Energia elektryczna z elektrowni wiatrowej.

 

 

1. 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.

2. 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]

3. 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).

 

 
energetyka wiatrowa 2007