web приложение

WEB-приложение для проектирования летающего ветрогенератора по модульной схеме enornis.

Возможности:
— теоретическая оценка мощности летающего ветрогенератора;
— расчет потерь мощности в кабеле и массы кабеля.

Данный продукт будет полезен как для инженеров, интересующихся темой летающих ветрогенераторов, так для инвесторов, оценивающих рентабельность предлагаемых им проектов.




Расчёт мощности генератора

Выбор высоты полета влият на плотность воздуха

Следует помнить, что трос длиннее, чем высота полёта.

Кстати, высота колонны самой большой стационарной ветряной турбины 135м.
Hg = 100 м

Скорость ветра можно задать либо самостоятельно, либо воспользовавшись сервисом Earth. В данном сервисе по координатам местоположения, времени и высоте можно определить значение скорости ветра. К сожалению, значение скорости известно лишь для нескольких уровней высот и промежуточный змачения определяются апроксимацией самостоятельно. Выбираемая высота определяется по уровню давления, согласно следующей таблице:
Поверхн. - 0м
1000 hPa - 100 м
850 hPa - 1500 м
700 hPa - 3500 м
500 hPa - 5000 м
250 hPa - 10500 м
Перейти на сервис Earth
Vw=5 м/с

Минимальный диаметр 0.3 м
Максимальный диаметр 5 м
Шаг шкалы 0.1 м
Внешний диаметр делжен быть не меньше внутреннего.

Внешний диаметр самого большого стационарного ветрогенератора E-126 127м
D1 = 1 м

D2 = 0.1 м

0.777 м2

1.23 кг/м3

Cp = 0.35

Ng=0.8

16.67 Вт



Передача энергии по электрическому проводу

Самая очевидная схема передача энергии от ЛВ на землю — по электрическому кабелю. Решение задачи, так сказать, «в лоб» привело несколько компаний к плачевным результатам.
Первый провалившийся проект был Magenn, финансовый директор покончил жизнь самоубийством.
Другой проект, взявший за базу электрическую передачу энергии Altaeros, убедил инвесторов инвестировать повторно для использования наработок в другой сфере.Суть проблемы в потерях энергии в проводах и массе кабеля из расчёта на максимально возможную передачу энергии. Также большую массу имеет генератор. И, конечно, извечный тупиковый путь в играх с природой — большая мощность на единицу устройства.

Инженерам, чтобы не идти по неправильному пути важны не красивые легенды, а понимание цифр, скрывающихся за проблемой.




Название
материала
Удельное сопротивление,
Ом*мм2/м
Плотность,
кг/м3
Стоимость,
$/т
Медь 0,0178 2700 8500
Алюминий 0,028 8900 2500

Для "летающего кабеля" необходимо оперировать приведенным к плотности значением удельного сопротивления.

Название
материала
Приведенное удельное сопротивление,
(Ом*мм2/м)*(кг/м3)
Медь 158,42
Алюминий 75,6

Получается, что алюминий выигрывает в 2 раза. Так алюминий снова становится предпочтительным при использовании для летательных аппаратов, как и в авиастроении.

Хотя алюминий так хорош, бытовой алюминиевый провод имеет минимальное сечение 2,5мм2 , в то время как медный провод может быть и 0,5мм2.
Это значит, что если оптимальным для системы является кабель сечения меньше 2,5мм2 (высокое напряжение генератора, малая мощность и ток), то найти алюминиевый вариант будет довольно сложно.

Алюминий (удельное сопротивление re = 0.028 Ом*мм2/м, плотность rm = 2700 кг/м3)
Медь (удельное сопротивление re = 0.0178 Ом*мм2/м, плотность rm = 8500 кг/м3)


Переменный ток удобен для преобразования (с помощью трансформатора), но менее эффективен при передаче, а значит при одинаковой эффективности для постоянного тока возможно использовать проводник меньшей массы. При передаче большого количества энергии с большим напряжением на большие расстояния в форме переменного тока влияние реактивного сопротивления проводника становится ощутимым.

Для расстояний AWE порядка 1 км такое влияние не должно быль большим. Другой вопрос — изоляция. Для минимизации массы кабеля изоляция должна быть минимальной. Толщина изоляции определяется напряжением между пролегающими рядом проводами. Причём, для переменного тока надо рассматривать амплитудное значение напряжения, а оно, как известно, для синусоидального тока, вырабатываемого генераторами, на в 1,4 раза больше действующего (например, в бытовой сети 220 В и 311 В соответственно). Также в 1,4 раза меньше можно сделать толщину изоляции для проводника с постоянным током.

Другим достоинством постоянного тока на выходе из AWE генератора является простота объединения множества небольших AWE-генераторов в единую сеть без необходимости согласования по фазе. Но это уже другая история.


Alf = 30 Grad

200 м

400 м

Sc = 0.5 мм2

22.40 Ом

U = 220 В

0.08 А

1.79 В (0 %))

218.21 В

0.14 Вт (0 %)

0.54 кг



Расчёт лопастной решетки генератора

Ветроколесо может быть быстроходным или тихоходным. В зависимости от диаметра и количества лопастей обороты ветроколеса при одной и той же скорости ветра будут разные. Этот показатель называется быстроходностью Z ветроколеса и определяется отношением окружной скорости конца лопасти к скорости ветра.

Первоначально мы не знаем частоту оборотов ветроколеса, которая зависит от его исполнения. При прохождении воздуха через лопасти, остается возмущенный след который тормозит вращение ветроколеса. И поэтому чем лопастей больше, тем быстроходность становится меньше.


1 лопастное ветроколесо (Z = 9)
2 лопастное ветроколесо(Z = 7)
3 лопастное ветроколесо(Z = 5)
6 лопастное ветроколесо(Z = 3)
12 лопастное ветроколесо(Z = 1.2)


Продолжение следует...

Добавить комментарий

© 2018 enornis | ScrollMe by AccessPress Themes
HTML Snippets Powered By : XYZScripts.com