ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЕТРО-ДИЗЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ

Выбор ветрогенератора и составление энергетического баланса гибридной СЭС

Выбор оборудования ветроэлектростанции определяется ветроэнергетическим потенциалом местности и предполагаемым объемом производимой электроэнергии.

В качестве основной характеристики ветропотенциала для решения вопроса о целесообразности строительства ВЭС и ориентировочного выбора ветрогенератора используется среднегодовая скорость ветра Vcp. Связь электрической мощности, развиваемый ветрогенератором, со скоростью ветра устанавливается известным соотношением:

где f - коэффициент использования энергии ветра (для быстроходных ветротурбин в номинальном режиме достигает своего максимума) fmax = 0,4—0,5; R - радиус ротора ветротурбины [м]; р - плотность воздуха (при нормальных условиях р = 1,2041 кГ/м3); Vcp - среднегодовая скорость ветра [м/с]; г] - КПД электромеханического преобразователя энергии (rj = 0,7-0,9).

Ориентируясь на предполагаемое количество генерируемой энергии и на среднегодовую скорость ветра, можно из предлагаемых на рынке ветрогенераторов предварительно выбрать подходящие варианты.

В процессе рассмотрения вариантов следует сопоставлять стартовую скорость ветра, которая для большинства ветрогенераторов равна 2^1 м/с, номинальную скорость ветра, изменяющуюся для разных ветрогенераторов от 8 до 14-15 м/с, со средней скоростью ветра для данной местности.

Количество произведенной энергии ВЭС, кроме характеристик ветропотенциала, зависит от площади ометаемой поверхности ветротурбины, т. е. ее диаметра.

Удобной для анализа выработки электроэнергии является мощно- стная характеристика ВЭС, связывающая электрическую мощность со скоростью ветра. Пример такой характеристики для ветрогенератора CondorAir мощностью 60 кВт при скорости ветра 7,5 м/с и стартовой скоростью ветра 2,5 м/с приведен на рис. 16.

Данная характеристика часто снимается экспериментально и приводится в техническом описании ветрогенераторов.

Очевидно, не представляет трудности графическое определение мощности ветрогенератора для любой скорости ветра.

Мощностная характеристика ветрогенератора

Рис. 16. Мощностная характеристика ветрогенератора

При известном распределении скоростей ветра по градациям Vt возможную выработку электроэнергии ветрогенератора за определенный промежуток времени можно определить как

где Pi - средняя мощность, соответствующая i - градации скорости ветра [кВт]; ti - продолжительность данной градации за рассматриваемый временной интервал (обычно месяц) [час]; п - количество градаций.

Следует отметить, что не все производители приводят мощностные характеристики своих ветрогенераторов. В этом случае можно рекомендовать линейную аппроксимацию этих характеристик по двум точкам:

  • 1) стартовая скорость ветра и нулевая мощность;
  • 2) номинальные скорость и мощность ветрогенератора. Окончательный выбор оборудования ветроэлектростанции может

быть осуществлен после оптимизации энергетического баланса гибридной ветродизельной станции.

Энергетический баланс автономной ветродизельной системы электроснабжения подразумевает покрытие графиков электропотребления объекта энергией, генерируемой ветроэлектростанцией и дизельной электростанцией.

Общий подход к формированию баланса заключается в максимальном использовании ветроэнергетического потенциала при минимизации затрат на производство электроэнергии. Тогда энергетический баланс системы строится следующим образом.

  • 1. По известным графикам электрических нагрузок определяется усредненное электропотребление объекта по каждому месяцу.
  • 2. По известным характеристикам ветропотенциала и предварительно выбранного ветрогенератора определяется среднемесячная выработка электроэнергии для каждого месяца.
  • 3. В результате сравнения генерируемой ВЭС и потребляемой объектом энергии определяется степень участия ДЭС в суммарном энергетическом балансе.
  • 4. Все составляющие энергетического баланса имеют статистический характер и, как правило, не коррелируются друг с другом. Например, сезонные изменения средней месячной скорости ветра показаны на рис. 17.
Средняя скорость ветра по месяцам в период 2001-2004 гг. на метеостанции Александровское

Рис. 17. Средняя скорость ветра по месяцам в период 2001-2004 гг. на метеостанции Александровское

Очевидно, что для местности с невысоким ветроэнергетическим потенциалом следует определить рациональную установленную мощность ветроэлектростанции, ориентируясь на ее максимальное использование и данные расчетов эффективности проектируемой гибридной системы электроснабжения.

Пример определения вырабатываемой электроэнергии ветрогене- ратором в автономной системе электроснабжения для ветровых условий и электропотребления с. Новоникольское Александровского района Томской области представлен на рис. 18.

Покрытие нагрузки поселка ветрогенератором

Рис. 18. Покрытие нагрузки поселка ветрогенератором

Очевидно, что выбранный ветрогенератор в наиболее ветренные месяцы может обеспечить не более 50 % энергопотребностей нагрузки.

Увеличение установленной мощности ветровой части гибридной энергоустановки позволяет увеличить выработку электроэнергии, добиться большей экономии дизельного топлива, но при этом увеличить стоимость оборудования станции. Например, на рис. 19 показан график помесячного покрытия нагрузки двумя ветрогенераторами при этих же условиях.

При использовании 2 ВЭУ среднее значение покрытия нагрузки составляет 61 %, минимальное значение 36,4 % (август), максимальное - 94,5 % (март).

Окончательный выбор соотношения мощностей ВЭС и ДЭС по энергетическому балансу должен быть обоснован экономическими расчетами.

Покрытие нагрузки двумя ветрогенераторами

Рис. 19. Покрытие нагрузки двумя ветрогенераторами

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >