Pełny numer elektro.info 9/2015 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


Kamery termowizyjne - zobacz jaką wybrać »

Termografia w wersji Smart dla profesjonalistów (...) czytaj dalej »


Zobacz inspirujące łączniki do nowoczesnych pomieszczeń »

Czym chronić dużą liczbę obwodów sygnałowych »

Jakie włączniki do nowoczesnych wnętrz Ochrona przed przepięciami dla wielkiej liczby sygnałów?
Zaproponuj projektantom wysmakowaną awangardę i nowoczesność charakteryzujące współczesne wnętrza... czytaj dalej » Dzięki nowym połączeniom Push-in oraz zastosowaniu szczególnych elementów składowych (...) czytaj dalej »

Sposoby oznaczania kabli i przewodów »

Sposoby oznaczania kabli i przewodów Zobacz w jaki sposób trwale opisywać kable i przewody w instalacjach  czytaj dalej »


Oto dlaczego warto korzystać z usług materiałowych dla instalatorów »
Usługi materiałowe dla instalatorów

Poznaj korzyści zintegrowanych usług materiałowych dla instalatorów, detalistów, przemysłu, instytucji publicznych w zakresie branży elektrotechnicznej, instalacyjno-sanitarnej, grzewczej, wentylacyjnej i klimatyzacyjnej(...) czytaj dalej »


Projekt systemu rejestracji zakłóceń elektrycznych - zobacz » Poznaj niezbędne elementy układów zasilania wrażliwych odbiorów »
Projekt systemu rejestracji zakłóceń elektrycznych nowa generacja urządzeń ups kompensacyjne
Pokazał się siwy dym i w powietrzu zawisł złowieszczy zapach spalenizny… No cóż – prototyp. Nerwowe przeglądanie schematów (…) czytaj dalej »
Środowisko techniczne, w jakim te urządzenia funkcjonują, opisują normy na urządzenia odbierające energię z sieci energetycznej oraz normy (...) czytaj dalej»

Jak projektować schematy elektryczne i jakiego używać oprogramowania wspomagającego »

Jak projektować schematy elektryczne i w jakim programie Niniejszy artykuł zawiera informacje o projektowaniu schematów elektrycznych i używaniu oprogramowania wspomagającego projektowanie w branży elektrycznej i automatyce(...) czytaj dalej »


   
Nowoczesne systemy napędowe
i pozycjonowania wymagają zastosowania rozwiązania zapewniającego
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 »
Zapisz się na bezpłatny newsletter!
Najnowsze informacje na Twoją skrzynkę:
11/2017

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 11/2017
W miesięczniku m.in.:
  • - Dobór mocy źródeł zasilania awaryjnego i gwarantowanego
  • - Rozdzielnice elektryczne stosowane w budynkach mieszkalnych
Zobacz szczegóły
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
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