Регламентируемые скорости ветра

Эффективность использования ветроагрегатов

Регламентируемые скорости ветра

При подборе и расчете ветроагрегата необходимо в качестве исходных данных обоснование ряда значений скорости ветра.

Минимальная скорость ветра - наименьшая скорость, при которой возможна работа агрегата и при которой он запускается в работу. Для крупных агрегатов назначается в пределах 4-6 м/с.

Расчетная скорость ветра наименьшая скорость, при которой ветроагрегат способен выдавать номинальную мощность. Занижение ведет к неоправданным потерям выработки энергии, так как при скоростях мощность ВЭУ или остается равной номинальной или (при неповоротных лопастях) снижается.

Завышение приводит к неоправданному удорожанию агрегата, так как с увеличением возрастает расчетная нагрузка на лопасти и все конструкции ВЭУ утяжеляется. Выбор должен производиться на основании технико-экономического расчета. Для различных расчетных скоростей ветра, на основе интегральных кривых распределения ветра для данной местности, определяется потерянная выработка электроэнергии за счет ограничения мощности генератора, а также стоимость потерянной электроэнергии.

При увеличении скорости ветра выше значения ограничение мощности горизонтально-осевого ротора осуществляется разворотом лопастей или частичным выводом оси ротора из-под ветра.

Максимальная скорость ветра - это скорость, при превышении которой ВЭУ выводится из работы.

Обычно не превосходит 25-30 м/с, так как продолжительность более высоких скоростей обычно невелика и остановка ВЭУ не приводит к заметным потерям в выработке электроэнергии.

Назначается также предельно допустимая скорость , которую установка в нерабочем положении должна выдержать без повреждений. В зависимости от региона размещения она должна приниматься в пределах 50-70 м/с.

Расчетная скорость для районов со средней годовой скоростью м/с обычно принимается равной 8 м/с.

Для зон с более высокими значениями расчетная скорость увеличивается на 1-3 м/с.

Оптимальное значение определяют путем расчета суммарной выработки энергии и удельных приведенных затрат, но чаще всего . Иногда для зон, где м/с, можно применять более высокие значения (до 2,5 ), поскольку в этих зонах усиливается влияние больших скоростей ветра на годовую выработку.

Для преобразования энергии ветрового потока принципиально возможна эксплуатация ВЭУ в следующих основных режимах работы ветродвигателя: фиксированной угловой частоты вращения и изменяемой угловой частоты вращения.

Первый характеризуется тем, что вал ветродвигателя должен вращаться с фиксированной или близкой к ней скоростью в широком диапазоне изменения рабочих скоростей ветрового потока. Скоростная характеристика такого режима представлена на рис.1, а. Интервал скоростей ветрового потока (начальной фиксированной и максимальной фиксированной ) является рабочим диапазоном ВЭУ. При этом скорость представляет собой ту минимальную скорость потока, при которой возможна фиксация требуемой расчетной угловой частоты вращения вала ветродвигателя.

Рис. 1. Скоростные характеристики режимов фиксированной частоты вращения ротора (а) и изменяемой частоты вращения ротора (б)

При постоянной частоте вращения ветродвигателя коэффициент быстроходности Z изменяется обратно пропорционально скорости ветрового потока. При этом его колебания приводят к изменению коэффициента использования энергии ветра. В результате его максимум обеспечивается только в двух точках скоростной характеристики, причем одна из них лежит вне рабочей ее части. Поэтому работа ВЭУ в режиме фиксированной частоты вращения ветродвигателя протекает в основном при значениях коэффициента использования энергии ветра, меньше максимального.

Начало интервала рабочих скоростей ветрового потока в этом режиме отмечено относительно высокими значениями коэффициента быстроходности и низким коэффициентом использования энергии ветра.

Работа ВЭУ в режиме изменяемой частоты вращения ветродвигателя характеризуется постоянными значениями коэффициента быстроходности и коэффициентом использования энергии ветра в рабочем диапазоне скоростей ветрового потока. Для обеспечения такого режима работы необходимо, чтобы линейная частота вращения ветродвигателя изменялась прямо пропорционально изменению скорости ветрового потока.

Скоростная характеристика такого режима работы представлена на рис. 1, б.

Таким образом, режим изменяемой частоты вращения ветродвигателя при постоянном и оптимальном коэффициенте быстроходности должен обеспечивать более высокую эффективность преобразования энергии ветрового потока в интервале рабочих скоростей (начальной изменяемой и изменяемой номинальной ).

В результате этого имеет место и более высокая развиваемая ветродвигателем механическая мощность по сравнению с режимами фиксированной частоты вращения ветродвигателя, как при высоких, так и при низких скоростях ветрового потока.

Однако изменение частоты вращения ветродвигателя в широких пределах ограничивается вопросами обеспечения механической устойчивости лопастей. Поэтому работа ВЭУ в режиме изменяемой частоты вращения возможна только при малой ее мощности.