Альтернативные источники энергии и энергосбережение - [3]

Р = D²V³/7000, кВт,

где Р — мощность; D — диаметр винта в метрах; V — скорость ветра в м/с.

Р = 0,6∙SV³,

где Р — это мощность, в ваттах; S — площадь (м²), на которую перпендикулярно дует ветер; V — скорость ветра, в метрах в секунду (в формуле — в кубе).

Получается, при известной средней скорости ветра, выбор заключается в диаметре винта установки. Ну и еще, сравним расчеты с потребной мощностью. Если она нас устраивает, то хорошо. А если нет, то:

♦ либо надо искать другой источник энергии;

♦ либо строить несколько ветряков.

1.2. Как оценить скорость ветра для ветрогенератора

Почему вообще важно знать скорость ветра?

Скорость ветра — это самый важный фактор, который влияет на количество энергии, вырабатываемой ветрогенератором.

 Правило.

Количество электроэнергии, выработанной ветроэлектроустановкой, возрастает кубически с увеличением скорости ветра. Т. е. если скорость ветра удваивается, кинетическая энергия, полученная ротором, увеличивается в восемь раз.

Приведенная внизу табл. 1.3 показывает значения энергии ветра в стандартных условиях (сухой воздух, плотность — 1,225 кг/м³, атмосферное давление 760 мм рт. столба). Формула расчета количества энергии (определяется в Вт/м²) выглядит следующим образом:

Р = 0,5∙1,225∙V³,

где V — скорость ветра в м/с (по данным Датской ассоциации производителей ветротурбин)

Таблица 1.2. Значения энергии ветра в стандартных условиях

Скорость ветра, м/с ∙ Мощность ветра на 1 м² площади ветрогенератора, Вт/м²

1 ∙ 1

3 ∙ 17

5 ∙ 77

9 ∙ 477

11 ∙ 815

18 ∙ 3572

21 ∙ 5672

23 ∙ 7452

Что нужно учитывать при измерении скорости ветра на выбранном участке?

Прежде всего, нужно помнить, что скорость ветра зависит от следующих факторов.

Высота над уровнем земли. Близко к земле ветер замедляется за счет трения о земную поверхность. Для сельскохозяйственных полей и пустынных территорий при увеличении высоты над поверхностью земли в два раза наблюдается увеличение скорости ветра приблизительно на 12 %.

Время года. В большинстве регионов наблюдаются значительные сезонные изменения ветровых потоков. Причем в зимние месяцы скорость ветра обычно выше, чем летом. Дневные изменения скорости ветра наблюдаются, как правило, вблизи морей и больших озер.

Утром солнце нагревает землю быстрее, чем воду, поэтому ветер дует в направлении побережья. Вечером же земля остывает быстрее, чем вода, поэтому ветер дует от побережья.

Характер земной поверхности. Холмы или горные хребты, находящиеся на открытом ландшафте, обычно считаются превосходным местом для ветряка. На холмах скорость ветра выше по сравнению с окружающей равнинной территорией. Необходимо помнить, что ветер может менять свое направление прежде, чем достигнет холма, так как область высокого давления фактически расширяется на некотором расстоянии перед холмом. Также необходимо помнить, что турбулентность, значение которой резко увеличивается в случае крутого холма или его неровной поверхности, может свести на нет преимущества более высокой скорости ветра (см. рис. 1.2).

Рис. 1.2. Хорошие и плохие варианты размещения ветроэлектростанции

Как определить среднюю скорость ветра на участке?

Есть несколько способов определения средней скорости ветра на участке.

Способ № 1. Информация в сети Internet и официальных источниках

Есть несколько сайтов, которые мы можем использовать для определения средних скоростей ветра практически в любом регионе мира, например, http://firstlook.3tier.com

Сайт бесплатно предоставляет информацию о ветре на высотах 20, 50 и 80 м.

Способ № 2;Данные метеослужбы или местного аэропорта

Для получения данных о скорости ветра можно также обратиться в местную метеослужбу или аэропорт. При этом нужно помнить, что у данных, которые они предоставляют, есть некоторые особенности. Рассмотрим их.

Усредненные данные. Обычно метеостанции округляют данные за некоторые промежутки времени, что не дает вам возможности увидеть картину сезонности или изменения скорости ветра в зависимости от времени суток.

Не всегда понятно, как трактовать показания применительно к вашему участку. Значительные расхождения в скорости ветра бывают при сдвиге измерительных приборов на 30–50 м в сторону, не говоря уже про расстояния в 2–5 километров и более. Также очень влияет разница ландшафта вашего объекта и ландшафта места, где находится метеослужба.

Высота замера. Скорость ветра может зависеть от высоты. Те данные, которые предоставляет метеослужба, обычно снимаются на высоте 10 м. Пройдется встать с кресла и отойти от компьютера, чтобы это узнать!

Способ № 3. Замер скорости ветра в будущем месте установки портативной метеостанцией

Преимущества. Достоинством такого подхода является высокая точность данных. При проведении работ по замеру скорости ветра на месте установки, можно установить датчики портативной метеостанции на необходимую высоту. Также можно установить несколько портативных метеостанции в разных местах участка, чтобы определить наиболее ветреное место для монтажа. Данный способ является наиболее объективным и дает самые точные показания по скорости ветра в месте установки.

Недостатки. Длительность времени замера