Основным типом ветродвигателя в настоящее время является дви­гатель крыльчатой конструкции, в котором вращающий момент созда­ется за счет аэродинамических сил, возникающих на лопастях рабочего ветроколеса. В большинстве стран выпускают и применяют только крыльчатые ветродвигатели. Они отличаются большими коэффициен­тами использования энергии ветра и значительно большей быстроход­ностью. Максимальное значение £, для быстроходных колес достигает 0,45...0,48.

Для оценки эффективности применения ВЭУ из кадастра ветро­энергетических ресурсов должны быть определены следующие основ­ные показатели для предполагаемого места установки станции:

• среднегодовая Vzp год и среднемесячная Уср мес скорость вет­ра, на уровне ступицы ветроколеса (м/с);

• время энергозатиший и отключения ВЭУ из-за сильного ветра на уровне ступицы ветроколеса, t, (час).

Техническая выполнимость проекта

Основными техническими характеристиками любой ВЭУ являют­ся три критические скорости ветра, которые определяют ее рабочий ре­жим: Vmin- минимальная или пусковая скорость - это скорость ветра

при которой происходит пуск ветроколеса; Ун - рабочая скорость, т. е. скорость ветра, при которой ВЭУ вырабатывает номинальную мощ­ность; Vmax - буревая скорость, т. е. скорость ветра, при превышении

которой выработка электроэнергии невозможна, так как ВЭУ должна быть остановлена во избежание механических повреждений.

Для наиболее распространенных в настоящее время ветродвигате­лей крыльчатой конструкции с горизонтальной осью вращения V min = 2,0-4,0 м/с.

Соответственно, на сегодняшний день, проект электроснабжения автономного объекта от ВЭУ технически возможен при выполнении ус­ловия: V€.p год > 2,0 м/с. В таблице 10 приведена шкала силы ветра по

Бофорту у земной поверхности (на высоте 10-и метров над открытой ровной поверхностью).

Таблица 10 Баллы по шкале Бофорта Характеристика силы ветра Скорость ветра, м/сек Объективное проявление 1 2 3 4 0 Штиль 0.. .0,2 Штиль. Дым поднимается вертикально 1 Тихий 0,3 .1,5 Дым начинает отклоняться от вертикального положения, флюгеры, даже самые чувстви­тельные, не вращаются 2 Легкий 1,6 . 3,3 Движение ветра ощущается лицом, шелест листьев, приводятся в движение флюгеры, ветрогенераторы входят в рабочий режим 3 Слабый 3,4 .5,4 Листья и самые тонкие ветки деревьев колы­шутся, развеваются флаги, установленные на высоте 4 Умеренный 5,5 .7,9 Ветер поднимает пыль и мелкие бумажки, приводит в движение тонкие ветви деревьев 5 Свежий 8. 10,7 Качаются тонкие стволы деревьев диаметром 2-4 см, на морских волнах появляются гре­бешки, ветрогенераторы выходят на макси­мальную мощность 6 Сильный 10,8 .13,8 Качаются толстые сучья деревьев диаметром 6-8 см, слышен шум ветра в телеграфных проводах 7 Крепкий 13,9 .17,1 Качаются стволы деревьев в верхней их час­ти идти против ветра неприятно 8 Очень крепкий 17,2 .20,7 Ветер ломает сухие сучья деревьев, идти против ветра очень трудно 9 Шторм 20,8 .24,4 Небольшие повреждения; ветер срывает не­закрепленные дымовые колпаки и ветхую черепицу 10 Сильный шторм 24,5 .28,4 Разрушения кровельных покрытий и неукре­пленных конструкций, ослабленные деревья вырываются с корнем, автоматическое от­ключение ветрогенераторов 11 Жестокий шторм 28,5 .32,6 Большие разрушения на значительном про­странстве. 12 Ураган 32,7 и более —

Примечания:

1. Шкала Бофорта - условная шкала для визуальной оценки силы ветра в бал­лах по его действию на наземные предметы и по волнению на море.

2. Серым цветом выделен диапазон нормальной работы большинства стан­дартных ветрогенераторов.

Определение установленной мощности ВЭУ

Принцип действия всех ветродвигателей заключается во враще­нии ветроколеса с лопастями под напором ветра. Вращающий момент ветроколеса через систему передач передается на вал генератора, выра­батывающего электроэнергию.

Кинетическая энергия W воздушного потока с площадью попе­речного сечения S, имеющего плотность р и скорость V равна:

V 3 S 2

Как правило, для упрощения расчетов и, учитывая сравнительно малую изменчивость значений плотности, используют величину плот­ности для стандартной атмосферы: р = 1,226 кг/м.

Механическая энергия ветродвигателя Wвд определяется коэффи­

ветродвигателя и режима его работы. Максимальное значение £ для бы­строходных колес достигает 0,45 - 0,48.

