Energia wiatrowa - teoria podstawowa
Aby zrozumieć energię wiatru, podpisujemy się pod teorią zachowania masy i zachowania energii. Zakłada się, że kanał pokazany poniżej reprezentuje wiatr wpływający i wypływający z łopatek turbiny.
Zakłada się, że prędkość V a jest średnią z V 1 i V 2 . Energia kinetyczna na ujściu rury jest podawana przez -
KE = 1/2 mV 2
KE zmienionej energii = 1/2 mV 1 2 - 1/2 mV 2 2
1/2 m (V 1 2 - V 2 2 )
Ponieważ m = pAV a to zmiana KE, Pk = 1/2 pAV a (V 1 2 - V 2 2 )
Przy dalszym uproszczeniu szacunkowa energia wiatru jest podawana jako -
KE, pk = 0,5925 * 1 / 2pAV 1 3
Teoria elementu ostrza
Teoria elementu łopatkowego zakłada, że przepływ w danej części łopatki turbiny wiatrowej nie wpływa na sąsiednie części. Ten podział na ostrzu nazywa się pierścieniem. Pęd jest obliczany dla każdegoannulus. Wszystkie otrzymane wartości są następnie sumowane, aby przedstawić łopatę, a tym samym całe śmigło.
Zakłada się, że na każdym pierścieniu została indukowana równo rozłożona prędkość.
Dopasowanie dynamiczne
Zastosowano model dynamicznego napływu, aby ulepszyć oszacowania za pomocą teorii Blade Element i Momentum. Podstawowa koncepcja teorii dynamiki przepływu pomaga oszacować wpływ turbulencji łopatek. Przemiatanemu obszarowi nadaje się stan dynamiczny, aby pomóc w uzyskaniu oszacowania średniej prędkości.
Teoria BEM podaje szacunki tylko przy stałym wietrze, ale jest oczywiste, że turbulencje muszą wystąpić. Jest to jednak uwzględnione w podstawowym modelu dynamicznych wpływów, aby zapewnić bardziej realistyczne oszacowanie.
Wiadomo, że wytwarzana energia wiatru, zwłaszcza w układzie z osią poziomą, jest iloczynem prędkości końcówki, całkowitej liczby użytych łopat i stosunku siły nośnej do oporu bocznego z płatem. Ponowne dostosowanie do nowego ustalonego stanu równowagi jest dobrze wyjaśnione przezDynamic Inflow Method (DIM).
Metoda dynamicznego przepływu
DIM jest również znany jako dynamiczna teoria budzenia i opiera się na przepływie indukowanym, który zwykle nie jest stały. Oblicza dopływ prostopadle do wirnika, biorąc pod uwagę jego wpływ na przepływ dynamiczny.
Uwzględnia to po prostu efekt śladu lub po prostu prędkość powietrza ustawioną pionowo względem wirników, spowodowaną obrotem łopatek. Zakłada jednak, że prędkość styczna jest stała. Jest to określane jakoWake effect a jego opór obniża sprawność turbiny wiatrowej.
Generowanie elektryczności
Energia kinetyczna wiatru jest zamieniana na energię elektryczną przez turbiny wiatrowe. Wykorzystują starożytną koncepcję używaną w wiatrakach, ale z nieodłączną technologią, taką jak czujniki, do wykrywania kierunku wiatru. Niektóre turbiny wiatrowe mają układ hamulcowy zatrzymujący się w przypadku silnego wiatru, aby chronić wirnik i łopaty przed uszkodzeniem.
Do wału wirnika są podłączone koła zębate, które przyspieszają łopatki do prędkości odpowiedniej dla generatora. Wewnątrz generatora zachodzi indukcja elektromagnetyczna (podstawowa metoda zamiany energii mechanicznej na elektryczną). Wał obraca cylindryczny magnes względem cewki z drutu elektrycznego.
Cała energia elektryczna z turbin w elektrowni wiatrowej jest asymilowana w systemie sieciowym i przekształcana w wysokie napięcie. W rzeczywistości jest to konwencjonalna technika przesyłania energii elektrycznej w systemie sieciowym.
Potrzebne są łopatki o dużej powierzchni, chociaż powinno to być określone przez hałas, który wynika z szerokich ostrzy. Farma wiatrowa może mieć do 100 generatorów, co spowoduje większy hałas.