Энергия воздушного потока и мощность ветроустановок

Мощность ВЭУ зависит от эффективности использования энергии воздушного потока. Мощность ветрового потока, действующего на ветроколесо, определяется по формуле:

· A-площадь ометаемая ветроколесом, м² ,.

• · - скорость ветрового потока,
• · Ср-коэффициент отбора мощности, зависит от конструкции ветроколеса и скорости ветра (0,35−0,5);
• · сплотность набегающего потока (воздуха), на уровне моря 1,2 кг/м3.

Теоретически с в зависимости от скорости ветра и типа ветроколеса может быть использовано около 57% ветровой энергии, практически—не более 33%. Долю мощности ветрового потока, которую может использовать ветроколесо и показывает коэффициент отбора мощности Ср Из этой формулы видно, что мощность Р пропорциональна ометаемой площади, А и кубу скорости ветрового потока.

Дляпрактическихрасчетов, еслиизвестнасреднегодоваяскоростьветраVCP, рекомендуется следующая формула, в которой учтен соответствующий повышающий коэффициент (около1,91).

Современные ВЭУ в соответствие с физическими представлениями о преобразовании энергии ветрового потока в энергию вращения ВК изначально могут использовать только часть ветровой энергии (критерий Бетца, около 0,59 от общей энергии). Кроме этого, надо учитывать и конструктивное исполнение ВЭУ, что сказывается, например, на величине начальной (стартовой) скорости ветра (обычно 3−4м/с), при которой ветроколесо начинает вращаться и соответственно ВЭУ начинает вырабатывать электроэнергию.

Поэтому в формулу для расчета средней развиваемой мощности ВЭУ вводится некий понижающий коэффициент, с помощью которого учитываются главные факторы, определяющие фактическую мощность ВЭУ.

В общем случае количество электроэнергии, вырабатываемой ВА, зависит от КПД генератора и редуктора, а при определении количества электроэнергии, подаваемой потребителю от ВЭУ, следует учитывать также потери энергии в подводящем кабеле, инверторе и аккумуляторной батарее (АБ). С учетом названных факторов в практических расчетах может снизиться до 0,25.

Таким образом, среднюю развиваемую мощность ВЭУ, отвечающую запросам потребителя, рекомендуется рассчитывать по формуле.

• · Где — площадь ветрового потока, «ометаемая» ВК;
• · - средняя скорость ветра за расчетный период, м/с (определяется географическим положением места установки ВЭУ).
• · Мощность () обычно существенно отличается от так называемой установленной мощности ВЭУ (). Под установленной мощностью обычно понимается номинальная мощность, обеспечиваемая генератором ВА при некоторой расчетной скорости ветра (для современных ВЭУ). Поэтому в соответствии с формулами (1) и (3) для вычисления установленной мощности ВЭУ () (номинальной мощности генератора) следует использовать зависимость: