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 >>>

streszczenie

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. Skoncentrowano się na takich czynnikach atmosferycznych i biologicznych jak wiatr oraz niesione z nim cząstki pyłu i piasku, a także deszcz i insekty.



abstract

Operation of wind turbines under harsh environmental conditions

This article presents selected issues related to erosion and pollution on wind turbine blades and their impact on aerodynamic, which is directly transferred into the obtained performance. This paper focus on atmospheric and biological factors such as wind and particles of dust and sand carried with it, as well as rain and insects.

Literatura

1. F. Adler, Particulate impact damage predictions, Wear. 186–187, Part 1 (1995), ss. 35-44
2. Altitec Wind Power Service, Do Blades Matter – How to maintain them, materiał konferencyjny, 2013, s. 14
3. T. Bakoń, Uszkodzenia turbin wiatrowych i bezinwazyjne metody ich wczesnego wykrywania, elektro.info 11/2011, ss. 46-49
4. T. Bakoń, Wpływ wybranych czynników eksploatacyjnych na sprawność ogniw fotowoltaicznych, elektro.info 5/2015, ss. 82-84
5. Braendler Engineering, Blade Inspection, Damage and Maintenance, materiał konferencyjny, Hamburg 2013, s. 32
6. G. P. Corten, H. F. Veldkamp, Insects can halve wind-turbine power, Nature, 2001, t. 412, s. 1
7. G. P. Corten, H. F. Veldkamp, Insects Cause Double Stall, materiał konferencyjny, 13th IEA expert meeting on the Aerodynamics of Wind Turbines, Sztokholm 1999, ss. 1-3
8. A. Diab, H. Salem, A Preliminary Study on the Performance Degradation of a Wind Turbine Blade in Dusty Environments, Ain Shams University, Egipt, ss. 2-4
9. Double stall, http://www.bladecleaning.com/problematica_EN.htm
10. T. Farney, Tornadoes and Wind Turbines!, http://toryfarney.blogspot.com/2013/02/tornadoes-and-wind-turbines.html
11. G. Fiore, M. S. Selig, A Simulation of Operational Damage for Wind Turbine Blades, materiał konferencyjny 32nd AIAA Applied Aerodynamics Conference, Atlanta 2014, ss. 6-7
12. S. Gumuła, Energetyka wiatrowa, Wyd. AGH, Kraków 2006
13. Israel Defense Forces, Chopper's Blades Give Off a Ring of Lighthttps, https://www.pinterest.com/pin/31103053646481443/
14. W. Jagodziński, Silniki wiatrowe, Państwowe Wydawnictwa Techniczne, Warszawa 1959
15. C.J. Koroneos, E.A. Nanakib, G. Xydis, Comparative wind farm planning on a high plateau: Dust dispersionas a sitting constraint, „Land Use Policy” 2014, t. 39, Elsevier, ss. 22-33
16. D. Nash, C. Siddons, M. Stack, An experimental approach to analyzing rain droplet impingement on wind turbine blade materials, University of Strathclyde, 2015, ss. 4-5
17. J. Ou, N. Ren, Dust Effect on the Performance of Wind Turbine Airfoils, Journal of Electromagnetic Analysis & Applications 2009, nr 1, ss. 102-107
18. M. Ples, Wyładowanie koronowe, http://weirdscience.eu/Wy%C5%82adowanie%20koronowe.html
19. Z. Shizhong, Accelerated rain erosion of wind turbine blade coatings, Technical University of Denmark, 2014
20. W. Sobieraj, Aerodynamika, Wyd. WAT, Warszawa 2014
21. I. H. Seo i in., Numerical prediction of fugitive dust dispersion on reclaimed land in Korea, „Transactions of the ASABE” 2010, t. 53, nr 3, ss. 891–901
22. C. J. Spruce, Power performance of active stall wind turbines with blade contamination, materiał konferencyjny , Vestas, 2006, ss. 2-7
23. W. Thomas i in., Enhanced erosion protection for rotor blades, materiał konferencyjny, Hontek Corporation, Teksas 2009, ss. 1-2

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Ten artykuł jest PŁATNY. Aby go przeczytać, wykup dostęp.
DOSTĘP ABONAMENTOWY
DOSTĘP SMS
Dostęp za pomocą SMS czasowo zawieszony







