Расчет системных ветроэлектростанций

Системные ветроэлектростанции являются разгрузочными источниками энергии в централизованной сети электроснабжения. В соответствии с назначением, системные электростанции не нуждаются в аккумуляторах энергии, так как работают (разгружают традиционные электростанции) только когда имеется ветер достаточной мощности. В связи с этим системные электростанции рассчитываются по максимальной выработке электроэнергии за год в конкретном климатическом регионе.

Исходным расчетным параметром, определяющим мощность системной ветроэлектростанции, является рабочая скорость ветра. Заметим, что конкретная ветроустановка не может иметь один и тот же коэффициент использования энергии ветра при разных скоростях, так как ее аэродинамические параметры рассчитываются на определенную рабочую скорость ветра, являющейся номинальной. При увеличении скорости ветра больше рабочей, мощность, снимаемая с ветроколеса, остается постоянной. Таким образом, не смотря на увеличение мощности ветрового потока при увеличении его скорости, мощность ветроэлектростанции не увеличивается.

В любой климатической зоне имеются ветра с различной скоростью, включая и штиль. Каждая климатическая зона имеет характерный для нее ветровой кадастр, определяющий вероятность скорости ветра. Время действия ветра с определенной скоростью на основании данных ветрового кадастра можно определить следующим образом.

t_V = v·T·p(v) (7.13)

где t_V – время действия ветра со скоростью v, час;

T – число часов в году, час. Т = 8760 часов;

p(v) – вероятность ветра со скоростью v.

Если принять, что текущее значение скорости ветра является значением рабочей скорости, то энергия, передаваемая ветроколесом, равна:

(7.14)

где ρ – плотность воздуха в ветровом потоке, кг/м³. Принимают ρ = 0,65 кг/м³;

v_Р – текущее значение рабочей скорости ветра, м/с;

Р(v ≥ v_Р) – вероятность того, что скорость ветра будет не меньше рабочей;

F_ВК – ометаемая площадь ветроколеса, м²;

С_ВК – коэффициент использования энергии ветра ветроколесом в номинальном режиме.

Вероятность того, что скорость ветра будет не меньше текущего значения рабочей скорости, равна сумме вероятностей скоростей ветра равных и больше рабочей:

при v_j ≥ v_Р

(7.15)

Р(v ≥ v_Р) = 0 при v_j < v_Р

Расчет по формуле (7.14) с учетом (7.15) показывает, что максимальное значение передаваемой энергии будет у ветроколеса, рассчитанного на скорость ветра v_Р = 1,5v_СР, где v_СР – среднее значение скорости ветра для данной климатической зоны. При этом ветроустановка в течение примерно 3000 часов в году будет выдавать номинальную мощность, и в течение 150 часов 50% номинальной мощности.

Зная рабочую скорость ветра, мощность системной ветроэлектростанции можно определить по формуле:

N_ВЭС = 0,65 v_P³ F_BK c_BK η_ВК η_СГ (7.16)

где η_ВК – к.п.д. ветроколеса;

η_СГ – к.п.д. синхронного генератора.

Практически задаются желаемой мощностью ветроэлектростанции и рассчитывают ометаемую площадь ветроколеса и его диаметр. В заключении отметим, что ветроустановки мощностью более 100 кВт экономически эффективнее выполнять многоагрегатными, в которой мощность отдельной ветроустановки (агрегата) составляет 30 – 50 кВт.

Дата добавления: 2014-01-06