Курсовая работа (т): Альтернативные источники энергии. Расчет ветрогенератора

количеству лопастей;

- материалам изготовления лопастей;

- расположению оси вращения по отношению к земле;

шаговому признаку винта.

По числу лопастей они бывают одного-двух-трех и многолопастные. Последние начинают свое вращение при малейшем движении воздуха, но применимы лишь для таких целей, где важен сам факт вращения, а не вырабатываемая электроэнергия. То есть, они незаменимы, скажем, при перекачке воды из глубоких колодцев.

По материалам, из чего сделаны лопасти, различают жёсткие и парусные ветрогенераторы. Парусные намного дешевле жёстких, сделанных из стеклопластика, или из металла..

По расположению оси вращения к поверхности почвы различают горизонтальные ветрогенераторы и вертикальные. Их отличия настолько деликатны, что при разных условиях они меняются местами в своём превосходстве. С вертикальной осью ветряки сразу схватывают малейшие дуновения ветерка, не требуют флюгера, но они менее мощные, чем горизонтальные.

По шаговому признаку винта ветрогенераторы бывают с изменяемым и фиксированным шагом. Изменяемый шаг, бесспорно, даёт возможность увеличить скорость вращения, но конструкция сложна. Она увеличивает вес ветряка, то есть, требует лишних затрат. Куда более прост и надёжен фиксированный шаг.

3.2 Расчет ветрогенератора

При расчете лопасти необходимо определить ширину хорды и угол установки лопасти в нескольких сечениях по длине лопасти. В каждом сечении необходимо определить правильную форму лопасти, чтобы получить лучшее усилие (подъемную силу) от каждой порции ветра, с которой это сечение будет иметь дело.

Процесс вычисления наилучшей нагрузки и соответствующего ей наилучшего профиля, известный как метод конечных элементов, рассматривает лопасть как совокупность отдельных элементов.

Рассчитаем мощность ветряного потока по формуле:

,                                                   (3.1)

где V - скорость ветра, м/с; ρ - плотность воздуха, кг/м³; S - площадь воздействия воздушного потока, м².

В связи с технологическими особенностями большинства ветрогенераторов расчет мощности производится по более точной формуле:

,                                              (3.2)

где ξ - коэффициент использования энергии ветра (в номинальном режиме для быстроходных ветряков достигает максимум ξ_max = 0,4 ÷ 0,5), безмерная величина; R - радиус ротора, м; V - скорость воздушного потока, м/с; ρ - плотность воздуха, кг/м³; η_р - КПД редуктора, %; η_г - КПД генератора, %.

Для примера расчета примем следующие значения:

ξ = 0,4;

R = 5 м;= 3 м/с;

ρ = 1,25 кг/м³_;

η_р = 0,91;

η_г = 0,87.

В итоге, согласно формуле (3.2), получаем следующее значение:

Вт

Очевидно, что для выбора наиболее оптимального диаметра винта ветрогенератора необходимо знать среднюю скорость ветра на месте планируемой установки. Количество электроэнергии произведенной ветрогенератором возрастает в кубическом соотношении с повышением скорости ветра. Например, если скорость ветра увеличится в 2 раза, то кмнетическая энергия выработанная ротором увеличится в 8 раз. Поэтому можно сделать вывод, что скорость ветра является самым важным фактором, влияющим на мощность ветрогенератора.

Для выбора места установки ветрогенератора наиболее подойдет участок с минимальным количеством преград для ветра (большие деревья, постройки) на расстоянии не менее 25-30 м. Высота ветровой электростанции должна быть не менее 3-5 м высоты ближайших построек. На линии ветреного прохода деревьев и построек быть не должно. Для расположения ветрогенератора наиболее подойдут холмы или горные хребты с открытым ландшафтом.

ВЫВОДЫ

В результате можно сделать выводы о том, что энергия ветра является неисчерпаемым источником энергии, а значит, ее можно использовать в сколь угодно количествах. Преобразователями энергии ветра в электроэнергию чаще всего являются ветрогенераторы или ветряки. Установка и выбор параметров ветряка, а также скорость ветра являются важными факторами количества производимой энергии.

В курсовом проекте приведены примеры расчета количества энергии при выбранных исходных параметрах ветряка и средней скорости ветра.

ЛИТЕРАТУРА

1. http://www.himikatus.ru/art/ch-act/0257.php.

. Реферат “Альтернативные источники энергии”.

. http://www.potram.ru/index.php%3Fpage%3D57.

.http://www.niilkp.ru/articles/tekhnologiya_i_sistemy_lkp/apparaty_i_sistemy_ochistki_vybrosov.html.

. Конкурсная работа “Ветрогенератор - альтернативный источник энергии”.

. http://vetryaky.ru/raschet-lopastey-dlya-vetryakov.

. http://altenergiya.ru/veter/vidy-vetrogeneratorov.html.

. http://dom-en.ru/elekt14.