Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Направление - 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника»
Институт – Энергетический
Кафедра – АТЭС
Отчет по лабораторной работе №2
«Исследование характеристик ветроэнергетической установки»
по дисциплине: «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»
Выполнил студент гр.5Б4В
Балахнина Ю.Е.
____________
(Подпись)
Проверила доцент кафедры АТЭС
Матвеева А.А
____________
(Подпись)
Томск 2017
Цель работы: изучение методики определения потенциала ветроэнергетической мощности установки, получение навыков работы с измерительными приборами ветроэнергетических характеристик.
Схема и описание установки
Рисунок 1- Принципиальная схема ветроэнергетической установки
1,2,3,4 – клавиши включения; 5-лампы; 6-амперметр; 7-вольтметр;
8-ветрогенератор; 9-ветроколесо
Вычислим мощность ветроустановки 
и построим график зависимости частоты вращения ветрогенератора от скорости ветра 
на холостом ходу.
Лопасть ветроколеса L=10 см=0,1 м
Температура окружающей среды в лаборатории tос =23,5 0С
Таблица 1
| Показания | нагрузка отключена (нет потребителей) | ||||
Сила ветра, 
| |||||
 20,2
|  24,5
|  25,9
|  26,7
| 
| |
| |||||
| |||||
| 3,5 | 5,06 | 5,5 | 5,72 | |
|
Рисунок 2 – График зависимости 
Вывод: Исходя из полученного графика можно выявить прямо пропорциональную зависимость скорости ветра и числа оборотов: чем больше скорость, тем больше оборотов делает ветряк в минуту. Мощность же, в свою очередь, равна нулю, т.к. отсутствует нагрузка и сила тока нулевая, а, следовательно, и мощность.
1. Присоединим нагрузку в цепь ветроустановки, путем изменения положения тумблера, так, чтобы загорелась лампа 1, и проведем повторные измерения при постоянной скорости ветра 
.
Таблица 2
Показания с нагрузкой при 
| |||||
| Нагрузка (потребители) | |||||
| |||||
|
| |||||
|
| 3,5 | 2,9 | 2,7 | 2,5 | 2,0 |
| 17,4 | 21,6 | 42,5 | ||
 , %
| 0,0149 | 0,0185 | 0,0365 | 0,0635 |
Расчет КПД 
:
Пример расчёта для V=20,2 м/с и нагрузкой 1:
I. Плотность воздуха из уравнения Менделеева-Клапейрона:
,
где R=8,314/29 – газовая постоянная воздуха, Т – температура в кельвинах;
II. Масса воздуха, проходящая через ометаемую площадь:
, где 
Длина лопасти ветроколеса 
, тогда:
III. Мощность идеальной ветроэнергетической установки:
IV. Мощность реальной ВЭУ:
,
где 
, тогда:
V. Коэффициент использования ветра
2. Присоединим нагрузку в цепь ветроустановки и проведем повторные измерения.
Таблица 3
Показания с нагрузкой при 
| |||||
| Нагрузка (потребители) | |||||
|
| |||||
|
| |||||
|
| 5,06 | 3,98 | 3,76 | 3,51 | 2,34 |
|
| 27,86 | 41,36 | 80,73 | 121,68 | |
| , %
| 0,0134 | 0,0199 | 0,0388 | 0,0585 |
Таблица 4
Показания с нагрузкой при 
| |||||
| Нагрузка (потребители) | |||||
|
| |||||
|
| |||||
|
| 5,5 | 4,5 | 4,3 | 3,9 | 3,15 |
|
| 51,6 | 101,4 | 185,85 | ||
| ,%
| 0,0147 | 0,021 | 0,0412 | 0,0757 |
Таблица 5
Показания с нагрузкой при 
| |||||
| Нагрузка (потребители) | |||||
|
| |||||
|
| |||||
|
| 5,72 | 5,62 | 4,25 | 3,63 | 2,32 |
|
| 44,96 | 87,12 | 113,68 | ||
| ,%
| 0,0167 | 0,019 | 0,0324 | 0,0422 |
3. По полученным и расчетным данным были построены графики зависимостей, представленные на рисунках 3,4,5.
Рисунок 3 - График зависимости потребляемой мощности от количества оборотов 
Вывод: Полученные данные свидетельствуют о том, что с уменьшением числа оборотов мощность установки увеличивается. Также можно заметить, что при увеличении скорости потока при одинаковой величине оборотов мощность значительно возрастает.
Рисунок 4 - График зависимости частоты оборотов от подключаемых потребителей 
.
Вывод: из графических данных видно, что при увеличении нагрузки количество оборотов установки снижается.
Рисунок 5 – График зависимости мощности от КПД 
.
Вывод: Из графика можно говорить о прямой зависимости мощности установки от КПД: чем больше КПД, тем больше мощность.
Вывод: в ходе выполнения данной лабораторной работы были изучены методики определения потенциала ветроэнергетической мощности установки и характеристик потока. Проведя ряд опытов были получены и проанализированы зависимости основных характеристик ветроустановки.
Благодаря полученным результатам можно сделать вывод, что при увеличении скорости потока влияние таких параметров как количество оборотов, нагрузка и КПД на величину мощности установки снижается.
