Факторы, влияющие на выработку электроэнергии ветроустановки

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 311. 24
Р. А. Дайчман
ассистент,
кафедра «Электроснабжение промышленных
предприятий», ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет»
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫРАБОТКУ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ВЕТРОУСТАНОВКОЙ
Аннотация. На образование ветра, на его скорость и направление влияет множество факторов, среди которых воздействия неровностей и шероховатостей, воздействие рельефа, воздействие открытости и строений, динамические воздействия и гравитационные волны. Приведены расчеты, позволяющие учитывать факторы, влияющие на выработку электроэнергии ветроустановкой.
Ключевые слова: ветроэнергетика, порывы ветра, вертикальный профиль скорости ветра, колебания скоростей ветра, моделирование порывов ветра, мощность ветроэнергетической установки.
R.A. Dajchman, Omsk State Technical University
THE FACTORS INFLUENCING POWER GENERATION OF THE WIND TURBINE
Abstract. Formation of a wind its speed and to the direction is influenced by a set of factors, among which influences of roughnesses and roughnesses, influence of a relief, influence of openness and structures, dynamic influences and gravitational waves. The calculations allowing to consider factors influencing power generation by the wind turbine are given.
Keywords: wind power, wind gusts, vertical wind speed profile, fluctuations of wind speeds, modeling of wind gusts, power of the wind power plant.
Ветер — движение воздуха по отношению к обдуваемой поверхности [1]. Общая кинетическая энергия ветров оценивается величиной порядка 0,71 021 Дж. Запасы энергии ветра примерно в сто раз превышают запасы гидроэнергии [2].
Причиной образования ветра является солнце. Воздух, нагреваясь под лучами солнца, поднимается вверх, так как вследствии нагревания его вес становиться меньше, в другом же месте, наоборот, происходит охлаждение воздушной массы и, как следствие, движение ее вниз, ближе к поверхности. Последовательность этих процессов во времени и пространстве приводит к образованию атмосферной циркуляции.
На скорость и направление ветра влияет множество факторов, среди которых воздействие неровностей и шероховатостей, воздействие рельефа, воздействие открытости и строений, динамические воздействия и гравитационные волны. Вследствие чего характерной особенностью ветра является непостоянство значений скорости и направлений.
Кинетическая энергия воздушных масс изменяется в больших приделах даже в относительно небольшие промежутки времени, что порождает колебания ветрового фона местности и затрудняет оценку ее возобновляемого потенциала. Для оценки ветроэнергетического потенциала какой-либо местности необходимы данные о скорости ветра на различных высотах, ввиду того, что оси современных ветроэнергетических установок могут находиться на различной высоте от поверхности земли и соответственно вырабатывать различное количество энергии.
В связи с этим появляется задача определения распределения скоростей ветра для заданной местности и заданной высоты над поверхностью земли по измеренным значениям скорости ветра на высоте метеостанции. Для оценки эффективности использования ветрового потока необходимо определение вертикального профиля скоростей ветра.
Теоретические исследования обтекания плоской, ровной поверхности стационарным потоком дает следующую зависимость скорости потока на высоте h от поверхности земли [3]:
v = а • (ln (h) — ln (h"p)),
где a — постоянная, определяющая общую интенсивность потока-
hnp — величина, определяющая масштаб неровностей поверхности. Эта формула используется при соблюдении следующего неравенства h& gt->-hnp, то есть для строительства ветроэнергетических установок предпочтительной является местность с отсутствием прилежащих строений, холмов, высоких деревьев.
На высоте 50−100 метров средняя скорость ветра возрастает почти в 1,5 раза, следовательно, ветроустановки одинаковой мощности на разной высоте будут производить разное количество электроэнергии.
При исследовании режимов работы ветроустановки считают, что скорость ветра имеет какую-то среднюю величину на определенном отрезке времени. Но из опыта функционирования ветроустановок известно, что это не совсем так, поскольку периодически возникают кратковременные резкие изменения скорости и направления ветра — порывы.
