Какая высота башни нужна для ветрогенератора?

При выборе домашнего ветрогенератора один из первых вопросов, который чаще всего задают пользователи: "Какая нужна башня?" Второй вопрос: «Насколько она должна быть высокой?" Конечно, чем выше, тем лучше, но выше значит дороже. Таким образом, более важным является вопрос "Какая башня даст максимальный выход энергии и самое быстрое возвращение вложенных инвестиций?" Именно на этот вопрос я постараюсь ответить.

Для начала, давайте посмотрим, как обычно движется воздушный поток в зависимости от рельефа. Конечно, траектория движения зависит от многих составляющих, например, от скорости ветра и т.п., но данная схема поможет представить общую картину.

На схеме слева изображено удачное расположение ветряка, справа – не удачное.
движение ветра в зависимости от рельефа


По мнению экспертов, нижняя часть лопастей ветрогенератора должна быть как минимум на 10 метров выше самого высокого препятствия в пределах 150 метров, будь то дерево, здание, или холм.

Например, если в 90 метрах от вашего предполагаемого места установки растут деревья высотой 10 метров, то минимальная высота до нижней части ротора должна составлять не менее 20 метров. Если диаметр лопастей ветряка 2 метра, то минимальная высота башни составит 22 метра (2 + 22).

Это правило применимо к большинству местностей, но не ко всем. Исключением является случай, когда вы планируете установку вблизи резкого изменения высоты непрерывного препятствия, такого как скала или густой лес рядом с полем. В этом случае, следует рассматривать препятствия не в 150 метрах, а в пределах 1 км.

Ваша башня должна быть достаточно высокой, чтобы, по крайней мере, соответствовать правилу 10/150. Нарушив это правило, вы рискуете разместить ветряк в турбулентной зоне с низкой скоростью ветра, что приведет к снижению производительности и увеличению износа ветрогенератора.

Градиент ветра

Ветровые генераторы с горизонтальной осью вращения устанавливают на высоких башнях, потому что вверху скорость ветра всегда больше, а турбулентность меньше. Это происходит из-за снижения трения между движущейся массой воздуха и поверхностью земли. С увеличением высоты поверхностные эффекты уменьшаются, а скорость ветра возрастает. Это увеличение скорости с высотой называют градиент ветра. Наиболее часто используемое уравнение, представляющее данное отношение:

V2/V1 = (H2/H1) α

V - скорость ветра,
H - высота
α – коэффициент увеличения скорости ветра с увеличением высоты

 

Размещение ветряных генераторов на высоких башнях подвергает их более высокой скорости ветра, а также снижает износ, вызванный турбулентностью и связанные с этим затраты на обслуживание. Так же, как ковер создает больше трения, чем полированный паркет, пересеченная местность вызывает больше трения с воздухом, чем гладкое поле. Гладкий, ровный участок (открытое поле, водоемы) имеет низкий коэффициент градиента (α = 0,1 - 0,15), в то время как холмистый, лесистый, или с большим количеством зданий регион будет иметь более высокий коэффициент (α = 0,3 - 0,6). Кроме того, ваш генератор будет испытывать более высокие сдвиги ветра, если вы не придерживаетесь правила размещения 10/150. Знание коэффициента градиента является ключом к оценке оптимального размера башни.

Коэффициент градиента ветра

  α     описание

  0,1

  Идеально гладкая поверхность (спокойная вода)  

  0,2

  Плоские пастбища, низкие кустарники

  0,3

  Деревья, холмы, здания в районе

  0,4

  Недалеко от деревьев или зданий

  0,5

  Рядом с деревьями или зданиями

  0,6

  Окружение высокими деревьями или зданиями

 

Пример расчета скорости ветра на заданной высоте

Предположим, я хочу установить ветряк на достаточно ровном лугу, для которого коэффициент градиента составляет 0,2. Я измерил скорость ветра анемометром - на высоте 10 м она составила 6 м/с. Как изменится скорость на высоте башни 22 м, на которой я планирую установить ветряк?

Имеется формула: V2/V1 = (H2/H1) α

Из которой вытекает, что: V2 = V1 (H2/H1) α

Наши данные:
V1 = 6 м/с
H1 = 10 м
H2 = 22 м
α = 0,2

Подставляем значения в формулу: V2 = 6 (22/10) 0,2

Проще всего высчитать это уравнение поисковиком google.ru, для этого достаточно ввести его в строку поиска. Степень обозначается знаком ^, т.е. вводить нужно в таком виде: 6(22/10)^0,2. Ответ получите моментально, даже без нажатия кнопки «искать».

В нашем примере V2 = 7 м/с. На высоте башни скорость ветра будет на целый метр больше. А если еще увеличить высоту башни? Посчитайте!

Как сделать ветрогенератор
Вертикальный ветрогенератор своими руками
Самодельный ветряк на 1000 Вт
Безлопастные ветровые электростанции
Автомобильный генератор

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