1.5. Особливості розрахунку ефективності роботи веу.

Ефективність роботи ВЕУ полягає в тому, що використання енергії вітру в порівнані з іншими видами енергії зменшує кількість викидів шкідливих речовин в атмосферу, зменшує негативний вплив на флору і фауну, поліпшує працездатність населення та знижує рівень захворюванності, приводить до суттєвої економії традиційних джерел енергії, зменшує втрати електроенергії при використані локальних джерел енергії.

Особливості розрахунку ефективності роботи ВЕУ пов'язані з ймовірним характером змінення джерела енергії (вітрового потоку і отримуємої потужності). На рис.1.5.1 показана типова енергетична характеристика ВЕУ [2]. Потужність N вітрового потоку, яка може бути визначеною за формулою:

(1.5.1)

де ρ – густина повітря; V – швидкість набігаючого вітрового потоку; S – площа вітроколеса, яка ометається; C_p-коефіцієнт використання енергії вітру.

Рис.1.5.1. Типова енергетична характеристика ВЕУ

Функція потужності N(V), яка визначається за формулою (1.5.1) показана на рис.1.5.1 за допомогою кривої 1.Але в дійсності енергетична характеристика ВЕУ буде визначена за допомогою кривої 2,оскільки при швидкості вітру нижче мінімальної робочої швидкості V_min установка не працює. Як правило, V_min обирають рівною 0,5V_ном. Номінальна швидкість V_ном., при якій створюється установлена (розрахункова) потужність, вибирається більшою відносно швидкості V_г генератора, на яку проектується ВЕУ. З рис. 1.5.1 видно, що при високих швидкостях вітру збільшення енергії вітру використовується не повністю, внаслідок того, що реальна енергетична характеристика має пологу форму. Одним із основних критеріїв ефективності ВЕУ являється коефіцієнт K використання установленої потужності вітродвигуна, який визначається за формулою:

, (1.5.2)

де N_y, N_ср –установлена(номінальна) та середня потужності вітродвигуна за період часу T;

Дані досліду використання ВЕУ показують, що коефіцієнт K використання встановленої потужності приблизно 0,35. Багаторічний досвід роботи ВЕУ пропелерного типу в США та Данії показує, що вони працюють в середньому 4–6 годин на добу.

Як показує практика ,джерела енергії, що відновлюються, не володіють необхідною постійністю потужності, яка знімається і потребують для стабільної роботи підключення акумуляторних пристроїв. Розрахунки показують, що оснащення ВЕУ потужністю близько 1МВт системою акумулювання енергії збільшує вартість енергії, що виробляється на 50%.

Найбільш доцільне створення комбінаційних систем , які використовують енергію джерел, що здатні відновлюватися, з іншими традиційними енергоносіями. Це дозволяє забезпечити баланс створеної і використаної потужностей за рахунок одночасності процесів виробництва, розподілення та використання енергії.

На рис. 1.5.2 приведена принципова схема енерговиробництва, яка включає: ВЕУ, сонячну та теплову електростанції, які підключені до енергомережі та до акумуляторних батарей [2].

Схема містить фотоелектричні 1 та термоелектричні 2 перетворювачі, які підключаються на паралельну роботу з метою вирівнювання потужності, що виробляється в різні періоди року.

Тепловий насос 4 може працювати як в режимі навантаження так і в режимі термоелектричного генератора. В схемі можливе отримання енергії і з органічних відходів.

Приведена на рис. 1.5.2 схема енерговиробництва дозволяє зменшити ємність акумулюючих пристроїв і підвищити економічну ефективність використання в них вітроенергетичних установок, а споживачу отримувати електроенергію як від мережі за неблагополучний термін, так і використовувати нетрадиційні джерела електровиробництва.

Рис.1.5.2 .Принципова схема енерговиробництва:

1–фотоелектричний перетворювач; 2–термоперетворювач; 3–ВЕУ; 4–тепловий насос; 5–акумуляторна батарея; 6–перетворювач постійної напруги в зміну; 7–ВЕУ з генератором змінного струму; 8,9,10,11–навантаження; A,B,C,D–фази електричної мережі; U–напруга постійного струму.

Але при застосуванні таких комплексів необхідна попередня оцінка, наприклад, протягом року погодинних електричних та теплових навантажень (опалення, обігрів теплиць, електрозабеспечення), швидкості вітру, температурних перепадів.

При всіх проробках економічної ефективності застосування вітроенергетичних пристроїв необхідно враховувати, що масштаб використання енергії вітру залежить в значній степені від вартості ВЕУ та від собівартості енергії, що виробляється за допомогою ВЕУ з врахуванням забезпечення всіх вимог до якості та надійності енергозабезпечення, які пред’являються споживачами та енергосистемами.

Світова практика показує, що капітальні витрати на дослідну розробку ВЕУ з потужністю 100 кВт можуть скласти приблизно 5 тис. доларів на 1кВт встановленої потужності. Для покупців ВЕУ малої потужності оптимальна ціна не повинна перевищувати 500 доларів за 1кВт.

Вартість енергії, яка виробляється за допомогою ВЕУ в США з потужністю 1МВт, яка працює при середній швидкості вітру 6,7м/с, складає приблизно 3 цент/кВт г, а з системою акумулювання енергії, що виробляється, збільшується до 3,8 цент/кВт г. Відповідно до підрахунків «Крименерго» собівартість електроенергії на кримських вітрових електростанціях складає менш, ніж 3,0 цента за кіловат-годину. Це нижче існуючих тарифів на виробництво електроенергії.