Номинальная мощность ветрогенератора это

Выработка энергии за месяц, год — это основной параметр ветроустановки, который должен быть согласован с известной или проектной энергией, потребляемой нагрузками за тот же промежуток времени. К сожалению, достаточно часто этот параметр подается как второстепенный или даже не указывается. Он зависит от средней скорости ветра в месте работы ветроустановки, размера ВЭУ (ометаемой площади, диаметра ветротурбины) и конструктивного совершенства ВЭУ. Если считать что ВЭУ выполнена грамотно и на современном уровне, то рассчитать ожидаемую выработку энергии можно на нашем ветрокалькуляторе.

Размер ВЭУ — обычно указывается диаметр ветротурбины. Ометаемая площадь ветротурбины пропорциональна квадрату ее диаметра, а номинальная мощность и выработка энергии ветроустановкой пропорциональна площади ветроприемного устройства. Таким образом, если диаметры ветроустановок различаются, например в 1.5 раза, их энергетические возможности различаются в раза.

Номинальная мощность — мощность развиваемая ветроустановкой при выбранной расчетной скорости. Этот параметр часто ошибочно принимается основным при выборе и сравнении различных ВЭУ между собой. На самом деле он не настолько важен, так как, практически никогда нагрузка не подключается к ВЭУ напрямую. Важна мощность преобразователя, который берет энергию от ВЭУ и аккумуляторной батареи. Реальная мощность ВЭУ не равна номинальной, а изменяется в зависимости от текущей скорости ветра. Номинальная мощность ветроустановки пропорциональна квадрату диаметра ветротурбины и кубу. выбранной расчетной скорости. Таким образом, сравнивать ВЭУ по номинальной мощности корректно только при равных расчетных скоростях ветра, а еще лучше сравнивать их по диаметру и выработке энергии. Ведь установка с заявленной мощностью 1 кВт при расчетной скорости 12 м/с даст максимум 0.4 кВт при 9 м/с, хотя, на первый взляд может показаться более выгодной чем ВЭУ 0.5 кВт при 9 м/с. Особенно при приблизительно равной цене.

Расчетная скорость ветра — (см. выше) скорость ветра, при которой ветроустановка достигает номинальной мощности. Обычно при превышении расчетной скорости ветра начинает работать система регулирования, которая ограничивает дальнейший рост оборотов и мошности.

Стартовая скорость ветра — скорость ветра при которой ветроустановка начинает вращаться и заряжать аккумуляторы. Обычно находится в диапазоне 2.5-3.5 м/с. Может быть выше машин с узкими жестко установленными лопастями. Завышенная стартовая скорость приводит к снижению суммарной выработки энергии из=за частых простоев.

Максимальная эксплуатационная скорость ветра — скорость ветра, которая может привести к разрушению не остановленной ветроустановки. Для стационарной ветроустановки должна быть не менее 45-50 м/с. Иначе ее эксплуатация становится достаточно опасной.

Способ регулирования — мощность потока пропорциональна кубу скорости ветра. Например, если мощность потока проходящего через турбину киловаттной ВЭУ при расчетной скорости ветра 9 м/с равна, приблизительно 2.5 кВт, то, при скорости 45 м/c его мощность составит Поэтому регулирование ветротурбины является очень важной и непростой задачей. Существуют ветроустановки без регулирования. Это, в основном, очень небольшие машины диаметром до 1.5 — 2 м. Более крупные нерегулируемые машины ради простоты конструкции жертвуют своей надежностью и/или эффективностью. Наиболее эффективный способ регулирования — изменение угла установки лопастей (шага турбины). В этом можно убедиться рассмотрев способ регулированя всех больших ВЭУ, используемых для промышленной выработки энергии. Компромиссным вариантом являются системы с выводом ветротурбины из под ветра. Они проще реализуются, но имеют и ряд существенных недостатков.

Высота мачты — часто для снижения общей стоимости комплекта ВЭУ предлагаются очень низкие мачты. Такая экономия может оказаться слишком дорогой, так как скорость и равномерность ветрового потока сильно зависит от высоты. В среднем, если принять скорость потока на высоте 10 м за 1, то на других высотах его скорость составит (5м — 0.87; 10м — 1; 15м — 1.08; 20м — 1.15; 25 — 1.20). А если учесть кубическую зависимость, то энергетика распределится (5м — 0.66; 10м — 1; 15м — 1.28; 20м — 1.52; 25 — 1.73). Таким образом ода и та же ветроустановка на мачте 20 м по сравнению с 5 м даст энергии в 1.52/0.66 = 2.3 раза больше. Кроме того, ветроустановка на более высокой мачте создает меньше шума.

Привод генератора — практически все ветроустановки сейчас имеют прямой привод генератора. Но встречаются и ветроустановки с мультипликатором. Они принципиально не могут иметь хорошего ресурса. Для сравнения можно пересчитать ресурс автомобильной коробки передач из пробега в часы. Исключение составляют лишь ряд больших вектроустановок, на которых производится регулярное техобслуживание с полной заменой масла не реже 1 раза в месяц.

Схема ветроустановки — существует огормное количество вариантов реализации нескольких принципиальных схем ВЭУ. Но эффективнее классической трехлопастной ВЭУ с горизонтальной осью и прямым приводом генератора ничего нет и не будет. Тема сложная и большая. В качестве простого аргумента можно привести те же большие реально работающие ветроустановки.

Источник

Правильный расчет ветрогенератора: что нужно учитывать при подсчете мощности ветроколеса?

Обновлено: 9 января 2021

Важный нюанс при покупке ветряка

Прежде чем приобрести или изготовить ветрогенератор, необходимо определиться с его мощностью, собственной потребностью в энергии и прочих параметрах устройства. Это принципиально важно при покупке ветряка, так как цены настолько велики, что приходится покупать устройство, которое пользователь сможет осилить по финансам. В некоторых случаях возможности оказываются настолько низкими, что приобретение уже не имеет смысла.

Расчет мощности ветрогенератора

Самостоятельное изготовление ветряка также нуждается в предварительном расчете. Никому не хочется потратить время и материалы на изготовление неведомо чего, хочется иметь представление о возможностях и предполагаемой мощности установки заранее. Практика показывает, что ожидания и реальность между собой соотносятся слабо, установки, созданные на основе приблизительных прикидок или предположений, не подкрепленных точным расчетами, выдают слабые результаты.

Произвести точный расчет с учетом всех факторов, воздействующих на ветряк, достаточно сложно. Для неподготовленных в теоретическом отношении мастеров такой расчет слишком сложен, он требует обладания множеством данных, недоступных без специальных измерений или расчетов.

Поэтому обычно используются упрощенные способы расчетов, дающие достаточно близкие к истине результаты и не требующие использования большого количества данных.

Как произвести?

Для расчета ветрогенератора надо произвести следующие действия:

определить потребность дома в электроэнергии. Для этого необходимо подсчитать суммарную мощность всех приборов, аппаратуры, освещения и прочих потребителей. Полученная сумма покажет величину энергии, необходимой для питания дома
полученное значение необходимо увеличить на 15-20 %, чтобы иметь некоторый запас мощности на всякий случай. В том, что этот запас нужен, сомневаться не следует. Наоборот, он может оказаться недостаточным, хотя, чаще всего, энергия будет использоваться не полностью
зная необходимую мощность, можно прикинуть, какой генератор может быть использован или изготовлен для решения поставленных задач. От возможностей генератора зависит конечный результат использования ветряка, если они не удовлетворяют потребностям дома, то придется либо менять устройство, либо строить дополнительный комплект
расчет ветроколеса. Собственно, этот момент и является самым сложным и спорным во всей процедуре. Используются формулы определения мощности потока

Для примера рассмотрим расчет простого варианта. Формула выглядит следующим образом:

Где P — мощность потока.

K — коэффициент использования энергии ветра (величина, по своей сути близкая к КПД) принимается в пределах 0,2-0,5.

R — плотность воздуха. Имеет разные значения, для простоты примем равную 1,2 кг/м 3 .

V — скорость ветра.

S — площадь покрытия ветроколеса (покрываемая вращающимися лопастями).

Считаем: при радиусе ветроколеса 1 м и скорости ветра 4 м/с

P = 0,3 × 1,2 × 64 × 1,57= 36,2 Вт

Результат показывает, что мощность потока равняется 36 Вт. Этого очень мало, но и метровая крыльчатка слишком мала. На практике используются ветроколеса с размахом лопастей от 3-4 метров, иначе производительность будет слишком низкой.

