Elektrownie Wiatrowe - Dariusz Szymański.pdf - Elektroenergetyka - YODZI2

Elektrownie Wiatrowe

Dariusz Szymański

Politechnika wrocławska, snajper00@wp.pl

Słowa kluczowe: elektrownia wiatrowa, generacja mocy

1. Wstęp

Objętość pracy ze wszystkimi elementami nie

powinna przekraczać 4 stron formatu A4. Praca

powinna być napisana w języku polskim lub angielskim

oraz być podzielona na części (Streszczenie, Wstęp,

Metody/Teoria, Wyniki i dyskusja, Wnioski,

Literatura). Kolejne części referatu (poza Streszczeniem

i Literaturą) należy numerować.

Praca powinna być zapisana w formacie MS Word

95 (plik typu *.doc lub *.rtf). W przypadku nowszych

wersji edytora MS Word lub innych edytorów tekstu

dokument należy zapisać w formacie MS Word 95.

Pliki należy dostarczyć na dysku CD lub dyskietce na

adres korespondencyjny Kongresu do 31 marca 2004 r.

Dodatkowo do tych materiałów należy dołączyć dwie

wydrukowane kopie referatu.

wykonuje się wirniki trójpłatowe (rzadziej

dwupłatowe). Większość płatów wykonana jest z

włókna szklanego wzmocnionego poliestrem. Każda

łopata składa się z dwóch powłok przymocowanych do

belki nośnej.

2. Budowa

Budowę elektrowni wiatrowej ilustruje rysunek 1,

natomiast na rysunku 2 przedstawiono budowę

profesjonalnej elektrowni wiatrowej o mocy 2 MW

pracującej na potrzeby sieci energetyki zawodowej.

Rys. 2. Budowa elektrowni wiatrowej (model

V80-2.0MW firmy Vestas)

Rys. 1. Uproszczony schemat budowy siłowni

wiatrowej

1) kontroler 2) siłownik mechanizmu przestawiania

łopat 3) główny wał 4) chłodnica oleju 5) skrzynia

przekładniowa 6) wieloprocesorowy układ

sterowania 7) hamulec postojowy 8) dźwig dla

obsługi 9) transformator 10) piasta łopaty 11)

łożysko łopaty 12) łopata 13) układ hamowania

wirnika 14) układ hydrauliczny 15) tarcza

hydraulicznego układu hamowania wirnika 16)

pierścień układu kierunkowania 17) fundament 18)

koła zębate układu kierunkowania 19) generator

20) chłodnica generatora powłok przymocowanych

do belki nośnej.

W niektórych rozwiązaniach istnieje ponadto

możliwość zmiany kąta ustawienia łopat wirnika

dzięki zastosowaniu siłowników hydraulicznych.

Wirnik osadzony jest na wale wolnoobrotowym,

Najważniejszym elementem siłowni wiatrowej jest

wirnik przekształcający energię wiatru w energię

mechaniczną przekazywaną do generatora. Zazwyczaj

którego obroty poprzez skrzynię przekładniową

przekazywane są do wału szybkoobrotowego. Wał

szybkoobrotowy połączony jest z wałem

generatora. Spotykane są też układy pracujące bez

przekładni. Najczęściej wirnik obraca się z

prędkością (15-30) obr./min., przekładnia zwiększa

tą prędkość obrotową 50-krotnie do 1500 obr./min.

Stopień przełożenia zależy od typu prądnicy

zastosowanej w elektrowni. Jako generatory

pracują najczęściej prądnice asynchroniczne. W

czasie rozruchu generatory łączone są do sieci

przez układy tyrystorowe, które następnie są

bocznikowane stycznikami.

Jest to jedna z podstawowych danych, na jakie

powinniśmy zwrocić uwagę przy planowaniu

budowy elektrowni.

Bardzo istotne jest, aby krzywa była jak

najbardziej stroma i osiagała max. przy jak

najniższej prędkości wiatru.

Nowoczesne elektrownie po osiągnięciu

maksimum ( na rys. ok. 30mph ) utrzymują staly,

wysoki poziom produkcji energii.

Mikroprocesorowy system sterowania monitoruje

stan siłowni i pobiera dane do obliczeń i

sterowania. Generator, transformator, przekładnia i

urządzenia sterujące umieszczone są w gondoli.

Ponadto gondola zawiera układy smarowania,

chłodzenia, hamulec tarczowy itp.

Gondola i wirnik obracane są w kierunku wiatru

przez silniki i przekładnię zębatą znajdującą się na

szczycie wieży, na której umieszczona jest

gondola.

Ważna jest także:

- prędkość załączenia "cut-in" - predkość przy

jakiej rozpoczyna się produkcja,

- predkość wyłączenia "cut-out" - prędkość przy

jakiej elektrownia wyłącza się,

Wieża jest stalowa, w kształcie rury, rzadziej o

konstrukcji kratownicowej. Urządzenia niewielkich

mocy, przeznaczone dla małych, indywidualnych

użytkowników charakteryzują się znacznie

prostszą budową. Nie mają mechanizmów zmiany

kąta ustawienia łopat, gondola jest zintegrowana z

chorągiewką kierunkową. Często konstrukcja ich

wieży umożliwia także ustawienie wirnika w osi

pionowej, co jest równoznaczne z wyłączeniem

elektrowni.

Moc produkowana wzrasta z sześcianem prędkość

i wiatru. Krzywa mocy pozwala nam ustalić

produkcję elektrowni na podstawie uzyskanych z

pomiarów średnich predkości wiatru.

Jak obliczyć moc generowaną przez elektrownie -

teoria

Ponieważ powietrze posiada masę i porusza się,

posiada energie kinetyczną :

Energia kinetyczna (joules) = 0.5 x m x V2

gdzie: m = masa (kg), V = predkość (metry/sec)

Po prostych przeksztalceniach i uwzględnieniu

masy przepływającego powietrza otrzymujemy:

3. Generowanie mocy

Podstawowe informacje o krzywej mocy czyli jak

zmienia się produkcja energii elektrycznej w

funkcji prędkości wiatru.

Moc w polu zakreślanym przez wirnik elektrowni:

P = 0.5 x rho x A x V3

P = moc w watach (746 W = 1 KM) (1,000 W = 1

kilowat)

rho = gestość powietrza (okolo 1.225 kg/m3 na

poziomie morza, mniej im wyzej )

A = powierzchnia zakreslana przez wirnik (m2)

Moc wyjściowa elektrowni wiatrowej zmienia sie

wraz ze zmianą prędkości wiatru. Zależność tą

obrazuje właśnie krzywa mocy.

V = prędkość wiatru w metrach/sec

Otrzymana wartość określa nam moc strumienia

powietrza w polu wirnika. Oczywiście nie jest

możliwe wykorzystanie jej całej (możliwe tylko w

przypadku prostopadlej sciany na drodze wiatru.)

Tak więc musimy dodać jeszcze kilka zmiennych

do otrzymania praktycznego wzoru.

Moc turbiny: P = 0.5 x rho x A x Cp x V3 x Ng x

P = moc w watach (746 wat = 1 KM) (1,000 wat =

1 kW )

rho = gestość powietrza ( 1.225 kg/m3 na poziomie

morza)

A = powierzchnia zakreślana przez wirnik,

prostopadła do wiatru (m2)

Cp = współczynnik efektywności (0.35 dla

dobrego projektu)

V = prędkość wiatru w metrach/sec

Ng = efektywność generatora (85% i wiecej dla

nowoczesnych generatorów)

Nb = efektywność skrzyni biegów/kierunku, im

wyższa tym lepsza - 95% jest O.K.)

Elektrownie Wiatrowe - Dariusz Szymański.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: