- •Федеральное агентство по образованию
- •Оглавление
- •1. Введение
- •Солнечная энергетика
- •Недостатки и преимущества различных видов энергии
- •Терминология
- •Сравнительная стоимость электроэнергии
- •2. Сведения из сопутствующих технических дисциплин
- •2.1. Закон сохранения энергии, уравнение Бернулли.
- •2.2. Закон сохранения количества движения
- •2.3. Вязкость
- •2.4. Турбулентность
- •2.5.Трение при течении в трубах
- •3. Теплоперенос
- •3.1. Метод тепловой цепи и терминология
- •3.2. Теплопроводность
- •3.3. Конвективный теплообмен
- •Вынужденная конвекция
- •Cвободная конвекция
- •Расчёт конвективного теплообмена
- •3.4. Радиационный перенос
- •Серые тела имеют диффузно излучающую поверхность, у которой коэффициенты
- •3.5. Свойства прозрачных веществ
- •3.6. Теплоперенос посредством теплоносителя
- •3.7. Смешанный теплоперенос и его тепловая цепь
- •4. Солнечное излучение
- •4.1. Космическое солнечное излучение
- •4.2. Геометрия Земли и Солнца
- •Расположение приёмника относительно Солнца
- •Поглощение в атмосфере
- •Оценки солнечной энергии
- •5. Нагревание воды солнечным излучением
- •5.1. Расчёт теплового баланса
- •5.2. Открытые нагреватели
- •5.3. Закрытые нагреватели
- •Эффективность плоского пластинчатого приёмника.
- •5.4. Системы с изолированным накопителем.
- •5.5.Селективные поверхности.
- •5.6. Вакуумированные приёмники
- •6. Другие применения солнечной энергии
- •6.1. Подогреватели воздуха
- •6.2. Зерносушилки
- •Водяной пар и воздух
- •Влажность сельскохозяйственных продуктов
- •Энергетический баланс и температура просушки
- •Пассивные солнечные системы
- •Активные солнечные системы
- •6.4. Охлаждение воздуха
- •6.5. Опреснение воды
- •6.6. Солнечные пруды
- •6.7. Концентраторы солнечной энергии
- •Обычно выбирают
- •6.8. Солнечные системы для получения электроэнергии.
- •7. Фотоэлектрическая генерация.
- •7.1. Поглощение фотонов.
- •8. Энергия ветра
- •8.1. Ветроэнергетический кадастр
- •8.2. Классификация ветроустановок
- •Технико – экономические характеристики зарубежных вэу
- •8.3. Основы теории ветроэнергетических установок. Преобразование энергии ветра
- •Мощность ветроколеса
- •8.4. Лобовое давление на ветроколесо
- •8.5.Крутящий момент.
- •8.6. Характеристики ветра.
- •8.7. Использование ветроколесом энергии ветра.
- •8.8. Удельные мощность и энергия ветрового потока.
- •8.9. Производство механической работы
- •9.Гидроэнергетика.
- •9.1. Основные принципы использования энергии воды.
- •9.2. Активные гидротурбины.
- •9.3. Размер струи и размер сопла.
- •9.4. Размер колеса турбины и его угловая скорость.
- •9.5. Реактивные гидротурбины.
- •9.6. Гидроэлектростанции.
- •Основные технические характеристики микрогидроэлектростанций
- •Основные технические характеристики гидроагрегатов с пропеллерными
- •10. Геотермальная энергия.
- •11. Энергия Мирового океана.
- •11.1. Энергия приливов и отливов.
- •11.2. Основы теории приливов.
- •11.3. Мощность приливных течений.
- •11.4. Энергия волн.
- •11.5. Энергия и мощность волны.
- •11.6. Отбор мощности от волн.
- •11.7. Утка Солтера. Утка Солтера является устройством, обладающим весьма высокой эффективностью преобразования энергии волн. Форма её обеспечивает максимальное извлечение мощности.
- •11.8. Преобразование тепловой энергии океана.
- •12. Энергия биомассы.
- •12.1. Классификация основных типов процессов, связанных с переработкой биомассы.
- •Биохимические
- •Агрохимические
- •12.2. Производство биомассы для энергетических целей.
- •12.3. Сжигание биотоплива для получения тепла.
- •12.4. Пиролиз (сухая перегонка).
- •Выход этанола из различных культур Бразилии
- •12.5. Получение биогаза путём анаэробного сбраживания.