Что нужно учитывать?

При расчете ветряка следует учитывать особенности конструкции ротора. Существуют крыльчатки с вертикальным и горизонтальным типом вращения, имеющие разную эффективность и производительность. Наиболее эффективными считаются горизонтальные конструкции, но они имеют потребности в высоких точках установки.

Сооружение мачты может обойтись в большую сумму денег и значительные вложения труда. Кроме того, обслуживание ветряка, расположенного на высоте около 10 м над поверхностью земли чрезвычайно сложно и опасно.

Не менее важным будет обеспечение достаточной мощности крыльчатки для вращения ротора генератора. Устройства с тугими роторами, позволяющие получать хороший выход энергии, требуют немалой мощности на валу, что может обеспечить только крыльчатка с большой площадью и диаметром лопастей.

Не менее важным моментом являются параметры источника вращения — ветра. Перед производством расчетов следует как можно подробнее узнать о силе и преобладающих направлениях ветра в данной местности. Учесть возможность ураганов или шквалистых порывов, узнать, с какой частотой они могут возникать. Неожиданное возрастание скорости потока опасно разрушением ветряка и выводом из строя преобразующей электроники.

Реальная мощность самодельного ветрогенератора

Особенностью самодельных устройств является использование подручных материалов и устройств. В таких условиях обеспечить полноценное соответствие проектным данным не всегда удается. При этом, разница в расчетных и реальных показателях может оказаться как отрицательной, так и положительной.

Величины, определяющие возможности комплекта, это мощность ветроколеса и генератора. Насколько они будут соответствовать друг другу, такая и общая мощность ветрогенератора будет получена в результате.

Например, если генератору для номинальной производительности требуется скорость вращения в 2000 об/мин, то никакое ветроколесо не сможет обеспечить нужные значения.

Поэтому прежде всего следует подбирать тихоходные образцы генераторов, способные на выработку больших количеств энергии при низких скоростях вращения. Для этого модернизируются готовые устройства (например, устанавливаются неодимовые магниты на ротор автомобильных генераторов), изготавливаются собственные конструкции на базе тех же неодимовых магнитов с заранее подсчитанной мощностью и производительностью.

Расчет параметров ветроколеса

Расчет ветроколеса имеет важное значение при создании ветрогенератора. Именно крыльчатка принимает на себя поток ветра, передает его энергию в виде вращательного движения на ротор генератора. Для расчета потребуется, прежде всего, знание параметров генератора — мощность, номинальная скорость вращения ротора и т.д.

Следует учитывать, что увеличение количества лопастей снижает скорость вращения, но увеличивает мощность вращательного движения. Соответственно, малое число лопастей надо применять на быстроходных генераторах, а большое количество —торах, нуждающихся в большом усилии вращения.

Формула быстроходности ветроколеса выглядит следующим образом:

Где Z — искомая величина (быстроходность),

L — длина окружности, описываемой лопастями.

W — частота (скорость) вращения крыльчатки.

V — скорость ветра.

Специалисты рекомендуют для самостоятельного изготовления выбирать многолопастные образцы с количеством лопастей от 5 штук. Они не требовательны к балансировке, имеют более стабильную аэродинамику и более активно принимают на себя энергию воздушного потока.

Сколько экономии энергии дает ветряк?

Величина экономии, полученной от использования ветрогенератора, рассчитывается по собственным данным. Она складывается, с одной стороны из расходов на приобретение и сборку ветряка или его деталей, расходов на обслуживание комплекта. С другой стороны, учитывается стоимость сетевой электроэнергии в данном регионе, либо цена подключения и прочие расходы, связанные с этим.

Разница полученных величин и будет являться величиной экономии. Необходимо учесть также отсутствие возможности для подключения в некоторых районах, когда ветрогенератор становится единственным доступным вариантом. В таких случаях разговор об экономии становится неуместным.

Сколько электроэнергии вырабатывает?

Количество вырабатываемой энергии зависит от параметров крыльчатки и собственно генератора. Максимально возможным количеством следует считать номинальные данные генератора, уменьшенные на величину КИЭВ крыльчатки. На практике показатели намного ниже, так как в получении результата большое значение имеет скорость ветра, которую невозможно заранее предсказать.

