Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Praca elektrowni wiatrowych w trudnych warunkach środowiskowych

W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia z zakresu erozji i zanieczyszczeń łopat turbin wiatrowych oraz ich wpływ na aerodynamiczność łopat siłowni wiatrowych, co bezpośrednio przekłada się na osiągane przez nie sprawności.
W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia z zakresu erozji i zanieczyszczeń łopat turbin wiatrowych oraz ich wpływ na aerodynamiczność łopat siłowni wiatrowych, co bezpośrednio przekłada się na osiągane przez nie sprawności.
Fot. J. Sawicki

Rynek elektrowni wiatrowych wymaga nowych technologii i rozwiązań, które zwiększą wydajność konstrukcji, odporność na czynniki zewnętrzne oraz zredukują awaryjność i obniżą koszty eksploatacyjne. Istotne są przy tym warunki, w jakich pracuje elektrownia wiatrowa oraz możliwość zniwelowania ich negatywnego oddziaływania na konstrukcję.

Wpływ czynników atmosferycznych

Poza aerodynamicznością, o dobrej konstrukcji łopaty turbiny wiatrowej świadczą odpowiednia sztywność, możliwie niska masa, trwałość, odporność na zabrudzenia, oblodzenie i wyładowania atmosferyczne. Na rynku pojawiają się nowe rozwiązania dotyczące ochrony łopat przed erozją, a nawet prototypy robotów do wczesnego wykrywania uszkodzeń [3].

Oddziaływanie czynników atmosferycznych ma istotne znaczenie przy projektowaniu, a następnie użytkowaniu różnego rodzaju budowli, także elektrowni wiatrowych. Im silniejszy wiatr, tym więcej energii elektrycznej może wyprodukować elektrownia wiatrowa; jednak ten sam wiatr, który niesie ze sobą dodatkowo różnej wielkości cząstki oraz zanieczyszczenia, a również: temperatura, wilgotność, promienie ultrafioletowe, lód czy deszcz mają wpływ na konstrukcje turbin wiatrowych, zwłaszcza łopat i zmieniają ich właściwości aerodynamiczne oraz osiąganą sprawność.

Wpływ wiatru

Podczas przemiany energii wiatru w energię mechaniczną łopaty elektrowni wiatrowej poddawane są dużym obciążeniom statycznym i dynamicznym, dlatego muszą cechować się wytrzymałością. Ich konstrukcje bazują przede wszystkim na technologiach wykorzystywanych w lotnictwie.

Najczęściej są stosowane profile, które ze względu na rozkład ciśnień dzieli się na normalne, laminarne i specjalne.

Rodzina profili składa się z profilu zasadniczego i profili powstałych przez systematyczną zmianę parametrów geometrycznych profilu zasadniczego. Dzieli się ona na serie, w których profile różnią się zazwyczaj grubością.

Jednymi z najbardziej rozpowszechnionych są profile NACA.

Rodzaj materiału używanego do produkcji łopat wpływa bezpośrednio na kształt profilu.

Łopaty elektrowni wiatrowych wykonywane są z włókien szklanych wzmacnianych poliestrem, żywicą epoksydową bądź włóknami węglowymi czy kevlarem. Materiały te wykazują wysoką wytrzymałość zmęczeniową oraz małą masę, ale ich wadą są wysokie koszty produkcji.

Innym materiałem (rzadko stosowanym) jest drewno wzmacniane żywicą epoksydową lub innymi tworzywami sztucznymi.

W wirnikach o bardzo małej średnicy wykorzystywane są łopaty stalowe i aluminiowe, przy czym są one ciężkie i podatne na zmęczenie materiału.

Znamionowa prędkość, z jaką końcówki łopaty o długości skrzydła ok. 40 m przecinają powietrze, wynosi ok. 230 km/h. Wraz z oddalaniem się od punktu centralnego wiatr opływa płat pod coraz większym kątem. Aby utrzymać optymalne kąty natarcia na całej długości, konieczne jest skręcenie łopat wirnika.

Straty aerodynamiczne

Straty aerodynamiczne obniżają sprawność urządzenia wiatrowego. Są one spowodowane tarciem powietrza o łopatę i powstają na skutek lepkości powietrza i niedoskonałej gładkości powierzchni łopatek. Defekty profilu powodują oderwanie się strug powietrza i powstawanie wirów.

Wielkość tych strat (jednych z największych) zależy przede wszystkim od wielości aerodynamicznego współczynnika oporu profilowego, który można poprawić poprzez dokładniejsze wygładzenie powierzchni łopat.

Straty indukcyjne występują głównie na zewnętrznych końcach łopat w wyniku wyrównywania się tam różnic ciśnień powietrza po obu ich stronach. Zmniejszenie tych strat uzyskuje się w ten sam sposób.

Można wyróżnić również:

  • straty ruchu śrubowego powietrza, które odpływa za kołem wiatrowym na skutek odchylania się strug powietrza w kierunku stycznym (odwrotnie proporcjonalne do kwadratu wyróżnika szybkobieżności),
  • straty na dopływie powietrza w wyniku spiętrzenia ciśnienia przed kołem wiatrowym i częściowego odpływu powietrza na zewnątrz koła wiatrowego,
  • straty na odpływie powietrza wskutek wirowych zaburzeń strug powietrza [14].

Destrukcyjne działanie wiatru

Rys. 1. Zniszczone przez tornado łopaty turbiny wiatrowej [10]
Rys. 1. Zniszczone przez tornado łopaty turbiny wiatrowej [10]

Wiatr umożliwia produkcję energii elektrycznej obracając łopaty turbiny wiatrowej, ale może także spowodować ich zniszczenie. Powodem tego mogą być zbyt silne i porywiste wiatry, które czasami przybierają formę tornada. Takie sytuacje w energetyce wiatrowej nie zdarzają się często, ponieważ automatyka powinna zapewnić bezpieczne warunki pracy.

Wiatry wiejące z bardzo dużymi prędkościami mogą doprowadzić do złamania łopat elektrowni wiatrowej, powodując ich całkowite zniszczenie.

Na rys. 1. widać turbinę wiatrową trójpłatową, której każda z łopat została uszkodzona w wyniku przejścia tornada. Zdjęcie zostało zrobione w 2012 roku w Kansas (USA). Prędkość wiatru, zarejestrowana w tym dniu przez radary na wysokości ok. 90 m, wyniosła 267 km/h i była wystarczająco duża, aby spowodować awarię wielu turbin wiatrowych znajdujących się na tej farmie.

Przy istnieniu dużej ilości zmiennych, trudno przewidzieć, przy jakich wartościach prędkości wiatru łopaty zaczną ulegać uszkodzeniom. Elementy oderwane od łopat siłowni wiatrowej mogą stanowić zagrożenie dla znajdujących się w pobliżu ludzi i obiektów [3, 10].

Czytaj też: Perspektywy rozwoju linii wysokiego napięcia prądu stałego >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 5/2017

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

Poradnik inżyniera elektryka. Komplet 3 tomów »

Poradnik inżyniera elektryka Poradnik jest przeznaczony przede wszystkim dla inżynierów elektryków. Mogą z niego korzystać również inżynierowie innych specjalności oraz studenci wydziałów elektrycznych i energetycznych wyższych szkół technicznych(...) czytam dalej »


Czy istnieje niezniszczalna oprawa LED?

Jaki jest najlepszy hermetyk na rynku »

Niezniszczalne oprawy LED Ebook
Oprawy, które łączą w sobie zalety źródeł światła LED z nowoczesnymi systemami optycznymi. Źródła LED o dużej wydajności świetlnej, wytwarzają oświetlenie o bezprecedensowej (...) zobacz więcej  » Dzięki wprowadzonym rozwiązaniom konstrukcyjnym oprawa charakteryzuje się szczelnością oprawy IP66. Podstawa i klosz wykonany z poliwęglanu zapewnia oprawie wysoki stopień odporności na uderzenia IK09.
(...)
czytam dalej »

System zarządzania energią EMS CX3 »

System zarządzania energią EMS CX3 składa się z urządzeń o niezwykle kompaktowej budowie modułowej, które w łatwy sposób można zainstalować zarówno w nowopowstających instalacjach jak i już istniejących, w jednym rzędzie rozdzielnicy elektrycznej z innymi aparatami (...) czytam dalej »


Konkurs z nagrodami dla elektryków! Zobacz które miejsce zdobędziesz »

Przewody elektryczne i kable spełniające normy CPR »

Konkurs dla elektryków - liga specjalistów Kable przeowdy lapp
Jesteś specjalistą z branży elektrycznej lub teletechnicznej?
Weź udział w pierszej edycji Ligi Specjalistów i poczuj emocje związane z rywalizacją w konkursie! Zaglądaj na stronę ligaspecjalistow.pl i odpowiadaj na pytania ze swojej branży.  
zobacz konkurs »
Nieposiadanie Deklaracji Własności Użytkowych na kabel lub przewód jako wyrób budowlany oznacza brak możliwości wprowadzenia go na rynek Unii Europejskiej jako wyrób budowlany, a w konsekwencji niemożliwość (...) czytam dalej »


Kable średniego i niskiego napięcia - wymagania standardów międzynarodowych»

Zobacz nowości na ELEKTROTECHNIKA 2019 »

PRzewody i kable standardy Ochrona przepięciowa systemów alarmowych
Szeroki asortyment przewodów i kabli produkowanych zgodnie z wymaganiami restrykcyjnych standardów międzynarodowych(...) czytam dalej » Targi ELEKTROTECHNIKA skierowane są do producentów i użytkowników sprzętu niskiego, średniego i wysokiego napięcia oraz systemów alarmowych i rozwiązań umożliwiających instalację przewodów elektrycznych w nowoczesnych budynkach. Równolegle odbędą się Targi ŚWIATŁO oraz Wystawa TELETECHNIKA..(...) czytam dalej »

Stacje ładowania pojazdów od Kolejowych Zakładów Łączności ?

UPS zasilacze Stacja umożliwia szybkie ładowanie prądem zmiennym o mocy do 22 kW (opcjonalnie 44 kW). Wyposażona jest w dwa gniazda osobno opomiarowane (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym ??

Projektowanie skomplikowanych etykiet w terenie przy pomocy smartfona »

Switche zarządzalne Drukowanie etykiet ze smartfona
Switche niezarządzalne są to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » Dzięki zainstalowaniu na dowolnym smartfonie naszej aplikacji Etykiety ekspresowe możesz projektować nawet najbardziej skomplikowane etykiety z kodami 1D, 2D i kodami kreskowymi czy etykiety seryjne korzystając (...) czytam dalej »

Nowe rozwiązania w dziedzinie zasilania gwarantowanego »

Jaką rozdzielnicę nn wybrać do projektu?

Zasilanie gwarantowane Co sie stało z kablami
Samochody elektryczne stają się coraz bardziej popularne. Jednak ich żywot jest uzależniony od stacji ładowania. Stacja ładowania to urządzenie elektryczne, które(...) czytam dalej » Wszelkie błędy popełnione na etapie projektowania, wykonawstwa i eksploatacji nawarstwiają się latami, stopniowo pro­wadząc do wydłużenia czasu poświęcanego na administrację systemu, zmniejszając pewność jego działania i tym samym (...) czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
1-2/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 1-2/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt zasilania transformatorów elektromedycznych bloku operacyjnego szpitala
  • - Zasady wprowadzania do obrotu i stosowania urządzeń przeciwpożarowych
Zobacz szczegóły
Elastycznie i bezpiecznie

Elastycznie i bezpiecznie

Systematycznie rozbudowujące się systemy instalacji elektrycznych powodują, że szukamy nowych rozwiązań w zakresie bezpiecznego prowadzenia tras kablowych.
ZPAS ZPAS
ZPAS z siedzibą w Przygórzu to lider produkcji szaf i obudów teleinformatycznych, energetycznych i automatyki oraz kompleksowych rozwiązań...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl