CC BY
25ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕТРОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Тайланов Н.А.1, Жуманов А.Х.2, Абдаминов А.Б.3,
Уринов Х.О.4
1 Тайланов Низом Абдураззакович - кандидат физических
наук, доцент;
2
Жуманов Аброр Хасанович - студент;
Абдаминов Аброр Бекпулатович - студент, кафедра методики преподавания физики и астрономии, физико-математический факультет, Джизакский государственный педагогический институт им.
Абдуллы Кадыри, г. Джизак;
4Уринов Худойор Омонович - кандидат физических наук,
доцент, Самаркандский филиал Институт информационных технологий, г. Самарканд, Республика Узбекистан
Аннотация: в данной работе получен график изменения максимальной мощности ветроэнергетической установки от стандартной скорости ветра. Ключевые слова: ветер, генераторы.
За последние 10-15 лет существенно возрос интерес к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии, к числу которых в первую очередь относятся солнечная, ветровая, геотермальная энергия, энергия биомассы и энергия вод мирового океана. Этот интерес обусловлен главным образом экологической чистотой нетрадиционных возобновляемых источников энергии и неисчерпаемостью и заботой о сохранении невозобновляемых источников - угля, нефти и газа в недалеком будущем Определенное значение имеет и научно-технический прогресс в области их применения. Таким образом, перечисленный вид
возобновляемых источников энергии в будущем не решает
6
вопроса о замене существующих традиционных невозобновляемых источников, а является дополнительным вкладом в общий энергетический баланс нашей планеты. Учитывая современный уровень развития фундаментальных и прикладных наук в области энергетики, можно сделать вывод, что замена существующих традиционных невозобновляемых источников получения энергии может произойти при использовании одного из двух видов энергии: термоядерного синтеза или солнечной энергии, преобразованной в электрическую на одной из космических станций. Возможно их одновременное развитие и внедрение в большую энергетику.
Воздушный поток, как и любое движущееся тело, обладает энергией движения, или запасом кинетической энергии и она с помощью ветроколеса преобразуется в механическую энергию. В зависимости от назначения ветро-установки механическая энергия с помощью исполнительных механизмов может быть преобразована в электрическую, тепловую или механическую энергию, а также в энергию сжатого воздуха. Энергия Е воздушного потока с поперечным сечением Б
ШУ2
Е= (1)
2
Секундная масса воздуха, протекающая со скоростью V через это сечение ш=рБу. Подставляя последнее выражение в (1), получим
Е=РУ-Б (2) 2
где р — плотность воздуха, равная для нормальных
-5
условий 1,23 кг/м (при 1 = 15 °С и р = 101,3 кПа или 760мм рт. ст.). Следовательно, секундная энергия, или мощность воздушного потока, пропорциональна его плотности, площади поперечного сечения и кубу скорости. Тогда секундная мощность, развиваемая ветроколесом, определяется по формуле
р=РУ^ 2
Рис. 1. Зависимость максимальной мощности от скорости ветра
Так как плотность воздуха очень мала, то для получения относительно больших мощностей приходится применять ветродвигатели со значительной поверхностью ветроколеса. Постоянные изменения скорости V приводят к тому, что мощность, развиваемая двигателем, изменяется в очень больших пределах: от нуля во время штиля до величины, в десятки раз превосходящей установленную мощность, на которую рассчитывают ветродвигатель при расчетной скорости ветра. Максимальная мощность ветроэнергетической установки определяется для некоторой стандартной скорости ветра. Обычно эта скорость равна примерно 12 м/с, при этом снимаемая с 1 м2 отметаемой площади мощность - порядка 300 Вт при значении от 0,3 до 0,45. В районах с благоприятными ветровыми условиями среднегодовое производство электроэнергии составляет 22 - 30% его максимального значения.
Результаты
Таким образом, мощность ветра изменяется пропорционально кубу его скорости. Ветроколесо может преобразовать в полезную работу только часть этой энергии, которая оценивается коэффициентом использования энергии
8
ветра £. Например, для идеального крыльчатого ветроколеса максимально достижимая величина £ равна соответственно 0,593 и 0,687. Современные ветродвигатели при работе в номинальном режиме преобразуют в механическую работу не более 45 — 48% кинетической энергии ветрового потока, что вызвано различными потерями и другими причинами. Кинетическая энергия, которой потенциально обладает ветровой поток, зависит от скорости ветра V, температуры воздуха 1 и атмосферного давления р. Удельная мощность, которая заключена в потоке, имеющем поперечное сечение, равное 1 м2, при t = +15°С и р= 101,3 кПа округленно составляет:
СКОРОСТЬ ВЕТРА, М/С 4 6 8 10 14 18 22
Мощность потока, кВт/м2 0,04 0,13 0,31 0,61 1,67 3,6 6,25
По отношению к этим условиям изменение температуры воздуха от + 15 до 0 °С повышает мощность потока примерно на 6%, а при 1 = +30 °С энергия, заключенная в потоке, наоборот, снижается на 5%. При постоянной температуре воздуха 0°С изменение атмосферного давления, например, от 103,7 до 97,3 кПа (от 770 до 730 мм рт. ст.) снижает энергию потока примерно на 6%.
Список литературы
1. Прохоров В.А. Основные характеристики ветряных установок. М.: Минск, 2009. С. 267.
2. Смирнов А. Ветряные установки. М.: Москва, 2012. С. 124.
3. Владимиров В.В. Ветроэнергетика. М.: Москва, 2011. С. 215.
