Determinação da potência do gerador eólico. Esquema, descrição

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O objetivo de um gerador eólico é converter a energia cinética de um fluxo de ar, denominado vento, em energia elétrica. Além dos geradores eólicos, também são bastante comuns os aerogeradores que servem para acionar diretamente as bombas, as chamadas bombas eólicas. A energia gerada por um gerador eólico pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

Р = 0,5*rho*S*Ср*V3*Ng*Nb, onde

P - potência, W; rho - densidade do ar (aproximadamente 1,225 kg/m³); S - área de lançamento do rotor; V - velocidade do vento, m/s; Ср - coeficiente aerodinâmico (teoricamente 0,5); Ng - eficiência do gerador; Nb - eficiência da caixa de câmbio (se houver).

Todos os componentes desta fórmula para um gerador eólico específico, exceto a velocidade do vento, são constantes (a densidade do ar, é claro, depende da temperatura, mas suas mudanças podem ser desprezadas como pequenas). Portanto, podemos dizer que a energia gerada por um gerador eólico. proporcional ao cubo da velocidade do vento

Isso significa que a potência do gerador eólico em ramos fracos (mesmo que gire) é muito pequena. Mas à medida que o vento aumenta, há um aumento acentuado na potência. E como o vento na prática sopra com velocidade e direção constantes apenas em um túnel de vento, percebi que a potência gerada por um gerador eólico é uma quantidade que muda constantemente ao longo do tempo. Portanto, qualquer sistema energético que utilize um gerador eólico como fonte de energia deve ter um elo estabilizador.

Em pequenos sistemas autônomos, o papel desse link geralmente é desempenhado pela bateria. Se a potência do gerador eólico for maior que a potência da carga, a bateria está carregada. Se a potência de carga for maior, a bateria está descarregada. Isso leva à seguinte característica importante de um gerador eólico como fonte de energia: se a maioria das outras fontes são selecionadas com base na potência de carga de pico, os geradores eólicos devem ser selecionados com base na quantidade de eletricidade consumida por mês (ou por ano, como você preferir). ).

Vamos ilustrar isso com um exemplo. À beira-mar, onde a velocidade média do vento é próxima de 6 m/s, há uma casa onde uma família de três pessoas vem passar o fim de semana. Os equipamentos elétricos também são ligados apenas nos finais de semana. No toco, o consumo chega a 15 kWh, com pico de carga de até 3 kW. Portanto, o consumo mensal de energia é de 120 kWh. Com uma velocidade média anual do vento de 6 m/s, um pequeno gerador eólico de 120 watts pode produzir 700 kWh por mês. Além disso, será necessária uma bateria de grande capacidade para armazenar energia durante 5 dias, e um inversor de 3 kW (que converte a tensão CC da bateria em tensão CA padrão) para acomodar cargas de pico.

Outro exemplo. Numa zona com velocidade média do vento de 5 m/s, foi construída uma instalação de telecomunicações que consome constantemente em média 2 kW de eletricidade, enquanto a carga de pico não ultrapassa os mesmos 3 kW. Neste caso, multiplicamos 2 kW pelo número de horas por mês (720) e obtemos 1440 kWh - o valor do consumo da instalação por mês. Para garantir a produção de 1420 kWh nesta velocidade do vento, é necessário um gerador eólico com capacidade de 10 kW, que ao mesmo tempo funcionará através do mesmo inversor com capacidade de 3 kW.

Como você pode ver, em cada um dos casos acima, a potência do gerador eólico difere da potência de carga de pico. A potência de carga de pico determina a potência do conversor. O próprio gerador eólico determina apenas a quantidade de produção em um determinado período de tempo a uma determinada velocidade média mensal do vento. Além da velocidade média do vento, existem dados mais detalhados para avaliação dos recursos eólicos, chamados parâmetros Weibull, que refletem a distribuição das durações do vento de uma determinada intensidade para um determinado local, e são utilizados no projeto de parques eólicos com capacidade de dezenas de MW.

Para projectos energéticos de pequena escala, gastar dinheiro nesta investigação não faz sentido do ponto de vista económico, uma vez que o resultado esperado pode ser estimado aproximadamente pela velocidade média do vento no local do gerador eólico. Dos exemplos dados, também podemos tirar uma conclusão sobre a natureza da carga para a qual é mais aconselhável utilizar um gerador eólico. Esta é uma carga irregular, na qual a carga de pico excede a carga média em 10 ou mais vezes.

O caso de uso mais comum para um gerador eólico relativamente pequeno é uma carga doméstica. Por exemplo, para uma família em um apartamento na cidade, a carga média é de 0,5 kW (360 kWh por mês de acordo com o medidor). A carga máxima é de 5 kW, quando o fogão elétrico, a máquina de lavar, o micro-ondas e outros aparelhos de menor potência estão ligados. Um gerador eólico de 5 kW pode atender a essas necessidades mesmo em locais com pouco vento. Uma carga uniforme, por exemplo, aquecimento, quando mesmo um dispositivo de aquecimento com potência de 1 kW funciona 720 horas por dia, requer 5 kWh por mês, que um gerador eólico de XNUMX kW pode fornecer apenas em áreas com bons recursos eólicos (por exemplo, à beira-mar, na estepe, etc.).

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