Energía eólica Fateev. Literatura sobre energía eólica. Capítulo XVI. Plantas de energía eólica

Molino con soporte

“Los molinos sobre caballetes, los llamados molinos alemanes, aparecieron hasta mediados del siglo XVI. los únicos conocidos. Una tormenta fuerte podría derribar un molino de este tipo junto con su estructura. A mediados del siglo XVI, un flamenco encontró la manera de hacer imposible este vuelco del molino. En el molino, sólo hizo móvil el techo, y para girar las alas con el viento, era necesario girar sólo el techo, mientras que el edificio del molino estaba firmemente fijado al suelo”.(K. Marx. “Máquinas: la aplicación de las fuerzas naturales y la ciencia”).

El peso del molino de pórtico estaba limitado debido a que debía girarse a mano. Por tanto, su productividad era limitada. Los molinos mejorados recibieron el nombre carpa.

Métodos modernos de generación de electricidad a partir de energía eólica.

Los aerogeneradores modernos funcionan con velocidades de viento de 3-4 m/s a 25 m/s.

El diseño más utilizado en el mundo es el diseño de un aerogenerador de tres palas y eje de rotación horizontal, aunque en algunos lugares también se encuentran los de dos palas. Ha habido intentos de construir generadores eólicos del llamado diseño ortogonal, es decir, con un eje de rotación vertical. Se cree que tienen la ventaja de que se requiere una velocidad del viento muy baja para arrancar el generador eólico. El principal problema de estos generadores es el mecanismo de frenado. Debido a este y otros problemas técnicos, las turbinas eólicas ortogonales no han ganado aceptación práctica en la industria de la energía eólica.

Las zonas costeras se consideran los lugares más prometedores para la producción de energía eólica. En el mar, a una distancia de 10 a 12 km de la costa (y a veces más), se construyen parques eólicos marinos. Las torres de los aerogeneradores se instalan sobre cimientos formados por pilotes hincados a una profundidad de hasta 30 metros.

Se pueden utilizar otros tipos de cimentaciones submarinas, así como cimentaciones flotantes. El primer prototipo de turbina eólica flotante fue construido por H Technologies BV en diciembre de 2007. El aerogenerador de 80 kW está instalado en una plataforma flotante a 10,6 millas náuticas de la costa del sur de Italia, en una zona marina de 108 metros de profundidad.

Uso de la energía eólica

En 2007, el 61% de las plantas de energía eólica instaladas se concentraban en Europa, el 20% en América del Norte y el 17% en Asia.

Un país	2005, megavatios	2006, megavatios	2007, megavatios	2008 megavatios.
EE.UU	9149	11603	16818	25170
Alemania	18428	20622	22247	23903
España	10028	11615	15145	16754
Porcelana	1260	2405	6050	12210
India	4430	6270	7580	9645
Italia	1718	2123	2726	3736
Gran Bretaña	1353	1962	2389	3241
Francia	757	1567	2454	3404
Dinamarca	3122	3136	3125	3180
Portugal	1022	1716	2150	2862
Canadá	683	1451	1846	2369
Países Bajos	1224	1558	1746	2225
Japón	1040	1394	1538	1880
Australia	579	817	817,3	1306
Suecia	510	571	788	1021
Irlanda	496	746	805	1002
Austria	819	965	982	995
Grecia	573	746	871	985
Noruega	270	325	333	428
Brasil	29	237	247,1	341
Bélgica	167,4	194	287	-
Polonia	73	153	276	472
Turquía	20,1	50	146	433
Egipto	145	230	310	365
checo	29,5	54	116	-
Finlandia	82	86	110	-
Ucrania	77,3	86	89	-
Bulgaria	14	36	70	-
Hungría	17,5	61	65	-
Irán	23	48	66	85
Estonia	33	32	58	-
Lituania	7	48	50	-
Luxemburgo	35,3	35	35	-
Argentina	26,8	27,8	29	29
Letonia	27	27	27	-
Rusia	14	15,5	16,5	-

Tabla: Capacidades instaladas totales, MW, por país, 2005-2007 Datos de la Asociación Europea de Energía Eólica y GWEC.

1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	pronóstico 2009	pronóstico 2010
7475	9663	13696	18039	24320	31164	39290	47686	59004	73904	93849	120791	140000	170000

Tabla: Capacidad instalada total, MW y previsión de WWEA hasta 2010.

En 2007, más del 20% de la electricidad de Dinamarca provino de energía eólica.