- •13. Аккумулирование и передача энергии на расстояние.
- •Химическое аккумулирование.
- •Аккумулирование тепла.
- •Свинцово – кислотные батареи.
- •Механическое аккумулирование.
- •Маховики.
- •Сжатый воздух.
- •Транспорт биомассы.
- •Транспорт тепла.
- •14. Заключение
- •Динамика прироста мощностей ветроустановок в мире
- •Стоимость угля, нефти и газа растёт, а их природные ресурсы сокращаются.
- •Литература
Мощность ветроколеса
Р = Ср*Ро (8.13.)
где Ро - мощность набегающего ветрового потока;
Ср – часть этой мощности, передаваемая ветроколесу, равная:
Ср = 4*а*(1 – а)2
Максимального значения Ср достигает при а = 1/3 Срмакс = 0,59 – критерий
Бетца. Этот критерий справедлив для любой установки, обтекаемой жидкостью или газом.
Рис. 8.4. Зависимость коэффициента мощности Ср от коэффициента торможения потока (а).
8.4. Лобовое давление на ветроколесо
Рис. 8.5. Лобовое давление на ветроколесо:
uo – скорость ветрового потока; р – давление; z – высота; FA – осевая нагрузка; Δр – перепад давлений.
Максимальная нагрузка, действующая на ветроколесо, равна:
FAмакс = ρ*А1*uo2/2 (8.14.)
В горизонтально – осевых установках эта сила действует по оси колеса и называется лобовым давлением. Силу, действующую на конкретное ветроколесо, можно представить в виде:
FA = CF*ρ*A1*uo2/2 (8.15.)
где СF – коэффициент лобового давления, зависящий от параметров колеса.
СF = 4a*(1 – a) (8.16.)
При Срмакс = 0,59, СFмакс = 89%.
Максимальное значение КПД ВЭУ – 89%.
Как правило, ветроколёса не выдерживают нагрузок ветра при скорости выше 20м/с. Поэтому принимают ряд мер: поворот лопастей в нерабочее положение, уменьшение снимаемой мощности, самоторможение, принудительную остановку ветроколеса.
8.5.Крутящий момент.
Максимальный крутящий момент ветроколеса Ц не может превышать значения произведения максимальной действующей на ветроколесо силы на максимальный его радиус Г.
Цмакс = Fмакс *Г (8.17.)
или Цмакс = ρ*А1*uo2Г/2 (8.18.)
или Ц = Сц*Тмакс, (8.19.)
где Сц – коэффициент крутящего момента.
Параметр Z – быстроходность ветроколеса, равная отношению окружной скорости конца лопастей uг к скорости набегающего потока uo. т.е.
Z = ur/uo = Rω/uo (8.20.)
где ω – угловая скорость вращения ветроколеса.
Тогда Цмакс = Ро*Z/ω,
где Ро – мощность ветрового потока.
Мощность на валу ветроколеса
Р = Ц*ω (8.21.)
Ср*Ро = Сц*Цмакс*ω = Сц*Ро*Z; Ср = Z*Сц; (8.22.)
В идеальном случае имеем: (Сц)макс = 0,59/Z (8.23.)
Максимальная эффективность работы ветроколеса
Z = 2π/n*(Г/d), (8.24.)
где n – число лопастей;
d - характерная длина возмущённой лопастью области.
Оптимальная быстроходность ветроколеса:
Zo ≈(2π/k*n), (8.25.)
где – к ≈ 1. В практике к = ½, поэтому для n – лопастного ветроколеса оптимальная быстроходность: Zo ≈4π/n
Быстроходность ветроколеса является самым важным параметром, зависящим от трёх основных переменных: радиуса ометаемой ветроколесом окружности, его угловой скорости вращения и скорости ветра. Как безразмерная величина он является основным параметром подобия при конструировании ветроэлектрогенераторов. Коэффицинет мощности Ср зависит от коэффицинета торможения в диапазоне 0< а <0,5
Ср = 4а*(1- а)2, (8.26)
где а = 1 –u1 /uo (8.27)
а < 0, Ср отрицателен. Это режим работы авиационного пропеллера.
0 < а < 0,5, Ср в этом диапазоне достигает максимума.
3.При отсутствии нагрузки а = 0; u1 = uo; Ср = 0.
4. При 0,5 < а < 1, Ср постоянно уменьшается.
5. Ср максимум при .а = 1/3.