סיכום נושא

באשר V היא מהירות הרוח המבוקשת (m/s), V0 היא מהירות הרוח על פני הקרקע (m/s), H הוא גובה המגדל (m), H0 הוא הגובה בו נמדד V0 (m), a הוא מקדם החזקה האמפירי השווה ל 0.14.

באיור 1 מתוארת התלות בין מהירות הרוח המחושבת בתלות בגבהי מגדלים שונים (מהירות הרוח על פני הקרקע נלקחה כ 5 m/s).

תלות מהירות הרוח המחושבת בגובה המגדל

איור 1 – תלות מהירות הרוח המחושבת בגובה המגדל

ההספק הרגעי של משב הרוח נקבע לפי הנוסחה[7]:

(2)

באשר Nпоток הוא ההספק הרגעי של משב הרוח, P היא הצפיפות המסית של האוויר [kg sec2/m4], השטח הנגרף על ידי הרוטור (m2), V – מהירות הרוח (m/s).

מתוך נוסחה 2 ניתן לראות שמהירות משב הרוח היא יחסית למהירות הרוח בשלישית.

חישוב השטח הנגרף על ידי הרוטור:

(3)

באשר F הוא השטח הנגרף על ידי הרוטור (m2), D – קוטר הרוטור (m).

מנוסחה (3) נובע שההספק המתפתח על ידי מנוע הרוח הוא פרופורציונלי לריבוע קוטר הרוטור.

אני הצעתי שיטה להתנעת גנרטור הרוח, אשר מאפשרת להגדיל את ההספק הנוצר של המתקן בכ 1%.

3. מטרת העבודה

1. ביסוס ופיתוח של מערכת אלקטרונית לשיפור היעילות של גנרטור הרוח, אשר תהיה יעילה במיוחד במקומות בעלי מהירות רוח נמוכה בחישוב שנתי.

2. מידול המערכת האלקטרונית להתנעת גנרטור הרוח.

4. סקירת השיטות הקיימות

אקטואליות שיטת האנרגיה הנתונה מאלצת מהנדסים רבים לשקוד על שאלת השיטות לשיפור יעילות העבודה של גנרטור הרוח. להלן כמה מהן:

1. מנועי רוח עם רוטורים על ציר משותף [3] (קבלת הספק רב יותר על ידי שימוש באנרגיה הקינטית השיורית של הרוח לאחר המעבר דרך הרוטור הראשון);

2. מנועי רוח עם מצברים הידראוליים [3] (שימוש באנרגיה השיורית של המתקן לשאיבת מים ממאגר מים תחתון למאגר מים עליון מיוחד. בימים ללא רוח אנרגיית המים שעלו הופכת לחשמל בטורבינות תחנת הכוח ההידרואלקטרית).

5. הגדרת מטרות

באיור 4 מתואר גרף עבודת גנרטור הרוח.

איור 4. גרף עבודת גנרטור הרוח.

מתוך איור 4 ניתן לראות שבאופן גרפי עבודת הגנרטור מזכירה לולאת היסטרזיס.

בתחום שבין המהירות הגבולית להתחלתית, גנרטור הרוח יכול לעבוד או לא לעבוד. הדבר תלוי במצב הקודם של הרוטור – האם הוא עמד או הסתובב. תוך שימוש בשיטת ההתנעה, אין תלות כזו.

6. פתרון הבעיה

המערכת האלקטרונית קובעת את פרמטרי הרוח ואת מצב הרוטור. ברגע בו מתקבלת מהירות הרוח הדרושה, תוך קריאת מצב נייח של הרוטור המערכת האלקטרונית מבצעת הצדה של התקן הטעינה, ומאלצת את המצברים להניע את הגנרטור.

תרשים מבנה המערכת לשיפור יעילות הרוטור מתואר באיור 5.

איור 5 – תרשים מבנה המערכת האלקטרונית

איור 6 – אחוז הגדלת ההספק הנוצר כתלות בגובה המגדל.

איור 6 – אחוז הגדלת ההספק הנוצר כתלות בגובה המגדל

באיור 7 מתוארת תלות ההספק הנוצר בקוטר הרוטור באשר מהירות הרוח היא בטווח הקטן ממהירות ההנעה של הרוטור אך גדולה מהמהירות הגבולית.

איור 7 – תלות ההספק הנוצר בקוטר הרוטור

את עבודת המערכת האלקטרונית ניתן לתאר גם כאוסילוגרמה (איור 8)

איור 8 – אוסילוגרמה של עבודת המערכת האלקטרונית

באשר t הוא הזמן (s), V היא מהירות הרוח (m/s), U הוא המתח ביציאה מהגנרטור (V), Relay – מצב הממסר (0 – פתוח, 1- סגור).

מסקנה

השיטה יכולה להניב עוד כ 1 kW בחודש. המחיר המשוער של המערכת האלקטרונית אינו עולה על 50 גר. המערכת מחזירה את עלותה לאחר כ 5 שנים.

רשימת מקורות

1. Фатеев Е.М. Как сделать самому ветроэлектрический агрегат. Государственное энергетическое издательство, 1949 г. – 64 с.

2. Виноградов Н.В., Виноградов Ю.Н. Как самому рассчитать и сделать электродвигатель. ЭНЕРГИЯ, 1974 г. – 164 с.

3. Шефтер И.Я., Рождественский И.В. Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках. Министерства сельского хозяйства СССР, 1957 г. – 145 с.

4. Европейская ассоциация ветроэнергетики (European Wind Energy Association, Бельгия), [Электронный ресурс] - Режим доступа URL: http://www.ewea.org/

5. Global Wind Energy Council, [Электронный ресурс] - Режим доступа URL: www.gwec.net/

6. Климат Донецка, [Электронный ресурс] - Режим доступа URL: http://www.meteoprog.ua/ru/climate/Donetsk/

7. Шефтер И.Я., Рождественский И.В. Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты. «КОЛОС» Москва, 1967 г. – 372 с.

8. Проектно конструкторское технологическое бюро «КОНКОРД», [Электронный ресурс] - Режим доступа [Электронный ресурс] - Режим доступа URL: http://wind.dp.ua/

9. Каргиев В.М. Ветроэнергетика. Руководство по применению ветроустановок малой и средней мощности. «ИСЦ», 2001 г. – 62 с.

10. Литвиненко А.М. Пособие по изготовлению ветроагрегатов. 17 с.

11. Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. (курс лекций) Кафедра теплоэнергетических систем, 2004 г.

12. Перебаскин А.В. Микросхемы для управления электродвигателями (Энциклопедия ремонта. Вып. 12) – 1999г., 291 с.

13. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. «Энергоатомиздат», 1983 г. – 199 с.

14. Рензо Д. Ветроэнергетика. . «Энергоатомиздат», 1982 г. – 271 с.

15. Харитонов В.П. Автономные ветроэлектрические установки. Москва 2006г. – 275 с.

16. Форум. Нетрадиционная энергия. [Электронный ресурс] - Режим доступа URL: http://www.fieldlines.com/

17. Альтернативные источники энергии. [Электронный ресурс] - Режим доступа URL: http://imlab.narod.ru/Energy/Energy.htm

18. Малая энергетика. [Электронный ресурс] - Режим доступа URL: http://rosinmn.ru/

19. Ветроэнергетика. [Электронный ресурс] - Режим доступа URL: http://www.rlocman.ru/wind/