Energía eólica en Rusia

El potencial técnico de la energía eólica rusa se estima en más de 50 billones de kWh/año. El potencial económico es de aproximadamente 260 mil millones de kWh/año, es decir, alrededor del 30 por ciento de la producción de electricidad de todas las centrales eléctricas de Rusia.

La capacidad instalada de centrales eólicas en el país en 2006 era de unos 15 MW.

Una de las centrales eólicas más grandes de Rusia (5,1 MW) se encuentra cerca del pueblo de Kulikovo, distrito de Zelenograd, región de Kaliningrado. Su producción media anual es de unos 6 millones de kWh.

Un ejemplo exitoso de cómo aprovechar las capacidades de las turbinas eólicas en condiciones climáticas difíciles es la central eólica diesel en Cabo Set-Navolok.

En la región de Kaliningrado ha comenzado la construcción del parque eólico marino con una capacidad de 50 MW. En 2007, este proyecto quedó congelado.

Como ejemplo de cómo aprovechar el potencial de los territorios del mar de Azov, se puede señalar el parque eólico Novoazov, que funcionó en 2007 con una capacidad de 20,4 MW, instalado en la costa ucraniana de la bahía de Taganrog.

Se está implementando el “Programa de desarrollo de energía eólica de RAO UES de Rusia”. En la primera etapa (-) se comenzó a trabajar en la creación de complejos energéticos multifuncionales (MEC) basados ​​en generadores eólicos y motores de combustión interna. En la segunda etapa, en la localidad de Tiksi se creará un prototipo de MET: generadores eólicos de 3 MW de potencia y motores de combustión interna. En relación con la liquidación de RAO UES de Rusia, todos los proyectos relacionados con la energía eólica fueron transferidos a la empresa RusHydro. A finales de 2008, RusHydro comenzó a buscar sitios prometedores para la construcción de plantas de energía eólica.

Perspectivas

Las reservas de energía eólica son más de cien veces mayores que las reservas de energía hidroeléctrica de todos los ríos del planeta.

La Unión Europea se ha fijado el objetivo de instalar 40.000 MW de aerogeneradores para 2010 y 180.000 MW para 2020.

La Agencia Internacional de Energía (AIE) predice que para 2030 la demanda de energía eólica será de 4.800 gigavatios.

Economía de la energía eólica

Palas de turbina eólica en un sitio de construcción.

Economía de combustible

Los generadores eólicos prácticamente no consumen combustibles fósiles. La operación de un aerogenerador de 1 MW durante 20 años de funcionamiento permite ahorrar aproximadamente 29 mil toneladas de carbón o 92 mil barriles de petróleo.

costo de la electricidad

El coste de la electricidad producida por los aerogeneradores depende de la velocidad del viento.

A modo de comparación: el coste de la electricidad producida en las centrales eléctricas de carbón de Estados Unidos es de 4,5 a 6 céntimos/kWh. El coste medio de la electricidad en China es de 4 céntimos/kWh.

Cuando la capacidad instalada de generación eólica se duplica, el coste de la electricidad producida cae un 15%. Se espera que a finales de año el coste se reduzca aún más entre un 35 y un 40%. A principios de los años 80, el coste de la electricidad eólica en EE.UU. era de 0,38 dólares.

Según estimaciones del Consejo Mundial de Energía Eólica, para 2050, la energía eólica mundial reducirá las emisiones anuales de CO 2 en 1.500 millones de toneladas.

Ruido

Las centrales eólicas producen dos tipos de ruido:

• Ruido mecánico (ruido de componentes mecánicos y eléctricos).
• ruido aerodinámico (ruido de la interacción del flujo de viento con las palas de la instalación)

Fuente de ruido	Nivel de ruido, dB
Umbral de dolor de la audición humana.	120
El ruido de las turbinas de los motores a reacción a una distancia de 250 m.	105
Ruido de un martillo neumático a 7 m de distancia	95
Ruido de un camión a una velocidad de 48 km/h a una distancia de 100 m	65
Ruido de fondo en la oficina.	60
Ruido de un turismo a una velocidad de 64 km/h	55
Ruido de un aerogenerador a 350 m de distancia	35-45
Ruido de fondo por la noche en el pueblo.	20-40

En las inmediaciones del aerogenerador, en el eje de la rueda eólica, el nivel de ruido de una turbina eólica suficientemente grande puede superar los 100 dB.

Un ejemplo de tales errores de diseño es el generador eólico Grovian. Debido al alto nivel de ruido, la instalación funcionó durante unas 100 horas y fue desmantelada.

Las leyes aprobadas en el Reino Unido, Alemania, los Países Bajos y Dinamarca limitan los niveles de ruido de una planta de energía eólica en funcionamiento a 45 dB durante el día y 35 dB durante la noche. La distancia mínima desde la instalación a edificios residenciales es de 300 m.

Impacto visual

El impacto visual de los aerogeneradores es un factor subjetivo. Para mejorar la apariencia estética de las turbinas eólicas, muchas grandes empresas emplean diseñadores profesionales. Los arquitectos paisajistas participan en la justificación visual de nuevos proyectos.

Un estudio realizado por la empresa danesa AKF estimó que el coste del ruido y los impactos visuales de las turbinas eólicas es inferior a 0,0012 euros por kWh. La revisión se basó en entrevistas con 342 personas que vivían cerca de parques eólicos. Se preguntó a los residentes cuánto pagarían por deshacerse de las turbinas eólicas.

Uso del suelo

Las turbinas ocupan sólo el 1% de toda la superficie de los parques eólicos. El 99% del área de la finca se puede utilizar para la agricultura u otras actividades.

"Turbinas eólicas y turbinas eólicas.", E. M. Fateev, OGIZ, Moscú, 1947
Un libro de texto de escritorio sobre energía eólica a su debido tiempo. El libro no es nuevo, pero contiene mucha información útil. El desarrollo de la energía eólica, los cálculos de los aerogeneradores, fórmulas y ejemplos: todo esto sigue siendo relevante hoy en día.

Puede descargar el libro "Motores y turbinas eólicas" de E. M. Fateev en este enlace .

Introducción
§ 1. Desarrollo del uso del viento... 3
§ 2. Aplicación de motores eólicos en agricultura... 5

Parte uno
MOTORES EÓLICOS

Capítulo 1. Breve información de la aerodinámica. ... 12
§ 3. Aire y sus propiedades... 12
§ 4. Ecuación de continuidad. La ecuación de Bernoulli... 15
§ 5. El concepto de movimiento de vórtice... 26
§ 6. Viscosidad... 38
§ 7. Ley de semejanza. Criterios de similitud... 40
§ 8. Capa límite y turbulencia... 45

Capítulo 2. Conceptos básicos de aerodinámica experimental. ... 51
§ 9. Ejes de coordenadas y coeficientes aerodinámicos... 51
§ 10. Determinación de coeficientes aerodinámicos. El polar de Lilienthal... 54
§ 11. Arrastre inductivo del ala... 59
§ 12. Teorema de N. E. Zhukovsky sobre la fuerza sustentadora de un ala... 62
§ 13. Transición de una envergadura a otra... 70

Capítulo 3. Sistemas de turbinas eólicas. ... 79
§ 14. Clasificación de aerogeneradores según el principio de funcionamiento... 79
§ 15. Ventajas y desventajas de varios sistemas de turbinas eólicas... 90

Capítulo 4. Teoría de un molino de viento ideal. ... 93
§ 16. Teoría clásica de un molino de viento ideal... 94
§ 17. La teoría del molino de viento ideal prof. G. Kh. Sabinina... 98

Capítulo 5. Teoría de un molino de viento real prof. G. Kh. Sabinina
Artículo 18. Funcionamiento de las palas de las ruedas eólicas elementales. La primera ecuación de conexión... 111
§ 19. La segunda ecuación de conexión... 117
§ 20. Momento y potencia de todo el molino de viento... 119
§ 21. Pérdidas de aerogeneradores... 122
§ 22. Cálculo aerodinámico de una rueda de viento... 126
§ 23. Cálculo de las características de la rueda de viento... 133
§ 24. Perfiles Espero y su construcción... 139

Capítulo 6. Características experimentales de los aerogeneradores. ... 143
§ 25. Método para obtener características experimentales... 143
§ 26. Características aerodinámicas de los motores eólicos... 156
§ 27. Prueba experimental de la teoría de los motores eólicos... 163

Capítulo 7. Ensayos experimentales de aerogeneradores. ... 170
§ 28. Equipos de torre para probar aerogeneradores... 170
§ 29. Correspondencia entre las características del aerogenerador y sus modelos... 175

Capítulo 8. Instalación de aerogeneradores en el viento. ... 181
§ 30. Instalación utilizando la cola... 182
§ 31. Instalado con Windows... 195
§ 32. Instalado colocando la rueda de viento detrás de la torre... 197

Capítulo 9. Regulación de la velocidad y potencia de los aerogeneradores ... 199
§ 33. Regulación quitando la rueda de viento del viento... 201
§ 34. Regulación reduciendo la superficie de las alas... 212
Artículo 35. Regulación girando la pala o parte de ella alrededor del eje de giro... 214
§ 36. Ajuste del freno de aire... 224

Capítulo 10. Diseños de aerogeneradores. ... 226
§ 37. Turbinas eólicas de múltiples palas... 227
§ 38. Motores eólicos de alta velocidad (palas pequeñas)... 233
§ 39. Pesos de las turbinas eólicas... 255

Capítulo 11. Cálculo de la fuerza de las turbinas eólicas. ... 261
§ 40. Cargas de viento en las alas y sus cálculos de fuerza... 261
§ 41. Carga de viento en la pala de ajuste lateral y trasera... 281
§ 42. Cálculo de la altura del aerogenerador... 282
§ 43. Momento giroscópico de la rueda de viento... 284
§ 44. Torres de aerogeneradores... 288

LA SEGUNDA PARTE
INSTALACIONES DE ENERGÍA EÓLICA

Capítulo 12. El viento como fuente de energía. ... 305
§ 45. El concepto del origen del viento... 305
§ 46. Magnitudes básicas que caracterizan el viento desde el punto de vista energético... 308
§ 47. Energía eólica... 332
§ 48. Acumulación de energía eólica... 335

Capítulo 13. Características de las unidades de energía eólica. ... 344
§ 49. Características de rendimiento de turbinas eólicas y bombas de pistón... 345
§ 50. Funcionamiento de aerogeneradores con bombas centrífugas... 365
§ 51. Funcionamiento de aerogeneradores con muelas y máquinas agrícolas... 389

Capítulo 14. Instalaciones de bombas eólicas. ... 408
§ 52. Instalaciones de bombas eólicas para suministro de agua... 408
Artículo 53. Tanques de agua y torres de agua para instalaciones de bombeo eólico... 416
§ 54. Diseños típicos de instalaciones de bombas eólicas... 423
Artículo 55. Experiencia en el funcionamiento de instalaciones de bombas eólicas para el suministro de agua en la agricultura... 430
§ 56. Instalaciones de riego eólicas... 437

Capítulo 15. Molinos de viento ... 445
§ 57. Tipos de molinos de viento... 445
§ 58. Características técnicas de los molinos de viento... 447
§ 59. Aumento de la potencia de los antiguos molinos de viento... 451
§ 60. Molinos de viento de nuevo tipo... 456
§ 61. Características operativas de los molinos de viento... 474

Capítulo 16. Centrales eólicas. ... 480
§ 62. Tipos de generadores para trabajar con aerogeneradores y reguladores de voltaje... 482
§ 63. Unidades de carga de viento... 488
§ 64. Plantas de energía eólica de baja potencia... 492
§ 65. Explotación paralela de centrales eólicas en una red común con grandes centrales térmicas y centrales hidroeléctricas... 495
§ 66. Pruebas experimentales del funcionamiento de parques eólicos en paralelo a la red... 499
§ 67. Potentes centrales eléctricas para funcionamiento paralelo en la red... 508
§ 68. Breve información sobre plantas de energía eólica extranjeras... 517

Capítulo 17. Breve información sobre instalación, reparación y cuidado de aerogeneradores. ... 525
Artículo 69. Instalación de aerogeneradores de baja potencia de 1 a 15 hp. s... .525
§ 70. Del cuidado y reparación de aerogeneradores... 532
§ 71. Precauciones de seguridad durante la instalación y mantenimiento de turbinas eólicas... 535

Bibliografía ... 539

Esta sección de nuestra biblioteca recopila libros y artículos dedicados a la energía eólica. Si tiene materiales que no se presentan aquí, envíelos para su publicación en nuestra biblioteca.

“Energía inagotable. Libro 1. Generadores de energía eólica"

Ed. Universidad Nacional Aeroespacial, Jarkov, 2003, formato: .djvu.

V.S.Krivtsov, A.M.Oleynikov, A.I.Yakovlev. “Energía inagotable. Libro 2. Energía eólica"

Ed. Universidad Nacional Aeroespacial, Jarkov, 2004, formato - .pdf.

Se consideran los procesos físicos de conversión de energía en aerogeneradores y generadores eléctricos. Se dan ejemplos y resultados de cálculos aerodinámicos, de fuerza y ​​electromagnéticos, que se comparan con datos experimentales. Se describen los diseños de plantas y generadores de energía eólica, sus características operativas y sistemas de control.

Ya.I.Shefter, I.V.Rozhdestvensky. “Al inventor de los motores eólicos y las turbinas eólicas”

Ed. Ministerio de Agricultura de la URSS, Moscú, 1967, formato - .djvu.

Los autores del libro llevan varios años analizando propuestas y soluciones para la creación de plantas de energía eólica. El libro proporciona información breve sobre la energía eólica y los principios de funcionamiento de los principales sistemas de turbinas eólicas de forma concisa y accesible, sistematiza las principales propuestas de los inventores y describe los diseños de las turbinas eólicas que se produjeron en la Unión Soviética.

V.P. Kharitonov. "Plantas eólicas autónomas"

Ed. Academia de Ciencias Agrícolas, Moscú, 2006, formato - .djvu.

Se brindan una descripción y características de las plantas de energía eólica autónomas (WPP) diseñadas para extraer y desalinizar agua, suministrar energía, producir calor y otros fines. Se presentan los resultados de estudios teóricos de aerogeneradores de paletas en flujo de aire variable y recomendaciones para optimizar su agregación con cargas de diversos tipos. Se refleja la experiencia en el desarrollo de una serie de generadores para aerogeneradores y sistemas de excitación de los mismos. Se realizó un análisis de las condiciones del viento con recomendaciones para la elección de ubicaciones para los aerogeneradores. Se analizan los indicadores económicos de aerogeneradores de diversos tamaños.

B. B. Kazhinsky. “La central eólica más sencilla KD-2”

Ed. DOSARM, Moscú, 1949, formato - .djvu.

Este folleto describe la turbina eólica más sencilla que se puede fabricar en casa.

Kargiev V.M., Martirosov S.N., Murugov V.P., Pinov A.B., Sokolsky A.K., Kharitonov V.P. "ENERGÍA EÓLICA. Directrices para el uso de aerogeneradores de pequeño y mediano tamaño".

Editorial "Intersolarcenter", Moscú, 2001.

Esta guía fue preparada por el centro ruso de energía solar Intersolarcenter como parte del proyecto ORET (Organización para la Promoción de Tecnologías Energéticas) a partir de materiales propuestos por la agencia de investigación ETSU (Reino Unido), socio ORET de Intersolarcenter.

“Tipos de aerogeneradores. Nuevos diseños y soluciones técnicas"

Los diseñadores de generadores eólicos existentes, así como los proyectos propuestos, sitúan la energía eólica fuera de competencia en términos de originalidad de soluciones técnicas en comparación con todos los demás minicomplejos energéticos que funcionan con fuentes de energía renovables.

E. M. Fateev. "Motores eólicos y aerogeneradores"

Ed. OGIZ-SELKHOZGIZ, Moscú, 1948

El libro contiene mucho material teórico sobre el viento, sus características, tipos de aerogeneradores y métodos para calcular su potencia.

Birladyan A.S. "Motores eólicos para aerogeneradores"

Formato.pdf.

El artículo analiza el problema de elegir una turbina eólica para instalaciones eólicas. Por
La comparación de los indicadores y características de las turbinas eólicas muestra que para los modos y velocidades del viento existentes en el territorio de la República de Moldavia, es necesario utilizar turbinas eólicas de baja velocidad (multipalas) de la clase de ala.

Strickland, M.D., EB. Arnett, W.P. Erickson, D.H. Johnson, G.D. Johnson, ML, Morrison, J.A. Shaffer, W. Warren-Hicks. "GUÍA INTEGRAL PARA EL ESTUDIO DE LAS INTERACCIONES ENERGÍA EÓLICA Y VIDA SILVESTRE".

Colaboración Coordinadora Nacional del Viento, 2011, en inglés, formato - .pdf.

Este documento tiene como objetivo proporcionar orientación a las personas involucradas en el diseño y construcción de aerogeneradores o en el estudio de la interacción de dichas instalaciones con el medio ambiente.

"Energía eólica. Una guía para pequeñas y medianas empresas".

Ed. Comisión Europea, 2001, en inglés. idioma, formato - .pdf.

El objetivo de esta publicación es ayudar a comprender los factores que influyen en la decisión de utilizar la energía eólica y fomentar el establecimiento de instalaciones de aerogeneradores de pequeño y mediano tamaño por parte de particulares y PYME.

CONTENIDO

Introducción 3
yo viento
1 Origen del viento 4
2 Velocidad del viento y cómo medirla 5
3 Influencia de los obstáculos en la velocidad y dirección del viento 9
4 Frecuencia del viento 10
5 Energía eólica 10

II Aerogeneradores
6 Sistemas de turbinas eólicas 13
7 Principio de funcionamiento de los aerogeneradores de paletas 15
8 Instalación eólica y regulación de aerogeneradores 20
9 Cómo determinar el tamaño de las alas para una potencia determinada 21
10 Cómo hacer alas para un aerogenerador 29

III Cómo hacer tú mismo una unidad eólica-eléctrica.
11 Diseños de unidades de energía eólica existentes 34
12 Cómo fabricar usted mismo la unidad eólica más sencilla de 100 W sin la ayuda de una fábrica 44

IV Equipo eléctrico de unidades eólicas y su cuidado.
13 Equipo eléctrico 50
14 Breve información sobre el funcionamiento y cuidado de las unidades de energía eólica 54
15 Mantenimiento de aparamenta 61
16 Indicadores de rendimiento de las unidades de energía eólica 62

Las centrales eólicas de baja potencia son de gran interés para zonas que aún no están suficientemente electrificadas o alejadas de los centros industriales.
Las turbinas eólicas de baja potencia de hasta 100 W son tan simples que usted mismo puede fabricarlas fácilmente. El funcionamiento de este tipo de unidades también es sencillo y no requiere ningún gasto en combustible. El coste por kilovatio-hora de las unidades eólicas en zonas con velocidades medias anuales del viento superiores a 5 m/s es inferior a la tarifa de las centrales eléctricas locales.
Hay que decir que el régimen eólico de la región es la principal condición que determina la viabilidad económica de la explotación de centrales eólicas. Por lo tanto, antes de comenzar a considerar los diseños de las unidades eólicas y el método de fabricación, es necesario familiarizarse con las características básicas del viento como fuente de energía. Además, para comprender las características de un aerogenerador que convierte la energía eólica en trabajo mecánico, también es necesario familiarizarse con al menos los fundamentos elementales de la aerodinámica de los aerogeneradores. Esto ayudará a construir correctamente las alas de la rueda eólica, que son la parte principal de la unidad eólica.

1. VIENTO
1. Origen del viento. El viento es el movimiento del aire que rodea el globo. Nos hemos acostumbrado tanto a este fenómeno que no surge la pregunta: ¿cómo y por qué surge el viento? Sin embargo, para una comprensión más clara de esta fuerza de la naturaleza, conviene conocer también las razones que la dan origen.
Si abrimos ligeramente la puerta de una habitación cálida situada al lado de una habitación fría, inmediatamente nuestros pies sentirán frío, mientras que a la altura de la cara no habrá tal sensación. Esto sucede porque el aire caliente, al ser más ligero que el aire frío, tiende a ocupar la parte superior de la habitación, y el aire frío, la parte inferior. El aire de una habitación fría se precipita hacia una habitación cálida y, como el aire más pesado, se esparce hacia abajo, desplazando el aire caliente, que a su vez, bajo la influencia del aire frío, es expulsado de la habitación cálida a través de la parte superior de la habitación abierta. puerta. Puedes comprobarlo fácilmente acercando una vela encendida a la rendija de una puerta entreabierta: primero en la parte inferior, luego en el medio y, finalmente, en la parte superior. En la parte inferior, la llama de la vela se doblará hacia la habitación cálida, en el medio permanecerá vertical y en la parte superior se dirigirá hacia la habitación fría. La desviación de la llama de una vela indica la dirección del movimiento del aire entre habitaciones con diferentes temperaturas.
Un fenómeno similar ocurre con el aire de la atmósfera terrestre. El sol no calienta la Tierra por igual en todas partes. En el ecuador, los rayos del sol caen verticalmente sobre la tierra y calientan con mayor fuerza su superficie; más cerca de los polos, los rayos del sol caen oblicuamente y calientan menos, y en los polos el sol calienta la tierra muy débilmente. En consecuencia, a medida que la superficie de la tierra se calienta, el aire que se encuentra encima también se calienta. Así, el aire en la superficie de la Tierra tiene diferentes temperaturas y, por tanto, diferentes presiones y pesos. El aire atmosférico se precipita desde los espacios fríos hacia los cálidos, es decir, desde los polos hasta el ecuador, desplazando el aire caliente, que se dirige a las capas superiores de la atmósfera. A una altitud de varios kilómetros, el aire caliente, dividido en dos corrientes, se dirige hacia los polos. A medida que se acerca, se enfría y se hunde más cerca de la superficie de la tierra. En los polos se enfría completamente y regresa hacia el ecuador. Este fenómeno ocurre constantemente, creando circulación atmosférica sobre la superficie terrestre.
El movimiento constante de aire desde el sur y el norte hacia el ecuador se llama viento alisio. Debido a la rotación de la Tierra de oeste a este, los vientos alisios se mueven hacia el ecuador desde el norte, en dirección noreste, y desde el sur, en dirección sureste.
En las partes norte y sur del mundo se observan vientos locales con direcciones variables. Estos vientos se deben a que a medida que nos alejamos de los trópicos hacia los polos, la alternancia de estaciones (invierno, primavera, verano y otoño), así como la presencia de mares, montañas, etc., hacen que la temperatura de la atmósfera El aire es extremadamente inestable y, por lo tanto, la dirección y la velocidad del flujo de aire son movimientos inconsistentes.
2. Velocidad del viento y cómo medirla. La principal magnitud que caracteriza la fuerza del viento es su velocidad. La magnitud de la velocidad del viento está determinada por la distancia en metros que recorre en 1 segundo. Por ejemplo, si en 20 segundos.
el viento recorrió una distancia de 160 m, entonces su velocidad v durante un período de tiempo determinado fue igual a:
La velocidad del viento es muy variable: cambia no sólo durante un largo período de tiempo, sino también en períodos cortos de tiempo (en una hora, un minuto e incluso un segundo) en gran medida. En la Fig. La Figura 1 muestra una curva que muestra el cambio en la velocidad del viento durante 6 minutos. De esta curva podemos concluir que el viento se mueve a una velocidad pulsante.
Las velocidades del viento observadas durante períodos cortos de tiempo, desde unos pocos segundos hasta 5 minutos, se denominan instantáneas.
Higo. 3. Anemómetro de la planta de Metrpribor.
válido o vigente. Las velocidades del viento obtenidas como promedios aritméticos de velocidades instantáneas se denominan velocidades medias del viento. Si sumas las velocidades del viento medidas durante el día y las divides por el número de mediciones, obtienes la velocidad media diaria del viento.
Si sumamos las velocidades medias diarias del viento durante todo el mes y dividimos esta suma por el número de días del mes, obtenemos la velocidad media mensual del viento. Sumando las velocidades medias mensuales y dividiendo la suma por doce meses, obtenemos la velocidad media anual del viento.
La velocidad del viento se mide mediante instrumentos llamados anemómetros.
El anemómetro más simple, que permite determinar las velocidades instantáneas de una cetra y se llama anemómetro de veleta más simple, se muestra en la figura. 2. Consiste en una tabla de metal que oscila alrededor de un eje horizontal a, montada sobre un soporte vertical b. Del lado del tablero, en el mismo eje a, se fija el sector b, con ocho pasadores. Una veleta d está unida al soporte b debajo del sector, que siempre coloca la tabla con su plano mirando al viento. Cuando este último funciona, el tablero se desvía y pasa por los bolos, cada uno de los cuales indica una determinada velocidad del viento. El poste b con la veleta d gira alrededor del casquillo d, en el que se fijan en el plano horizontal 4 varillas largas, que indican los principales puntos cardinales: norte, sur, este y oeste, y entre ellas 4 cortas, que señalan el noreste, noroeste, sureste y suroeste. Por lo tanto, utilizando un anemómetro de veleta, es posible determinar simultáneamente tanto la velocidad como la dirección del viento.
Los valores de las velocidades del viento correspondientes a cada pin del sector b se dan en la Tabla. 1.

3. La influencia de los obstáculos en la velocidad y dirección del viento.
El viento, que pasa entre casas, árboles, colinas y otros obstáculos, cambia de un movimiento recto a uno errático. Los chorros de aire que fluyen directamente alrededor de los bordes de los obstáculos se enrollan formando anillos de vórtice y son arrastrados en la dirección del flujo de aire. En lugar de los arrastrados aparecen nuevos anillos de vórtices, que vuelven a ser arrastrados, etc. Está claro que donde se forman vórtices el viento pierde velocidad y dirección.
El movimiento de vórtice del viento, que aparece en los bordes del obstáculo, se desvanece gradualmente detrás de él y se detiene por completo a una distancia de aproximadamente quince veces la altura del obstáculo. En general, los vórtices se forman debido a la fricción del aire en movimiento contra la superficie de la tierra, edificios, árboles, etc.
Por tanto, cerca de la superficie la velocidad del viento es menor que en altitud.
Esto debe recordarse al elegir un lugar para instalar el motor eléctrico. El volante del motor debe colocarse por encima de obstáculos, donde nada perturbe el flujo del viento. En general, la rueda de viento debe colocarse lo más alto posible, ya que al aumentar la altura aumenta la velocidad del viento, y al mismo tiempo aumenta la potencia del motor eólico, por ejemplo, si se duplica la altura de la rueda de viento, su la potencia aumentará aproximadamente una vez y media. Sin embargo, a la hora de elegir la altura, es necesario tener en cuenta la facilidad de mantenimiento del aerogenerador durante el funcionamiento. La altura mínima de la torre del aerogenerador debe seleccionarse de modo que el extremo inferior del ala de la rueda eólica esté entre 1,5 y 2 m más alto que el obstáculo más cercano, como se muestra en la Fig. 4.

4. Repetibilidad del viento. Las observaciones muestran que la velocidad del viento cambia todo el tiempo y es difícil adivinar cuántas horas sopla el viento a una velocidad determinada durante un día o un mes. Sin embargo, necesitamos saber la frecuencia del viento, es decir, cuántas horas hubo viento con una velocidad de 3, 4, 5 m/s, etc., durante un período de tiempo determinado. Esto permitirá determinar con cuánta potencia puede funcionar la turbina eólica y cuántos caballos de fuerza producirá en un mes o año. En 1895, M. M. Pomortsev estableció un patrón de recurrencia en función de la velocidad media anual del viento. Basándose en este patrón, se ha compilado una tabla. 3 frecuencia de diferentes velocidades del viento en función de las velocidades medias anuales. Por ejemplo, en áreas con una velocidad media anual del viento de 4 m/seg, el viento fue igual a O (calma) 307 horas. Este número representa la suma de las horas de calmas de corta duración y las calmas generalmente observadas en diferentes momentos del año. año; sopló un viento débil con una velocidad de 3 m/s durante 1.445 horas; el viento sopló a una velocidad de 8 m/s durante 315 horas. etc.

FIN DE LOS LIBROS DE PARAGMEHTA

Otros diplomados en Física

t que el uso de turbinas eólicas es beneficioso incluso en los casos en que los parques eólicos funcionan las 24 horas del día. La principal tarea del uso de turbinas eólicas en las zonas rurales (el pueblo de Nekrasovka) es ahorrar combustible para la generación de energía.

Si es rentable o no se puede determinar simplemente respondiendo a la pregunta: "¿Cuántos años se pueden tardar en amortizar el valor contable de una turbina eólica (por ejemplo, AVE-250) debido al coste del combustible ahorrado?" El período de recuperación estándar de la estación es de 6,7 años. Durante un año en el pueblo Nekrasovka consume 129.180 kWh, 1 kW de energía para las empresas actualmente cuesta 2,85 rublos. A partir de esto puede encontrar el período de recuperación:

Tokup = P/Pch, Pch = P - Z,

donde: P es el beneficio de la empresa sin deducir los costos de compra de un parque eólico, Pch es el beneficio neto de la empresa, Z son los costos invertidos en la compra de un parque eólico (700 mil rublos)

P = 6,7*129180*2,85 = 2466692 rublos

Pch = 2466692 - 900000 = 1566692 frotar

Tokup = 2466692/1566692 = 1,6 años

Vemos que el período de recuperación de la inversión en una central eléctrica es inferior a la norma, que es de 6,7 años, por lo que la compra de este parque eólico es efectiva. Al mismo tiempo, un parque eólico tiene una ventaja significativa sobre una central térmica debido al hecho de que los costos de capital prácticamente no están "muertos", ya que la turbina eólica comienza a generar electricidad entre 1 y 3 semanas después de su entrega al lugar de instalación. .

Conclusión

En este proyecto de curso, analicé el diseño de una turbina eólica para el pueblo. Nekrasovka, para suministrar la energía necesaria a este pueblo.

Hice los siguientes cálculos:

selección del generador requerido

selección de cables

cálculo del período de recuperación

cálculo de la hoja

características del viento seleccionadas

En conclusión, puedo decir que es aconsejable la construcción de un parque eólico en esta zona. Debido al hecho de que vivimos en el norte de Sakhalin, aquí prevalecen vientos constantes (y el viento es una fuente inagotable de energía y durante su transformación no hay emisiones nocivas al medio ambiente), y en la región de Okha que se está considerando, excepto Para las centrales térmicas no existen fuentes alternativas de suministro de electricidad, entonces mi proyecto es apropiado para este sitio.

Bibliografía

1. Bezrukikh P.P. Uso de fuentes de energía renovables en Rusia // Boletín informativo "Energías renovables". M.: Intersolarcenter, 1997. No. 1.