ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Располагаемая мощность

Из основ электротехники известно, что максимальная мощность, которую можно получить от источника ЭДС, имеющего выходное напряже­ние V и обладающего внутренним сопротивлением Rs, составляет Vі/(ARs). Это возможно, когда сопротивление нагрузки RL рав­но внутреннему сопротивлению источника ЭДС Rs (рис. 13.8).

Аналогичная ситуация имеет место и при пре-

Лл<> '>

<г"

образовании энергии ветра. Если ветер натекает на неподвижное ветроколесо, генерируемая мощность v~~

равна нулю. При отсутствии внешней нагрузки на

ротор ветроколеса полезная мощность также будет рИс. 13.8. Электрическая равняться нулю, так как в этом случае ветроколесо схема соединения ЭДС и на - не оказывает силового сопротивления ветровому грузки потоку.

Плотность мощности Р, вырабатываемой ветроколесом, есть произведение давления р, на скорость движения лопасти w. Давление ветра

P = ^Pcd{v~w)2 > (12)

отсюда

Р = pw = ^pCD(v-wf w. (13)

Для того чтобы определить экстремальное значение плотности мощности Р, приравняем производную йР/Aw нулю. Видно, что максимум /’(Вт/м2) будет иметь место при w = v/З независимо от значения коэффициента CD. Таким образом,

d _ 2 п з г г — 27 Р Dv

Отношение максимального значения плотности мощности, которое может получить от ветрового потока ветроколесо, к плотности мощности ветрового потока

2 Г’ 3

р 77pCDv 4

J max _ / /___________________ _ ^

Р ~ 1 3 “27(

- 2р,3

Наибольшее значение коэффициента сопротивления CD соответствует ситу­ации, когда на поверхность действует давление р = 2ріЯ Эта ситуация, как уже было сказано выше, возможна, когда поток частиц, набегающий на препятствие, отражается от него и при этом не сталкивается на обратном пути с частицами, движущимися по направлению к препятствию. Тогда Св = 4. Поэтому, подста­вив это значение Сп в выражение (15), получим, что в рассмотренном предель­ном случае из ветрового потока максимально можно отобрать только 16/27, или 59,3 % его мощности. Отсюда располагаемая плотность мощности ветрового по­тока

= (16)

13.6.4. Эффективность ветротурбины

Эффективность ветротурбины определяется как отношение мощ­ности PD, отбираемой на нагрузку, к располагаемой мощности ветрового потока (в некоторых случаях PD относят к полной мощности ветрового потока (1/2ри3)). Отсюда эффективность ветротурбины

В хорошо спроектированных ветротурбинах эффективность достигает значе­ния 0,7.