CEI Mikroelektronika d.o.o.10000 Zagreb, Kraljevićeva 13

Obnovljivi izvori energijeKomercijalne vjetroturbine – između diktata učinkovitosti i održivog iskorištavanja

Josip Turković, dipl.ing fizike

2

Temeljni projekti

Energija sunca i vjetra

Vjetroturbina

PTJH – 1

- do 50 kW nom.- do 1 MW nom.

Solarni kolektor

SVRG – 1

- model za hrvatsko klimatsko područje- model za ekvatorijalno pustinjsko područje

Sustav za prijenos i pretvaranje zahvaćene energije

- lokalna primjena- sabirnice u centrima za konverziju

Sustav za pohranu energije

- kopnena verija- podmorska verzija

3

Temeljni projekti

Eko projekti

Hidroponski uzgojbiljnih kultura

Razgradnja atmosferskog CO2

4

Temeljni projekti

Tehnološki projekti

Vakuumske depozicije tankih slojeva LPCVD metodom

- polysilicij- silicij dioksid- silicij nitrid- silicij oxinitrid

Konstrukcija uređaja za vakuumsko rasprašivanje(sputtering)

5

- horizontalna glavna osovina

- trokraka, s aerodinamički profiliranim krilima

- generator smješten u kupoli

Komercijalna vjetroturbina

6

- stalan vjetar po smjeru i iznosu njegove brzine

- iznos brzine vjetra od 50 km/h do 80 km/h

- za brzine iznad 80 km/h vjetroturbina se dovodi u pasivan položaj prema vjetru, zbog konstrukcijskih ograničenja

Komercijalna vjetroturbina

Pretpostavke za efikasan rad

7

- uzgonske (tipa avionskog krila)

- otporne

Glavni tipovi vjetroturbina

Prema načinu zahvata vjetra

8

Ilustracija uzgona

9

Koeficijent iskorištenja

1919. Betz 59.3% - izračunato na vrlo simplificiranom modelu promjene energije fluida prije i poslije turbine.

1920. Žukovski izračunao istu vrijednost na temelju modela idealne turbine

1935. Glauert je izračunao iznos od 40 % koji se asimptotski približava Betzovoj vrijednosti kad vrh krila turbine doseže beskonačnu brzinu. Proračun je rađen kao energetski balans fluida ispred i iza rotora.

2001. Gorban,Gorlov i Silantjev su proveli egzaktni račun za slučaj nekednolike raspodjele tlakova i zakrivljenih strujnica u ravnini turbine. Dobili su maksimalni koeficijent od 30,1%

10

Ključan parametar potreban investitoru

Koliko eura/w košta investicija u vjetroturbinu ?

Nakon koliko vremena se vraća uloženi novac ?

11

Energetski uređaji kao tipovi proizvoda

1. Potrošački tipovi (consumer)

2. Samodostatni ili eksploatacijski održivi

Eksploatacijski održivi: u tijeku životnog vijeka vraćaju barem jednaku, ako ne i veću količinu realne vrijednosti koja je u njih uložena

Potrošački tipovi: svi oni koji nisu kao prethodno opisani

12

Konvencionalni tipovi vjetroturbina s vertikalnom osovinom

Georges Jean Marie Darrieus 1931.

13

Konvencionalni tipovi vjetroturbina s vertikalnom osovinom

Darrieus – Savonius tip Giromill tip

14

Konvencionalni tipovi vjetroturbina s vertikalnom osovinom

Cycloturbine

15

Prijedlog vjetroturbine novog tipa s vertikalnom osovinom

Položaj zakrilca kod zahvata vjetra.

Smjer vjetra pokazan je strelicom.

16

Prijedlog vjetroturbine novog tipa s vertikalnom osovinom

Položaj zakrilca kod propuštanja vjetra.

Smjer vjetra pokazan je žutom strelicom.

Zakret zakrilca pokazan je zelenom strelicom.

17

Opći izgled jednog modula vjetroturbine.

Slaganjem uvis, moduli se multipliciraju ovisno o ograničenjima konstruktcije.

18

Svaki nivo krila turbine moguće je isključiti postavljanjem krila u pasivan položaj prema vjetru (horizontalan).

19

Uvećano:

Najviši nivo krila vjetroturbine postavljen u pasivan položaj prema vjetru.

20

Izračunati ili izmjereni parametri nove vjetroturbine

Koeficijent iskorištenja: maksimalno 17,8 %

Predloženo riješenje potisne vjetroturbine s vertikalnom osovinom može raditi do uključivo maksimalnih brzina vjetra ikad izmjerenih u hrvatskom priobalju, a pri tom nisu potrebni nikakvi egzotični materijali i tehnologije.

Simuliranjem režima tipičnih vjetrova našeg priobalja, pokazalo se da se jednak broj kWh dobiva u bilo kojem mjernom razdoblju koje uključuje barem jedan olujni događaj, i to sa vjetroturbinom 10 puta manje nominalne snage od odgovarajuće uzgonske turbine.

2110 20 30 40 50

vms250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000PkW Krivulja snage

Usporedba oblika krivulja snage za uzgonsku turbinu (lijevo) i potisnu turbinu (dolje).

Krivulja desno je proračun za slučaj potisne turbine sa prethodnih slika, uz površinu jednog krila od 5x10 m2.

22

0.25 0.3 0.35 0.4rads18.5

19

19.5

20

20.5

21PkW Brzina vjetra 10 ms

Potisna vjetroturbina sa ukupno 12 krila 5x10 m2.

23

1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65rads1845

1850

1855

1860

1865

1870PkW Brzina vjetra 45 ms

24

Umjesto zaključka

Predloženo rješenje vjetroturbine s vertikalnom osovinom ne isključuje već postojeća komercijalna rješenja. Kako vjetrovi u određenom području (misli se na mediteranski krug) nisu isključivo olujni ili isključivo stalni i umjereni, predloženo rješenje nadopunjuje postojeća rješenja. Uz 10-tak konvencionalnih trokrakih turbina, jedna poput predloženog rješenja može potpuno nadomjestiti grupu konvencionalnih kad se konvencionalne moraju isključiti zbog prebrzog i po smjeru promjenljivog vjetra.

U smislu eksploatacijske održivosti, predloženo rješenje vjetroturbine s vertikalnom osovinom lakše zadovoljava kriterij samodostatnosti.