Ветровые электростанции

Ветряные электростанции.

Ветряная электростанция - установка, преобразующая кинетическую энергию ветра в электрическую энергию. Состоит она из ветродвигателя, генератора электрического тока, автоматического устройства управления работой ветродвигателя и генератора, сооружений для их установки и обслуживания.

Принцип действия ветряных электростанций прост: ветер крутит лопасти ветряка, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор в свою очередь вырабатывает электрическую энергию.

На период безветрия ветряные электростанции имеют резервный тепловой двигатель. Различают крылатые ветродвигатели с коэффициентом использования энергии ветра до 0,48, карусельные и роторные, с коэффициентом использования не более 0,15 и барабанные. Ветродвигатели применяют в ветряных электростанциях, которые состоят из ветроагрегата, устройства, аккумулирующего энергию или резервирующего мощность, и систем автоматического управления и регулирования режимов работы установки. Различают ветряные энергоустановки специального назначения (насосные или водоподъемные, электрически зарядные, мельничные, водоопреснительные и т.п.) и комплексного применения (ветросиловые и ветряные электростанции). Мощность ветроэнергетических установок - от 10 до 1000 Вт.

Для получения энергии ветра применяют разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью (тогда у нее есть груз противовес); вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насажанную на ось бочку; некоторое подобие «вставшего дыбом» вертолетного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления. Остальным приходится разворачиваться по ветру.

Производство ветряных электростанций очень дешево, но их мощность мала, и их работа зависит от погоды. К тому же они очень шумны, поэтому крупные ветряные электростанции даже приходится на ночь отключать. Помимо этого, ветряные электростанции создают помехи для воздушного сообщения, и даже для радиоволн. Применение ветряных электростанций вызывает локальное ослабление силы воздушных потоков, мешающее проветриванию промышленных районов и даже влияющее на климат. Наконец, для использования ветряных электростанций необходимы огромные площади много больше, чем для других типов электрогенераторов.

Ветер, как любое тело в движении, обладает кинетической энергией. Из школьного курса физики помним, что кинетическая энергия равна 1) mV²/2.
где м-масса набегающего воздуха
V-скорость воздушного потока
масса набегающего потока определяется из выражения: 2) m=kSV
где k-плотность воздуха
S- площадь пересекаемая ветром
Теперь подставим выражение 2 в 1 и получим, что энергия ветра равна 3) kSV³/2
Но что такое S применительно для ветрогенератора пропеллерного типа. Это рабочее пространство в потоке ветра, которое используют лопасти винта, те площадь внутри окружности описываемую концом лопасти.
4) S=3.14D²/4=0.785D²
Энергия ветра используется ветряком не полностью, поэтому вводят коэффициент использования энергии ветра b
Учитывая то, что плотность воздуха k=0.125 при 15 градусах Цельсия и атмосферном давлении 760 мм ртутного столба. Подставим выражение 4 в выражение 3 и получим:
N=0,0000981D²V³b [KВт]