Категорий потенциала ветровой энергетики.

Расчетной задание №3

по курсу «Возобновляемые источники энергии»

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА: МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ

КАТЕГОРИЙ ПОТЕНЦИАЛА ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ.

Выполнил:	Марков Н.И.
Группа:	Э-12-10
Проверил:	Антонова А.М.

Москва 2012

Исходная информация:

1. Рядом с точкой А находится МС, по которой заданы:

- фактическая дифференциальная повторяемость скоростей ветра V в виде диапазонов t_д(V_д) на высоте флюгера 10 м, полученная в результате обработки 11-его ряда срочных наблюдений:

Vд, м/с	0-1	2-3	4-5	6-7	8-9	10-11	12-13	14-15	16-17	18-20	21-24	25-28
tд(V), %	8,6	27,2	29,7	20,5	7,8	3,4	1,7	0,6	0,3	0,2

- повторяемость годовой розы ветров по 8 направлениям:

С	С-З	З	Ю-З	Ю	Ю-В	В	С-В

- коэффициенты открытости по 8 направлениям:

Направление	С	СЗ	З	ЮЗ	Ю	ЮВ	В	СВ
Ki

- условия открытости местности в исследуемой точке А:

· вдали от водной поверхности, отдельные элементы защищенности

· форма рельефа – плоская

2. Плотность воздуха соответствует нормальным условиям (атмосферное давление - 760 мм. рт.ст.; температура воздуха -15 гр.С) и равна 1,266 кг/м3.

3. Технические характеристики ВЭУ:

Таблица 7 – Основные технические параметры ВЭУ

Параметры ВЭУ	НОМЕРА ВЭУ
Фирма	Bonus	Tacke Wind Technik
Nуст, кВт
Hб, м
Vmin, м/с		2,5
Vmax, м/с
Vp, м/с	12,5
D, м

V, м/с	Мощность ВЭУ, кВт
НОМЕРА ВЭУ
	11,6
	24,3
	65,2
	87,9
	110,5
	130,4
	145,4
	152,5
	147,6
	143,7

Таблица 8 – Мощностные характеристики ВЭУ

Рабочее задание:

1. По данным построить график t(V_i).

Таблица - Расчет повторяемости по градациям и Vо
Vд, м/с	t(Vгр), %	Vгр, м/с	Vгр^cр, м/с	Vгр^cр *t(Vгр)*10^-2
0-1	8,6	0-1,5	0,75	0,0645
2-3	27,2	1,5-3,5	2,5	0,68
4-5	29,7	3,5-5,5	4,5	1,3365
6-7	20,5	5,5-7,5	6,5	1,3325
8-9	7,8	7,5-9,5	8,5	0,663
10-11	3,4	9,5-11,5	10,5	0,357
12-13	1,7	11,5-13,5	12,5	0,2125
14-15	0,6	13,5-15,5	14,5	0,087
16-17	0,3	15,5-17,5	16,5	0,0495
18-20	0,2	17,5-20,5		0,038
21-24

2. Рассчитать среднегодовую скорость ветра

- Среднегодовая скорость ветра V₀ определяется по формуле

_n

V_о = å V_i^град * t_i(V_i^град)*10^-2 = 4,8205 м/c

ⁱ⁼¹

где V_i^град, (м/с) - средняя скорость ветра для i -ой градации с повторяемостью t_i, n – количество градаций.

V_F^пов = 2,5 м/c

Вывод: В заданной точке А целесообразно использовать ветровую энергию, исходя из условия, что 3 м/с V₀^h=10м 5 м/c

3. Рассчитать координаты кривой обеспеченности F(V_i) заданных скоростей ветра и построить её в координатах клетчатки вероятностей ГГО им.А.И.Войкова; определить по ней параметры γ в формуле Вейбулла-Гудрича графическим методом.

Таблица -Расчет кривой обеспеченности
Vд, м/с	0-1	2-3	4-5	6-7	8-9	10-11	12-13	14-15	16-17	18-20	21-24	25-28
tд(V), %	8,6	26,6		14,5	7,4	3,5	1,79	0,69	0,6	0,01
Vi min, м/с
F(V), %		91,4	64,8	43,8	29,3	21,9	18,4	16,61	15,92	15,32	15,31

Расчет ведется по формуле:

_j=i-1

F_i(V_i) = F_i(V_i^min) = 100 % - å t_j(V_j/)

^j=1

γ=1,476

4. Рассчитать второй параметр – β в двухпараметрической формуле Вейбулла-Гудрича с использованием специальных таблиц для гамма-функций (F(x), где 0<x<2).

b = b =5,336

5. Рассчитать с использованием формулы Вейбулла-Гудрича для условий равнинной местности теоретическую функцию повторяемости скоростей ветра t(V_i) и представить его на графике совместно с фактическим графиком t(V_i).

Математическое выражение двухпараметрического распределения Вейбулла имеет вид:

t^Веб(V_гр^cр_.) = × × ×DV_i

6. Рассчитать для воздушного потока в точке А – N_уд (Вт/м²) и удельную энергию Э_уд (кВт*ч/м²*год) и вычислить валовый удельный потенциал ветровой энергетики Э_уд^вал (кВт*ч/м²*год).

V, м/с	t(V), о.е.	Nуд, Вт/м^2	Эуд, кВт*ч/м^2*год
	0,1145611	0,63	0,635
	0,1370802	5,06	6,08
	0,1371504	17,09	20,5
	0,1254495	40,51	44,5
	0,1081143	79,13	74,9
	0,0890720	136,73	106,7
	0,0707422	217,12	134,5
	0,0544560	324,10	154,6
	0,0407832	461,46	164,9
	0,0297984	633,00	165,2
	0,0212868	842,52	157,1
	0,0148927	1093,82	142,7
	0,0102184	1390,70	124,5
	0,0068841	1736,95	104,7
	0,0045581	2136,38	85,3
	0,0029687	2592,77	67,4
	0,0019033	3109,93	51,85
	0,0012019	3691,66	38,87
	0,0007481	4341,75	28,45
	0,0004592	5064,00	20,37
	0,0002780	5862,21	14,277
	0,0001661	6740,18	9,810
	0,0000980	7701,71	6,614
	0,0000571	8750,59	4,379
	0,0000329	9890,63	2,850
	0,0000187	11125,61	1,825
	0,0000105	12459,34	1,1495
	0,0000059	13895,62	0,7132
	0,0000032	15438,24	0,4360
	0,0000018		0,2628
	Эуд	1736,27
Эуд^вал, кВт*ч/м^2*год*10^6	86,81

Дополнительные задания:

-Представить графически повторяемость годовой розы ветров и сделать вывод о преобладающем направлении ветра в исследуемой точке А.

Вывод: преобладающее направление ветра в исследуемой точке А– юго-восточное направление.

-В географической точке А на высоте флюгера = высоте башни ВЭУ - h_б рассчитать с учетом открытости местности:

- среднемноголетнюю скорость ветра V₀^{A hб},м/с;

- фактическую повторяемость скорости t^ф(V_гр^hб) и представить графически на том же графике, где показаны t^Веб(V_гр.) и t^ф (V_гр.);

- определить наибольшую энергетическую скорость ветра V_E на высоте флюгера h_б;

- валовую годовую удельную энергию ветрового потока Э_уд^вал, кВт.ч/м²;

- среднегодовую удельную валовую мощность ветрового потока N^уд, Вт/м².

1. Определить коэффициент открытости МС - К_мс и пересчитать среднемноголетнюю скорость на высоте флюгера 10 м в заданной географической точке А с учетом открытости местности - V₀^А.

Таблица - Расчет Кмс
Направление	С	СЗ	З	ЮЗ	Ю	ЮВ	В	СВ
Ki
τi
Ki*τi	0,6	0,6	0,3	0,6	0,6	0,88	0,65	0,55

Kмс=	4,78
Ka=
Kh=	1,25
Кр=	1,26
Vo A, м/c=	7,54

В точке А среднегодовая скорость с учетом открытости местности определяется по формуле:

V₀^hб= * * V₀, где ,

где - класс открытости местности в географической точке А определяется по классификации Милевского (см. таблицу 1); - класс открытости МС рассчитывается по формуле:

Таблица - Расчет валовой годовой удельной энергии ветрового потока
Vi ^гр Hб, м/с	ti (Vi гр Hб), %	Nуд ^i вал (Vi ^гр ^Hб), Вт/м^2	Эуд i, кВтч/м^2
1,1727592528	8,6	1,021	0,77
3,9091975093	27,2	37,815	90,10
7,0365555167	29,7	220,538	573,78
10,1639135241	20,5	664,640	1193,56
13,2912715315	7,8	1486,289	1015,55
16,4186295389	3,4	2801,653	834,44
19,5459875463	1,7	4726,902	703,93
22,6733455537	0,6	7378,202	387,80
25,8007035611	0,3	10871,722	285,71
29,7099010703	0,2	16599,971	290,83

Эуд^вал, кВт.ч/м^2

5376,48

N^уд, Вт/м^2

613,75

.

N^уд= Э_уд^вал/T, где Т=8760 часов

Для заданного типа ВЭУ построить мощностную характеристику ВЭУ и определить:

- ометаемую площадь ветроколеса, м²;

- годовую выработку ВЭУ;

- годовое число часов работы и простоя ВЭУ, ч;

- среднегодовую рабочую мощность ВЭУ, кВт;

- число часов работы ВЭУ с установленной мощностью;

- среднегодовое значение КПД ВЭУ по энергии;

- коэффициент использования установленной мощности;

-основные энергетические характеристики ВЭУ: рабочую характеристику ВЭУ КПД(V) и КПД (Nвэу), характеристику потерь мощности.

Расчет ВЭУ №2 фирмы Bonus

2. В географической точке А на высоте флюгера = высоте башни ВЭУ - h_б рассчитать с учетом открытости местности:

Параметры
Nуст, кВт
Hб, м
Vmin, м/с
Vmax, м/с
Vp, м/с	12,5
D, м

Определить:

- ометаемую площадь ветроколеса, м²;

Fом, м^2=

452,39

- годовую выработку ВЭУ;

Для каждого V_i^{гр hб} (м/с) и t_i(V_i^{гр hб}) в % рассчитывается энергия Э_ВЭУi по формуле:

Э_ВЭУi (V_i^{гр hб}, t_i(V_i^{гр hб}))= N_ВЭУi (V_i^{гр hб}) ∙ t_i(V_i^{гр hб}) ∙8760,

где N_ВЭУi (V_i^{гр hб}) определяется по мощностной характеристике ВЭУ N_ВЭУ(V).

_k

Э_ВЭУ^год = å Э_ВЭУi (V_i^{гр hб}, t_i(V_i^{гр hб})).

ⁱ⁼¹

Таблица - Результаты расчета годовой выработки ВЭУ в географической точке А
Vi гр ^Hб, м/с	ti (Vi гр ^Hб), %	Nвэу (Vi гр ^Hб), кВт	Эвэу i(Vi гр ^Hб, ti (Vi гр ^Hб)), МВт*ч
1,173	8,6
3,909	27,2
7,037	29,7		111,87
10,164	20,5	113,7618791	204,29
13,291	7,8	153,5194504	104,90
16,419	3,4	141,7324412	42,21
19,546	1,7	129,3620374	19,26
22,673	0,6	124,3266544	6,534608958
25,801	0,3	24,71275843	0,649451291
29,710	0,2

ЭВЭУ^год, МВт.ч

489,727

- годовое число часов работы и простоя ВЭУ, ч;

Тогда время простоя Т_прос

Т_прос =F (V=0) – (F(V= V_p^min)+ F(V= V_p^max)).

Учитывая, что Т_прос+ Т_раб =Т=8760 ч найдем время работы ветроустановки Т_раб.

- среднегодовую рабочую мощность ВЭУ, кВт;

Тпрос, ч	3083,52
Траб, ч	5676,48
Nвэу раб, кВт	86,27
h вэу исп, ч	3264,84
hвэу^э	0,201
kвэу^исп	0,575

N_вэу^раб определяем по формуле:

N_вэу^раб= Э_ВЭУ^год/ Т_раб.

- число часов работы ВЭУ с установленной мощностью;

h_вэу^исп определяем по формуле:

h_вэу^исп = Э_ВЭУ^год/ N_ВЭУ^уст.

- среднегодовое значение КПД ВЭУ по энергии;

h _ВЭУ^э определяем о формуле:

h _ВЭУ^э = Э_ВЭУ^год/(Э_уд^вал* F_ом) Таблица – результаты

расчета Т_прос, Т_раб., N_вэу^раб,

h_вэу^исп, h_ВЭУ^э

- коэффициент использования установленной мощности;

k _вэу^{исп .} за период Т, ед.:

k_вэу^{исп .} = Э_ВЭУ^год/ /(N_ВЭУ^уст ×Т)

Дата добавления: 2015-12-07