Расчет и выбор ветроустановки

Расчет ветроустановки для горячего водоснабжения сельскохозяйственного потребителя. Данные для расчета те же, что и для гелиоустановки. Расчет ведется на примере двух ветроустановок АВЭУ6-4М и BWC-3, которые эксплуатируются на Южном Урале.

1. Определение количества вырабатываемой энергии

1.1. Выписываем необходимые технические данные ветроустановок: для АВЭУ6-4М
Р_н = 4 кВт; D = 6,6 м; v_min = 4 м/с; v_p = 9 м/c; для BWC-3 Рн = 9 кВт; D = 7,0 м; v_min = 3 м/с; v_p = 12 м/c.

1.2. Данные о повторяемости скорости ветра в Брединском районе и заносим в табл.2.1. Обычно выписываются повторяемости скорости ветра начиная от vmin. В нашем примере начнем с градации 2-3 м/с;

1.3. Определяем количество удельной вырабатываемой энергии для каждого месяца по выражению

,

где Т – число часов в месяце.

.

Таблица 2.1

Месяц	Повторяемость скорости ветра по градациямв относительных единицах
	2 – 3	4 – 5	6 – 7	8 – 9	10 – 11	12 и больше
Май	0,32	0,19	0,1	0,05	0,02	0,01
Июнь	0,34	0,19	0,08	0,04	0	0
Июль	0,34	0,16	0,05	0,03	0	0
Август	0,33	0,17	0,05	0,02	0	0
Сентябрь	0,29	0,17	0,07	0,04	0,02	0

Таблица 2.2

Количество удельной вырабатываемой энергии

ВЭУ	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	За сезон
АВЭУ6-4М	1800	1100	850	750	1300	5800
BWC-3	3000	1500	1200	1000	1800	8500

2. Определение количества ветроустановок
для удовлетворения потребности в энергии.

2.1. 2.2. Оцениваем обеспеченность потребной энергии от одной установки:

где h_эл – КПД электрического нагревателя (ТЭНы), принимается равным единице;

      Q_п – потребное количество энергии.

В мае ветроустановка АВЭУ6-4М может обеспечить 58% потребной энергии, установка BWC-3 – 94%:




Для полного обеспечения потребителя необходимой энергией в мае можно предложить две установки АВЭУ6-4М или одну BWC-3. Результаты расчетов для остальных месяцев приведены в табл.2.3.

Анализ полученных результатов показывает, что установка АВЭУ6-4М обеспечивает потребность в энергии в среднем на 38%, и для полного обеспечения в зависимости от месяца их потребуется две три или даже пять. Установка BWC-3 в среднем обеспечивает потребность в энергии на 71%. Таких установок требуется одна, две или четыре.

2. Определение энергетических показателей ВЭУ

Для этого определим коэффициенты использования ВЭУ и обеспеченности потребителя необходимой энергией.

2.1. Коэффициент использования вырабатываемой энергии определяется для каждого месяца и рассматриваемого варианта. Например, в мае при использовании двух установок АВЭУ6-4М количество энергии WВЭУ = 1800·2 = 3600 МДж. При потребной энергии Q_п = 3100 МДж полезно используемая энергия  принимается равной потребной (Q_пол = Q_п), так как тепловая энергия получаемая от ВЭУ больше потребной энергии: .

Таблица 2.3

Показатели		Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	За сезон
Потребная энергия, МДж		3100	3000	3100	3100	3000	15300
WВЭУ,МДж	АВЭУ6-4М BWC-3	1800 3000	1100 1500	850 1200	750 1000	1300 1800	5800 8500
П, %	АВЭУ6-4М BWC-3	58 98	37 50	27 39	24 32	43 60	38 71
количество: АВЭУ6-4М BWC-3		2 1	3 2	4 3	5 4	3 2	3 2

Коэффициент использования вырабатываемой энергии

 

При использовании BWC-3 ; принимается .

Результаты расчетов сведены в табл.2.4.

3.2. Коэффициент обеспеченности потребителя оцениваем также для каждого месяца в зависимости от вида и количества ВЭУ.

Результаты расчетов заносим в табл.2.5.

Таблица 2.5



Значит, для полного удовлетворения потребности в энергии нужны пять ветроустановок типа АВЭУ6-4М или четыре установки BWC-3. Коэффициент их использования составляет 0,58 и 0,52




4. Определение экономической эффективности ветроустановки

4.1. Рассчитываем количество полезно используемой энергии за сезон и количество сэкономленного топлива:




или



При использовании двух установок АВЭУ6-4М:

 МДж





Результаты расчетов занесены в табл.2.6.

Таблица 2.6

Вариант энергоснабжения		Полезная энергия,МДж	Экономия топлива, т у.т.
АВЭУ6-4М	1	5800	0,38
	2	11100	0,73
	3	13900	0,98
	4	15200	0,99
	5	15300	1
BWC-3	1	8500	0,56
	2	13600	0,89
	3	15300	1
	4	15500	1,2

4.2. Оцениваем эффективность ветроустановки по энергетическим затратам и определяем срок окупаемости.

Энергозатраты на установку АВЭУ6-4М составляют 102600 МДж, на единицу площади, ометаемой ветроколесом – 3000Мдж/м².

Эффективность энергозатрат при использовании двух установок АВЭУ6-4М

;



срок окупаемости

.



Энергозатраты на одну установку BWC-3

 


Результаты расчетов занесены в табл.2.7.

Таблица 2.7

Показатели	АВЭУ6-4М					BWC-3
	1	2	3	4	5	1	2	3	4
Энергозатраты, МДж	48000	96000	144000	192000	240000	54000	108000	162000	216000
Полезная энергия, МДж	5800	11100	14900	15200	15300	8500	13600	15300	15500
Эффективность энергозатрат	0,12	0,12	0,1	0,08	0,06	0,15	0,13	0,09	0,07
Срок окупаемости, лет	8,3	8,6	9,7	12,6	15,7	6,3	7,9	10,7	13,9

Таким образом, наиболее эффективным является вариант с использованием одной установки типа BWC-3. При этом потребитель обеспечивается энергией на 74% и требуется дублирующий источник энергии.

4.3. Оценка сравнительной эффективности ветроустановки по стоимостным показателям

Для каждого рассматриваемого варианта определяются годовые издержки и экономия органического топлива. Условие эффективного использования ветроустановки:

.

При использовании одной установки BWC-3 годовые издержки составят 5800 рублей, если К_уд=3000руб./м² и а=0,05; выручка от экономии топлива – 7800 рублей, если _Т=14000 руб./т у.т. Выбранная ветроустановка работает эффективно. Результаты расчета сведены в табл.2.8. Полученные данные показывают, что для рассматриваемого потребителя при принятых условиях выгодно отличается установка BWC-3. Сравнительная наибольшая ее эффективность составляет 2000 рублей, другие варианты 900, а также 100 остальные варианты энергоснабжения являются неэффективными.
Таблица 2.8

Вариант		Годовые издержки, руб.	Экономия топлива, руб.	Сравнительная эффективность, руб.
АВЭУ6-4М	1	5200	5300	+100
	2	10400	10200	-200
	3	15500	13100	-2400
	4	20700	13900	-6800
	5	25900	14000	-11900
BWC-3	1	5800	7800	+2000
	2	11600	12500	+900
	3	17300	14000	-3300
	4	23100	16800	-6300

Себестоимость энергии от ветроустановки

С_ВЭУ = И_ВЭУ /Q_пол = 5800 /8500 = 0,68 руб./МДж = 2,4 руб./кВт·ч.

С_ВЭУ = И_ВЭУ /Q_пол = 11600 /13600 = 0,85 руб./МДж = 3,06 руб./кВт·ч.

С_ВЭУ = И_ВЭУ /Q_пол = 5200 /5800 = 0,9 руб./МДж = 3.2 руб./кВт·ч.
При изменении первоначальных условий, т.е. удельных капиталовложений, стоимости топлива следует ожидать изменения сравнительной эффективности и себестоимости вырабатываемой энергии. Однако ясно, что вариант использования ветроустановки BWC-3 предпочтительнее, чем АВЭУ-6-4М.

