Szukaj na tym blogu

piątek, 4 czerwca 2010

Jaką turbinę wiatrową wybrać ?



Jeżeli przyjrzymy się danym o prędkości wiatru w Polsce to łatwo zauważyć, że większość obszaru polski nie może pochwalić się specjalnie korzystnymi warunkami do pozyskiwania energii z wiatru. Jeżeli jednak chcemy zainwestować w turbinę wiatrową to powinniśmy szukać urządzeń rozpoczynających pracę w możliwe najsłabszym wietrze.

Dzięki czytelnikowi bloga mam dane o wietrzności na warszawskim Okęciu i na tej podstawie przeprowadzę krótką analizę.

Załóżmy, że mamy 3 turbiny wiatrowe o tej samej mocy nominalnej jednak różnych prędkościach startu i nominalnych.

  • Turbina 1 startuje przy 4 m/s i osiąga moc nominalną przy 14 m/s
  • Turbina 2 startuje przy 3 m/s i osiąga moc nominalną przy 13 m/s
  • Turbina 3 startuje przy 2 m/s i osiąga moc nominalną przy 11 m/s

Na pierwszy rzut oka poszczególne turbiny niewiele się różnią jednak różnice w współczynniku wykorzystania mocy i co za tym idzie uzysku energii są olbrzymie.
Dla danych z Okęcia:

  • Turbina 1 osiągnie stopień wykorzystania mocy 15,78%
  • Turbina 2 osiągnie stopień wykorzystania mocy 23,36%
  • Turbina 3 osiągnie stopień wykorzystania mocy 32,38%

Turbina 3 dzięki temu, że startuje przy wietrze o 2m/s słabszym od turbiny 1 wyprodukuje 2 razy więcej energii.

Przy przeciętnych i słabych warunkach wietrzności szalenie istotne jest, aby turbina wiatrowa rozpoczynała pracę przy możliwie słabym wietrze.

Im turbina startuje przy słabszym wietrze tym lepiej zagospodarowuje zasoby energii wiatru, gdyż w analizowanych warunkach wietrzności turbina w zdecydowanej większości będzie pracować poniżej prędkości nominalnej.

Edycja
W nawiązaniu do komentarza

urealniając obliczenia i przesuwając moment startu poszczególnych turbin wyniki rzeczywiście są inne lecz proporcje bardzo podobne.



5 komentarzy:

k.m.poczta pisze...

A czy mógłby Pan podac link do producenta takiej turbiny, która przy 2 m/s osiąga 10% mocy nominalnej a przy 3m/s 20% mocy nominalnej?! Interesuję się trochę turbinami wiatrowymi i z tego co się orientuję (aczkolwiek nie jestem ekspertem) to nawet turbiny o osi pionowej które mają najniższy wiatr startowy, nawet 1m/s, a wiatr uzytkowy zaczyna się od 2,5m/s, to 10% mocy nominalnej osiagają dopiero przy wietrze 6m/s, tak więc biorac pod uwagę ten fakt Pana wyliczenia będą wyglądały zupełnie inaczej.
Poza tym nie zgadzają mi się prędkości wiatru turbin 2 i 3 podane w tabelce, bo wg. danych z tabelki to turbina2 moc nominalna osiąga przy 12m/s a turbina3 przy 11m/s a powyżej tabelki podane jest odpowiednio 14m/s i 15m/s

Bogdan Szymański pisze...

Rozważanie jest czysto hipotetyczne obrazujące jak duży wpływ na uzysk energii ma charakterystyka wiatraka a przy słabych warunkach wietrzności szczególnie ważny jest start turbiny przy niskich prędkościach wiatru.

Czy istnieją takie turbiny jak w przykładzie ? - NIE są to rozważanie teoretyczne! Niemniej jednak turbiny o osi pionowej czy turbiny z dyfuzorem są w stanie znacznie lepiej zagospodarować energię wiatru przy niskich prędkościach.

AAA222 pisze...

Skutecznym sposobem na poprawę stopnia wykorzystania mocy turbiny (s) jest zainstalowanie jej na większej wysokości. Gdybyśmy turbinkę 3 kW osiągającą na wysokości 12 m npt. s=17 % zainstalowali na poziomie dachu Pałacu Kultury (167 m npt.), stopień wykorzystania mocy wzrósłby do około 55 %.

Bogdan Szymański pisze...

@AAA222
Pełna racja. Dlatego maszty zawodowych turbin wiatrowych są tak wysokie. Niemniej jednak W przypadku małych turbin wiatrowych montowanych na dachach domów możliwości możliwości stawiana wysokich masztów są mocno ograniczone.

jako pisze...

Energia wiatru zależy od prędkości do trzeciej potęgi, dlatego niskie prędkości startu mają znaczenie jedynie do pewnego poziomu.

Wystarczy popatrzeć na tabelkę np tutaj: http://www.eco-energia.pl/index.php/energia-z-wiatru/14-energia-wiatru.html aby się przekonać ile można uzyskać przy niskich prędkościach.

Np. turbiny VAWT o zawieszeniu magnetycznym można poruszyć już wentylatorem pokojowym (http://www.youtube.com/watch?v=j2yopwSBXn0) ale nie przekłada się to na pozyskanie żadnych użytecznych ilości energii.

Jeśli już mówimy o charakterystykach i umiejscawianiu wiatraków, to koniecznie należy wspomnieć o mniej znanym typie wiatraków o pionowej osi obrotu (VAWT). Rzadko są one stosowane przy przemysłowej produkcji energii (farmy wiatrowe), gdyż mają mniejszą sprawność, ale mają wiele zalet, które są istotne zwłaszcza w przydomowej produkcji prądu:

- są znacznie cichsze, więc nie będą przeszkadzać nawet, gdy postawi się je na dachu lub w ogródku,

- wiele konstrukcji VAWT (bo są bardzo różne) jest bardzo odporna na warunki atmosferyczne, a ze względu na prostotę konstrukcji charakteryzują się małą awaryjnością

- dobrze wykorzystują wiatr o zmiennym kierunku, który jest bardzo częsty na niskich wysokościach i w pobliżu przeszkód terenowych (tereny zabudowane)

- łatwo je 'przytulić' do obiektów 'spiętrzających' wiatr, np stawiając VAWT na dachu wykorzystamy większą prędkość wiatru omijającego przeszkodę (http://www.youtube.com/watch?v=SGSlzj99pWc)

- są dosyć łatwe do wykonania domowym sposobem, dlatego są wdzięcznym tematem dla majsterkowiczów (choć ilość prądu generowana przez takie domowe konstrukcje nie jest znacząca, ale celem jest ich konstruowanie, a nie wydajna eksploatacja :) ) - tu przykład ciekawej składanej mobilnej konstrukcji: http://www.dailymotion.pl/video/x9c1b8_5000-watt-vawt-low-wind-portable-de_news

Inaczej mówiąc: gdy nie mamy warunków na klasyczny HAWT, tam warto rozważyć VAWT-a.

W polskich realiach, VAWT pozwalają ominąć też wiele idiotycznych przepisów, dzięki temu, że można je zintegrować z dachem oraz dobrze działają zamocowane na niedużych wysokościach.