1.3 Ветроэнергетический расчет и выбор количества ветроэнергетических установок

Для определения ожидаемой выработки электроэнергии в конкретном местоположении необходимо располагать данными о распределении скорости ветра по градациям.

При установившемся ветровом потоке скорость ветра возрастает с увеличением высоты над поверхностью земли. Для оценки эффективности использования ветрового потока необходимо установление вертикального профиля скоростей ветра[1]:

Найдем среднегодовую скорость ветра на высотах 34(+1) м (ВЭУ-110) и 40(+1) м (ВЭУ-80):

где – высота оси ВЭУ;– высота (изТаблицы 3); ;– среднегодовая скорость на высоте флюгера.

Среднеквадратичное отклонение:

Далее, зная среднегодовую скорость ветра на высоте оси ВЭУ, определяем значение безразмерного параметра z на интервале скоростей ветра от стартовой скорости с шагом дискретизации 1 м/с до скорости останова колеса:

По кривой распределения скорости ветра (Рисунок 3) в соответствии с местом расположения ВЭУ и с учетом предварительно рассчитанных величин определяются значения функции:

Рисунок 3. Распределение скорости ветра в безразмерных координатах

Определим время (ч) существования ветра с определенной скоростью:

Годовая выработка энергии ВЭУ:

Результаты расчетов сведем в Таблицы 9 и 10.

Таблица 9

Ветроэнергетический расчет для ВЭУ-110

3	-1,320	0,175	0,040	347,619	1	347,619
4	-1,093	0,275	0,062	546,259	6	3277,551
5	-0,866	0,31	0,070	615,782	12	7389,388
6	-0,639	0,34	0,077	675,374	18	12156,735
7	-0,413	0,365	0,083	725,034	27	19575,918
8	-0,186	0,375	0,085	744,898	40	29795,918
9	0,041	0,375	0,085	744,898	56	41714,286
10	0,268	0,35	0,079	695,238	76	52838,095
11	0,494	0,325	0,074	645,578	95	61329,932
12	0,721	0,29	0,066	576,054	110	63365,986
13	0,948	0,23	0,052	456,871	116	52997,007
14	1,175	0,175	0,040	347,619	120	41714,286
15	1,401	0,12	0,027	238,367	119	28365,714
16	1,628	0,09	0,020	178,776	119	21274,286
17	1,855	0,065	0,015	129,116	119	15364,762
18	2,082	0,05	0,011	99,320	119	11819,048
19	2,308	0,03	0,007	59,592	119	7091,429
20	2,535	0,025	0,006	49,660	119	5909,524
21	2,762	0,015	0,003	29,796	119	3545,714
22	2,989	0,005	0,001	9,932	119	1181,905
23	3,215	0	0,000	0,000	119	0,000
24	3,442	0	0,000	0,000	119	0,000
25	3,669	0	0,000	0,000	119	0,000
							481055,1

Рисунок 4. Распределение скорости ветра для ВЭУ-110

Таблица 10

Ветроэнергетический расчет для ВЭУ-80

3	-1,343	0,155	0,034	298,418	2	596,835
4	-1,123	0,255	0,056	490,945	5	2454,725
5	-0,903	0,300	0,066	577,582	9	5198,242
6	-0,684	0,345	0,076	664,220	18	11955,956
7	-0,464	0,370	0,081	712,352	29	20658,198
8	-0,244	0,375	0,082	721,978	40	28879,121
9	-0,024	0,370	0,081	712,352	51	36329,934
10	0,196	0,360	0,079	693,099	61	42279,033
11	0,415	0,320	0,070	616,088	71	43742,242
12	0,635	0,285	0,063	548,703	78	42798,857
13	0,855	0,225	0,049	433,187	81	35088,132
14	1,075	0,190	0,042	365,802	78	28532,571
15	1,295	0,140	0,031	269,538	74	19945,846
16	1,514	0,110	0,024	211,780	71	15036,396
17	1,734	0,085	0,019	163,648	70	11455,385
18	1,954	0,060	0,013	115,516	71	8201,670
19	2,174	0,050	0,011	96,264	72	6930,989
20	2,393	0,030	0,007	57,758	73	4216,352
21	2,613	0,020	0,004	38,505	74	2849,407
22	2,833	0,015	0,003	28,879	75	2165,934
23	3,053	0,010	0,002	19,253	76	1463,209
24	3,273	0,000	0,000	0,000	77	0,000
25	3,492	0,000	0,000	0,000	78	0,000
112337							370779

Рисунок 5. Распределение скорости ветра для ВЭУ-80

Зная потребляемую и вырабатываемую энергию, найдем количество ветроустановок для обеспечения электроснабжения поселка из условия:

где – количество ВЭУ-110;– количество ВЭУ-80.

Из представленной конфигурации оборудования возможно рассмотреть несколько вариантов установки ВЭУ, но наиболее оптимальным является вариант: ().

При этом варианте вырабатываемая энергия равна 1593392 , что составляет 14% от потребляемой энергии. Кроме того этот вариант предоставляет возможность развития поселка. Компенсировать излишки электроэнергии (4%) будет потребитель-регулятор на мощность 6,46 кВт, в качестве которого может выступать насос водонапорной башни.