2.4 Вопросы для самоконтроля знаний

2.4.1 Особенности поперечно-струйной гидротурбины. Область применения.

2.4.2 Определение деривации, безнапорного и напорного участков водовода.

2.4.3 Способы регулирования мощности гидротурбин.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3

Расчет ветроэлектростанции с горизонтальной осью колеса.

Цель занятия: изучение особенностей использования энергии ветра для выработки электрической энергии и методики расчёта ветроэлектростанций с горизонтальной осью колеса.

3.1 Краткие теоретические сведения

Использование ветроустановок для производства электроэнергии является наиболее эффективным способом утилизации энергии ветра. При создании ветроэлектрических установок учитывают следующие особенности:

- для обеспечения максимальной эффективности работы ветроустановки следует изменять частоту вращения при изменении скорости ветра, сохраняя постоянным коэффициент быстроходности;

- для максимально эффективной работы электрогенератора необходима постоянная частота его вращения;

- механические системы управления частотой вращения ветроколеса сложнее и дороже, чем управление изменением электрической нагрузки электрогенератора;

- оптимальная частота вращения ветроколеса тем меньше, чем больше его радиус, поэтому только очень малые ветроколеса (радиусом не более 2 м) удается соединять с генератором напрямую. При больших размерах ветроколеса приходится использовать повышающие редукторы.

Ветроустановки в силу конструктивных особенностей не полно­стью используют потенциальную энергию ветра. Часть энергии теря­ется за счет инерции покоя ветроколеса, часть – за счет режима регу­лирования и часть – за счет вывода ветроколеса из-под ветра. На рисунке 3.1 показана зависимость мощности, развиваемой ветроустановкой, от скорости ветра. На рисунке 3.2 показан пример схемы ветроэнергетической системы

Рисунок 3.1 Зависимость мощности ветроустановки от скорости ветра

Рисунок 3.2 Схема ветроэнергетической системы

острова Фэйр (Шотландия).

Для стандартных условий по давлению и температуре воздуха мощность, которую способна вырабатывать ВЭУ в зависимости от расчетной скорости ветра и диаметра ветроколеса, приведена в таблице 4.1. Анализ данных показывает, что для маломощной ВЭУ мощностью до 10 кВт при υ_p= 8 м/с требуется ветроколесо диаметром не менее 12 м, мощностью 100 кВт – 25 м.

Таблица 3.1 Зависимость мощности ВЭУ [кВт] от диаметра ветроколеса при скорости ветра 6 м/с, 8 м/с и 10 м/с

Расчетная скорость ветра, м/с	Диаметр ветроколеса, м
	5	10	20	50	100
6	0,85	3,5	14	85	340
8	2	8	32	200	800
10	4	16	64	400	1600

3.2 Методика расчёта

Мощность, вырабатываемая ветроколесом:

, Вт (3.1)

где υ – скорость ветра, м/с; ξ – коэффициент использования энергии ветра (для быстроходных ветроколёс ξ =0,45..0,48, для тихоходных ξ =0,35..0,38);D– диаметр ветроколеса, м; ρ – плотность воздуха, кг/м³.

Номинальная быстроходность ветроколеса:

, (3.2)

где n_л- число лопастей;

Угловая скорость ветроколеса, с^-1:

, (3.3)

где R– радиус ветроколеса, м