Кроме того, имеются различные тонкие эффекты, в сумме оказывающие заметное влияние на конечную производительность ветряка. Принципиально важными значениями являются диаметр крыльчатки и скорость ветра, от них напрямую зависит количество полученной энергии.

Минимальная скорость ветра для ветряка

Минимальная скорость ветра — в данном случае это величина, при которой лопасти ветряка начинают вращаться. Это значение показывает степень чувствительности крыльчатки, но на конечный результат влияет слабо. Генератор имеет собственные потребности, для него само по себе вращение еще не решает все вопросы.

Требуется определенная скорость и стабильность движения, отсутствие резких рывков. Рассматривать минимальную скорость вращения следует только с позиций общей эффективности рабочего колеса, позволяющей оценивать его способность обеспечить выработку энергии на слабых потоках.

Источник

Расчет мощности ветрогенератора для дома или дачи

Для расчета номинальной мощности ветрогенератора для организации электроснабжения частного дома или загородной недвижимости предлагаем воспользоваться следующими принципами

Для выбора ветрогенерирующей электроустановки требуется как можно более точно определить наиболее постоянное направление и среднюю скорость ветра в месте предполагаемого монтажа оборудования. При этом необходимо понимать, что лопасти ветрогенератора начинают вращение при скорости ветра от 2 м/с. Наиболее максимальный коэффициент полезного действия (КПД) установки достигается при скорости ветра 9 – 12 м/с.

Для обеспечения электроэнергией небольшого загородного дома необходим генератор с номинальной мощностью не менее 1 кВт час, вырабатываемых при скорости ветра порядка 8 м/c.

Мощность ветрогенерирующей электроустановки во многом зависит от скорости ветра и диаметра рабочего винта.

Для расчета эксплуатационных характеристик ветряка для небольшого загородного дома можно воспользоваться следующими формулами:

1.Рассчет ветрогенератора по площади вращения

P = 0,6*S*V 3 ,

S — Площадь (м 2 ), перпендикулярная относительно направления ветра;

V — Скорость ветра (метров в секунду).

P – Мощность генератора, кВт

2.Рассчет ветрогенератора по диаметру винта

Р = D 2 *V 3 /7000,

D — Диаметр винта (метров);

V – Скорость ветра (метров в секунду).

P – Мощность генератора, кВт

3.Более сложный расчет с учетом плотности воздушного потока

Более точный расчет можно сделать по следующей формуле:

P = ξ • π • R2 • 0,5 • V3 • ρ • ηред • ηген

ξ — коэффициент использования энергии ветра (в номинальном режиме для быстроходных ветряков достигает максимум ξmax = 0,4 ÷ 0,5), безмерная величина

R — радиус ротора, единица измерения — м

V — скорость воздушного потока, единица измерения — м / с

ρ — плотность воздуха, единица измерения — кг/м3

ηред — КПД редуктора, единица измерения — проценты

ηген — КПД генератора, единица измерения — проценты

Общие рекомендации

Очевидно, что для выбора наиболее оптимального диаметра винта ветрогенератора необходимо знать среднюю скорость ветра на месте планируемой установки. Количество электроэнергии, произведенной ветряком возрастает в кубическом соотношении с повышением скорости ветра. Например, если скорость ветра увеличится в 2 раза, то кинетическая энергия, выработанная ротором, увеличится в 8 раз. Поэтому можно сделать вывод, что скорость ветра является самым важным фактором, влияющим на мощность установки в целом.

Для выбора места установки ветрогенерирующей электроустановки наиболее подойдут участки с минимальным количеством преград для ветра (без больших деревьев и построек) на расстоянии от жилого дома не менее 25-30 метров (не забывайте, что ветрогенераторы весьма громко гудят во время работы). Высота расположения центра ротора ветряка должна быть не менее чем на 3-5 метров выше ближайших построек. На линии ветреного прохода деревьев и построек быть не должно. Для расположения ветрогенератора наиболее подойдут вершины холмов или горные хребты с открытым ландшафтом.

В случае, если ваш загородный дом не планируется подключать к общей сети, то следует рассмотреть вариант комбинированных систем:

ВЭС + Солнечные батареи
ВЭС + Дизель

Комбинированные варианты помогут решить проблемы в регионах, где ветер переменчивый или зависит от времени года, а также данный вариант является актуальным для солнечных батарей.

Источник