Ветроэнергетическая установка

 

     Річна середня швидкість вітру становить 3 м/с. На основі даних строїмо місячні графіки швидкості вітру в залежності від дати місяця (рис. 7.1-7.12).  

Рисунок 7.1 - Графік швидкості вітру, січень 2009 р. 

Рисунок 7.2 - Графік швидкості вітру, лютий 2009 р. 

 

Рисунок 7.3- Графік швидкості вітру, березень 2009 р. 

Рисунок 7.4- Графік швидкості вітру, квітень 2009 р. 

Рисунок 7.5- Графік швидкості вітру, травень 2009 р. 

Рисунок 7.6 - Графік швидкості вітру, червень 2009 р.

Рисунок 7.7- Графік швидкості вітру, липень 2009 р. 

Рисунок 7.8- Графік швидкості вітру, серпень 2009 р. 

     

Рисунок 7.9 - Графік швидкості вітру, вересень 2009 р. 

Рисунок 7.10 - Графік швидкості вітру, жовтень 2009 р. 

Рисунок 7.11 - Графік швидкості вітру, листопад 2009 р. 

Рисунок 7.12 - Графік швидкості вітру, грудень 2009 р.

     Із  построєних графіків видно, що найбільш вітряний місяць - це грудень, а саме 29 грудня – середня швидкість вітру якого становила 10 м/с. Найменш вітряний – це червень, в період 14-17 червня, середня швидкість вітру в ці дні дорівнювала 0 м/с. Якщо розглянути докладніше ці чотири дні почасово, то вияснилось, що на протязі цих днів вітру зовсім не було, отже, щоб дізнатись як же все таки вітер змінюється на потязі дня, ми виберемо іншу дату, наприклад 1 червня, середня швидкість вітру якого становила 1 м/с.

     На  рис. 7.14 і 7.15 зображений графік найбільш вітряного та найменш вітряного  дня за весь 2009 рік. 

Рисунок 7.14 - Графік швидкості вітру, 1 червня 2009 р. 

Рисунок 7.15 - Графік швидкості вітру, 29 грудня 2009 р.

     3-й  крок - скільки кВт ми втрачаємо.

     Розглянувши розрахунки за електроенергію за останні 6-12 місяців, обираються та виписуються максимальний, а також кількість спожитих чи витрачених кіловатів. Наприклад, нехай це буде цифра 450 кВт - годин за місяць (тобто приблизно 15 кВт / год. в день або в середньому 0,63 кВт / год.). Це і є середньозважена потужність, споживана будинком. Швидкість заряду акумуляторних батарей генератором повинна скласти як мінімум 630 В / год.

     У Кіровоградській області низька середньорічна швидкість вітру, але відкритий простір і піднесення об'єкта дозволить вітрогенератору  працювати як мінімум на 30-40 % від номінальної потужності. Для більш точних показників можна зробити замір швидкості вітру в місці установки.

     Для того, щоб забезпечити заряд акумуляторних  батарей генератором за цих умов зі швидкістю 630 В / год., потрібно взяти генератор, номінальна потужність якого буде як мінімум в три рази більше необхідної, тому що генератор буде працювати всього на 30-35 % від номінальної потужності (630Вт / год. ∙ 3 = 1890 Вт / год.). Для цих потреб нам підходить генератор EuroWind 2 з номінальною потужністю 2000 Вт. 

     4-ий крок – ухвалення рішення розміру ВЕУ.

     Якщо  не задумуватися про економію то можна придбати ВЕУ, що видає постійну потужність 5,8 кВт (відповідно до пікового споживання будинку). Однак, це буде передчасний, невиправданий крок, що приводить до абсолютно зайвих витрат. Адже насправді ця потужність буде використовуватися тільки протягом 1-2 год. в день. Чим більша ВЕУ, тим більше грошей необхідно витратити на покупку, а потім на її подальше обслуговування. 

     5-ий  крок – номінальна та реальна потужність.

