vetrna energija: karakteristike delovanja vetrne...
TRANSCRIPT
-
Laboratorijska vaja
Laboratorij za termoenergetiko
Vetrna energija: karakteristike delovanja vetrne turbine
-
Namen vaje
Vetrna energija 2
spoznati delovanje ter določiti
karakteristike vetrne elektrarne, izmeriti napetost in tok pri različnih
obremenitvah vetrne turbine, določiti največjo moč, mejno
hitrost in izkoristek
-
Vetrna turbina
Vetrna energija 3
-
Pretvorba energije vetra v elektriko
Vetrna energija 4
-
01 – obročasti generator
02 – strojnica
03 – čeljustni pogon
04 – e-modul
05 – pesto
06 – lopatica
07 – stolp
08 – temelj
Vetrna energija 5
Vetrna elektrarna v Dolenji vasi pri Divači
-
Vetrna elektrarna v Dolenji vasi pri Divači
Vetrna energija 6
-
Vetrna elektrarna v Dolenji vasi pri Divači
7
mo
č ve
trn
e e
lekt
rarn
e
hitrost vetra
V1 ... vključitev turbine V2 ... doseg nominalne moči V3 ... začetek redukcije V4 ... zaustavitvena hitrost in pričetek načina obratovanja ob viharju
Vetrna energija 7
-
Vetrna elektrarna v Dolenji vasi pri Divači
Vetrna energija 8
-
Vetrna elektrarna v Dolenji vasi pri Divači
Vetrna energija 9
-
Hitrostne in tlačne razmere okrog vetrnice
hitrost vetra:
Tlak:
Kontinuitetna enačba:
m konst
1 1 2 2S v S v
Vetrna energija 10
-
Izpeljava
Razpoložljiva moč vetra:
1 2
d
d
( )
vF m a m m v
t
S v v v
Sila na rotor po Eulerju:
t
2
1 2( )
dE dxP F F v
dt dt
S v v v
Moč turbine:
2
t 1 2
2
1 2 1 2
2 2
1 2 1 2
( )
1( ) ( )
4
1( )( )
4
P S v v v
S v v v v
S v v v v
• Hitrost vetra pri rotorju v je enaka povprečju med hitrostma pred in za rotorjem:
predpostavka:
razmerje hitrosti
b = v2/v1
3 2
t 1
1(1 )(1 )
4P S v b b
Vetrna energija 11
-
Izpeljava
Celotna moč vetra:
31
2wP S v
Izkoristek: s predpostavko, da je v1 enak v,
3 2
12
3
1(1 )(1 )
14 (1 )(1 )1 2
2
S v b b
b b
S v
Betzova limita
2
lim
1 1(1 )(1 ), pri
2 3
59,26 %
b b b
Vetrna energija 12
-
Izpeljava
Betzova limita:
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Bet
zov
fakt
or
mo
či
razmerje hitrosti za in pred rotorjem
2
lim
1(1 )(1 )
2b b
max 59,26 % pri b = 1/3:
Vetrna energija 13
-
Teoretične osnove
Vetrna energija 14
Največja kinetična energija vetra:
Največja moč vetra:
Dejanska moč vetra:
2
20vmWmax
2
20
0v
vAρPmax
maxGRmiadej PηηηηηP
ηa aerodinamični izkoristek vetrnice
ηi notranji izkoristek vetrnice
ηm mehanski izkoristek
ηR izkoristek multiplikatorja
ηG izkoristek generatorja
-
Merilna shema
Vetrna energija 15
električni tok
električna napetost
hitrost vetra
vrtilna frekvenca
turbine
-
Laboratorijsko preizkuševališče
Vetrna energija 16
-
Meritev
Vetrna energija 17
Merimo:
► električni tok skozi breme
► električno napetost na bremenu
► hitrost zraka
► vrtilno frekvenco vetrnice
Računamo:
► moč generatorja
► izkoristek vetrne turbine
-
Določanje optimalnega bremena
• Merjenje U in I za različne nastavitve bremena (R) pri nastavljeni največji hitrosti
vetra v vetrovniku – nestabilni rezultati
• Določitev upora za največjo električno moč generatorja
Vetrna energija 18
Upornost Napetost Tok Moč
R [Ω] U [V] U̅ [V] I [A] I̅ [A] P [W]
1 U1 I1
U̅·I̅ 2 U2 I2
3 U3 I3
4 U4 I4
... ... ... ... ... ... ...
4
14
1
i
iU
4
14
1
i
iI
-
Karakteristika vetrne turbine
• Nastavitev optimalnega bremena za pridobivanje maksimalne moči
• Merjenje tokov, napetosti, vrtilne frekvence in hitrosti
• Izračun moči vetra in izkoristka turbine
Vetrna energija 19
Hitrost Napetost Tok Moč Vrtilna
frekvenca
v [m/s] v̅ [m/s] U [V] U̅ [V] I [A] I ̅[A] P [W] f [s-1] f ̅[s-1]
1 v1 U1 I1
U̅·I̅
f1
2 v2 U2 I2 f2
3 v3 U3 I3 f3
4 v4 U4 I4 f4
... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4
14
1
i
iU
4
14
1
i
iv
4
14
1
i
iI
4
14
1
i
if
3
2
1vAρPkin
kinP
Pη
-
NALOGE
• Izmerite električni tok in napetost pri različnih obremenitvah vetrne
turbine
• Izrišite karakteristiko P(R) ter označite maksimalno moč in upornost pri
katerem se nahaja
• Izrišite karakteristiko P(v) in ν(v)
• Izračunajte izkoristek vetrne turbine
20 Vetrna energija