Оценка экономической эффективности ВЭУ по энергозатратам и стоимостным показателям также говорит в пользу ветроустановки BWC-3, причем вырабатываемая электроэнергия должна идти только на нагрев воды.

Предлагаемый вариант горячего водоснабжения требует наличия дублирующего источника энергии. Если выбрана гелиоустановка, необходимо определить ее параметры. При выборе гелиоветроустановки необходимо учитывать изменчивость поступающей энергии: среднемесячные значения суммарной солнечной радиации ожидаются с вероятностью p(s)=0,6 и в течение месяца гелиоустановка вырабатывает тепловую энергию 18 дней. Средняя продолжительность работы ВЭУ за месяц при скорости ветра v 5 м/c составляет 8…10 дней.

Таким образом, если гелио- и ветроустановки будут работать изолированно друг от друга, то возможно наиболее эффективное использование ВИЭ и полное обеспечение потребителя необходимой энергией. При этом предполагается, что ветроустановка может аккумулировать тепловую энергию на несколько дней и обеспечить потребителя в пасмурные дни.

4.6. Определение возможности использования гелиоветроэнергетического комплекса

При совместной работе гелиоустановки с площадью А=11,2 м² и ветроустановки BWC-3 можно получить 9400 Мдж и 8500 МДж соответственно, т.е. потребность в тепловой энергии будет обеспечена полностью.

Эффективность энергетических затрат

.



Срок окупаемости комплекса

Т=(63840+54000)/15300=8 (лет).

Сравнительную эффективность по стоимостным показателям также оцениваем через годовые издержки на гелио- и ветроэнергетический комплекс и количество сэкономленного топлива, так как необходимо предусматривать резервный источник энергии работающий на органическом топливе.

Гелио- и ветроэнергетический комплекс будет эффективным при

.

Количество сэкономленного топлива в год:





Сравнительная эффективность комплекса:

 руб/год
Положительная величина эффективности показывает, что гелио-ветроэнергетический комплекс с предлагаемыми параметрами при принятых условиях является эффективным.

Обобщающие результаты оценки эффективности по энергетическим затратам и по стоимостным показателям приведены соответственно в табл. 2.9 и 2.10.

                                                                                                                             Таблица 2.9

Сравнительная оценка эффективности гелио- и ветроустановок по энергетическим затратам
Вариант	Энерго затраты, МДж	Полезная энергия, МДж	Эффектив ность, R	Срок окупаемости, лет	Экономия топлива, т у.т.	Обеспечен ность от ВИЭ,%
ГЭУ, А=11,2 м2	63840	9400	0,15	6,8	0,71	93
BWC-3	54000	8500	0,16	6,4	0,56	56
ГВЭУ	117840	15300	0,13	8	1,2	100

Таблица 2.10

Сравнительная эффективность гелио- и ветроустановок по стоимостным показателям
Вариант	Годовые издержки, руб./год	Экономия, руб./год	Эффективность, Эср, руб./год	Экономия топлива, т у.т.	Обеспеченность от ВИЭ, %
ГЭУ, А=11,2 м2	2200	9900	7700	0,71	93
BWC-3	5800	7800	2000	0,56	56
ГВЭУ	8000	4400	8800	1,2	100

По энергетическим затратам наиболее эффективным оказался вариант с использованием ветроустановки BWC-3, а по стоимостным показателям – вариант энергоснабжения с использованием гелио-установки площадью А= 11,2 м².

При совместном использовании гелио- и ветроустановок можно обеспечить максимальную экономию топлива. Себестоимость тепловой энергии в этом варианте

С_ГВЭУ = (И_ГЭУ+И_ВЭУ)/Q_п = (2200+5800)/15300=0,52 руб./МДж = 1,9 руб./ кВт·ч.

Таким образом, использование возобновляемых источников энергии может быть эффективным. Для обеспечения требуемой надежности энергоснабжения необходимо предусмотреть резервный источник энергии, работающий на органическом топливе