EnergoRus.com
Информационно-новостной портал о возобновляемых источниках энергии и новейших технологиях в России и Мире.

Дом, питаемый ветрами – расчёт ветрогенератора


Дом, питаемый ветрами – расчёт ветрогенератораПо 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?

Дом, питаемый ветрами – расчёт ветрогенератора

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.





Оставить комментарий

Вы должны быть Войти, чтобы оставлять комментарии.