Вітрогенератори - набирає популярність вид енергетичного обладнання. Призначення вітрогенератора - перетворювати кінетичну енергію повітряного потоку, званого вітром, в енергію електричну. Крім вітрогенераторів, ще досить поширені вітряки. службовці для прямого приводу насосів, так звані ветронасоси. Енергію, що виробляється вітрогенератором. можна розрахувати за наступною формулою:
де P - потужність, Вт; rho - щільність повітря (приблизно 1,225 кг / куб.м); S - площа метання ротора; V - швидкість вітру, м / с; Ср - аеродинамічний коефіцієнт (теоретично 0,5); Ng - ККД генератора; Nb - ККД редуктора (якщо є).
Всі складові цієї формули для конкретного вітрогенератора. крім швидкості вітру, є константами (щільність повітря, звичайно, залежить від температури, але її змінами можна знехтувати, як малими). Тому можна сказати, що потужність, що виробляється вітрогенератором. пропорційна кубу швидкості вітру.
Це означає, що потужність вітрогенератора на слабких вітрах (навіть якщо він обертається) дуже мала. Але з посиленням вітру йде різке наростання потужності. А оскільки вітер на практиці дме з постійною швидкістю і напрямком тільки в аеродинамічній трубі, зрозуміло, що потужність, що виробляється вітрогенератором. є мінливою за часом величиною. Тому будь-яка енергетична система з використанням вітрогенератора в якості джерела енергії повинна мати стабілізуючий ланка.
У малих автономних системах роль такого ланки зазвичай грає акумуляторна батарея. Якщо потужність вітрогенератора більше потужності навантаження, батарея заряджається. Якщо потужність навантаження більше - батарея розряджається. З цього випливає наступна важлива особливість вітрогенератора. як джерела потужності: якщо більшість інших джерел вибираються за потужністю пікового навантаження, вітрогенератори слід вибирати, виходячи з величини споживання електроенергії в місяць (або на рік, як кому подобається).
Проілюструємо це на прикладі. На березі моря, де середня швидкість вітру наближається до 6 м / с, варто будиночок, куди приїжджає сім'я з трьох осіб на вихідні. Електрообладнання включається теж тільки на вихідні. У день споживання досягає 15 кВт * год, при цьому пікове навантаження - до 3 кВт. Отже, на місяць споживання енергії дорівнює 120 кВт * год. При середньорічній швидкості вітру 6 м / с вироблення 120 кВт * год на місяць може забезпечити невеликий 700-Втний вітрогенератор. Крім того, для акумулювання енергії протягом 5 днів буде потрібно батарея великої місткості, і інвертор (який перетворює постійну напругу батареї в стандартне змінне) потужністю 3 кВт, щоб забезпечити пікові навантаження.
Інший приклад. У місцевості із середньою швидкістю вітру 5 м / с побудований телекомунікаційний об'єкт, який постійно споживає в середньому 2 кВт електроенергії, при цьому пікове навантаження не перевищує тих же 3 кВт. В даному випадку множимо 2 кВт на кількість годин на місяць (720) і отримуємо 1440 кВт * год - величина споживання об'єкта в місяць. Щоб при такій швидкості вітру забезпечити вироблення 1420 кВт * год, потрібен вітрогенератор потужністю 10 кВт. При цьому працювати він буде через той же інвертор потужністю 3 кВт.
Як можна бачити, в кожному з вищеописаних випадків потужність вітрогенератора відрізняється в рази від пікової потужності навантаження. Потужність пікового навантаження визначає потужність перетворювача. Сам вітрогенератор визначає тільки величину вироблення в певний часовий проміжок при певній середньомісячної швидкості вітру. Крім середньої швидкості вітру, існують більш докладні ввідні дані для оцінки вітрових ресурсів, звані параметрами Вейбулла, які відображають розподіл тривалості вітру певної сили для даного місця, вони використовуються при проектуванні вітропарків потужністю в десятки МВт.
Для проектів малої енергетики витрачатися на такі дослідження не має економічного сенсу, тому що можна приблизно оцінити очікувану вироблення за величиною середньої швидкості вітру в місці установки вітрогенератора. З наведених прикладів також можна зробити висновок про характер навантаження, для живлення якої найбільш доцільно застосовувати вітрогенератор. Це нерівномірне навантаження, при якій пікове навантаження перевищує в 10 і більше разів навантаження середню.
Найбільш поширений випадок для використання відносно невеликої вітрогенератора - побутова навантаження. Наприклад, для сім'ї в міській квартирі середнє навантаження - 0,5 кВт (360 кВт * год на місяць за лічильником). Пікове навантаження - 5 кВт, коли включена електроплита, пральна машина, мікрохвильова піч та інші, менш потужні прилади. 5-кВтний вітрогенератор може забезпечити ці потреби навіть в не дуже вітряному місці. Рівномірна ж навантаження, наприклад опалення, коли цілодобово працює навіть один опалювальний прилад потужністю 1 кВт, в місяць вимагає 720 кВт * год, які вітрогенератор потужністю 5 кВт може забезпечити тільки в місцевості з хорошими вітровими ресурсами (наприклад, на березі моря, в степу і т.д.).
За матеріалами НВО «Електросфера»