В. Германович - Альтернативные источники энергии и энергосбережение

Высота над уровнем земли. Близко к земле ветер замедляется за счет трения о земную поверхность. Для сельскохозяйственных полей и пустынных территорий при увеличении высоты над поверхностью земли в два раза наблюдается увеличение скорости ветра приблизительно на 12 %.

Время года.В большинстве регионов наблюдаются значительные сезонные изменения ветровых потоков. Причем в зимние месяцы скорость ветра обычно выше, чем летом. Дневные изменения скорости ветра наблюдаются, как правило, вблизи морей и больших озер.

Утром солнце нагревает землю быстрее, чем воду, поэтому ветер дует в направлении побережья. Вечером же земля остывает быстрее, чем вода, поэтому ветер дует от побережья.

Характер земной поверхности.Холмы или горные хребты, находящиеся на открытом ландшафте, обычно считаются превосходным местом для ветряка. На холмах скорость ветра выше по сравнению с окружающей равнинной территорией. Необходимо помнить, что ветер может менять свое направление прежде, чем достигнет холма, так как область высокого давления фактически расширяется на некотором расстоянии перед холмом. Также необходимо помнить, что турбулентность, значение которой резко увеличивается в случае крутого холма или его неровной поверхности, может свести на нет преимущества более высокой скорости ветра (см. рис. 1.2).

Рис. 1.2. Хорошие и плохие варианты размещения ветроэлектростанции

Есть несколько способов определения средней скорости ветра на участке.

Способ № 1.Информация в сети Internet и официальных источниках

Есть несколько сайтов, которые мы можем использовать для определения средних скоростей ветра практически в любом регионе мира, например, http://firstlook.3tier.com

Сайт бесплатно предоставляет информацию о ветре на высотах 20, 50 и 80 м.

Способ № 2; Данные метеослужбы или местного аэропорта

Для получения данных о скорости ветра можно также обратиться в местную метеослужбу или аэропорт. При этом нужно помнить, что у данных, которые они предоставляют, есть некоторые особенности. Рассмотрим их.

Усредненные данные. Обычно метеостанции округляют данные за некоторые промежутки времени, что не дает вам возможности увидеть картину сезонности или изменения скорости ветра в зависимости от времени суток.

Не всегда понятно, как трактовать показания применительно к вашему участку. Значительные расхождения в скорости ветра бывают при сдвиге измерительных приборов на 30–50 м в сторону, не говоря уже про расстояния в 2–5 километров и более. Также очень влияет разница ландшафта вашего объекта и ландшафта места, где находится метеослужба.

Высота замера. Скорость ветра может зависеть от высоты. Те данные, которые предоставляет метеослужба, обычно снимаются на высоте 10 м. Пройдется встать с кресла и отойти от компьютера, чтобы это узнать!

Способ № 3.Замер скорости ветра в будущем месте установки портативной метеостанцией

Преимущества.Достоинством такого подхода является высокая точность данных. При проведении работ по замеру скорости ветра на месте установки, можно установить датчики портативной метеостанции на необходимую высоту. Также можно установить несколько портативных метеостанции в разных местах участка, чтобы определить наиболее ветреное место для монтажа. Данный способ является наиболее объективным и дает самые точные показания по скорости ветра в месте установки.

Недостатки. Длительность времени замера. Для проведения объективных замеров, необходимо устанавливать портативную метеостанцию на длительный срок — желательно не менее одного месяца. В идеальном варианте, портативная метеостанция должна снимать показания в течение целого календарного года, так как во всех регионах существует сезонность ветров (зимой, осенью и весной ветра сильнее). Короткий промежуток времени замера может не дать объективной информации.

Стоимость проведения работ. Стоимость работ по замеру скорости ветра портативной метеостанцией в месте установки стоит дороже, чем общие среднестатистические данные от местных государственных метеослужб. Если вы хотите установить портативную метеостанцию на длительный срок или использовать для нескольких объектов, то имеет смысл приобрести данную систему, а не арендовать ее.

Секундная энергия или мощность потока пропорциональна кубу скорости, т. е. если скорость ветра увеличилась, например, в два раза, то энергия воздушного потока возрастает в 23 = 2 x 2 x 2 = 8 раз.

Мощность, развиваемая ветродвигателем, изменяется также пропорционально квадрату диаметра ветроколеса, т. е. при увеличении диаметра в 2 раза, мощность при той же скорости ветра увеличивается в 4 раза ( http://www.freeenergyengines.ru/).

Однако в механическую работу можно превратить только часть энергии потока, протекающего через ветроколесо. Другая часть энергии теряется на трение воздушных частиц и различные потери, так как ветроколесо оказывает сопротивление движению воздушных частиц. Кроме того, значительная часть энергии содержится в воздушном потоке, уже прошедшем через ветроколесо. Это объясняется тем, что поток за ветроколесом также имеет некоторую скорость.

В теории крыльчатых ветродвигателей доказывается:

♦ что скорость потока за ветроколесом не может быть равна нулю;

♦ что наилучший режим работы ветродвигателя будет в том случае, когда скорость непосредственно за ветроколесом составляет 2/3 от первоначальной скорости потока, набегающего на ветроколесо.

Число, показывающее, какая часть мощности воздушного потока полезно используется ветроколесом, называется коэффициентом использования энергии ветра и обозначается греческой буквой % (кси).

Величина коэффициента использования энергии ветра χ , прежде всего, зависит от типа ветродвигателя, формы его крыльев и качества их изготовления, а также от ряда других факторов.

Для лучших быстроходных ветродвигателей, имеющих крылья обтекаемого аэродинамического профиля, χ = от 0,42 до 0,46. Это означает, что ветроколеса таких ветродвигателей могут полезно использовать, т. е. превращать в механическую работу, 42–46 % энергии, которой обладает ветровой поток, проходящий через ветроколесо. Для тихоходных ветродвигателей значения % могут быть в пределах от 0,27 до 0,33. Максимальное значение теоретического коэффициента использования энергии ветра у идеальных крыльчатых ветродвигателей равно 0,593.