Электрическая мощность генератора ветроэнергетической уста­новки может быть определена по формуле:

3 R я

Р вэу _ пр V 2 £п п

где R - радиус ветроколеса; п - КПД электромеханического преобразо­вателя энергии.

Так как величина электрической мощности, вырабатываемой ВЭУ, пропорциональна кубу скорости ветра, суммарная установленная мощность ветроэлектростанций Рвэу должна определяться в соответст­вии со среднемесячной Vср мес скоростью ветра в месте установки

станций, минимальной в течение года, и рабочей скорости ВЭУ, при ко­торой она вырабатывает номинальную мощность.

V н

При Vср. мес. < [1]н, Рвэу = Р 3 .

При Vср. мес. > Vн, Рвэу Р,

где Р - установленная мощность автономного объекта электроснабже­ния, кВт.

Для современных конструкций ВЭУ величина V н составляет:

Расчет экономических показателей

Для определения критериев экономической эффективности ВЭУ использованы технико-экономические показатели оборудования для ветроэнергетики, выпускаемого отечественными производителями [3].

Проведенный сравнительный анализ стоимостных показателей ветроустановок показал, что удельная стоимость 1 кВт установленной мощности ВЭУ мало зависит от ее полной мощности, и составляет:

K устуд = 40000 - 60000 р./кВт.

В состав полнокомплектной ВЭУ входят электрический генера­тор, мачта ВЭУ и ветроколесо, система контроля напряжения, инвертор, аккумуляторная батарея. Полная стоимость комплектного оборудования ВЭУ определяется из выражения:

к = к P

Л уст Л уст. уд ’ ^вэу •

В таблице 11 приведены основные технические характеристики и стоимость ВЭУ, выпускаемых СП «ЛМВ Ветроэнергетика».

Таблица 11

Показатель	Тип ЛМВ 1003, ЛМВ 2500, ЛМВ 3600, ЛМВ 10000
выходная мощность, Вт	1000	2500	3600	10000
скорость ветра, м/с:
пусковая	2,5	2	4	3,1
рабочая	7	12	12	12
буревая	35	35	35	35
лопасти ротора:
число	3	3	3	3
диаметр, м	3,0	5	5	7
ометаемая поверхность, м2	7,065	19,6	19,6	38,5
частота вращения при	320	350	430	280
номинальной мощности, мин
максимальная частота
	775	450	450	350
вращения, мин
регулирование частоты	наклонный флюгер (хвост) на шарнире
вращения
материал лопасти	стеклоткань с эпоксидным компаундом
профиль лопасти	NACA	NACA	NACA	NFL 416
	4418	4415	4415
Быстроходность	6,08	9	9	9
Стоимость, руб	134513	201420	257802	568285

К капитальным затратам на ВЭУ следует также отнести стоимость проектных К пр и строительных К стр работ по определению месторас­положения и установки станции на местности. Значения этих статьей расходов могут быть приняты, например такими:

К пр — 50 ' МРОТ , К стр — кр К уст ,

где кр - коэффициент затрат на установку станции, (о. е.).

Затраты на установку станции включают в себя подготовку пло­щадки и фундамента под ВЭУ и ее монтаж. Величина коэффициента кр

в расчетах принималась постоянной и равной 0,04.

К эксплутационным расходам следует отнести затраты на обслу­живание С экс и ремонт С рем:

где крем - коэффициент затрат на ремонт (о. е.), принимаемый в нашем примере равным 0,2.

Количество кВтч электроэнергии, которое способно выработать ВЭУ в год, определяется из выражения:

W - (8760 -1)Р, кВт ч,

где t - время энергозатиший и отключения ВЭУ из-за сильного ветра на уровне ступицы ветроколеса, (час).

Вопросы для самопроверки

1. Основные элементы ветроэлектростанции и их взаимосвязь.

2. Характеристики быстроходных крыльчатых ветростанций.

3. Режимы работы ветроэлектростанций с постоянной и пере­менной частотой вращения ветрогенератора.

4. Зависимости мощности ВЭС с аэродинамическим регулирова­нием и без него от скорости ветра.

5. Способы аккумулирования энергии ветроэлектростанции.

6. Поясните необходимость согласования мощности и энергии ветроэлектростанции с энергетическими характеристиками ее нагрузок.

7. Приведите примеры вариантов согласования автономных вет­роэлектростанций с потребителями электроэнергии.

8. Поясните принципы выбора установленной мощности ветро­электростанции с конкретным графиком электрических нагрузок.

9. Способы построения децентрализованных систем электро­снабжения с участием ветроэлектростанций.

10. Каковы критерии технико-экономической эффективности вет­роэлектростанции?

11. Поясните условия конкурентноспособности ветроэлектро­станций в сравнении с традиционными дизельными станциями.

12. Охарактеризуйте возможные режимы гибридных энергетиче­ских комплексов на основе ветровых и дизельных электростанций.