風力発電機の選び方。スキーム、説明

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風力発電機の選び方。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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風力発電機は、普及が進んでいる電力機器の一種です。風力発電機の目的は、風と呼ばれる空気流の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することです。風力タービンに加えて、ポンプ、いわゆる風力ポンプを直接駆動する風力タービンも非常に一般的です。風力タービンによって生成されるエネルギーは、次の式を使用して計算できます。

Р = 0,5*ρ*S*Ср*V3*Ng*Nb

ここで、P - 電力、W; ρ - 空気密度 (約 1,225 kg / m0,5)。 S はローターの投射領域です。 V - 風速、m/s; Cp - 空力係数 (理論的には XNUMX)。 Ng - 発電機の効率。 Nb - ギアボックス効率 (ある場合)。

特定の風力タービンに関するこの式の要素は、風速を除いてすべて定数です (もちろん、空気密度は温度に依存しますが、その変化は小さいため無視できます)。したがって、風力発電機が発電する電力は風速の３乗に比例すると言えます。

これは、微風時の風力タービンの出力は (たとえ回転していても) 非常に小さいことを意味します。しかし、風が強くなると、出力が急激に増加します。また、実際の風は風洞内だけで一定の速度と方向で吹いているため、風力発電機が発電する電力は時間の経過とともに常に変化する値であることがわかります。したがって、エネルギー源として風力発電機を使用するエネルギーシステムには、安定化リンクが必要です。

小規模な自律システムでは、通常、バッテリーがそのようなリンクの役割を果たします。風力発電機の電力が負荷電力より大きい場合、バッテリーが充電されます。負荷電力が大きい場合、バッテリーは放電します。これは、電源としての風力タービンの次の重要な特徴を意味します。他のほとんどの電源がピーク負荷電力によって選択される場合、風力タービンは月あたり (または必要に応じて年間) の電力消費量に基づいて選択する必要があります。

これを例で説明してみましょう。平均風速が6m/sに迫る海岸に、週末に家族15人が訪れる一軒家がある。電気設備も週末のみ点灯します。消費量は 3 日あたり 120 kWh に達し、ピーク負荷は最大 6 kW です。したがって、月間のエネルギー消費量は120kWhとなります。年間平均風速が 700 m/s の場合、5 W の小型風力発電機は 3 か月あたり XNUMX KWh を供給できます。さらに、XNUMX 日間のエネルギーを蓄えるには大容量バッテリーが必要で、ピーク負荷に対応するには XNUMX kW インバーター (バッテリーの DC 電圧を標準 AC 電圧に変換する) が必要です。

もう一つの例。平均風速 5 m/s の地域では、常時平均 2 kW の電力を消費する通信施設が建設されましたが、ピーク負荷は同じ 3 kW を超えません。この場合、2 kW に 720 か月あたりの時間数 (1440) を掛けて、1420 kWh、つまりオブジェクトの 10 か月あたりの消費量の値が得られます。このような風速で 3 kWh の発電量を確保するには、容量 XNUMX kW の風力発電機が必要です。同時に、同じ XNUMX kW インバーターを通じて動作します。

ご覧のとおり、上記のそれぞれのケースで、風力発電機の電力は負荷のピーク電力と数倍異なります。ピーク負荷電力はインバータ電力を決定します。風力発電機自体は、特定の月間平均風速での特定の期間の出力量のみを決定します。平均風速に加えて、ワイブルパラメータと呼ばれる風力資源を推定するためのより詳細な入力があります。これは、特定の場所での特定の強さの風の持続時間の分布を反映し、風力発電所の設計に使用されます。容量は数十MW。

小規模なエネルギープロジェクトの場合、そのような研究に資金を投じることは経済的に意味がありません。風車設置場所の平均風速から予想出力を大まかに見積もることができます。上記の例から、電力を供給するために風力発電機を使用することが最も望ましい負荷の性質について結論付けることもできます。これは、ピーク負荷が平均負荷の 10 倍以上となる不均一な負荷です。

比較的小型の風力タービンの最も一般的な使用例は家庭用負荷です。たとえば、都市部のアパートに住む家族の場合、平均負荷は 0,5 kW (メーターによると月あたり 360 kWh) です。ピーク負荷 - 電気ストーブ、洗濯機、電子レンジ、その他のそれほど強力ではない機器の電源が入っている場合は 5 kW。 5 kW の風力発電機は、風がそれほど強くない場所でもこれらのニーズを満たすことができます。たとえば、暖房などの均一な負荷では、1 kW のヒーターが 720 台でも 5 時間稼働する場合、月あたり XNUMX kWh が必要ですが、XNUMX kW の風力発電機が供給できるのは、風力資源が良好な地域 (海岸沿い、風力発電所など) のみです。草原など）。

NPO法人「エレクトロスフィア」資料より

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