Produkcja energii z elektrowni wiatrowej

Produkcja energii z elektrowni wiatrowej
Energia wiatru jest przekształcona formą energii promieniowania słonecznego. Ocenia się, że zaledwie 1-2% energii słonecznej dochodzącej do Ziemi ulega przemianie w energię kinetyczną wiatru. Ten mały procent stanowi około 2500 TW. Gdy uwzględnimy wszelkie straty, fakt, że nie wszędzie jesteśmy w stanie wybudować elektrownię wiatrową, a także to, że 25 % tej energii przypada na warstwę atmosfery otaczającą bezpośrednio powierzchnię Ziemi to wynikiem końcowym jest wartość 40 TW.


Siłownia wiatrowa zamienia energię kinetyczną wiatru na energię mechaniczną wirnika a następnie wirnik przekształca poruszając wałem energię mechaniczną w użyteczną energię elektryczną. Niestety jedną z cech wiatru jest jego zmienność i nieprzewidywalność. Dlatego zanim wybuduje się turbinę niezbędne jest wykonanie pomiarów podstawowych parametrów wiatru w miejscu planowanej siłowni. Czas w jakim wykonujemy pomiar powinien wynosić minimum 12 miesięcy. Badania te są bardzo ważnym elementem, bo popełnienie najmniejszego błędu pomiarowego daje olbrzymie błędy w dalszych inwestycjach. Dlatego inwestor nie może pozwolić sobie na ryzyko błędnego oszacowaniem rocznej produkcji energii z danej turbiny wiatrowej. Pomocny w oszacowaniu rocznej produkcji energii elektrycznej może być duński program WAsP.

Określenie mocy turbiny wiatrowej

Moc turbiny wiatrowej wyraża się zatem wzorem:

Pt = 0,5 p v3 F e

gdzie:

  • Pt – moc turbiny,
  • p – gęstość powietrza,
  • v – prędkość wiatru,
  • F – przekrój poprzeczny strumienia,
  • e – współczynnik wykorzystania energii

Teoretycznie współczynnik sprawności wykorzystania energii strumienia powietrza może być równy 59,3%, w praktyce jednak może on sięgać najwyżej 50%.
Moc całego układu turbiny wiatrowej czyli prądnica, przy osiągalnych obecnie sprawnościach elementów, może być wyrażona wzorami:
dla małych siłowni:

P = (0,00011) d2 v3[kW]

dla dużych siłowni:
P = (0,00022) d2 v3[kW]

gdzie:

  • d – średnica łopatek turbiny wiatrowej [m]
  • v – prędkość wiatru [m/s]

Teoretyczne obliczenie mocy generowanej przez elektrownie wiatrową

Przyjmujemy, że w powierzchni pola jakie zakreśla wirnik elektrowni wiatrowej moc wyraża się następujaco:

P = 0.5 x rho x A x v3

gdzie kolejno oznaczają:

  • P – moc [W];
  • rho – gęstość powietrza [mniej więcej 1.225 kg/m3];
  • A – powierzchnia zakreślana przez wirnik [m2];
  • V – prędkość wiatru w [m/s]

Moc turbiny obliczymy według wzoru ujmującego kilka innych parametrów:

P = 0.5 x rho x A x Cp x V3 x Ng x Nb

Dodatkowymi parametrami w powyższym wzorze są:

  • Cp – współczynnik efektywności (0.35 dla dobrze opracowanego projektu);
  • Ng – efektywność generatora turbiny wiatrowej (wynosi około 85% i więcej dla nowszych modeli);
  • Nb – efektywność układu skrzyni biegów/kierunku (przyjmujemy – 95% im wyższa wartość tym lepiej)

Źródło:
„Zależność między poziomem rozwoju energetyki odnawialnej a produkcją urządzeń dla wybranych OŹE w różnych krajach” Paweł Pociask

admin

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *