Кривые энергии ветра: как определить производительность ветрогенератора

«Как подобрать мощность ветрогенератора?» - спросил у меня один знаковый, подыскивающий себе установку для дома. Если вы также озадачены тем, как рассчитать мощность ветряка, здесь вы узнаете, как интерпретировать данные производителей, чтобы выбрать систему, которая даст вам наилучшую производительность для вашей местности.

Кривые мощности, которые часто представляют производители, а также интерпретация этих кривых, в лучшем случае, являются сложной задачей даже для математиков. Немногие пользователи знают, как применить эту информацию, чтобы определить, сколько энергии будет производить генератор. Давайте посмотрим, почему кривые мощности не являются полезным инструментом для большинства из нас, и что использовать вместо этого.

Что такое кривая?

Любой генератор производит электроэнергию на различных уровнях в зависимости от скорости вращения (обороты за минуту). Когда указываем выход против скорости, получаем кривую. Если известна исходная движущая сила ветра, можно построить график, который дает то, что обычно называют «кривой мощности» ветровой установки.

кривые мощности трех ветрогенераторов


График обозначает скорость ветра в километрах за час (км/ч) или метрах за секунду (м/с), а мощность в киловаттах (кВт).

Важно помнить, что технической единицей измерения мощности является ватт (Вт). Это мгновенная скорость выработки электроэнергии (передачи, использования), а не мера количества (ватт-часов).

Что случилось с кривой?

График мощности генератора является общим и может варьироваться. Во-первых, неопытный глаз, естественно, обращается к верхней части кривой пиковой мощности. Если мы рассматриваем дизельные генераторы, это будет полезная информация - пока поступает топливо, машина продолжает генерировать номинальную мощность.

Пиковая мощность для ветрового генератора очень различна. На большинстве участков скорость ветра, при которой установка генерирует пиковую мощность, происходит лишь в очень небольшой промежуток времени. Таким образом, сосредоточив внимание на пиковых данных, вы получите сильно преувеличенные ожидания энергии.

Попытка сравнить один ветрогенератор с другим, используя кривые мощности, является еще одной распространенной ошибкой. Хотя графики несут некоторую полезную сравнительную информацию. Но чаще всего, люди смотрят на пиковые данные. Как-то мне довелось наблюдать работу нескольких ветряков, которые имели примерно одинаковые показатели кривых. Но один из них производил в 2,3 раза больше энергии, чем другие при аналогичных условиях.

Если (и это большое "если") график точно предсказывает производительность, возможно, имеет смысл сравнить установки, глядя на минимальные данные кривой. Хорошая производительность при низких скоростях ветра является самым важным показателем ветрогенератора, поскольку, это именно та нагрузка, с которой он будет работать большую часть времени.

Следует отметить, что применение средней скорости ветра на кривой мощности может стать невозможной и нелогичной задачей. График показывает мгновенное производство (ватты), в то время как акцент на средней скорости указывает на общий потенциал энергии (ватт-часов).

Все эти заблуждения или непонимания становятся более ясными, если рассмотреть физические свойства ветра и реальность, как это работает в типичной местности.

Скорость в кубе

Ветер переменный. Это мы знаем интуитивно. Порыв, дующий нам в лицо в один момент, в следующий момент исчезнет, а через несколько минут будет дуть совершенно в другом направлении. Ветер редко бывает постоянным, и это миф, что есть места, где "всегда дует 15 м/с". Когда вы смотрите данные измерения ветра, трудно найти группы последовательных точек, которые являются одинаковыми в течение одной минуты, не говоря уже о промежутке в несколько часов.

Чтобы понять принцип ветровой энергии самым важным является то, что доступная мощность связана с кубическим измерением. Люди достаточно хорошо оперируют с линейными функциями: потратив вдвое больше денег, вы получите вдвое больше угля, двойное количество осадков приведет к удвоению сбора воды.

Функция кубического измерения не так интуитивно понятна. Можно подумать, что если скорость ветра (V) увеличится в два раза, вы получите удвоенную мощность. Но на самом деле, удвоение скорости дает в восемь раз большую мощность (2В х 2В х 2В = 8V). А скорость 8 м/с имеет в восемь раз больше энергии (8 х 8 х 8 = 512), чем 4 м/с (4 х 4 х 4 = 64). Это не всегда происходит именно так с преобразованием силы ветра в энергию, поскольку различные генераторы имеют различную эффективность. Но принцип остается жизненно важным для понимания процесса выработки электричества.

