4.  Преобразование энергии ветра в электричество.


    4.1 Ветровая энергия. На что можно расчитывать?


  Энергия солнца, это конечно хорошо, но очень нестабильно. Это компенсируется большими аккумуляторными батареями. Если использовать практическое правило 20-40-80, то стоимость аккумуляторов становится соизмерима со стоимостью солнечной батареи. Увеличение мощности солнечной батареи не является эффективным решением т.к. сильно возрастает стоимость проекта.

  Скомпенсировать это, можно применением дополнительного источника энергии, к примеру преобразовывать ветряную энергию. Замечено, что если нет солнца, то есть ветер и наоборот.

  Ветрогенераторы, которые собирают энергию ветра, бывают стационарные, походные и экспериментальные. Стационарные, с длинной лопасти от 9 до 40 метров – нас не интересуют. А походные и экспериментальные, которые можно самостоятельно сделать за день – самое оно. Они не вырабатывают киловатты ... Речь идет о десятках ватт в час. Но делают это монотонно, и что не маловажно – бесплатно. Несколько моделей, о которых пойдет речь, на фотографии ниже.

  Что бы сделать подобный генератор или лучше, необходимо знать только три формулы.

 1.Для определения мощности – формулу мощности ветрового потока (от скорости ветра).

 2.Для определения нагрузки на мачту – формулу ветровой нагрузки (от скорости ветра).

 3.Для расчета винта – формулу связывающую угол наклона сечения лопасти и радиус.

  И еще, необходимо знать скорость ветра, которая по формулам не считается. Придется изготовить простой анемометр.

  Из неприятных моментов только один. Вам не удастся преобразовать в электричество более 10 процентов энергии, которую переносит ветер.


    Предварительный расчет.

  Радует, что энергия воздуха, перемещающаяся с определенной скоростью, легко вычисляется с помощью единственной формулы. Это формула кинетической энергии, где вставлена масса воздуха проходящая через сечение S, в течении одной секунды. Она в равной степени относится как к воздуху, так и к воде. Для последней необходимо подставить плотность воды (1000 кг/м.куб) и поучится мощность водяного потока, проходящая через площадь S.

  Из формулы следует, что энергия потока жидкости или газа, проходящая через площадь S, со скоростью V, пропорциональна «кубу» скорости. Здесь S - площадь окружности, которую "описывает" кончик лопасти.

* Шум, который производят лопасти, пропорционален 5-й степени скорости. Поэтому быстроходные ветрогенераторы не могут быть тихими, независимо от конструкции.

  Но формула остается формулой. Поэтому, попробуем подставить плотность воздуха и определить мощность, которая «гуляет» через один квадратный метр площади, при разных скоростях ветра.

Мощность ветрового потока и ветровая нагрузка. Таблица.

     * - для площадей 2 и 0,5 м.кв. , мощность и ветровую нагрузку необходимо умножить на 2 или 0,5 , соответственно.

  Результат получается очень простой. У ветра, при скорости до 2 м/с – очень мало энергии. Этого может хватить, что бы начать вращение лопастей, но о генерировании полезной энергии не может быть и речи.

  После 3 м/с генератор начинает производить полезную мощность, которая увеличивается до скорости ветра 10 – 12 м/с. При больших скоростях мощность увеличивается незначительно. За то, быстро увеличивается ветровая нагрузка на лопасти, мачту и на крепление ветряка. В этом случае, фраза Гидрометцентра «Ожидается ветер до 10 метров в секунду, с порывами до 15 – 20 метров в секунду» выглядит почти угрожающе. 50 килограмм, котрые приложены к кончику 10-ти метровой мачты - это действительно много.

  Ветровая нагрузка полностью описывается формулой выше. Она изменяется от максимума, когда лопасти свободно вращаются в потоке воздуха, до минимума, когда лопасти остановлены. Подставив в формулу фронтальную площадь лопастей получим ветровую нагрузку на невращающиеся лопасти. Если подставить в формулу ометаемую площадь лопастей, то получим, теоретическую, максимально возможную ветровую нагрузку. Реальная нагрузка будет всегда меньше.

  Что бы не гадать, проще воспользоваться таблицей, рекомендованной производителями ветрогенераторов.

                                                 ******************** ТАБЛИЦА (надо перерисовать). *********************

Мачта для ветрогенератора, размер трубы.. Таблица.

  Есть и дополнительные параметры. К примеру, мачта с системой растяжек для генератора с диаметром лопастей 1,2 метра, должна выдерживать не менее 68 килограмм (силы) в любом направлении. Последнее лучше уточнить на сайте производителя.


    Что дальше?

  В формулах выше, главным «неизвестным» является скорость ветра. При чем, нас интересует скорость ветра непосредственно в том месте, где мы планируем расположить ветрогенератор. Использовать данные Гидрометцентра – это смешно. Они погоду угадывать не научились, а тут ветер, который постоянно меняется. В дополнение, они предсказывают скорость ветра на высоте 50 метров, что проверить практически невозможно.

  Тем не менее, отличным источником текущих погодных условий является метеослужба ближайшего аэропорта. На частоте около 120 МГц, с амплитудной модуляцией, она постоянно передает текущую погоду, в том числе направление и скорость ветра на разных высотах. Но не у всех есть рядом аэропорт.

  Проблема, с измерением скорости ветра, решается довольно просто.  Из всего нехитрого метеорологического оборудования нам понадобится только анемометр, который легко изготовить самостоятельно.


  О том  как это сделать просто, быстро и бесплатно (или почти бесплатно), пойдет речь на следующей странице.
 



01.11.2011  SKootS

_

 
 
Make a Free Website with Yola.