Общие сведения о ветроэнергетике
Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра — кинетической энергии воздушных масс в атмосфере.
Преобразование кинетической энергии ветра в электрическую происходит с помощью ветроэнергетических установок (ВЭУ).
Все существующие ВЭУ преобразуют энергию ветра в механическую энергию с помощью ветроприемного устройства (ВПУ).
По отношению ВПУ к направлению воздушного потока ВЭУ разделяются на горизонтально-осевые и вертикально-осевые (рис.9.1).
Рис.9.1. Ветроэнергетическая установка: а - горизонтально-осевая; б –вертикально-осевая
Главным элементом устройства являются лопасти, которые придают ВПУ вращающий момент при воздействии на них воздушного потока. Поэтому эффективность любого ВПУ будет сильно зависеть от количества лопастей, а так же от их формы.
Существуют два основных параметра эффективности ВПУ:
· Ср- коэффициент использования энергии ветра - отношение мощности, развиваемой ветряным двигателем, к мощности воздушного потока, воздействующего на наветренную поверхность ВПУ. В ветроэнергетике вместо К.П.Д. используется Ср. По расчетам ученых максимально возможный Ср - 0,593 (Предел Бетца).
|
|
· - быстроходность - отношение окружной скорости лопастей к фактической скорости ветра. Чем выше значение , тем эффективнее работает ВЭУ.
Эффективность различныхветроприемных устройств
Ротор Савониуса - (Savonius) – рис.9.2.Эти ВПУ являются самыми тихоходными, и как следствие имеют низкий Ср=0,20. Достоинства: низкий уровень шума, небольшая занимаемая площадь, отличная работа на малых ветрах (3-5 м/сек) и поскольку этот ротор с вертикальной осью вращения то он не нуждается в устройствах ориентирования по ветру, что сильно упрощает конструкцию. Ротор Савониуса - это два смещенных относительно друг друга полуцилиндра с небольшим (10-15% от диаметра лопасти)
перекрытием.
Рис. 9.2. Внешний вид РотораСавониуса
Американская многолопастная турбина (Аmerican multiblade) – рис. 9.3. Это ВПУ более эффективно чем "Савониус", так же хорошо работает на малых ветрах, но требует наличия флюгера для ориентирования на ветер и защиты от очень сильных ветров. Эта ВЭУ так же является тихоходной, по причине большого количества лопастей, поэтому Ср=0,30.
Рис. 9.3. Внешний вид американской многолопастной турбины
Ротор Дарье (Darrieus) – рис. 9.4. Это ВПУ может работать на достаточно высоких оборотах и совмещает в себе почти все преимущества ВЭУ с вертикальной осью вращения. Есть у него и свои недостатки, и главный из них, это проблемы с автозапуском, для того чтобы ротор начал вращение его нужно предварительно "разогнать". Хотя есть уже современные разработки способные самостоятельно стартовать при наличии ветра.
|
|
Рис. 9.4. Внешний вид ротора Дарье
Высокоскоростной пропеллер (High speed propeller) - рис. 9.5. Это самые высоко технологические ВЭУ. Аэродинамический профиль лопастей снижает сопротивление воздуха, благодаря чему удалось добиться высокой эффективности. Умная электроника таких установок направляет пропеллер навстречу ветру, а так же регулирует угол атаки лопастей (для защиты от ураганных ветров). В настоящее время в большой энергетике используют только такиеВЭУ. К сожалению для нормальной работы высокоскоростной турбины необходим ветер от 7 до 12 м/сек, поэтому работать она может далеко не в каждой местности.
Рис. 9.5. Внешний вид горизонтально-осевой ВЭУпропеллерного типа
Зависимость коэффициента использования энергии ветра от быстроходности приведена на рис. 9.6.