6.9. Оценка возможной выработки энергии ВЭУ в различных ветровых условиях
Для оценки возможной выработки энергии в конкретном месте необходимо получить данные многолетних наблюдений за скоростью ветра на ближайшей от этого места метеостанции. Кроме значения среднегодовой скорости ветра и среднемесячных величин необходимы сведения о повторяемости скоростей ветра по градациям, высоте, установке ветроизмерительного прибора относительно земли и степени открытости метеоплощадки по 8 направлениям относительно сторон света.
Степень открытости метеостанции определяется по классификации В.Ю. Милевского. Эти данные можно найти в Справочнике по климату СССР. Степень открытости метеостанции необходимо уточнить на месте в связи с возможным появлением на территории метеостанции новых элементов защищенности (построек, деревьев и др.).
Степень открытости места предполагаемого строительства ВЭУ должна быть оценена несколькими экспертами. По результатам сопоставления степени открытости метеостанции и места предполагаемого строительства ВЭУ делается вывод о возможности использования данных метеостанции для расчета ожидаемой выработки энергии ВЭУ. Если разница в масштабе класса открытости М превышает 1 балл, то для исключения грубых ошибок в определении скорости ветра на месте строительства ВЭУ целесообразно провести краткосрочные синхронные измерения скорости ветра на метеостанции и месте размещения ВЭУ в соответствии с рекомендациями, изложенными в разделе 6.8. Если результаты измерений покажут, что скорости в основных направлениях ветра на месте предполагаемого строительства ВЭУ не ниже, чем на метеостанции, то расчет ожидаемой выработки энергии ВЭУ рекомендуется произвести на основе данных метеостанции.
Мощностные характеристики ВЭУ
Анализ мощностных характеристик современных ВЭУ малой мощности и, в частности, ВЭУ-1500 (Россия), GEV-10-25 (Франция), АВЭУ6-4 (СССР) показывает, что для ВЭУ мощностью от 1,5 до 25 кВт общий КПД ВЭУ – ?о, включающий в свой состав коэффициент использования энергии ветра ?, КПД генератора ?г и редуктора ?р, при работе ВЭУ в диапазоне скоростей ветра от 5 до 10 м/с близок к 0,30. Поэтому в качестве типовых мощностных характеристик ВЭУ принимаются характеристики, рассчитанные для ?0 = 0,30. Приближенная оценка возможной выработки энергии производится для ВЭУ с расчетной скоростью ветра Vp = 10 м/с. Расчеты выработки энергии выполнены на примере ВЭУ, имеющей ометаемую поверхность ветроколеса F= ?D2/4 = 10 м2 (D =3,57 м). Результаты расчетов приведены в Приложении 3 для среднегодовых скоростей ветра от 3 до 8 м/с и четырех типов распределения скоростей ветра по Вейбуллу, преобладающих в России (? = 1,0; 1,25; 1,50; 1,75).
Рассмотрение зависимостей расчетной годовой выработки энергии типовой ВЭУ с F= 10 м в различных ветровых условиях показывает, что при малых средних скоростях ветра (3-4 м/с) максимально возможная выработка энергии ожидается для меньших значений у (у = 1), а при Vr > 6,0 м/с максимальная выработка энергии соответствует более высоким значениям ?.
Расчет выработки энергии
Ометаемая поверхность ветроколеса ВЭУ “Жаворонок” составляет F= ?D2/4 = 176,6м? – в 17,66 раз больше, чем ометаемая поверхность типовой ВЭУ. Соответственно с площадью ометаемой поверхности возрастает и расчетная выработка энергии. Поскольку среднегодовая скорость ветра в г. Кашире составляет Vr – 4,8 м/с, то для типовой ВЭУ для этой скорости ветра и ближайшего значения у =1,75 следует, что годовая выработка составит Эг = 3,3 тыс. кВт-ч, а для ВЭУ “Жаворонок” выработка Эг= 3,3 • 17,66 = 58,3 тыс. кВт-ч.
Определение выработки энергии по месяцам года также можно произвести по данным рис, 610 с учетом числа дней в расчетном месяце. Для среднегодовой скорости ветра Vr = 5,8 м/с, характерной для февраля е г. Кашире, годовая выработка энергии соответствует величине 4,6 • 17,66 = В4,77 тыс. кВт-ч, а месячная выработка с поправкой на число дней февраля составит:
84,77*28/364= 6,52 тыс. кВт-ч.
Аналогичным образом определялась выработка энергии и для других месяцев.
Сопоставление результатов расчета годовой выработки, выполненных с использованием данных по скоростям ветра за каждый месяц года и по среднегодовой скорости ветра, дали весьма близкие результаты: 58,55 и 58,3 тыс. кВт-ч.
ВЭУ “Жаворонок” в будущем планируется изготавливать в двух модификациях: с высотой мачты 10 и 19 м. Увеличение высоты мачты приведет к повышению скорости ветра на уровне оси ветро-колеса и возрастанию выработки энергии. В соответствии с рекомендациями ГГО им. Воейкова увеличение высоты мачты приведет в ветровых условиях метеостанции г. Кашира к повышению действующей на ВЭУ среднегодовой скорости ветра с 4,8 до 5,5 м/с. Используя данные рис. 6.10, получим, что при этом годовая выработка типовой ВЭУ повысится до 4,3 тыс. кВт-ч, а расчетная годовая выработка ВЭУ “Жаворонок” возрастет до уровня 4,3 17,66=75,9 тыс. кВтч, т.е. повысится на 29%.