Закон V³ может применяться в обоих направлениях, как вверх, так и вниз по кривой. Если "идеальный" генератор вырабатывает 100 ватт при 4 м/с, он имеет потенциал, чтобы произвести 800 ватт при 8 м/с. Если машина производит 1000 Вт при 10 м/с, она будет производить 125 ватт или меньше при 5 м/с. Понимание закона V³ поможет вам взглянуть на кривые мощности и энергии ветра по-разному.

Распространение ветра

Другой важный фактор, который играет немалую роль - это распределение ветра. Когда мы начинаем изучать изменения ветра, то видим, что каждая местность имеет свой профиль распределения. Ветер меняет свою скорость на разных участках.

распределение скорости ветра


Например, в одном месте может возникнуть порыв 7 м/с на 4% времени, а в другом месте 7 м/с всего лишь на 3% времени. Кривая распределения показывает, какой процент данного участка имеет указанную скорость ветра.

Учитывая закон V³, конкретное распределение ветра теоретически может иметь существенное влияние на захват энергии на конкретном участке. Приведу экстремальный и теоретический пример. Давайте рассмотрим два участка: на одном из них постоянно дул ветер 4 м/с четырех недели подряд, на другом 16 м/с одну неделю и полный штиль в течение последующих трех недель.

Оба этих вымышленных участка имеют среднюю скорость 4 м/с за месяц. Но в действительности распределение ветра, конечно, сильно отличается. Если мы применим закон V³, первый участок даст 4 х 4 х 4 = 64 единицы х 4 недели = 256 единиц за месяц. Второй участок имеет 16 х 16 х 16 = 4096 х 1 неделю плюс 0 х 0 х 0 = 0 единиц х 3 недели, в общей сложности 4096 единиц за месяц. Какая разница! Что хорошего дает нам знание средней скорости ветра самой по себе, если распределение доступной энергии меняется так сильно?

В реальном мире, распределение силы ветра не меняется настолько широко, как в приведенном примере. Но, как правило, очень похоже в большинстве мест и довольно предсказуемо. Разработчики ветровых установок полагаются на очень подробные профили распределения для каждой местности. Для домашних электрических систем в большинстве мест можно использовать стандартные дистрибутивы, которые заявляет производитель. Изменения производительности от места к месту, как правило, не более 25%.

Значение кривых мощности

Для кривых мощности есть несколько конкретных приложений. Прежде всего, они показывают вам на то, что ветрогенератор будет регулировать скорость ветра. "Регулированием" является средство управления машиной при сильном порыве. По кубическому закону, мощность ветрогенератора при шторме огромна и потенциально разрушительна, вряд ли вам захочется стать эпицентром этой энергии! Так, например, скорость 30 м/с будет равна 27000 единиц (30 х 30 х 30). Чтобы обезопасить систему при шторме, предохранитель просто остановит ее до уменьшения ветра до разумной скорости.

Глядя на кривую мощности, вы можете увидеть, что установка производит (или якобы производит) при сильном ветре. Если кривая продолжает расти выше примерно 14-15 м/с, не покупайте его! Чтобы выдержать силу бури, ротор должен взять на себя всю тяжесть штормового напора. Любая система, которая не защищает себя, разрушается.

Заключение

Суть заключается в том, что кривые мощности - это, прежде всего, эзотерические измерения для ветровых вундеркиндов, которые создают больше путаницы, чем показывают реальную производительность. Когда мы покупаем автомобиль, большинство из нас не смотрит на количество лошадиных сил двигателя или ток холодной прокрутки батареи. Перейдем к более важным общим мерилам, таким как экономия топлива. Оставим графики ботаникам, и не будем отвлекаться от конечного выхода энергии.

Вместо того чтобы использовать кривые мощности, смотрите на сайтах производителей графики производительности энергии. Такая оценка и измерения средней скорости ветра в вашей местности могут помочь вам проецировать выходную энергию для конкретного ветрогенератора. Затем вы сможете определить, насколько этот прогноз соответствует вашим потребностям.

Понимание кривых мощности и кривых энергии может помочь вам разобраться с фактом обмана и откровенного мошенничества. См. Идеальный ветрогенератор или обман? - как сделать проверку в реальных условиях на производстве или у промоутеров. Кроме того, поищите в интернете отзывы реальных пользователей выбранной модели, и сравните заявленные характеристики производителей с сообщениями о фактической производительности системы.

Если вы будете оценивать ветровую станцию по средней расчетной скорости ветра и кривым производительности энергии, то результат будет, в лучшем случае, грубой догадкой. Так что будьте рассудительны, и, если повезет, вы будете приятно удивлены реальной производительностью вашей установки.

Альтернативная энергия с балкона
Автомобильный генератор
Формула определения мощности ветрогенератора

Главная | Статьи | Вопросы-ответы | Обо мне | Контакты