razpoloŽljivost vetrne energije -...
TRANSCRIPT
Laboratorij za termoenergetiko
RAZPOLOŽLJIVOST VETRNE ENERGIJE
CILJI VAJE:Za dane podatke o hitrostih vetra na določeni lokaciji in karakteristični krivulji izbrane
vetrne turbine analiziraj možnost in učinkovitost izkoriščanja energije vetra za
proizvodnjo električne energije.
Naloga
1. Podatke o razpoložljivosti vetra (v m/s)prikaži v: kronološkem diagramu in urejenem letnem diagramu.
2. Za podatke o hitrostih vetra določi: največjo in najmanjšo hitrost, povprečno hitrost, standardni raztros hitrosti.
3. Na podlagi urejenega diagrama odvisnosti hitrosti od časa izračunaj: teoretično kinetično energijo vetra, teoretično razpoložljivo energijo
vetra po Betz-u, izkoriščenost razpoložljive energije.
4. Grafično prikaži karakteristično krivuljo turbine.
5. Glede na hitrosti vetra in karakteristiko turbine izračunaj proizvedeno električno energijo v vsaki uri in jo prikaži v: kronološkem diagramu in urejenem letnem diagramu.
6. Za izračunane moči turbine ugotovi: koliko časa (delež leta) obratuje
turbina s polno močjo in koliko časa (delež leta) obratuje
turbina z manj kot polovično močjo.
7. Iz izračunanih moči turbine določi še: celotno letno količino proizvedene
električne energije in jo primerjaj z rezultati iz točke 3a in 3b, podajte ustrezen komentar!
časovno in energijsko izkoriščenost vetrne turbine.
8. Razloži, kaj predstavljata energijska in časovna izkoriščenosti turbine.
Napredne tehnologije v energetiki 2
Razpoložljivost vetra
Napredne tehnologije v energetiki 3
0
5
10
15
20
25
30
1250 1270 1290 1310 1330 1350 1370 1390 1410
hit
rost
/ (
m/s
)
čas / h
0
5
10
15
20
25
30
8000 8100 8200 8300 8400 8500 8600 8700
hit
rost
/ (
m/s
)
čas / h
0
5
10
15
20
25
30
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
hit
rost
/ (
m/s
)
čas / h
teden mesec
leto
Razpoložljivost vetra
Napredne tehnologije v energetiki 4
0
5
10
15
20
25
30
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
hit
rost
/ (
m/s
)
čas / h
kronološki diagram
0
5
10
15
20
25
30
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
hit
rost
/ (
m/s
)
čas / h
urejeni diagram
99.9
99
9590
80
70
60
50
40
30
20
10
5
3
2
1
0,5
0,2
0,1
1 10
de
lež
časa
z m
anjš
o h
itro
stjo
ve
tra
hitrost vetra / (m/s)
0
5
10
15
20
25
30
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
hit
rost
/ (
m/s
)
čas / h
0
200
400
600
800
1000
1200
0 5 10 15 20 25 30
čas
/ h
hitrost vetra / (m/s)
Statistični parametri
Napredne tehnologije v energetiki 5
največja hitrost
najmanjša hitrost
povprečna hitrost
povprečje
raztros
porazdelitev hitrosti vetra običajno sledi Weibullovi porazdelitvi s faktorjem oblike okrog 2
Teoretična in razpoložljiva energija vetra (Betzov zakon)
Napredne tehnologije v energetiki 6
2
20
maxv
mW 2
20
01maxv
vAρP 301
30
1max 61,02
vAv
ρAP
Teoretična kinetična energija vetra: če bi bila hitrost za vetrnico enaka 0 m/s
Od celotne teoretične energije vetra je (Betz) mogoče teoretično izkoristiti največ 59,3 %:
maxmaxV,max PPηP 593,0
• Definira maksimalno moč, ki jo je možno „iztisniti“ iz vetra s turbine z vodoravno osjo v odprtem toku zraka. Zakon je izpeljan na podlagi principa ohranitve mase in gibalne količine v toku zraka skozi idealiziran „pogonski disk“, ki pretvarja energijo vetra.
• Glede na zakon nobena turbine ne more „ujeti“ več kot 16/27 oz. 59,3 % kinetične energije vetra (Betzov koeficient).
• Dejansko turbine uspejo v nominalnih pogojih realizirati 75 – 80 % Betzove omejitve.
Teoretična in razpoložljiva energija vetra (Betzov zakon)
Napredne tehnologije v energetiki 7
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0
5
10
15
20
25
30
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
gost
ota
en
erg
ijske
ga t
oka
/ (
kW/m
2)
hit
rost
/ (
m/s
)
čas / h
hitrost
kinetična moč
Betzova moč
Teoretična in razpoložljiva energija vetra (Betzov zakon)
Napredne tehnologije v energetiki 8
Teoretična energija
vetra >Razpoložljiva
energija vetra >
Proizvedenaelektrična energija
https://en.wikipedia.org/wiki/Betz's_law
Karakteristika vetrne turbine in dejanska moč
Napredne tehnologije v energetiki9
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0 5 10 15 20 25 30
mo
č tu
rbin
e /
MW
hitrost vetra / (m/s)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0 5 10 15 20 25 30
mo
č tu
rbin
e /
MW
hitrost vetra / (m/s)
Karakteristika vetrne turbine in dejanska moč
Napredne tehnologije v energetiki10
pre
maj
hn
a h
itro
st v
etra
mo
č n
araš
ča s
hit
rost
jo v
etr
a
naj
večj
a zm
ogl
jivo
st g
ener
ato
rja
pre
velik
a h
itro
st v
etra
-n
evar
no
st p
ošk
od
b
vetr
nic
e
Karakteristika vetrne turbine in dejanska moč
Napredne tehnologije v energetiki11
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 5 10 15 20 25 30
izko
rist
ek
mo
č /
MW
hitrost vetra / (m/s)
moč vetra
moč turbine
izkoristek
Moč turbine
Napredne tehnologije v energetiki 13
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
mo
č tu
rbin
e/
MW
čas / h
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
mo
č tu
rbin
e/
MW
čas / h
kronološki diagram
urejeni diagram
Moč turbine
Napredne tehnologije v energetiki 14
4,2
% č
asa
ob
ratu
je s
po
lno
mo
čjo
16
,0%
čas
a o
bra
tuje
s p
olo
vičn
o
mo
čjo
polovico časa obratuje z manj kot
7,5% močjo 18
,9%
čas
a n
e o
bra
tuje
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
rela
tivn
a m
oč
relativni čas
Rezultati
Napredne tehnologije v energetiki 15
Lokacija 8 Saoit
Turbina 8 General Electric1.5sl 77m 1500kw
1. Podatke o razpoložljivosti vetra prikaži v:
a) kronološkem diagramu b) urejenem letnem diagramu
2. Med podatki o hitrostih vetra poišči:
a) največjo hitrost m/s
a) najmanjšo hitrost m/s
b) povprečno hitrost m/s
c) standardni raztros hitrosti m/s
3. Izračunaj glede na razpoložljivo hitrost vetra in dimenzijo vetrnice
a) teoretična kinetična energija vetra MWh
b) teoretična razpoložljiva energija (betz) MWh
c) izkoriščenost razpoložljive energije
4. Grafično prikaži karakteristično krivuljo turbine.
5. Glede na hitrosti vetra in karakteristiko turbine izračunaj količino proizvedene električne energije in jo prikaži v:
a) kronološkem diagramu b) urejenem letnem diagramu
6. Za izračunane moči turbine ugotovi:
a) koliko časa (delež leta) obratuje turbina s polno močjo h
%
b) koliko časa (delež leta) obratuje turbina z manj kot polovično močjo h
%
7. Iz izračunanih moči turbine določi še:
a) celotno letno količino proizvedene električne energije MWh
b) povprečno izkoriščenost vetrne turbine %
8. Razloži, kaj predstavlja izkoriščenost turbine.
7357
83,98
2822
21,48
0,42
26,68
5,63
3,05
365
4,17
9197
5450
52%
0
5
10
15
20
25
30
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
hit
rost
/ (
m/s
)
čas / h
0
5
10
15
20
25
30
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
hit
rost
/ (
m/s
)
čas / h
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0 5 10 15 20 25 30
mo
č tu
rbin
e /
MW
hitrost vetra / (m/s)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
mo
č tu
rbin
e/
MW
čas / h
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
mo
č tu
rbin
e/
MW
čas / h