Варианты заданий
n, шт
L, м
w, м/с
ηв, %
ηэ, %
t, ^0С	-20	-15	-10	-5
р, кПа

Дата добавления: 2014-11-29