     "Номінальна  потужність", звичайно показувана  фірмою-виробником ВЕУ в технічних характеристиках, визначається різними нормативами і стандартами на швидкості вітру 11-12 м/с. Це досить сильний вітер, що буває не завжди. Наприклад, EuroWind 1, що має номінальну потужність 1 кВт, насправді на швидкості вітру 3 м/с розвиває всього 120 Вт/год. Тобто, в даному регіоні для вироблення необхідні 0,12 кВт електроенергії, на швидкості вітру 3 м/с необхідна більш велика ВЕУ. У нашому випадку її потужність повинна скласти менше 3 кВт.

     На  рис. 7.16 зображений графік залежності потужності вітроустановки EuroWind 2 від швидкості вітру. 

     Рисунок 7.16 - Графік залежності потужності вітроустановки EuroWind 2 від швидкості вітру 

     Як  видно, EuroWind 2 потужністю 3 кВт на середньорічній швидкості 3 м/с видає реальну середньорічну потужність 0,35 кВт/год.. Під час малого енергоспоживання, ВЕУ заряджає акумуляторні батареї (АКБ), що видають свій заряд під час короткочасного пікового споживання (ранок, вечір). 

     6-ий крок – акумулятори для пікового енергопостачання.

     Електроенергія, щойно вироблена, повинна бути негайно спожита. Тобто, якщо ВЕУ виробляє енергію, а споживання не має, її необхідно запасати. Знову ж, для того, щоб покрити короткочасні піки енергоспоживання, необхідний нагромаджувач енергії, що запасає надлишки енергії під час мінімального споживання, і віддає запасену енергію під час максимального споживання в короткочасний проміжок часу. Прикладом такого акумулювання електроенергії може служити проста автомобільна акумуляторна батарея.

     У денний та нічний час споживання енергії  зведено до мінімуму. Основне споживання відбувається вранці і ввечері.

     При середньому рівні заряду акумуляторних  батарей 630 Вт / год. за інтервал 8--9 годин в нічний час вітровий генератор зможе виробити близько 5600 Вт. У вітряні дні цей показник може збільшитися як мінімум у два рази, тому за той же період часу може бути вироблено 11 кВт електроенергії.

     Генератор EuroWind 2 має напругу 120 В, тому йому необхідно 10 акумуляторів з напругою 12 В (12 В ∙ 10 = 120 В). Одна акумуляторна батарея 12 В 200 А∙год. здатна зберегти до 1,2 кВт електроенергії. Десять таких батарей можуть зберегти до 12 кВт (1200 Вт ∙ 10 = 12000 Вт). Для запасу 11 кВт електроенергії нам відмінно підійдуть 10 акумуляторних батарей 12 В з ємністю 200 А∙год..

     Проте, зрозуміло, що у будь-якому місці Земної кулі існують безвітряні дні. Звичайно, дуже не економічно для декількох днів у році здобувати більш велику ВЕУ чи більше число акумуляторів. Для більшості людей найпростішим рішенням може служити дбайливе, економічне споживання енергії в такі дні. А для тих, хто не хотів би заощаджувати, необхідно з'ясувати середньорічну тривалість максимальної кількості безвітряних днів і порахувати необхідну кількість акумуляторів. Наприклад, максимальний проміжок безвітряних днів у році в регіоні складає 4 дні улітку (10 кВт∙год. на добу) і 3 дні узимку (20 кВт∙год. на добу). Звичайно, необхідно взяти для розрахунків зимовий період, тому що енергоспоживання більш високе. Тобто, 3 дні·20 кВт∙год. на добу = 60 кВт∙год. Для того, щоб одержати 60 кВт∙год., необхідно мати в запасі 60000 Вт : 12 В = 5000 А∙год. Однак не можна використовувати батарею більш, ніж на 80 %. Отже, реальний запас електроенергії повинен складати 5000 А∙год. : 0,8 = 6250 А∙год. ККД (ефективність) інвертора складає звичайно 85 %, таким чином частина енергії піде на втрати в цьому приладі. Тобто, спочатку необхідно мати 7350 А∙год. : 0,85 = 8640 А∙год. Звичайний автомобільний акумулятор середньої потужності має ємність 75 А∙год. Це означає, що потрібно 8640 А∙год. : 75 А∙год. = 120 акумуляторних батарей. Як ми бачимо, така кількість батарей хоч і вирішить проблему енергопостачання, але вимагає більш велику ВЕУ, щоб здійснити зарядку батарей.