Reklamacje usługi prosimy zgłaszać przez formularz reklamacyjny
Masz już abonament - zaloguj się:
:
:
zapomniałem hasła
Nie posiadasz konta - kliknij i załóż »
Nie masz abonamentu - wykup dostęp:
Abonament umożliwia zalogowanym użytkownikom dostęp do wszystkich płatnych treści na naszym portalu.
Dostępne opcje abonamentowe:
Pakiet: dwuletnia prenumerata papierowa (20 numerów) + dwuletni dostęp do wszystkich treści portalu (730 dni) - 185,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Pakiet: roczna prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do wszystkich treści portalu (365 dni) - 105,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Prenumerata elektroniczna (365 dni) - 79,00 zł
Roczny dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Prenumerata elektroniczna (30 dni) - 15,00 zł
30 dniowy dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Roczny dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Dwuletni dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie! - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś dwuletnią prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
30 dniowy dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Prenumerata elektroniczna (730 dni) - 138,00 zł
Dwuletni dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Regulamin korzystania z portalu elektro.info.pl - zobacz regulamin
Uwagi prosimy zgłaszać na adres:
Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 5/2017

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Jak czyścić i konserwować urządzenia elektryczne pod napięciem?

czyszczenie urządzeń pod napięciem Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można uniknąć poważnych awarii, nadmiernych strat energii i w najgorszym wypadku (...) czytam dalej »


Nowe wtykowe złącza silnoprądowe przystosowane do podłączania mobilnych zespołów prądotwórczych do rozdzielnic nn»

Systemy fotowoltaiczne. Jak zwiększyć efektywność energetyczną?

Złącza silnoprądowe wtykowe Rola miedzi w energetyce słonecznej
Wykonane z tworzywa sztucznego odpornego na wysokie temperatury z kolorowymi oznaczeniami i znacznikami kodowymi uniemożliwiającymi błędne połączenie(...) czytam dalej » Sektor energii słonecznej umacnia się coraz bardziej. Według Solar Power Europe, w roku 2017 została zainstalowana globalnie większa moc energii fotowoltaicznej niż (...) czytam dalej »

Przeciwpożarowa kontrola instalacji elektrycznej »

Kamera termowizyjna przy badaniu sieci elektrycznej Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można uniknąć poważnych awarii, nadmiernych strat energii i w najgorszym wypadku (...) czytam dalej »


Miejskie stacje ładowania pojazdów elektrycznych - jakie mogą mieć funkcjonalności»

Licznik zużycia energii elektrycznej - na jakie parametry zwrócić uwagę?

miejska stacja ładowania Liczniki energii elektrycznej
Samochody elektryczne stają się coraz bardziej popularne. Jednak ich żywot jest uzależniony od stacji ładowania. Stacja ładowania to urządzenie elektryczne, które(...) czytam dalej » Rozwój technologii przemysłowych oraz rozwój budownictwa powodują coraz większe zapotrzebowanie na moc (...) czytam dalej »

Rozwój odnawialnych źródeł energii w Polsce »
Magazyny energi w polsce

Aparatura łączeniową i sterownicza dla automatyki przemysłowej, techniki medycznej oraz automatyki budynków... czytam dalej »


Co się stało z tymi kablami?»

Jakie bezpieczniki wybrać do projektu?

Plątanina kabli  jak sobie z nią poradzić Bezpieczniki siba
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 zwiększając koszty ... czytam dalej » "Okazało się, że bezpiecznik przegrzał się, ponieważ zamontowano go w miejscu gdzie nie miał wystarczającego chłodzenia. Byliśmy w stanie znaleźć rozwiązanie tego problemu - także (...) czytam dalej»

Bezpłatne ebooki dla elektryków i nie tylko !
Ebooki dla elektryków i nie tylko

Darmowe ebooki i poradniki: projektowanie, budowa, osprzęt... (...) 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 »
9/2018

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 9/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowoczesne urządzenia rozdzielcze zwiększające bezpieczeństwo pracy
  • - Projekt zasilania osiedla domków jednorodzinnych w energię elektryczną
Zobacz szczegóły
Jak zwiększyć niezawodność instalacji elektrycznej?

Jak zwiększyć niezawodność instalacji elektrycznej?

Instalacja elektryczna znajduje się w każdym budynku i jest częścią układu niskiego napięcia. Powinna być wykonana z niezwykłą starannością oraz dokładnością. Co...
Essentra Components Essentra Components
Essentra plc jest spółką notowaną w indeksie FTSE 250 i wiodącym międzynarodowym dostawcą specjalistycznych produktów i 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