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; с - 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 о - коэффициент использования энергии ветра (в номинальном режиме для быстроходных ветряков достигает максимум о_max = 0,4 ч 0,5), безмерная величина; R - радиус ротора, м; V - скорость воздушного потока, м/с; с - плотность воздуха, кг/м³; з_р - КПД редуктора, %; з_г - КПД генератора, %.

Для примера расчета примем следующие значения:

о = 0,4;

R = 5 м;

V = 3 м/с;

с = 1,25 кг/м³_;

з_р = 0,91;

з_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.