     Необхідно помітити, що акумулятори мають властивість  залишкової ємності. Наприклад, якщо, використовуючи акумулятор 90 А∙год., працювати газонокосаркою потужністю 1 кВт на протязі 45 хв., то інвертор відключиться. Для того щоб працювати стільки ж необхідно всього лиш зменшити навантаження до 500 Вт. Також можна підключити дриль потужністю 300 Вт, а потім паяльник потужністю 60 Вт і, нарешті, лампочку потужністю 30 Вт. Але навіть у цьому випадку "вичерпається" близько 80 % від максимальної ємності акумулятора. 

     8-ий крок – рубильники, синхронізатори мережі, інвертори.

     Припустимо, споживач придбав ВЕУ. Уявімо собі, що якщо поруч зі споживачем проведена мережа, то він побажає, щоб під час пікових навантажень мережа вручну або автоматично підключалася до живлення навантажень споживача. Наприклад, раз у рік він користується електроплугом потужністю 10 кВт. В інший час він споживає не більше 3 кВт в піку. У цьому випадку є кілька рішень цієї задачі:

     - Споживач спочатку проводить  окрему, споживану від мережі  паралельну проводку для потужних  приладів.

     - Споживач ставить механічний  рубильник на вході електромережі. Він дозволяє вручну переключатися або на ВЕУ, або на звичайну мережу. Недолік - стрибок напруги і вимикання ряду електроприладів.

     - Споживач закуповує більш потужній  інвертор. У нашому випадку це  складе приблизно 10кВт + 3кВт + невеликий запас (напр., 1 кВт) = 14 кВт. Вартість такого інвертора складе близько 6000 Євро. При наявності мережі мережні проводи (фаза, нуль) підключаються до спеціального входу інвертора. У випадку пікових навантажень чи відсутності вітру інвертор автоматично переключається на мережу. Різновидом даного випадку може служити з'єднання з дизель-генератором.  

     9-й  крок - додаткове устаткування.

     АВР в даному випадку не потрібен, тому що не має основної мережі, а комутацію  з дизельним генератором (або  бензиновим) можна виробляти за допомогою перекидного рубильника.

     А ось дизельний генератор на 5 кВт у нашому випадку не перешкодить - його можна використовувати як резервне живлення при повній відсутності вітру.

 

8 РОЗРАХУНОК ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНОЇ  УСТАНОВКИ ДЛЯ СІЛЬСЬКОЇ САДИБИ 

     Початкові дані для розрахунку:

• середньорічна швидкість вітру в даному регіоні складає 3 м/с;
• максимальний проміжок безвітряних днів 4 дні улітку;
• максимальна пікова потужність навантаження – 5,8 кВт;
• для освітлення використовуються тільки енергозберігаючі лампи постійного струму;

     У табл. 8.1 приведений перелік навантаження змінного струму. 

Таблиця 8.1 - Перелік навантаження змінного струму

Електроприлади  у домі	К-ть	Споживна потужність, Вт	Час роботи, год.	Щоденне енергоспоживання, Вт/год.
1. Телевізор	2	185	3	1110
2. Магнітофон	1	120	3	360
3. Комп’ютер	1	80	4	320
4. Електроплита	1	1200	4	6000
5. Мікрохвильова  піч	1	1300	0,5	650
6. Холодильник	1	125	24	3000
7. Бойлер	1	1200	2	2400
8. Насос	1	300	2	600
9. Електрочайник	1	1200	0,3	360
10. Електродриль	1	250	0,5	125
11. Праска	1	1000	0,2	200
12.Енергозберігаючі  лампи	7	18	9	1134
13. Обігрівач	2	1200	4	9600
Всього:		9671	58,5	24169