6 VETERNÉ ELEKTRÁRNE
1
6.1 Vietor ako energetickĹĽ zdroj
ZákladnĹĽ princíp vzniku vetra
- vietor vzniká vplyvom nerovnomerného ohrevu zemského povrchu slne%0Ĺ„nĹĽm ~iarením. Vzniká
vyrovnaním tlakovĹĽch rozdielov, vanie v~dy od tlakovej vĹĽae k tlakovej ní~i
- nad rovníkom sa vzduch ohrieva a stĹ›pa nahor, ke~e je >ahaí,
- od obidvoch pĂłlov sa k rovníku na "uvo>nené miesto" tla%0Ĺ„í vzduch studenĹĽ,
- teplĹĽ vzduch prĹ›di vo vĹĽake späe k pĂłlom a postupne sa ochladzuje, kde opäe klesá. Tento
cyklus sa stále opakuje.
Tento popísanĹĽ základnĹĽ princíp vaak ovplyvHuje nieko>ko aspektov:
- otá%0Ĺ„anie Zeme, ktoré smer vetru vychy>uje doprava na severnej pologuli a do>ava na ju~nej pologuli,
- %0Ĺ„lenitose terénu, do ktorého vietor nará~a a mení smer,
- rozdielny %0Ĺ„as ohrievania vody a pevniny a teda aj vzduchu, ktorĹĽ prĹ›di rôznou rĹĽchloseou v rôznych oblastiach
Asi 1-2 % slne%0Ĺ„nej energie sa premieHa na kinetickĹ› energiu vzduchu a je mo~né ju vyu~ívae vo
veternĹĽch turbínach.
2
http://zmeny-klimatu.blog.cz/0906/zakladni-informace-o-vzniku-vetru
MastnĹĽ, P. a kol.: Obnovitelné zdroje elektrické energie, VUT Praha http://windeis.anl.gov/guide/basics/index.cfm
MorskĹĽ vánok (bríza) je typ vetra %0Ĺ„astĹĽ pri moriach, oceánoch alebo vä%0Ĺ„aích vodnĹĽch hladinách.
- celá cirkulácia vetra medzi pobre~ím a morom je spôsobená vyrovnávaním tlaku, ktorĹĽ spôsobuje
pohyby vzduanĹĽch más.
- morskĹĽ vánok je be~nĹĽ hlavne cez deH. Slne%0Ĺ„né svetlo svieti na vodnĹ› hladinu a na pevninu. Z
fyzikálnych vlastností vody vychádza, ~e má vä%0Ĺ„aiu tepelnĹ› kapacitu a dlhaie sa zohrieva. Preto sa
pevnina zohreje skôr a sála teplo, ktoré zohrieva vzduch nachádzajĹ›ci sa nad Hou. Tento zohriaty
vzduch stĹ›pa do vä%0Ĺ„aích vĹĽaok odkia> sa pohybuje smerom nad vodnĹ› hladinu. Nad pevninou vzniká
tlaková ní~. Vietor nad morom postupne stráca svoju teplotu a preto klesá opäe dole k vodnej
hladine. Nad vodnou hladinou tak vzniká tlaková vĹĽa. Z dôvodu vyrovnávaniu tlakov tento u~
ochladenĹĽ vietor smeruje opäe k pevnine (do tlakovej ní~e), kde sa zohrieva a cirkulácia sa opakuje.
- tento vietor pocieujeme ako chladnejaí vánok, ktorĹĽ fĹ›ka od mora, oceánu alebo inej vä%0Ĺ„aej vodnej
plochy.
- v noci sa voda ochladzuje pomalaie ako pevnina (vietor smeruje od pevniny smerom k moru)
http://pl.wikipedia.org/wiki/Bryza
http://www.youtube.com/watch?v=3gmbnbldl-w
http://www.youtube.com/watch?v=XuI-M25Ss04
3
http://sk.wikipedia.org/wiki/Morsk%C3%BD_v%C3%A1nok
http://www.youtube.com/watch?v=ZQV72Yzmjyc
6.2 VĹĽkon a energia vetra
Energiu pohybujĹ›cej sa hmoty vzduchu je mo~né vyjadrie rovnicou:
m - hmotnose vzduchu
v - rĹĽchlose vzduchu
Á - density of air
A plocha, ktorou danĹĽ objem vzduchu preteká
s dráha, ktorĹ› prekoná pohybujĹ›ci sa vzduch
V objem vzduchu
Vżkon vetra pretekajśceho jednotkovou plochou:
Vżkon vetra pretekajśceho jednotkovou
plochou je priamo-śmernż hustote vzduchu
a tretej mocnine rĹĽchlosti vetra.
ZvĹĽaenie rĹĽchlosti vetra o 20 % zvĹĽai
generovanĹĽ vĹĽkov o 73 %.
4
Á - hustota vzduchu [kg/m3]
RĹĽchlose vetra a vĹĽkon vetra sĹ› %0Ĺ„asovo premenné veli%0Ĺ„iny.
Energia vetra pretekajĹ›ceho jednotkovou plochou za dané obdobie je daná vzeahom:
5
http://www.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/70-hustota-sucheho-vzduchu
6.3 Veterné elektrárne
- zariadenia, v ktorĹĽch sa kinetická energia vetra premieHa na mechanickĹ› energiu
(turbína), ktorá je následne transformovaná na elektrickĹ› energiu (generátor).
VĹĽkon veternej turbíny
- kinetická energia vetra sa po prechode cez vrtu>u veternej elektrárne zni~uje, preto~e jej
%0Ĺ„ase sa mení na mechanickĹ› energiu
- Albert Betz v roku 1920 dokázal, ~e ideálna veterná elektráreH mô~e premenie na
mechanickĹ› energiu maximálne 59,3 % kinetickej energie vetra, pri spomalení jeho
rĹĽchlosti na jednu tretinu
cp - vĹĽkonovĹĽ %0Ĺ„inite> - udáva, aká %0Ĺ„ase kinetickej energie vetra je premenená na mechanickĹ›
v2/v1 - pomer rĹĽchlosti vetra za turbínou ku rĹĽchlosti vetra pred turbínou
6
http://www.mechanicalengineeringblog.com/tag/introduction-to-wind-turbine/
http://turbinegenerator.org/wind/how-wind-turbine-works
Za predpokladu, ~e plocha (Swept Area of Blades in m2)
D
Maximálny vĹĽkon veternej elektrárne sa ur%0Ĺ„í:
[W; kg.m-3, m, m.s-1]
VTE firmy ENERCON vplyv ve>kosti
na vĹĽkon
7
http://www.mechanicalengineeringblog.com/tag/introduction-to-wind-turbine/
http://turbinegenerator.org/wind/how-wind-turbine-works
6.4 Rozdelenie veternĹĽch turbín
Pod>a vĹĽkonu
a) malé (asi do 20 kW pre rodinné domy, farmy, osvetlenie, ...)
Off-grid wind turbine system
b) stredné (od 20 do 50 kW)
c) ve>ké (nad 50 kW).
- nad 20 kW sa takmer vĹĽhradne pou~ívajĹ› pre dodávky energie do verejnej siete.
8
http://news.bbc.co.uk/2/hi/uk/6969865.stm
On-grid wind turbine system
http://www.energor.com/Wind%20Power%20System.html
Pod>a umiestnenia rotora
a) veterné turbíny s horizontálnou osou
- sĹ› v sĹ›%0Ĺ„asnej dobe najrozaírenejaie
- najvyaaie vyu~itie vĹĽkonu je mo~né dosiahnue 2 a 3-listovĹĽmi vrtu>ami,
- aby mohla vrtu>a %0Ĺ„o najlepaie zachytie energiu vetra, je hlava veternej elektrárne, tzv.
gondola, umiestnená na sto~iari otá%0Ĺ„avo (pomocou elektromotora)
1. Wind causes blades to rotate
2. Shaft turns generator to produce electrical energy
3. A transformer turns this into high-voltage electricity
4. Electricity is transmitted via the power grid
9
Zlo~enie veternej turbíny
Aktívna regulácia (pitch) vyu~íva natá%0Ĺ„anie celého
listu rotora pod>a okam~itej rĹĽchlosti vetra.
Brzda sa vyu~íva najmä pri zastavovaní turbíny a jej
odstávke.
Pevodovka slĹ›~i na zvĹĽaenie pomerne nízkych otá%0Ĺ„ok
rotora (20-30 ot./min) na vysoké nominálne otá%0Ĺ„ky
generátora (napr. 1500 ot./min). Obsahuje systém pre
dynamickĹ› zmenu prevodového pomeru, ktorĹĽ umo~Huje
udr~iavae konatantné otá%0Ĺ„ky rotora generátora v celom
rozsahu pracovnĹĽch otá%0Ĺ„ok veternej elektrárne. Táto
regulácia umo~Huje prevádzkovae elektráreH pri
premenlivĹĽch otá%0Ĺ„kach rotora, ktoré sĹ› závislé od
rĹĽchlosti vetra a zároveH udr~iavae konatantné vĹĽstupné
otá%0Ĺ„ky pre pohon generátora.
V roku 1992 firma Enercon priala s bezprevodovkovou
technolĂłgiou. Pou~itím mnohopĂłlového generátora nie je
potrebné prevádzae otá%0Ĺ„ky hlavného hriade>a do rĹĽchla.
Generovanż prśd s premenlivżmi parametrami je
pomocou vĹĽkonovej elektroniky transformovanĹĽ a
frekven%0Ĺ„ne prispôsobenĹĽ parametrom siete, do ktorej je
elektráreH pripojená.
http://www.mechanicalengineeringblog.com/tag/introduction-to-wind-turbine/
Janí%0Ĺ„ek, F.: Obnovite>né zdroje energie 1. Bratislava, 2007
10
http://referaty.atlas.sk/ostatne/nezaradene/19064/?print=1
11
12
http://www.i15.p.lodz.pl/strony/EIC/res/Description_of_technology_wind_power.html
VĹĽkonovĹĽ diagram veternej turbíny
- dolná hranica energetického vyu~itia vetra je cca 4 m.s-1,
- optimálna rĹĽchlose vetra je cca 14 m.s-1.
- pri prekro%0Ĺ„ení tejto rĹĽchlosti musí bye vetrom poskytovanĹĽ vĹĽkon obmedzovanĹĽ a %0Ĺ„ase
energie zostáva nevyu~itá.
- horná hranica je 25 m.s-1.
- vyaaie rĹĽchlosti sĹ› u~ nebezpe%0Ĺ„né, preto~e mô~u spôsobie akody na zariadeniach veternej
elektrárne.
- z tohto dôvodu sa veterné elektrárne pri takĹĽchto rĹĽchlostiach odstavujĹ› alebo sa nato%0Ĺ„ia
do bezpe%0Ĺ„nej polohy.
- ekonomicky najlepaie vyu~ite>né lokality sĹ› s priemernou ro%0Ĺ„nou rĹĽchloseou vetra aspoH
13
8 m.s-1.
Vplyv vĹĽaky sto~iara na vĹĽkon veternej turbíny
1 foot = 0,3048 meters
1 miles per hour = 0,44704 meters / second
14
http://www.solarwindtek.com/site/windFAQs.shtml
VĹĽvoj vĹĽkonov veternĹĽch turbín
http://nextbigfuture.com/2012/06/800-
foot-tall-wind-turbines-are.html
Note: Currently, the world s largest wind turbine is
manufactured by Enercon and produces 7,5 MW
15
b) veterné turbíny s vertikálnou osou
- princíp fungovania veterného zariadenia je rovnakĹĽ ako u veternĹĽch elektrární s
horizontálnou osou otá%0Ĺ„ania (t.j. prostredníctvom prevodov sa prenáaa rĹĽchlose otá%0Ĺ„ania
turbíny na generátor)
- strojovHu s generátorom majĹ› umiestnenĹ› na zemi, %0Ĺ„o sa pokladá za ve>kĹ› vĹĽhodu v
porovnaní s veternĹĽmi elektrárHami s horizontálnou osou otá%0Ĺ„ania. VĹĽhoda spo%0Ĺ„íva v tom,
~e montá~ a statika predstavuje ove>a menaí problém
- ve>kou vĹĽhodou u tĹĽchto rotorov je, ~e nie je potrebné ich natá%0Ĺ„ae do smeru vetra
- nevĹĽhoda: ni~aia Ĺ›%0Ĺ„innose oproti turbínam s horizontálnou osou
- pou~itie pri menaích vĹĽkonoch
Rotory, ktoré sĹ› najviac pou~ívané vo veternĹĽch elektrárHach s vertikálnou osou
otá%0Ĺ„ania sĹ›:
- Savoniusov rotor
- Darrieusov rotor
- H rotor
16
Tip speed ratio: ratio of the speed of the windmill rotor tip,
at radius R when rotating at É radians/second, to the speed
of the wind V, and is numerically: 17
6.5 Veterné farmy
- ke~e veterná energia má pomerne nízku Ĺ›roveH koncentrácie, vo vhodnĹĽch lokalitách sa
sĹ›streujĹ› veterné elektrárne do tzv. veternĹĽch fariem
- pri vĹĽstavbe veternej farmy sa jednotlivé elektrárne rozmiestHujĹ› tak, aby si navzájom
nezni~ovali vĹĽkon
- minimálny rozostup v smere kolmom na smer vetra má bye min. 4xD, v smere vetra 6xD.
Example turbine spacing in a wind farm
Pripájanie veternĹĽch elektrární do siete
- inatalovanĹĽ vĹĽkon veternĹĽch elektrární je
rozhodujścim faktorom na ur%0ńenie
napäeovej hladiny siete, do ktorej bude
veterná elektráreH pripojená.
18
http://www.planningni.gov.uk/index/policy/policy_publications/planning_statements/pps18/pps18_annex1/pps18_
annex1_wind/pps18_annex1_technology/pps18_annex1_spacing.htm
Spôsoby prepájania jednotlivĹĽch generátorovĹĽch agregátov veternĹĽch elektrární:
a) radiálne zapojenie pre vyvedenie vĹĽkonu
b) kruhové zapojenie pre vyvedenie vĹĽkonu
Kruhové zapojenie sa vyzna%0Ĺ„uje vyaaími investi%0Ĺ„nĹĽmi nákladmi, ale vyaaou
19
spo>ahlivoseou a ni~aími stratami energie vo vnĹ›tornej sieti.
Umiestnenie veternĹĽch fariem
a) on-shore
BetonovĹĽ základ VTE
b) off-shore
Four main types of wind turbine foundations
20
monopile, jacket, tripile and gravity base
21
22
AC/DC offshore converter station Borwin Beta
23
6.6 Installed capacity of wind power plants
24
http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/statistics/Wind_in_power_annual_statistics_2012.pdf
25
http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/statistics/Wind_in_power_annual_statistics_2012.pdf
26
27
http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_farm
28
http://www.tpa-horwath.pl/sites/default/files/publications/downloads/wind_energy_2012.pdf 29
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
05 OZE 2013 sk03 OZE 2013 sk06 OZE 2013 en02 OZE 2013 sk04 OZE 2013 sk01 OZE 2013 sk07 OZE 2014 sk04 OZE 2013 en05 OZE 2013 en03 OZE 2013 en02 OZE 2013 en01 OZE 2013 encennik system k2 kan 06 2013cennik studnie 06 2013gramatyka grammar fce wszystkie z 2013 10 06 u@6698slownictwo do fce trudne z 2013 10 06 u@6698 (1)więcej podobnych podstron