Determinación de la potencia del aerogenerador. Esquema, descripción

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Determinación de la potencia del aerogenerador. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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El propósito del generador de viento es convertir la energía cinética del flujo de aire, llamado viento, en energía eléctrica. Además de las turbinas eólicas, también son bastante comunes las turbinas eólicas, que sirven para accionar directamente bombas, las denominadas bombas eólicas. La energía generada por un aerogenerador se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

Р = 0,5*rho*S*Ср*V3*Ng*Nb, donde

P - potencia, W; rho - densidad del aire (aproximadamente 1,225 kg / m0,5); S es el área de lanzamiento del rotor; V - velocidad del viento, m/s; Cp - coeficiente aerodinámico (teóricamente XNUMX); Ng - eficiencia del generador; Nb - eficiencia de la caja de cambios (si la hay).

Todos los componentes de esta fórmula para una turbina eólica en particular, excepto la velocidad del viento, son constantes (la densidad del aire, por supuesto, depende de la temperatura, pero sus cambios pueden despreciarse como pequeños). Por lo tanto, podemos decir que la energía generada por el generador de viento. proporcional al cubo de la velocidad del viento

Esto significa que la potencia del aerogenerador en los sauces débiles (incluso si gira) es muy pequeña. Pero a medida que aumenta el viento, hay un fuerte aumento en la potencia. Y como en la práctica el viento sopla a una velocidad y dirección constantes solo en un túnel de viento, me di cuenta de que la potencia generada por un aerogenerador es un valor que cambia constantemente con el tiempo. Por lo tanto, cualquier sistema de energía que use un generador eólico como fuente de energía debe tener un enlace estabilizador.

En pequeños sistemas autónomos, la batería suele desempeñar el papel de dicho enlace. Si la potencia del aerogenerador es superior a la potencia de la carga, la batería se carga. Si la potencia de carga es mayor, la batería está descargada. Esto implica la siguiente característica importante de la turbina eólica como fuente de energía: si la mayoría de las otras fuentes se seleccionan por potencia de carga máxima, las turbinas eólicas deben seleccionarse en función de la cantidad de consumo de electricidad por mes (o por año, como prefiera).

Ilustremos esto con un ejemplo. A la orilla del mar, donde la velocidad media del viento se acerca a los 6 m/s, hay una casa a la que acude el fin de semana una familia de tres. Los equipos eléctricos también se encienden solo los fines de semana. En el tocón, el consumo alcanza los 15 kWh, mientras que el pico de carga es de hasta 3 kW. Por lo tanto, el consumo de energía mensual es de 120 kWh. Con una velocidad media anual del viento de 6 m/s, un pequeño generador eólico de 120 vatios puede proporcionar 700 kWh al mes. Además, se requiere una batería de gran capacidad para almacenar la energía durante 5 días y un inversor de 3 kW (que convierte el voltaje de CC de la batería en voltaje de CA estándar) para manejar las cargas máximas.

Otro ejemplo. En un área con una velocidad de viento promedio de 5 m/s, se construyó una instalación de telecomunicaciones que consume constantemente un promedio de 2 kW de electricidad, mientras que la carga máxima no supera los mismos 3 kW. En este caso, multiplicamos 2 kW por la cantidad de horas por mes (720) y obtenemos 1440 kWh, el valor del consumo del objeto por mes. Para asegurar la producción de 1420 kWh a tal velocidad de viento, se necesita un aerogenerador de 10 kW, que a su vez trabajará a través del mismo inversor de 3 kW.

Como puede verse, en cada uno de los casos anteriores, la potencia del aerogenerador difiere de la potencia máxima de la carga. La potencia de carga máxima determina la potencia del inversor. El generador eólico en sí mismo determina solo la cantidad de producción en un cierto período de tiempo a una cierta velocidad mensual promedio del viento. Además de la velocidad media del viento, existe una entrada más detallada para la estimación de los recursos eólicos, denominada parámetros de Weibull, que reflejan la distribución de la duración del viento de una determinada fuerza para un lugar determinado, se utilizan en el diseño de parques eólicos con una capacidad de decenas de MW.

Para proyectos de energía a pequeña escala, no tiene sentido económico gastar dinero en tales estudios, ya que es posible estimar aproximadamente la producción esperada por la velocidad promedio del viento en el sitio de instalación de la turbina eólica. De los ejemplos anteriores, también podemos concluir sobre la naturaleza de la carga, para lo cual es más recomendable utilizar un generador eólico para alimentarla. Esta es una carga desigual, en la que la carga máxima supera la carga promedio en 10 o más veces.

El caso de uso más común para una turbina eólica relativamente pequeña es la carga doméstica. Por ejemplo, para una familia en un departamento de la ciudad, la carga promedio es de -0,5 kW (360 kWh por mes según el medidor). Carga máxima: 5 kW cuando la estufa eléctrica, la lavadora, el microondas y otros electrodomésticos menos potentes están encendidos. Un generador eólico de 5kW puede satisfacer estas necesidades incluso en un lugar con poco viento. Una carga uniforme, por ejemplo, calefacción, cuando incluso un calentador de 1 kW funciona las 720 horas del día, requiere 5 kWh por mes, que un generador eólico de XNUMX kW puede proporcionar solo en áreas con buenos recursos eólicos (por ejemplo, en la costa, en la estepa, etc.).

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Además, de vez en cuando, los investigadores intentan imprimir algo directamente de las células vivas. Pero hasta ahora, la impresión celular no ha avanzado mucho, por la sencilla razón de que nuestras células, que están protegidas del ambiente externo por solo una membrana lipídica de dos capas, no resisten las condiciones del método y mueren.

Pero, ¿y si no tomamos células humanas y animales, sino bacterias? Después de todo, además de la membrana, también tienen una pared celular bastante poderosa y, en general, las bacterias no son tan sensibles a las influencias extremas como las células eucariotas, por lo que es muy posible que sobrevivan fácilmente a una impresora 3D.

Para imprimir con bacterias, necesitan encontrar un entorno en el que puedan vivir, aplicándose a la superficie. En una "tinta" bacteriana creada por científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts, se fabricó un hidrogel a base de ácido plurónico como portador de bacterias: dicho hidrogel retiene agua con nutrientes, lo que permite que las células vivan y funcionen, y es muy adecuado para una impresora 3D.

Antes del experimento, las bacterias sufrieron una modificación genética que las hizo sensibles a una determinada sustancia: si la sustancia deseada aparecía en el medio, la bacteria sintetizaba una proteína fluorescente. Luego, utilizando una impresora 3D, se imprimió un patrón en forma de árbol en un material elástico especial, que consta de tres tipos de bacterias que reaccionan a tres sustancias diferentes (está claro que la impresora le permite mezclar y alternar "tinta" como nosotros por favor). El patrón resultante se pegó a una mano humana, que previamente había sido humedecida con una solución con tres tipos de moléculas señalizadoras, y como resultado, el patrón de la mano comenzó a brillar: diferentes bacterias sintieron cada una su propia sustancia e hicieron una luz fluorescente. proteína en respuesta.

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