Determinazione della potenza del generatore eolico. Schema, descrizione

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Determinazione della potenza del generatore eolico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Lo scopo del generatore eolico è quello di convertire l'energia cinetica del flusso d'aria, chiamato vento, in energia elettrica. Oltre alle turbine eoliche, sono piuttosto diffuse anche le turbine eoliche, che servono ad azionare direttamente delle pompe, le cosiddette pompe eoliche. L'energia generata da una turbina eolica può essere calcolata utilizzando la seguente formula:

Р = 0,5*rho*S*Ср*V3*Ng*Nb, dove

P - potenza, W; rho - densità dell'aria (circa 1,225 kg / m0,5); S è l'area di lancio del rotore; V - velocità del vento, m/s; Cp - coefficiente aerodinamico (teoricamente XNUMX); Ng - efficienza del generatore; Nb - efficienza del cambio (se presente).

Tutti i componenti di questa formula per una particolare turbina eolica, ad eccezione della velocità del vento, sono costanti (la densità dell'aria, ovviamente, dipende dalla temperatura, ma i suoi cambiamenti possono essere trascurati come piccoli). Pertanto, possiamo dire che la potenza generata dal generatore eolico. proporzionale al cubo della velocità del vento

Ciò significa che la potenza del generatore eolico sui salici deboli (anche se ruota) è molto piccola. Ma quando il vento aumenta, c'è un forte aumento di potenza. E siccome in pratica il vento soffia con velocità e direzione costanti solo in galleria del vento, mi sono reso conto che la potenza generata da un generatore eolico è un valore che cambia costantemente nel tempo. Pertanto, qualsiasi sistema energetico che utilizza un generatore eolico come fonte di energia deve avere un collegamento stabilizzante.

Nei piccoli sistemi autonomi, la batteria di solito svolge il ruolo di tale collegamento. Se la potenza del generatore eolico è maggiore della potenza del carico, la batteria viene caricata. Se la potenza del carico è maggiore, la batteria è scarica. Ciò implica la seguente importante caratteristica della turbina eolica come fonte di energia: se la maggior parte delle altre fonti sono selezionate in base alla potenza del carico di picco, le turbine eoliche dovrebbero essere selezionate in base alla quantità di consumo di elettricità al mese (o all'anno, come preferisci).

Illustriamolo con un esempio. In riva al mare, dove la velocità media del vento si avvicina ai 6 m/s, c'è una casa dove viene una famiglia di tre persone per il fine settimana. Anche le apparecchiature elettriche vengono accese solo nei fine settimana. Nel ceppo, il consumo raggiunge i 15 kWh, mentre il carico di punta arriva fino a 3 kW. Pertanto, il consumo energetico mensile è di 120 kWh. Con una velocità media annuale del vento di 6 m/s, un piccolo generatore eolico da 120 watt può fornire 700 kWh al mese. Inoltre, è necessaria una batteria di grande capacità per immagazzinare l'energia per 5 giorni e un inverter da 3 kW (che converte la tensione CC della batteria in tensione CA standard) per gestire i picchi di carico.

Un altro esempio. In un'area con una velocità media del vento di 5 m/s, è stato realizzato un impianto di telecomunicazioni che consuma costantemente una media di 2 kW di energia elettrica, mentre il carico di punta non supera gli stessi 3 kW. In questo caso moltiplichiamo 2 kW per il numero di ore al mese (720) e otteniamo 1440 kWh, il valore del consumo mensile dell'oggetto. Per garantire la produzione di 1420 kWh a tale velocità del vento è necessario un generatore eolico da 10 kW, che allo stesso tempo funzionerà con lo stesso inverter da 3 kW.

Come si può vedere, in ciascuno dei casi precedenti, la potenza dell'aerogeneratore differisce dalla potenza di picco del carico. La potenza del carico di picco determina la potenza dell'inverter. Il generatore eolico stesso determina solo la quantità di produzione in un determinato periodo di tempo a una determinata velocità media mensile del vento. Oltre alla velocità media del vento, esiste un input più dettagliato per la stima delle risorse del vento, chiamato parametri di Weibull, che riflettono la distribuzione della durata del vento di una certa forza per una data località, sono utilizzati nella progettazione di parchi eolici con un capacità di decine di MW.

Per progetti energetici su piccola scala, non ha senso economico spendere soldi per tali studi, poiché è possibile stimare approssimativamente la produzione prevista dalla velocità media del vento nel sito di installazione della turbina eolica. Dagli esempi precedenti si può concludere anche sulla natura del carico, per il quale è consigliabile utilizzare un generatore eolico per alimentarlo. Questo è un carico irregolare, in cui il carico di picco supera il carico medio di 10 o più volte.

Il caso d'uso più comune per una turbina eolica relativamente piccola è il carico domestico. Ad esempio, per una famiglia in un appartamento di città, il carico medio è di -0,5 kW (360 kWh al mese secondo il contatore). Carico di picco - 5 kW quando vengono accesi la stufa elettrica, la lavatrice, il microonde e altri apparecchi meno potenti. Un generatore eolico da 5kW può provvedere a queste esigenze anche in un luogo poco ventoso. Un carico uniforme, ad esempio il riscaldamento, quando anche un riscaldatore da 1 kW funziona 720 ore su 5, richiede XNUMX kWh al mese, che un generatore eolico da XNUMX kW può fornire solo in aree con buone risorse eoliche (ad esempio, sulla costa, in la steppa ecc.).

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