ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

ВЕТЕР КАК ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Ветроэлектрические станции превращают кинетиче­скую энергию неуправляемого ветрового потока в элек­трическую. Для правильного іпонимания режима работы ветроэлектрических етаїщий и оценки областей их приме­нения (необходимо сначала ознакомиться с особенностя­ми анергии ветра и расчета аэродинамических характе­ристик ветродвигателей и проанализировать опыт соору­жения ВЭС в СССР.

Кинетическая энергия ветрового потока как всякого движущегося тела, имеющего секундную массу т, равна:

. A^Jaft. (1-і)

Мощность ветрового потока определяется как

Р = (1-2)

Где Р^-^—массовая плотность воздуха;

У —удельный вес воздуха; g — ускорение силы тяжести; F — площадь, через которую протекает ветро­вой поток; v — скорость ветра.

Величина массовой плотности воздуха зависит от-зна­чении барометрического давления и температуры

0 — 0 — Q. д - Д (273+ 15) п д.

Р —Р»В0Г 760(273+ ' ^ й>

К * свк^

Где р0 ==0,125----------- j-------- массовая плотность воздуха при

Температуре?=15°С и атмо­сферном давлении

В0 = 760 мм рт. ст. В и соответственно атмосферное дав­ление, мм рт. ст., и темпера­тура воздуха в новых усло­виях, °С;

Т0 и Т — абсолютные температуры воз­духа при 15° С и в новых усло-

$ ВИЯХ.

Ветровой поток, встречая при движении на своем пу­ти лоласти, отдает свою энергию ветроколесу. Вслед­ствие наличия аэродинамических потерь ветроколесо ис­пользует только часть мощности ветрового потока. При этом в результате непрерывного изменения мгновенных скоростей ветра в значительных пределах изменяется энергия ветрового (потока, а следовательно, мощность, развиваемая ветроколесом.

Структура ветрового потока за наблюдаемый проме­жуток времени характеризуется рядом величин:

1) средней скоростью ветра;

2) порывистостью ветра;

3) изменчивостью ветра;

4) длительностью провалов—подъемов скоростей вет­ра выше или ниже среднего значения.

Средняя скорость ветра определяется как средняя арифметическая величина, полученная из ряда мгновен­ных скоростей (ветра), измеренных через равные интер­валы в изучаемом пцомежутке времени:

П

°C, = V' (К)

Где Уср — средняя скорость ветра;

V.— значение мгиовенной скорости ветра; « — количество мгновенных замеров.

Порывистостью ветра называется величина отклоне­ния мгновенного значения скорости ветра. от средней ве­личины. Порывистость ветра характеризует глубину про­
валов — .подъемов скорости вегра и представляется предельным, средним и наиболее вероятным (среднеква­дратичным) значениями:

О =v —v, (1-5)

Пред пред ср' /

Где оп —наибольшее или наименьшее значение мгно­венной скорости ветра' в течение наблюдае­мого промежутка времени;

П

Ср)

(1-6)

TOC o "1-3" h z "ср. кв Г 7, •

Изменчивость ветра представляет собой скорость из­менения ветрового потока и представляется наибольшим и средним значениями:

Я (^макс ^миц) /1 о наиб = д/ > (І"8)

Где At — длительность интервала между мгновенными замерами;

S =J-------------------- • . (1-9)

Ср п У '

Длительности провалов и подъемов скорости ветра представляют собой величины интервалов (Лт), в те­чение которых скорость ветра имеет значения большие или меньшие, чем средняя скорость ветра за наблюдае­мый отрезок времени.

Характерные значения указанных выше величин в за­висимости от средних скоростей ветра по данным наблю­дений ( с помощью вращающегося аінемометра на высоте 20 м от поверхности земли) для 10—20-минутных интер­валов времени с замерами в одной точке через 5—10 сек приведены в табл. 1-1.

Структура ветра-в большой мере зависит от высоты подъема над земной поверхностью. Наличие препятствий

У поверхности земли и трение нижних слоев о земную поверхность снижают скорость воздушного потока. По - рьгаисто'сть воздушного потока 'при уменьшении высоты, наоборот, увеличивается. Д. Л. Лайхтман предложил следующую формулу изменения средней скорости ветра в зависимости от высоты подъема над земной поверх­ностью:

H

1п1Г

° = 5Г - (МО)

Ы1ц

Где v — скорость ветра на высоте /г;

Г»,— известная скорость ветра на высоте h{, h0 — высота, на которой скорость ветра в месте из­мерения равна нулю (табл. 1-2).

Выражение (1-Ю) является справедливым для откры­тых ровных мест при высотах от 10 см до 100 л при ади­абатическом и сверхадиабатическом состоянии атмосфе­ры. Что же касается инверсионных условий, то удовле­творительные результаты дает расчет лишь до 10—15 м летом и 50 м зимой. Выражением (1-10) не следует поль­зоваться при определении средних скоростей ветра, если наибольший отрезок времени менее 10-минутного интер­вала.

В пересеченной местности характер изменения ветра с высотой значительно сложнее и в этих условиях поль­зование формулой Лайхтмана может привести к значи­тельным ошибкам.

В условиях местности, застроенной постройками или заросшей древесной и кустарниковой растительностью, вихреобразования исчезают на расстоянии, приблизи­тельно равном 15-кратной высоте препятствия. Поэтому замеры скоростей неискаженного ветрового потока сле­дует производить на расстоянии, равном не менее 15— 20-кратном от высоты высоких предметов.