3. Электроснабжение объекта ветроустановками

1. Оценка ветрового потенциала в регионе

Для оценки ветрового потенциала ветра с сайта [4] были взятые из архива данные за 2011 год. Далее все данные были сведены в отдельную таблицу и составлена градация ветра.

Таблица 11. Градация ветра по скорости, в процентах.

Месяц/Vwind(м/с)	0	1	2	3	4	5	6
Январь	11,5	14,1	20,8	25,5	19,3	5,2	4,2
Февраль	5,3	15,0	28,9	35,8	12,8	1,1	1,1
Март	2,9	20,0	21,9	24,8	17,1	8,1	5,2
Апрель	9,7	16,2	25,9	28,7	13,0	2,8	2,3
Май	11,3	27,7	32,5	21,2	4,8	2,6	0,0
Июнь	11,0	26,4	30,8	19,8	7,9	3,5	0,4
Июль	19,3	28,8	32,6	14,2	3,9	0,9	0,4
Август	15,0	22,3	34,3	21,0	4,7	1,3	1,3
Сентябрь	8,5	31,0	40,4	15,5	3,3	0,9	0,5
Октябрь	4,0	20,9	38,7	24,0	7,6	4,4	0,4
Ноябрь	5,3	12,7	31,7	32,8	13,2	2,6	1,6
Декабрь	4,6	16,8	18,8	19,8	14,7	14,7	13,7

ВЭС необходимо расположить таким образом, что бы ветровой поток не перекрывался другими установками и рельефом местности. Для этих целей сведем ветровые данные в градацию по направлению:

Таблица 12. Градация по направлению.

Месяц	Направление	Месяц	Направление
январь	184	июль	121
февраль	209	август	137
март	217	сентябрь	242
апрель	187	октябрь	224
май	142	ноябрь	229
июнь	170	декабрь	192

При помощи этой градации можно подсчитать среднее значение направление ветра, которое составит 187 градусов (северный ветер). Логично будет располагать ВЭС на линии по азимуту 90 или 270 градусов (с востока на запад), на некотором отдалении друг от друга.

2. Выбор ветроэлектроустановки

Было принято решение для генерации электроэнергии применить вертикально-осевой тип турбины с ротором Дарье. Это обусловлено низкими скоростями ветра в регионе и невозможностью использования других типов турбин. С сайта [5] была выбрана ВЭУ ОМ-5000-24(48). С помощью данных на сайте была построена ее механическая характеристика:

Рисунок 2. Механическая характеристика ветротурбины.

С помощью характеристики ветротурбины представляется возможным рассчитать количество энергии, которое сможет генерировать ветроустановка. Но изначально необходимо рассчитать скорость ветра на высоте установки ветротурбины. Примем высоту мачты 20 метров. По формуле [6, стр. 16, табл. 5] рассчитаем скорость на высоте мачты:

Следующим шагом рассчитаем количество энергии, которое будет производить ветротурбина в месяц:

и сведём все эти данные в таблицу:

Таблица 13. Пример таблицы для месяца январь.

Скорость	Скорость для 20 м, м/с	Мощность по диаграмме, кВт	Продолжительность ветров, % от месяца	Энергия, кВт•ч
0 м/с	0	0	85,25	0
1 м/с	1,15	0	104,625	0
2 м/с	2,30	0,119238	155	18,48194
3 м/с	3,45	1,119432	189,875	212,5521
4 м/с	4,53	1,712359	143,375	245,5095
5 м/с	5,66	2,152865	38,75	83,42353
6 м/с	6,8	2,604464	31	80,73838
произведено , кВт*ч			640,7054063

Имея данные о производстве электроэнергии и потреблении несложно рассчитать количество необходимых ветрогенераторов. Нижеприведённый расчет выполнен с округлением до большего целого числа.

Таблица 14. Необходимое количество ветроустановок.

месяц	Кол-во ветростанций	месяц	Кол-во ветростанций
январь	5	июль	8
февраль	6	август	6
март	5	сентябрь	8
апрель	5	октябрь	4
май	8	ноябрь	3
июнь	7	декабрь	2

Нерентабельно ради двух месяцев 100% энергообеспечения ставить 8 ветроустановок. Примем количество вестроустановок равным 6. В таком случае покрытие нагрузки за счёт ВЭС будет следующим:

Таблица 15. Покрытие нагрузки с помощью ВЭУ

Месяц	Покрытие, %	Месяц	Покрытие, %
январь	125	июль	72
февраль	92	август	102
март	164	сентябрь	73
апрель	122	октябрь	135
май	75	ноябрь	173
июнь	84	декабрь	169

Серым цветом выделены энергодефецитные месяцы.

Очевидно, что пики нагрузки не будут совпадать с пиками ветровой активности. Так же очевидно, что в ночное время нагрузка практически стремиться к нулю. Для покрытия пиковых нагрузок установим аккумуляторные батареи. Для этого примем наиболее загруженный месяц (зимний) и 4 часа пиковой нагрузки. Суммарная энергия потреблённая за 4 пиковых часа составит 33 кВт•ч. При емкости батарей 200 а•ч и с учётом 50% рекомендуемого разряда батареи количество батарей составит 28 штук.