Теория идеального ветряка или в чем ошибка Владимира Сидорова Перевод инструкции к программе Profili Старинный ветряк, сохранившийся в курском областном музее. Расчет минимального ветра, необходимого для страгивания ветряка Концентраторы ветрового потока Оптимальный угол атаки в ветряке Поляры плоской пластины и желобков, а также GOE417A Как изготовить деревянные лопасти для ветряка Программа для трансформации профилей Идеальный коэффициент использования энергии ветра. Г. X . САБИНИН ТЕОРИЯ ИДЕАЛЬНОГО ВЕТРЯКА Программа для расчета потерь напора Вертикальный ветряк, как двигатель судна Самодельная мини гидроэлектростанция Кимкетовых Принцип работы гидротарана и расчетные формулы. Статья из довоенной технической энциклопедии про гидротаран. Самодельная микро ГЭС. Часть 1. Напорная установка Теория и расчет напорной микро ГЭС Теория и расчет пропеллерной проточной микро ГЭС Турбина Пельтона. Физика работы и основные формулы. Сложности при изучении магнетизма. Как измерить характеристики неизвестного магнита? Расчет магнитного поля в железе генератора. Расчет бандажа для постоянных магнитов Электрогенераторы ВИНДЭК для ветряков и микро ГЭС Электрические характеристики велосипедного генератора Электрические характеристики генератора Г303В Определение внутреннего сопротивлениия генератора Устройство автомобильных генераторов __________
|
|
|
h2/h1 |
V2/V1 |
N2/N1 |
|
|
|
|
|
2 |
1,15 |
1,52 |
|
3 |
1,25 |
1,93 |
|
4 |
1,32 |
2,30 |
|
5 |
1,38 |
2,63 |
|
6 |
1,43 |
2,93 |
|
7 |
1,48 |
3,21 |
|
8 |
1,52 |
3,48 |
|
9 |
1,55 |
3,74 |
|
10 |
1,58 |
3,98 |
Двукратное увеличение высоты мачты дает увеличение мощности за счет увеличения скорости ветра в полтора раза. Но стоимость мачты растет примерно пропорционально кубу высоты. Поэтому двукратное увеличение высоты башни вызывает восьмикратное увеличение ее стоимости.
С ростом высоты растет и продолжительность (повторяемость) ветра. На 10 – 20 метровой высоте повторяемость энергетически полезного ветра составляет 25 – 30% в условиях средней полосы России. На 200 метровой высоте повторяемость ветра достигает своего максимума и составляет 80 – 98%. С учетом увеличения длительности работы ветряка, можно считать в первом приближении, что суммарная годовая выработка энергии растет пропорционально высоте расположения ротора ветроустановки. Если стоимость мачты составляет значительную долю в общей стоимости ветроустановки, то дальнейшее увеличение высоты мачты становится нерентабельным. На практике стоимость мачты составляет 25 – 50% стоимости установки. Для ветряков диаметром 10 метров применяют мачты 15 – 30 метров стоимостью 100 тыс. – 1 млн. руб. Для ветряков диаметром 30 – 100 метров высота башни примерно равна диаметру ветряка. Стоимость стометровой башни – около 40 миллионов рублей.
Для парусной ветроустановки увеличение высоты влечет за собой увеличение длины троса и не является столь критическим обстоятельством, как для пропеллерного ветряка, размещаемого на мачте или башне.
Если сравнить между собой ветряк, имеющий диаметр ротора 10 метров на 18 метровой мачте, и парашют Д6, имеющий диаметр 10,4 метра, то на высоте 200 метров энергия ветра увеличится примерно в 11 раз, поэтому парашют, работающий на высоте 200 метров, с учетом более низкого КИЭВ, будет давать энергии в 4 раза больше, чем пропеллерный ветряк диаметром 10 метров на стандартной мачте. Т.е. парашютный ветряк диаметром 10 метров эквивалентен пропеллерному ветряку диаметром 20 метров.
Рис. 3 Парашют 10,4 м и ветряк 10,5 метров.
Для парусной ветроустановки диаметром 10 метров, работающей в средней полосе России со слабыми ветрами, можно ограничиться мощностью генератора в 18 кВт. Для такой мощности будет достаточен капроновый канат диаметром 10 мм. 500 метров такого каната весят 25 кг. Парашют Д6 весит 11,5 кг. Сила, с которой ветер воздействует на парашют при 3 м/с, составляет 28 кгс., что достаточно для подъема парашюта с земли с последующим набором высоты даже без применения гелиевого шара. При рабочей скорости 10 м/с сила, воздействующая на парашют, будет уже 1600 кгс и вес каната и парашюта не будет сказываться на работе установки.
Рис.4 Парашютный ветряк из двух парашютов Д-6
Рис.5 Ассортимент гелиевых шаров, предлагаемых к продаже в России
Парусный ветряк имеет преимущество по скорости вращения генератора перед пропеллерным ветряком. Пропеллерный ветряк диаметром 10 метров делает около 100 об/мин, что требует применения мультипликатора или сверхтихоходного, дорогого генератора. Парусный 10 метровый ветряк обеспечивает частоту вращения генератора около 1000 об/мин, что позволяет применять более дешевый серийно выпускаемый генератор.
Еще одним преимуществом парусного ветряка будет его низкий уровень шума.
Выработка энергии 10 метрового пропеллерного ветряка в средней полосе России составляет 20 МВт*часов в год при стоимости ветряка в 1 600 000 руб. Если считать стоимость электроэнергии по цене покупки из внешней электросети для нужд собственного производства, срок окупаемости ветряка составит 30 лет. Приобретение такого ветряка с целью выработки и продажи электроэнергии во внешнюю сеть вообще не имеет смысла, поскольку цена поставки электроэнергии в сеть намного меньше цены получения энергии из сети.
Экономические показатели парусного ветряка намного привлекательнее. Парашютный 10 метровый ветряк даст выработку электроэнергии в 80 МВт*часов в год при стоимости всей ветроустановки порядка 470 тыс. руб. Парусному ветряку диаметром 10 метров потребуется генератор на 18 киловатт стоимостью около 70 000 руб., парашют стоимостью 25 000 руб., полиамидный канат диаметром 10 мм длиной 500 метров стоимостью 12 000 руб. (Помимо полиамидных канатов существуют кевларовые канаты. Они прочнее и легче капроновых в два раза, но стоят в десять раз дороже.) Сколько будет стоить система управления парашютом и всей установкой в целом сейчас невозможно сказать. Но даже при ее стоимости в 1 миллион рублей парусный ветряк будет в 4 раза эффективнее пропеллерного. Невозможно спрогнозировать заранее срок службы парашюта и канатов. Чтобы парашютный ветряк был экономически целесообразен для нужд собственного производства, нужно, чтобы срок службы паруса и каната превышал 3 месяца. Срок службы парусов на яхтах составляет порядка года, поэтому этот показатель выглядит вполне достижимым. У парашютного ветряка велики эксплутационные расходы. Гелий имеет свойство улетучиваться сквозь микропоры оболочки шара. Будут изнашиваться канаты и полотнища паруса. Очень грубо сравнительный анализ эффективности пропеллерного и парашютного ветряков дает следующие цифры:
Рис.6 Сравнительный расчет экономической эффективности парашютного и пропеллерного ветряков.
В армии используются парашюты для десантирования бронетанковой техники диаметром 21 метр. В парашютной системе используется до 12 таких парашютов одновременно. На основе стандартной системы возможно создать ветроустановку с площадью парашютов в 4200 кв.метров, которая по выработке энергии будет эквивалентна пропеллерному ветряку диаметром примерно 40 метров. Эксплутационные расходы такой установки будут значительно меньше. Потому что с ростом размера гелиевого шара уменьшается относительная утечка гелия через оболочку. Поддерживающий гелиевый аэростат не обязательно делать в виде шара. Его можно выполнить и в виде тора, либо половины тора, либо другой объемной фигуры, обеспечивающее постоянносе раскрытие полотнища парашютной системы.
Справочные данные к докладу:
Согласно данным Шурхала В. В. :
|
Высота м |
Скорость ветра м/с |
Повторяемость % |
|
|
|
|
|
12 |
2 - 18 |
13 - 26 |
|
50 |
4 - 6 |
43 - 77 |
|
100 |
9 - 11 |
44 - 85 |
|
200 |
12 - 24 |
81 - 98 |
|
300 |
14 - 30 |
81 - 98 |
|
500 |
18 - 36 |
82 - 98 |
Стоимость ветряков
Ветряк 2 МВт, на скорости 11,5 м/с 2 500 000 €
Лопасти диаметром 80 метров 450 000€ 18% стоимости ветряка
Башня высотой 100 метров 825 000 € 33%
Мультипликатор 50 000 € 14 %
Преобразователь 150 000 € 6 %
Парашют Д6 серия 4
Диаметр 10,4 м2
Площадь 83 м2
Масса 11,5 кг
Срок службы 20 лет
Ресурс 80 применений при общей массе 140 кг.
Для десантирования бронетанковой техники используются парашютные системы, состоящие из нескольких парашютов (до 12) при площади 350 кв. метров каждый. Диаметр парашютов 21 метр.
Цены ВИЭСХ на мачты
6 м 26 000 руб.
8м 47 000 руб.
10,5 м 80 000 руб.
12 м 115 000 руб.
30 м 46 000 $ плюс28 000 $ переход
Ветряк Радуга-R10-8 Радуга-R10-16 Радуга-R10-24
Диаметр 10м 10м 10м
Мощность 8 кВт 16 кВт 24 кВт
Класс и средне- 3 класс 2 класс 1 класс
годовая скорость менее 4,5 м/с 4,5 – 8 м/с более 8 м/с
Расчетная скорость 10,3 м/с 12,4 м/с 14,2 м/с
Башня 9,5 и 17,5 метров
Стоимость 1 580 000 руб.
Годовая выработка менее 20 МВт*час 20 – 70 МВт*час более 70 МВт*час
Средняя мощность менее 2,3 кВт 2,3 – 8 кВт более 8 кВт
Полиамид
плотность 1,14 кг/дм3
Розин М.Н.
10 июня 2009 г.