Мощность ветрогенератора

Что определяет мощность ветрогенератора

Мощность ветрогенератора конечно зависит от скорости ветра, точно так-же как мощность солнечной батареи зависит от яркости солнечного света, или мощность гидротурбины от скорости потока воды. Но какая зависимость ветрогенератора от скорости ветра нам не понятно, так-как мы не знаем сколько энергии в самом ветре. Энергии в ветре очень много, к примеру на рекламный щит шириной и высотой один метр при скорости ветра 5 м/с оказывается давление мощностью 75 ватт. А если щит будет размером три на три метра то мощность ветра при 5 м/с составит 675 ватт. При этом если скорость ветра снизится в два раза то мощность упадёт в восемь, а если ветер будет дуть с в два раза большей скоростью, то мощность давления на щит увеличится в восемь раз. Зависимость мощности ветра с увеличением скорости кубическая.

Но винт горизонтального ветряка или ротор вертикального ветрогенератора это вращающаяся конструкция, она испытывает то-же давление что и щит, но во вращение не может трансформировать всю энергию ветра. Лучшие горизонтальные ветрогенераторы могут брать от ветра до 47% энергии, а ветряки типа “бочка” до 25%. Обычный средний КПД горизонтального ветряка 0.4, и он не постоянный, так-как лопасти имеют фиксированные аэродинамические формы, которые с максимальным КПД могут работать только при определённой скорости ветра. Тоже самое и вертикальными роторами так-как их лопатки тоже имеют фиксированный размер.

На этом этапе я думаю понятно что мощность ветрогенератора определяет сила ветра или по другому скорость ветрового потока. Также размер винта определяет с какой площади ветрового потока можно брать энергию. Понятно что чем больше винт тем больше он “поймает” ветра, и отнимет у него энергию. Третье это КПД винта, это тоже немаловажный фактор, чем выше КПД тем больше мощности у винта и дешевле сам ветрогенератор.

К примеру винт диаметром 3 метра при ветре 5 м/с имеет мощность примерно 210 ватт, а при 10 м/с его мощность составит 1,8 кВт. Если конечно его КПД будет высокий. Вообще неправильно говорить КПД, нужно говорить коэффициент использования энергии ветра, то есть КИЭВ винта. Винт ветрогенератора это довольно сложная штука, и кроме диаметра винта есть такое понятие как быстроходность винта, это нужно будет чтобы подобрать правильный генератор. Быстроходность это скорость кончиков лопастей относительно скорости ветра, обычно кончики лопастей в рабочем режиме движутся быстрей скорости ветра в 5-7 раз для трехлопастных винтов. Это достаточно сложная наука и вы вначале ничего не поймёте в этом. Ниже таблица мощности винтов в зависимости от диаметра винта и скорости ветра при КИЭВ 0,45.

Далее у нас на очереди генератор, средний КПД обычно у генераторов 0.8, но этот КПД зависит от оборотов. Генератор может иметь и максимальный КПД 96%, но только в узком диапазоне оборотов, и это зависит от сопротивления нагрузки на генератор, и сопротивление обмотки генератора. Так-же КПД генератора может быть ниже 50% если он неправильно нагружен, но он не может быть правильно нагружен так-как на разных оборотах ему нужна разная нагрузка, а обороты разные потому что скорость ветра меняется, меняются и обороты винта, а следовательно и генератора.

Это в общем тоже сложно, генератор по мощности должен подходить винту, иметь чуть меньшую мощность чем винт в широком диапазоне оборотов, тогда вся эта цепочка будет работать эффективно.

Мощность ветрогенератора определяет:

От чего зависит мощность ветрогенератора

Человечество в XXI веке как никогда ранее задумалось об использовании источников энергии, которые могут предоставить неисчерпаемые ее запасы благодаря своей возобновляемости. К подобным источникам можно отнести солнечные электростанции, ветрогенераторы и гидроэлектростанции различного типа. Природные факторы накладывают свои ограничения для использования всех альтернативных источников энергии. Наименьшие эти ограничения характерны для ветроэнергетики, мощности которой с каждым годом увеличиваются на сотни мегаватт.

Эффективность ветряной электростанции определяется средней скоростью ветра, которую могут «полезно» преобразовать ветрогенераторы в электроэнергию. Экономически обоснованным рубежом для установки ветрогенератора считается скорость 4 м/с. Максимальный КПД, который может обеспечивать ветрогенератор, достигается при скорости ветра в 9…12 м/с. Помимо скорости ветра, в ветроэнергетике также важны геометрические размеры ветрогенератора, а именно его диаметр ротора и площадь лопастей. Диаметр ротора определяет полезную мощность, которую можно получать от ветрогенератора: для диаметра ротора в 1 м теоретически возможная максимальная мощность составляет 1,6 кВт, а для диаметра 10 м – уже 39,3 кВт. Максимальная мощность ветрогенератора также определяется высотой мачты, которая позволяет лопастям установки преобразовывать ветер бОльшей скорости.

Конструкция ветрогенератора также играет важную роль при расчете мощности. Первый критерий, по которому классифицируют ветрогенераторы, относится к расположению оси вращения ветротурбины. В промышленности выпускаются ветрогенераторы с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Только 5% ветрогенераторов изготавливают с вертикальной осью вращения, поскольку теоретически достижимый КПД для подобных установок составляет всего 22%. Для ветрогенераторов с горизонтальной осью – максимальный КПД составляет 59%.

Мощность ветрогенератора помимо этого зависит от множества факторов, среди которых турбулентность потока ветра, плотность воздушных масс, равномерность распределения нагрузки по оси ветрогенератора и пр. Согласно стандартной формуле для расчета мощности ветрогенератора его эффективность прямо пропорциональная кубу скорости ветра и квадрату диаметра ротора. Таким образом, для регионов, где скорость ветра вдвое больше, мощность ветрогенератора сразу увеличивается в 8 раз. При этом правильный выбор мощности ветрогенератора должен основываться не на пиковой мощности нагрузки, а на множестве факторов, которые оказывают влияние на работу генерирующего устройства и сети нагрузки.

От чего зависит мощность ветрогенератора
Эффективность ветряной электростанции определяется средней скоростью ветра, которую могут «полезно» преобразовать ветрогенераторы в электроэнергию

Источник: ukrelektrik.com

Ветрогенератор

Ветрогенератор — устройство, которое преобразует кинетическую энергию ветрового воздушного потока в энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию.

Средняя скорость ветра в Ярославле за отопительный период составляет 4,9 м/сек, а за три наиболее холодных месяца — 5-ть м/сек, что позволяет надеяться на достаточно высокую выработку энергии ветрогенератором.

Вот таблица средних скоростей ветра (в метрах/сек) на высоте 10-ть метров в Ярославле и Переславле-Залесском:

Кроме того, там же представлена интереснейшая таблица силы ветра по месяцам, созданная на основе метеонаблюдений с 1-го июля 2006-го года.

Мощность ветрогенератора P зависит от скорости ветра V, плотности воздуха p и ометаемой площади S: P=0,5*p*S*V^3

При условии наличия ветро- и гелио- ресурсов идеальная система для полностью автономного электроснабжения удаленного от промышленных электросетей хозяйства может состоять из следующих компонентов:

1. бензо/дизель/газогенератор 3-6 кВт со стартером и с системой автоматического пуска (САП «Энергия»)
2. МАП «Энергия» 3-18 кВт 48-220В со встроенным солнечным контроллером, с 4-8 шт. аккумуляторами по 200 А*ч, соединенных на 48 В (для автономии лучше тяговые АКБ).
3. комплект из чётного количества солнечных батарей, соединенных на 48 В, желательно мощностью от 2000 Вт, с отдельным МРРТ солнечным контроллером (при общей мощности солнечных панелей до 600 Вт можно использовать солнечный контроллер, имеющийся в контроллере ветрогенератора). Рекомендуем наш солнечный контроллер ECO Энергия МРРТ Pro.
4. ветрогенератор 2 или 3 KW-48V с прилагаемым контроллером заряда аккумуляторов на 48 В

Всё оборудование лучше установить внутри каменного гаража (для шумоизоляции), стоящего в стороне от основного дома (электрические кабели от него в дом прокладываются в трубах, под землей).

Но помните – аккумуляторы служат гораздо меньше при повышенных температурах (при +35 С в 2 раза меньше, чем при +25 С), генератор может нагреть гараж до +50 С, поэтому их лучше отделить друг от друга.

Об отводе выхлопных газов из помещения, вентиляции и глушении шума, читайте на страничке, посвящённой электростанциям.

Солнечные батареи устанавливаются на его крыше под углом 40-60 град. к горизонту, направлением на юг (или на его южную стену, вертикально).

Ветрогенератор устанавливается на стальную мачту высотой 10-18 м., в непосредственной близости от гаража (его электропроводка проходит внутри мачты и далее, под землёй попадает в гараж).

Полная стоимость подобного комплекса оборудования, в зависимости от выбранной модификации, может составлять 200-500 тыс. руб. и даже выше.

Выбрал ветрогенератор 48 В 2,5/3,5 кВт LOW WIND стоимостью 93100-то рублей и мачту высотой 12-ть метров стоимостью 49500-т рублей. Вот основные особенности этого ветрогенератора:

Комплект ветряка на 2,5/3,5 кВт состоит из:
– лопасти ротора, генератор с постоянными магнитами, ротор, хвостовая направляющая, хвостовые лопасти, а так же, в отличие от многих конкурентов, в комплект входит контроллер заряда со сбросом нагрузки на ТЭН. Цена комплекта 93100 руб.

Так же необходимо приобрести (или изготовить самостоятельно) мачту, комплект аккумуляторов и инвертор.

Технические характеристики ветрогенератора 2,5/3,5 кВт 48 В

Мощность ветрогенератора
Ветрогенератор – устройство, которое преобразует кинетическую энергию ветрового потока сначала в энергию вращения ротора, а затем – в электрическую энергию.

Источник: ep-z.ru

Мощность ветрогенератора

Огромные ветряки, расположенные в предместьях городов и поселков — это привычное явление в Европе и США.

Причем, устанавливают эти красивейшие гиганты ни только на земле, но и на водных просторах.

1. В настоящее время идея получения электрической энергии путем использования силы ветра не является новшеством. Первые попытки получения электрической энергии от силы ветра были предприняты еще в 1887-88 годах 19 века основателем американской электрической индустрии Чарльзом Ф. Брашем, построившим прототип автоматически управляемой ветровой турбины для производства электроэнергии.

Эта огромнейшая турбина, диаметр ротора которой составлял 17 метров, приводилась в движение 144 лопастями, изготовленными… из кедра.

2. Первая ветряки в Европе были построены в 1900 году, и к началу второй мировой войны для получения электрической энергии от силы ветра на планете использовалось несколько миллионов ветряных электрических станций.

3. Современная конструкция ветряка.

4. Современный ветряк представляет собой стальную башню высотой от 70 до 125 м, на вершине которой установлены генератор с ротором, имеющим 56-метровые лопасти, изготовленные из композиционных материалов.

5. В настоящее время для преобразования силы ветра в электрическую энергию используют не только маленькие (на один домик) ветряки, но и огромные, позволяющие обеспечивать электроэнергией большие пространства.

На фотографии представлены именно такие гигантские ветряки, на фоне которых дома внизу фотографии кажутся необыкновенно маленькими.

6. Один из крупнейших ветряков мощностью 4.5 мегаватт, построенный в Германии под Магдебургом в сентябре 2002 года, представляет собой 120-метровую башню, на которую крепится ротор.

Ротор такого ветряка состоит из трех лопастей, каждая из которых достигает размера в 52 метра в длину и 6 метров в ширину, и имеет вес по 20 тонн каждая.

7. Ротор ветряка.

8. На фотографии представлены лопасти гигантского ветряка.

9. Последним достижением в области ветроэнергетики являются ветряки, диаметр ротора которых превышает размах крыла самолетов-гигантов, даже таких, как «Руслан». Мощность такой установки составляет от 1 до 2 мегаватт и позволяет обеспечить электроэнергией 800 современных жилых домов.

10. В этом году в Норвегии ведутся работы по строительству самого крупного в мире ветряка, который позволит обеспечивать электроэнергией сразу 2 000 домов. По проектным данным высота его будет составлять 533 фута (162 метра), а диаметр ротора — 475 футов (144 метра). Проектная стоимость рекордного опытного образца достигает 67,5 миллионов долларов.

11. Рекордом по размеру и мощности в настоящее время является ветрогенератор Enercon E-126 высотой в 141 метр, мощность которого достигает 7 мегаватт, построенный недалеко от немецкого городка Эмден.

12. Монтажные работы по установке ветряка Enercon E-126:

13. Фотография демонстрирует ветряк Enercon E-126 во весь рост

14. Монтажные работы по установке ветряка на водных просторах.

15. Самый высокий в мире ветряк, установленный в провинции Сан-Хуан на высоте 4 110 метров над уровням моря занесен в книгу рекордов Гиннеса. Он принадлежит крупнейшей в мире золотодобывающей компании Баррик.

16. В настоящее время мощнейшие генераторы создаются не путем увеличения веса и габаритов лопаток ротора, а за счет передовых инженерных изобретений.

17. Установка ветряков, являющаяся изначально дорогостоящей, при расчетном сроке службы в 25 лет окупятся в течение первых 7 лет эксплуатации.

18. Лидером в Европе по использованию энергии ветра является Дания. Ветряки в Дании размещаются, как правило, на скалистых рифах и мелководье, на расстоянии около 2 км от берега.

19. Самым удачным местом в Европе для установки ветряком считаются шотландские острова Внешние Гибриды, северная часть которых продувается ветром постоянно.

20. В конце прошлого года компанией Deepwater Wind ведутся работы по проектированию самой глубоководной ветровой электростанции в мире.

21. Планируется, что она будет построена на протяжении от 29 до 43 км от побережья штата Род-Айленд и Массачусетс. Там будет производится до 1 000 мегаватт, что сопоставимо с количеством энергии, производимым ядерным энергоблоком.

Ветряки будут построены в океане на глубиной дна 52 м —что значительно глубже, нежели любая другая современная ветроэлектростанция.

Мощность ветрогенератора
Огромные ветряки, расположенные в предместьях городов и поселков &amp,mdash, это привычное явление в Европе и США. Причем, устанавливают эти красивейшие гиганты ни только на земле, но и на водных просторах. 1. В настоящее время идея получения электрической энергии путем &amp,nbsp,использования силы в…

Источник: www.stepandstep.ru

Дом, питаемый ветрами – расчёт ветрогенератора

По мере того как растут потребительские цены на электроэнергию, а также на газ, бензин и дизельное топливо, владельцы собственных домов всё чаще рассматривают варианты электроснабжения от независимых альтернативных энергоисточников различного происхождения и конструкции. Одним из самых доступных источников является энергия ветра.

Сколько энергии таится в ветре?

Для начала, приблизительно оценим ту мощь, которую хотим использовать в своих целях. Рассчитаем энергию, выделяемую потоком воздуха с плотностью ? и скоростью V, оказывающим давление на площадь S по простой формуле:

P = V3•?•S

Если принять плотность воздуха ?=1,25 кг/м3, скорость ветра V=5 м/с, а площадь сечения турбины радиусом 2 метра S=12,5 м2, в результате получится 1953 Вт, т. е. чуть меньше 2 кВт. Однако из этой внушительной мощности даже самые совершенные сегодня ветряные электростанции (ВЭС) способны преобразовывать в электрическую энергию лишь сравнительно небольшую долю.

Наибольшие потери связаны с завихрениями воздушного потока в турбине и огибанием лопастей ветряка. Они учитываются коэффициентом преобразования ветровой энергии ?, не превышающим в современных установках 0,4 – 0,5. Учитывая коэффициенты полезного действия редуктора и генератора, принимаем их равными соответственно 0,9 и 0,85. И вычисленное по уточнённой формуле значение выходной мощности той же энергоустановки:

P = ? • ?•R2 • V3 • ? • КПД ред • КПД ген = 0,45 • 12,5 • 125 • 1,25 • 0,9 • 0,85 = 672 Вт,

что составляет примерно треть от всей задействованной энергии ветра. В настоящее время суммарный КПД существующих ветрогенераторов не превышает 40%.
Этот примерный расчет ветрогенератора показывает, что получается не так уж много энергии на выходе, особенно в сравнении с современными портативными дизельными электростанциями.

А что на практике?

Хорошим примером выгодного использования энергии ветра будет рассмотрение параметров реально производящейся компанией Wind Electric и успешно применяющейся на практике модели ВЭС WE3000. Обладая ротором диаметром 4,5 м, при номинальной скорости ветра 10 м/с она вырабатывает 3 кВт, а максимальная мощность ветрогенератора – 5,1 кВт. Для запуска генератора необходим ветер со скоростью не менее 2 м/с.

Подобная установка вполне может обеспечить электричеством небольшой коттедж, хотя далеко не всегда и не везде можно рассчитывать на достаточно ветренную погоду.

Сколько стоит ветряная электроэнергия?

Цену вырабатываемого установкой ВЭС электричества в каждом конкретном случае довольно просто рассчитать по следующей формуле:

Ц = (Ст + РЭ • Т) / (Р • Т),

Ст – стоимость покупки и установки электростанции,
РЭ – ежегодные расходы по эксплуатации,
Р – энергия, вырабатываемая за год (кВт•час/год),
Т – срок эксплуатации ВЭС в годах (как правило – 20 лет).

Какая всё-таки нужна мощность?

Прежде чем покупать ветряную электростанцию, следует полностью определиться с величиной пиковой суммарной мощности, потребляемой всей бытовой техникой, приборами и электроустановками в доме, всем, что может быть включено в сеть одновременно. И тут очень важно, будет ли ВЭС использоваться как дополнительный или резервный источник энергии, либо вы желаете перевести ваше хозяйство на полностью автономное электроснабжение.

В первом случае надо всего лишь знать тот минимум потребления энергии, который необходим в случае отключения внешнего электроснабжения, и покупать установку соответствующей мощности.
Для полной энергетической автономности приходится приобретать ветрогенераторы повышенной мощности, которые могут обеспечить общее потребление всей домашней техники. Конечно, это недёшево, но зато вам больше не понадобится покупать электроэнергию на стороне.

Где расположить ветрогенераторную станцию?

Конечно, лучше всего предоставить выбор места расположения ВЭС специалистам. Но существуют 3 основных правила, которых стоит придерживаться:

• Исключить завихрения воздушного потока вблизи турбины. Высота расположения ветряной турбины на мачте должна превосходить на 10 м все высотные объекты в пределах 100 м вокруг. Это касается, например, и столбов, и проводов ЛЭП.
• Использовать природные преимущества рельефа местности. Дело в том, что ущелья и каньоны являются естественными аэродинамическими трубами и в местах их сужения скорость ветра существенно возрастает.
• Располагать ВЭС на максимально открытых участках, таких как поле, побережье водоёма или вершина холма.

Размер и количество лопастей ветряков

Расчет лопастей ветрогенератора в общем случае сводится к простой зависимости, которую надо усвоить, — чем больше лопастей в турбине, тем меньше её диаметр, необходимый для выработки заданной мощности.

Комбинирование источников энергии

В местности, где ветер часто меняет направление и силу в зависимости от сезонных колебаний или ещё по каким-то причинам, наиболее надёжным вариантом автономного электроснабжения будет сочетание двух различных источников энергии. Чтобы исключить перебои с электричеством, рационально параллельно ВЭС использовать солнечные батареи или тривиальный дизель-генератор.

Дом, питаемый ветрами – расчёт ветрогенератора
По мере того как растут потребительские цены на электроэнергию, а также на газ, бензин и дизельное топливо, владельцы собственных домов всё чаще обращают свой

Источник: energorus.com