Технические показатели эффективности использования ветроэлектрических установок

К техническим показателям эффективности использования ветроэлектрических установок относятся:

объем годовой выработки электроэнергии и число часов работы за год , объем выработки электроэнергии и число часов работы в году при скоростях ветра меньше и больше номинального значения соответственно ( ), число часов простоя за год (Т_пр), число часов использования номинальной мощности за год (Т_н), коэффициент использования номинальной мощности за год (К_н).

Основываясь на расчетных выражениях «Временной методики определения затрат и тарифов на электроэнергию ВЭС» [12] запишем формулу для определения выработки электроэнергии одной ВЭУ за период времени Т в виде

; , (1)

где Е – объем выработки электроэнергии за время Т;

К_Г – коэффициент технической готовности, численное значение которого для ветроэлектрического агрегата составляет 0,96…0,98;

К_М – коэффициент, учитывающий простои ВЭУ при наличии ветра в результате обледенения и налипания мокрого снега на лопастях, численное значение которого для метеоусловий Украины составляет 0,96…0,98;

n - число градаций скоростей ветра;

- мощность ВЭУ, генерируемая при скорости ветра i-той градации и определяемая по зависимости ;

П_i – повторяемость скорости ветра i-той градации за время Т;

Н_и, V_и – высота измерения и скорость ветра на высоте измерения;

m – коэффициент, учитывающий изменение скорости ветра от высоты в приземном слое атмосферы;

Н – высота оси вращения ротора.

Умножим и разделим правую часть уравнения (4.1) на Р_ном и преобразуем его к виду:

, , (2)

где К_нр – коэффициент использования номинальной мощности ВЭУ;

К_рр^ср – среднее значение коэффициента использования расчетной мощности;

Р_ном – номинальная мощность ВЭУ.

Формулами (1), (2) можно пользоваться, когда значения повторяемости скорости ветра в месте сооружения ВЭС известны. Если значения повторяемостей скоростей ветра неизвестны, то они могут быть определены в результате проведения анеморазведки с последующей корреляцией по данным измерений на ближайших метеостанциях за последние 12-15 лет.

Если проведение анеморазведки не представляется возможным, то приближенные значения повторяемостей могут быть получены путем экстраполяции данных ближайших метеостанций. В обоих случаях значения повторяемостей будут получены для скоростей ветра с дискретностью 2 м/с, что определяется существующей методикой обработки данных измерений на метеостанциях. Наличие большой дискретности значений соседних градаций не позволяет однозначно вычислить технические показатели эффективности использования ВЭУ, так как параметры , как правило, не совпадают со шкалой градаций.

Для устранения этого несоответствия используют непрерывную аппроксимацию дискретного распределения повторяемостей. Для этой цели используем трехпараметрическое распределение Вейбулла, функция которого имеет вид:

, (3)

где a, b, c – коэффициенты сдвига, масштаба и формы соответственно. Методические основы определения численных значений коэффициентов a, b, c изложены в ГОСТ 11.007-75 (Прикладная статистика. Правила определения оценок и доверительных границ для параметров распределения Вейбулла .

Преобразуя (1) с учетом (3), получаем:

(4)

, ,

при условии

,

м/с, (5)

где P_i, P_i+1 – мощность ВЭУ при скоростях ветра V_i,V_i+1;

М – число участков разбиения диапазона изменения рабочих скоростей ветра конкретного агрегата;

А, В, С – коэффициенты распределения Вейбулла на высоте центра ометаемой поверхности ротора.

Выполнение условия (4.5) позволяет обеспечить в (4.4) замену операции интегрирования на суммирование с погрешностью менее 1 %. Погрешность обусловлена только лишь осреднением значений мощности на участке разбиения, так как значения функций вычисляются точно. Для уменьшения погрешности следует уменьшить .

Учитывая уравнения (4.4), (4.5), запишем выражения для определения технических показателей эффективности использования ВЭУ в следующем виде:

1. Объем годовой выработки электроэнергии

. (6)

2. Число часов работы год

. (7)

3. Объем выработки электроэнергии в году при скоростях ветра меньше номинального значения

. (8)

4. Число часов работы в году при скоростях ветра меньше номинального значения

. (9)

5. Объем выработки электроэнергии в году при скоростях ветра больше номинального значения

. (10)

6. Число часов работы в году при скоростях ветра больше номинального значения

. (11)

7. Число часов простоя за год

. (12)

8. Коэффициент использования номинальной мощности за год

. (13)

9. Число часов использования номинальной мощности за год

. (14)

Зависимость коэффициентов распределения Вейбулла в зависимости от среднегодовых скоростей ветра на территории Украины приведена в табл. 1.

Таблица 1

Среднегодовая скорость ветра,м/с	Коэффициенты
a, м/с	b, м/с	c, о.е.
	- 0,80	4,7	1,4
	- 1,25	6,4	1,6
	- 0,55	6,1	1,4
	- 1,0	7,2	1,6

Значения a, b, c получены в результате обработки существующей сети метеостанций и приведены к высоте 10 м над поверхностью земли. Поэтому расчет коэффициентов распределения Вейбулла на высоте центра ометаемой поверхности ротора следует вычислять по формулам

.