能源效率的风力涡轮机的家庭 Bashny.Net

五十八亿四百五千九百六十一个



全球能源需求不断增长，但很快这种趋势必须用尽的世界石油储备，可以产生能源危机。 近年来，高的期望，在解决全球能源问题时，依靠的替代能源和最新技术。 风力一段时间成为了一种符号替代绿色能源。 这样留下问题的能量和经济效率的风力涡轮机在不同的工作条件比较传统的来源的电力。
在经济自由化和个性化的社会，最近的兴趣增加自治的自动风力涡轮机，是不相关的网格，并支持个别的住房。
任务是研究能量和经济效率的自动化自治的低功率风力涡轮机的统计建模方法。
这个想法的使用"免费"风能发电在自己家里，乍一看很吸引人。 然而，具有讽刺意味的是，电力是从家庭风力涡轮机是自相矛盾的是昂贵的。
一方面，提供家庭必须满足两个强制性的条件：
1–它应该是220伏，50赫兹;
2–电力供应不中断。 风是一个不稳定的现象，而风力涡轮机不会直接能够提供电的房子。 因此，费用风力发电机需要增加的费用庞大和昂贵的电电池的累积能量的风。 电池产生的直流电电流必须转换到交流。 这就需要变换器，费用增加的成本获得"免费能源"。 需要安装的风力涡轮机上的一个高桅杆还增加了成本。
另一方面，所有这些额外的设备导致能源损失在其储存和转换。
感兴趣的问题是，是否能够实现能源自主权的私人住房通过使用风力涡轮机，至少在最有利的条件对乌克兰的克里米亚，那里的平均水平风速达到7m/s(在沙漠海岸上和在海拔较高的)。
作为一个设计方案已经选择了现代的风力发电单元，这-M-3/5号中。 它满足电力需求和典型代表是其类。 这是一个经典的三叶片风力涡轮机的固定角度的刀片，最大的电力为3千瓦，涡轮机径的4.6米和一个转速旋转的500转叶片特别设计而成的Stekloplastik特殊的技术，具有较长的使用寿命低体重，并确保低噪声水平。 桅杆工具包(管扩展)是最大限度地简化和降价的。

标准设计的单个风力涡轮机
该基金会的风力涡轮机是专门为她设计的低速无齿轮发电机。 该原则的行动是三阶段的多极同步交流发电机用的激发的永久罕见的地球磁铁。
权力的风流成比例的立方体的风速和风是根据公式计算的：
所依赖的电流离风速和风力涡轮风力涡轮机-M-3/5号定如下图所示。 在同样的图是给予认证价值的电力的风力涡轮机的3/5。 在工作速度范围在3–11m/s系数的权力的风的风力涡轮风力涡轮机-3/5号是关于0.3的。 这是一个良好的价值用于风力涡轮机。 即使从理论上讲这是不可能实现的比率为0.6，但在现实中，这个比例仍然是1.5–2倍以下。 在高风速利用率降低，甚至更多。 因此，在一个风速为20米/秒的风力达到80千瓦，但发电机不够使用它。 不幸的是，它在技术上是不可能提供一个利用率高的风力发电在这样一个广泛的动态范围的变化(三个数量级的)。

电力和风速度
方框图的安装是在该图所示如下。 风力涡轮机产生的三个阶段交流电压。 电池充电通过整流不断的电流。 这个过程的控制是通过充电控制器。 电池是需要顺随机性波动的负载和风力发电。 管制和限制的转速旋转的风力涡轮机在高风速(40m/s)通过电磁制的发电机。 如果电池已经收费，所产生多余能量消耗在阻管电热水器(德-Ah)。

结构计划中的发电厂
食物器具的交流220伏，50赫兹是从所提供的电池通过逆变器。 在没有风，使用一个备用汽油发电机。 虽然一个备用发电机可以直接送入电器、这种模式是积极不利的。 大多数的时间一个备用发电机将未充分利用的因变异性的电力消耗。 便宜的电荷从电池(通过一个整流器). 而备用发电机将打开偶尔并简要，但在全的能力。 在这个模式，资源小时柴油发电机和燃料将使用最有效率。
量化可变性的风力为特征的图表中的分布密度和速度的自相关功能。 意味着每小时的平均速度。
频率分布介绍了发生的频率不同的速度。 用风的特征，通过一个强烈的不对称的速度分布。 一个合适的理论模型的威布尔的分配。 下图显示了理论上的威布尔的分配。 一个参数，定义不对称，假定等于1.5. 参数b确定的平均值，假定为7m/s是典型的克里米亚风的价值观。

频率分布的风力时速
自相关功能反映出相对稳定，风速在短时间间隔(如果目前的平静，随后的的概率，在一个小时也将是平静的)。 典型的特征时间的自相关的风速大约10小时。 对于较长的间隔的相互依存关系大大削弱。

自相关功能的风速
下图显示了一种统计模型的整个风力涡轮机(包括备用电池和柴油发电机)在环境中的软件VisSim的。 节拍的仿真相当于1s到1小时在真实的时间。 内部结构的模型隐藏的内部电力安装的模式。 显示的波的主要变量的模型。

统计模型的发电厂
发生器能力的潜在能力的发电机(kW)。 电发生器可以输出，如果消费者可以采取。 否则，将实际产生的动力将减少。
电是产生真正的权力(千). 它是用于充电电池和电力消费者。
电力需求所需的消费者的权力(千). 由于存在的电池以及备用发电机，需要的是遇到了100%，也就是，该所需要的功率始终是一样真实的功率消耗。 但是，电力消耗并不相吻合所产生的电力，因为电池充电，由于过剩的电力产生的，它排放到盖多余的需求。
充电的电池充电(kWh)。 变化范围在0到20千瓦时(这是最大容量的电池)。
电力储备的动力储备汽油发电机(2.5千瓦的)。 偶尔也短暂地转弯时风弱，当电池接近于零，它需要充电。
控制特性、备用发电机是下图所示。 一个备用发电机启用，如果该电池的水平低于2千瓦时，和关闭时，该电池达到7千瓦时。

控制特性、备用发电机
制造商的风力发电机的建议在使用电池的能量能力的20千瓦时(每日能量)。 感兴趣的是研究以下问题。 它是可能做到的，没有一个后备的柴油发电机，提高能力的电池吗？ 乍一看，这似乎是可能的，因为平均潜在能力的风力涡轮机的超过平均水平的需求。 下图显示了依赖的长度的内含物(PV)的备用发电机电池的容量(根据研究结果的统计建模). 曲线图显示，PV真正减少uvelicheniem电池的容量。 但是，即使有了三倍的容量增加到80千瓦-小时(然后，电池将重2吨！) 未来带来光伏为零。 因此，摆脱的后备柴油发电机的费用增加的电池容量几乎是不可能的。

所依赖的内含物(PV)备用汽油发电机的电池容量
下图显示了平衡的平均功率的风力涡轮机从模拟结果。 平均功率的风流量足够大，并是12千瓦。 然而，目前的风力发电的变化在一个非常广泛的动态范围，从零到几百千瓦。 这几乎是不可能建立一个风力涡轮机的有效运作，全力范围。 因此，平均利用电风力较低。 因此，该装机容量的发电机是少4倍，仅有3千瓦。 最大的电力，可以获得与稳定的风速的11m/s和匹配的载荷。 多余的力量在高风速简单消失。 鉴于不稳定的风平均潜在的电力将会有1千瓦(这是假设的负荷选择的整个中产生的电力)。 如果我们考虑到该不一致的负载(最大消费量不符合极大的性能)，实际产生的动力将甚至低于1.6倍，达0,636kW(尽管存在该电池)。 利用安装的发电能力只是0,636/3=0,021=的21%。 成电能成为0,636/12=0,053=5.3%的初始能量的风。

在平衡的平均功率
后备柴油发电机中，偶尔也启动时没有足够的风(DF=4,6%)，增加了平均0,113千瓦时。 结果，我们得到的平均生成的电力的0.75kW。

平均生成的电力、kW
由于损失在电池和电器，真正的力量，给予消费者将更少(1.4倍)，并将达到0,54的kW。 这相当于平均每月消耗量0,54·24·30 =390千瓦时的电力。 组成的家用电器及其使用需要选择。 它是适度的，但不够舒适用于一个小的单独的房子。
每月总发电1500grn总的折旧费用的设备安装1080UAH(投资回收期间通过10年)，并支付用于气体的备用发电机430份效果。

每月的费用对电力的家
费用每千瓦-小时的电力将1500/389=UAH3.88，这远远超过成本的电力网络。
能源自主权的私人住房通过使用一个自动化的风力涡轮机技术上是可以实现的，但是费用为的自主性很高。 风电成本，即使面对的克里米亚(最好在乌克兰，平均风速到7m/s)，大于当从电源。
能源效率的单个风力涡轮机是相当小的。 平均消耗的能量仅为4.5％的平均功率的风流穿过的涡轮机和18%的装机容量的发电机。
主要的制约来提高能源效率的风力涡轮机，是一个随机变化的风电流在一个大动态范围(三个数量级的)。
它建议使用一个风力涡轮机叶片直径的4.5米、旋转速度500转/分时，高度肥大10米，无齿轮多极同步发电机，永久磁铁有力的3千瓦，电池的能量能力的20千瓦时，用质量为500千克，一个备用汽油发电机，2.5千瓦器4.5千瓦。 这个单位将提供的平均电力消耗的390千瓦小时，每月价格元的3.88每千瓦·小时。
用于预计投资回收期的10年里将有三次改变汽油和一次电池。 该风力涡轮机的运行假定无故障和维护免费的。
没有一个备用汽油发电机，这是不可能的，以确保不间断的电力供应，甚至当增加四倍，在电池电量从建议。 因此可以实现的仅有自治市，但不是从供应碳氢燃料。
S.V.诺索夫,L.G.Sobolevskaya，O.诉Chernyavskaya

资料来源：alternativenergy.ru