Розрахунок основних параметрів вітряка


   Параметри вітроустановки пов'язані між собою нескладними однозначними фізичними залежностями.
   Навіть тому, хто не планує проектувати власну ВЕУ, а збирається придбати готову, корисно ознайомитися з цією інформацією. Вона не допоможе оцінити конструктивну досконалість і якість виготовлення пропонованих машин, але дозволить краще оцінити їх потенційні можливості, іноді виявити неправдивість (не завжди умисну) заявлених характеристик.

Розрахунок турбіни вітрогенератора
  Основні параметри ВЕУ :  [ Розрахувати на калькуляторі]

Номінальна потужність PНОМ [Вт,кВт] - потужність, що розвивається вітроустановкою при розрахунковій швидкості вітру;
Розрахункова швидкість вітру VP [м/с] - див. визначення номінальної потужності;
Діаметр вітротурбіни D [м] - тут усе ясно. Для екзотичних типів ВЕУ інші розміри, виходячи з яких обчислюється площа вітроприємного пристрою;
Вироблення енергії за місяць WМ [кВт•Ч] - величина, залежна від середньої швидкості вітру;
Середня потужність PСР [кВт] - потужність, при безперервній підтримці якої, вироблення енергії за місяць буде рівне реальній.


  Потужність вітроустановки рівна  
- коефіцієнт корисної дії генератора і трансмісії (зазвичай рівний 0.8 - 0.9);
PТ - потужність вітротурбіни.
  Потужність турбіни складає  
- коефіцієнт вітровикористання. Принципово відрізняється від ККД тим, що "недоотримана" потужність, в основному, не є втратами, а залишається в потоці. По різних теоріях максимальне значення коефіцієнта вітровикористання ідеального пристрою складає 0.59 - 0.68. Це легко зрозуміти, представивши крайню ситуацію, коли у потоку відбирається 100% енергії. У такому разі потік повинен повністю зупинитися, що вже суперечить його наявності. Реальний коефіцієнт вітровикористання добре спроектованої турбіни складає 0.4-0.55;
PП - потужність вітрового потоку, що проходить через обтікаючу вітротурбіною площу.
  Потужність потоку обчислюється за формулою  
- щільність повітря (стандартне значення 1.225 кг/м3);
V - швидкість необуреного вітрового потоку;
S = пD2/4 - обтікаюча площа.

   Цих залежностей вистачає для узгодження таких параметрів ВЕУ як номінальна потужність, діаметр і розрахункова швидкість вітру. Але не менш важливими є очікуване вироблення енергії і середня потужність вітроустановки. Досить точно ці величини можна вичислити, знаючи діаграму розподілу швидкостей вітру за період, що цікавить. Для порівняння різних ВЕУ між собою можна обійтися і менш точним теоретичним розрахунком.
  При розрахунку місячного вироблення енергії приймаються наступні допущення:
- потужність вітроустановки при швидкості вітру нижче розрахунковою пропорційна кубу швидкості вітру P=PНОМ·(V/VР)3;
- потужність вітроустановки при швидкості вітру вище розрахунковою дорівнює номінальній (обмежується системою управління або потужністю генератора);
- розподіл швидкостей вітру за часом підкоряється закону Гауса

V0 - середня швидкість вітру;
A - параметр, залежний від V0. У таблиці приведені значення А, певні М. М. Поморцевим на базі статистичних даних.
V0, м/с3456
A0.2280.1850.1650.15
  Таким чином, середня потужність вітроустановки залежно від її розрахункової швидкості і середньої швидкості вітру складе:

  Відповідно, вироблення енергії за місяць буде рівне: WМ=PСР·30·24