Порывы ветра существенно влияют на работу ветроэнергетической установки, поэтому при анализе работы ветроустановки рекомендуется применять моделирование порывов ветра как гармоническую функцию. Данный подход основан на том, что переменную составляющую скорости ветра представляют как сумму гармонических составляющих. При этом исследование работы ветроустановки производят для каждой гармонической составляющей отдельно.
Текущее значение скорости ветра в функции времени при каждом подходе представляется выражением:
V (/) = vCp (0 + X 1/пор, xsin (w xt^
где vcp (t) — медленно меняющееся среднее значение скорости ветра, м/с- vnopi — амплитуда i-й составляющей скорости порыва ветра, м/с- Wk? — частота i-й гармонической составляющей скорости порыва ветра- t — период исследуемого промежутка времени, с. Амплитуда порывов ветра определяется из соотношения:
V = V — V
пор max ср
где vmax — максимальная скорость ветра, м/с-
vcp — среднее значение скорости ветра, м/с.
Максимальная скорость ветра, находится из эмпирического выражения:
v = 7,2 + 1,2v ,
max '- '- р'-
где vp — расчетная скорость ветра для конкретной ветроустановки.
Частота колебаний отдельных гармонических составляющих скорости в порыве ветра:
W =PX Nnp ,
где Nnp — число порывов в 1 с, порывов/с, находится из эмпирического выражения-
где vcp — среднее значение скорости ветра, м/с.
В итоге текущее значение ветра определяться как:
v = v cp + ((7,2 + 1,2v p) — v cp) x sin (p x 0,0038 x vcp2'-2*),
где vcp — среднее значение скорости ветра, м/с-
vp — расчетная скорость ветра для конкретной ветроустановки.
Это позволяет оценить влияние различных колебаний скоростей ветра на диапазон вырабатываемой мощности при исследовании разных промежутков времени [4]. Все это оказывает дестабилизирующее влияние на мощность, развиваемую ветроэнергетической установкой.
Для повышения эффективности использования ветровой энергии необходимо, чтобы скорости ветра различных градаций скорости были равномерно распределены на протяжении
N = 0,0038 X v221
np & gt- cp
всего периода использования, а вероятности резкого увеличения скорости ветра были минимальны [5- 6]. Что соответственно сужает регион экономически эффективного применения вет-роустановок.
Также способом освободиться от влияний пульсаций ветра является применение так называемых концентраторов и диффузоров ветрового потока, стабилизирующих скорость и удельный расход воздушных масс, что позволяет вырабатывать большую мощность при тех же скоростях набегающего потока.
Список литературы:
1. Ветер // Научно-технический энциклопедический словарь [Электронный ресурс]. -иКЬ: http: //dic. academic. ru/dic. nsf/ntes/719 (дата обращения: 25. 09. 2015).
2. Городов, Р. В. Нетрадиционные и возобновляемый источники энергии: учебное пособие / Р. В, Городов, В. Е. Губин, А. С. Матвеев. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. — 294 с.
3. Бобров, А. В. Ветродизельные комплексы в децентрализованном электроснабжении [Текст]: монография / А. В. Бобров, В.А. Тремясов- Сиб. федер. ун-т, Политехн. ин-т. — Красноярск, 2012. — 212 с.
4. Безруких, П. П. Ветроэнергетика: справочное и методическое пособие. — М.: Энерги-ия, 2010. — 320 с.
5. Бастрон, А.В. К вопросу использования ветроэнергетических установок в АПК Красноярского края, республик Хакасия и Тыва / А. В. Бастрон, Н. Б. Михеева, А. В. Чебодаев // Вестник КрасГАУ. — 2010. — № 4. — С. 262−269.
6. Технико-экономическая оценка возможности использования возобновляемых источников энергии на территории Красноярского края в разрезе муниципальных образований края: отчет о НИР, т. 2 / ФГАОУ ВПО СФУ- рук. Е.А. Бойко- исполн.: В. Н. Тимофеев [и др.]. -Красноярск, 2013. — 351 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой