Windenergie - Grundlegende Theorie
Um die Windenergie zu verstehen, unterschreiben wir die Theorie der Massenerhaltung und der Energieerhaltung. Es wird angenommen, dass ein unten gezeigter Kanal Wind darstellt, der in die Schaufeln der Turbine hinein und aus diesen heraus fließt.
Es wird angenommen, dass die Geschwindigkeit V a der Durchschnitt von V 1 und V 2 ist . Kinetische Energie an der Röhrenmündung ist gegeben durch -
KE = 1/2 mV 2
KE der Energie geändert = 1/2 mV 1 2 - 1/2 mV 2 2
1/2 m (V 1 2 - V 2 2 )
Da sich m = pAV a und dann KE ändern, ist Pk = 1/2 pAV a (V 1 2 - V 2 2 )
Bei weiterer Vereinfachung wird die geschätzte Windenergie wie folgt angegeben:
KE, pk = 0,5925 · 1 / 2pAV 1 3
Klingenelementtheorie
Die Schaufelelementtheorie geht davon aus, dass die Strömung an einem bestimmten Teil eines Windturbinenblatts die benachbarten Teile nicht beeinflusst. Diese Unterteilung auf der Klinge wird als Ring bezeichnet. Der Impuls wird für jeden berechnetannulus. Alle resultierenden Werte werden dann summiert, um das Blatt und damit den gesamten Propeller darzustellen.
An jedem Ringraum wird angenommen, dass eine gleichmäßig verteilte Geschwindigkeit induziert wurde.
Dynamisches Matching
Das dynamische Zuflussmodell wurde integriert, um die Schätzungen durch die Blade-Element- und Momentum-Theorie zu verbessern. Das grundlegende Konzept der Strömungstheorie hilft bei der Abschätzung des Effekts von Schaufelturbulenzen. Der überstrichene Bereich erhält einen dynamischen Zustand, um die geschätzte mittlere Geschwindigkeit abzuleiten.
Die BEM-Theorie liefert Schätzungen nur bei konstantem Wind, aber es ist offensichtlich, dass Turbulenzen auftreten müssen. Dies wird jedoch durch das grundlegende dynamische Zuflussmodell berücksichtigt, um eine realistischere Schätzung zu erhalten.
Die erzeugte Windenergie, insbesondere beim Typ mit horizontaler Achse, ist bekanntermaßen das Produkt der Spitzengeschwindigkeit, der Gesamtzahl der verwendeten Blätter und des Auftriebs-Luftwiderstands-Verhältnisses der Seite mit einem Tragflügel. Die Neueinstellung auf einen neuen Gleichgewichtszustand ist durch dieDynamic Inflow Method (DIM).
Dynamische Zuflussmethode
DIM ist auch als dynamische Nachlauftheorie bekannt und basiert auf dem induzierten Fluss, der normalerweise nicht stabil ist. Es berechnet den vertikalen Zufluss zum Rotor unter Berücksichtigung seiner Auswirkung auf den dynamischen Fluss.
Dies berücksichtigt einfach den Nachlaufeffekt oder einfach die Geschwindigkeit der Luft, die vertikal zu den Rotoren ausgerichtet ist und durch das Drehen der Schaufeln verursacht wird. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Tangentialgeschwindigkeit konstant ist. Dies wird als bezeichnetWake effect und sein Luftwiderstand verringert den Wirkungsgrad einer Windkraftanlage.
Stromerzeugung
Die kinetische Energie im Wind wird von Windkraftanlagen in Elektrizität umgewandelt. Sie verwenden das alte Konzept, das in Windmühlen verwendet wird, jedoch mit inhärenter Technologie wie Sensoren, um die Windrichtung zu erfassen. Einige Windkraftanlagen verfügen über ein Bremssystem, das bei starkem Wind anhält, um den Rotor und die Blätter vor Beschädigungen zu schützen.
Mit der Rotorwelle sind Zahnräder verbunden, um die Schaufeln auf eine für den Generator geeignete Geschwindigkeit zu beschleunigen. Im Generator tritt eine elektromagnetische Induktion auf (die grundlegende Methode zur Umwandlung von mechanischer Energie in Elektrizität). Die Welle dreht einen zylindrischen Magneten gegen eine elektrische Drahtspule.
Der gesamte Strom aus den Turbinen einer Windkraftanlage wird in ein Netz eingespeist und in eine Hochspannung umgewandelt. Dies ist eigentlich die herkömmliche Technik zur Übertragung von Elektrizität im Netzsystem.
Es werden Klingen mit großer Oberfläche benötigt, obwohl dies durch das Geräusch bestimmt werden sollte, das von breiten Klingen herrührt. Ein Windpark kann bis zu 100 Generatoren haben, was zu mehr Lärm führt.