Pozioma oś obrotu
Pionowa oś obrotu
Współczynniki mocy
Modelowanie wymiarów łopaty
Moc i moment mechaniczny
Sposoby sterowania
Metody oceny wydajności energetycznej
Formularz kontaktowy
Najczęściej zadawane pytania
Aktualności
Literatura elektrownie wiatrowe
Gdyby turbina miała sprawność 100% wówczas zostaje wykorzystana cała moc wiatru. W praktyce okazuje się, że wykorzystywana jest jedynie część przepływającej przez turbinę mocy wiatru. Moc mechaniczną uzyskiwaną z wiatru określić można jako moc wiatru pomniejszoną o współczynnik mocy cp i wyrazić za pomocą wzoru:
Oprócz Pww drugim ważnym parametrem opisującym turbiny wiatrowe jest moment mechaniczny. Znajomość momentu mechanicznego jest szczególnie ważna ze względu na obciążenie turbiny np. prądnica elektryczna. Wiatrak szybkobieżny o małej liczbie skrzydeł ma nieduży moment rozruchowy. W skutek małego momentu rozruchowego wiatrak szybkobieżny można uruchomić tylko przy niewielkim obciążeniu początkowym i dopiero po osiągnięciu obrotów bliskich nominalnej szybkobieżności Zn (prędkość obwodowa na końcach łopat przez prędkość wiatru) powinien być obciążony. Wartość momentu mechanicznego obliczyć można ze wzoru [23], [40]:
Na rysunku (poniżej) zaprezentowane są charakterystyki mocy oraz momentu mechanicznego w funkcji prędkości obrotowej n. Kształt charakterystyki Pww jest ściśle uzależniony od kształtu charakterystyki współczynnika mocy cp, która też wpływa na kształt charakterystyki Mww, w przypadku gdy nie jest znana wartość Cm w funkcji współczynnika szybkobieżności. Prędkość obwodowa skrzydeł jest ograniczona względami wytrzymałościowymi i nie przekracza 100[m/s] (dla turbiny z rysunek-poniżej nmax= 318.31[Obr/min]).
Rysunek - Parametry turbiny wiatrowej (V1=6[m/s], z=3, n=150[obr/min], R=3[m], profil clark Y, alfa=8,1[0]) w funkcji prędkości obrotowej: a) Moc mechaniczna, b) Moment mechaniczny
Często zdarza się, że moce turbiny prezentowane są w funkcji prędkości wiatru. Rysunek poniżej przedstawia zmianę mocy w funkcji prędkości wiatru dla wartości maksymalnych jak i występujących dla określonych prędkości obrotowych. Taki podział szczególnie uzasadniony jest przy doborze prądnicy. Jeżeli będzie to prądnica asynchroniczna przyłączona do sieci energetycznej wówczas bardzo przydatne jest określenie mocy mechanicznej dla 1 lub 2 określonych prędkości. W przypadku, gdy obciążeniem turbiny wiatrowej będzie silnik synchroniczny z magnesami trwałymi pracujący tylko w systemie autonomicznym to wyodrębnienie mocy dla określonej prędkości nie będzie miało większego znaczenia.
Rysunek - Moc turbiny wiatrowej ( V1=6[m/s], z=3, n=150[obr/min], R=3[m], profil clark Y, alfa=8,1[0]) w funkcji zmiany prędkości wiatru V: a) maksymalna moc mechaniczna dla danej prędkości wiatru V, b) moc mechaniczna dla prędkości obrotowej turbiny n=150[Obr/min]
Należy pamiętać o tym, że prądnica elektryczna posiada ograniczenia wytworzenia mocy elektrycznej. Zazwyczaj elektrownie wiatrowe osiągają wartość nominalną już przy prędkości wiatru 10 - 15 [m/s]. A przy prędkości 25 [m/s] następuje zatrzymanie turbiny wiatrowej aby nie dopuścić do uszkodzeń elektrowni. Aby uzyskać charakterystyki mocy elektrycznej w funkcji zmiany prędkości wiatru najłatwiej jest pomnożyć uzyskana moc mechaniczną przez współczynnik sprawności mechanicznej silnika wiatrowego nm (np. straty tarcia wałów w łożyskach, straty w przekładniach zębatych i pasowych) oraz współczynnik sprawności elektrycznej ne (sprawność elektryczna prądnicy). Dla szybkobieżnych elektrowni wiatrowych iloczyn sprawności nm i ne przyjmuje się, że wynosi ok. 0,8 (w zależności od rozwiązań konstrukcyjnych zazwyczaj zawierają się w granicach od 0,4 do 0,8). Zatem moc użyteczna silnika wiatrowego wyraża się następująco [40]:
