elektro.info

news Skuter elektryczny od Seata

Skuter elektryczny od Seata

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej...

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej mobilności.

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

news 100 dni programu „Mój Prąd”. Kiedy rusza drugi nabór?

100 dni programu „Mój Prąd”. Kiedy rusza drugi nabór?

Jakie są efekty z pierwszego naboru „Mój Prąd”? Redukcja szkodliwego dla zdrowia dwutlenku węgla o 58,8 tys. ton rocznie, 65 mln zł wypłaconych i zatwierdzonych do przekazania dotacji, 13,5 tys. dofinansowanych...

Jakie są efekty z pierwszego naboru „Mój Prąd”? Redukcja szkodliwego dla zdrowia dwutlenku węgla o 58,8 tys. ton rocznie, 65 mln zł wypłaconych i zatwierdzonych do przekazania dotacji, 13,5 tys. dofinansowanych instalacji PV przez 100 dni. Wychodząc naprzeciw ogromnemu zainteresowaniu fotowoltaiką prosumencką Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej zapowiada drugi konkurs. Do wykorzystania jest jeszcze ponad 90% z miliardowego budżetu programu.

Zapobieganie i usuwanie oblodzenia w elektrowniach wiatrowych

dr inż. Tomasz Bakoń | 2013-09-20
Występowanie oblodzenia w ciągu roku (na podstawie [15])

Oblodzenia powodują zmianę aerodynamiki łopat wiatraków energetycznych, może to prowadzić do zmniejszenia generowanej energii elektrycznej nawet o kilkadziesiąt procent. Jednocześnie podczas oblodzenia obserwuje się szybsze zużywanie się podzespołów elektrowni. Oblodzenia mogą prowadzić również do przejściowych unieruchomień wiatraków i większej ich awaryjności.

Skutki oblodzenia

Elektrownie wiatrowe, aby mogły pracować efektywnie, muszą być umiejscowione w terenie o odpowiedniej wietrzności. Miejsca o atrakcyjnej dla elektroenergetyki wiatrowej wietrzności znajdują się często w górach lub w rejonach o zimnym klimacie. Dla wielu siłowni wymagana jest praca w warunkach do –40°C. Przy niskich temperaturach następuje często pokrycie elementów elektrowni warstwą lodu. Na rysunku 1. przedstawiono mapę Europy z częstością występowania oblodzeń elektrowni wiatrowych opracowaną na podstawie [15] – jak widać, szczególnie narażone na oblodzenia są elektrownie wiatrowe usytuowane w rejonach górzystych i na północy.

Przeczytaj także: Uszkodzenia turbin wiatrowych i bezinwazyjne metody ich wczesnego wykrywania

Tylko w samych Niemczech w latach 1990–2003 stwierdzono 880 przypadków wpływu oblodzenia na pracę elektrowni wiatrowych, z tego 33% na nizinach i na wybrzeżu [6]. Inne badania [14] powołują się na dwa raporty z lat 2005 i 2006, w których odnotowano kolejne 121 takich przypadków. Oblodzenia w zależności od grubości pokrywy lodowej i jej nierównomierności mogą prowadzić w najgorszych przypadkach nawet do uszkodzeń wiatraków. Skutki oblodzeń w ujęciu statystycznym przedstawiono w tabeli 1. Więcej informacji na temat uszkodzeń w elektroenergetyce wiatrowej, ich przyczyn oraz metod wykrywania można znaleźć np. w „elektro.info” 11/2011 [2].

Przeczytaj także: Podstawowe aspekty ochrony przeciwpożarowej elektrowni wiatrowych

Wieloletnie statystyki dokumentujące wypadki mające miejsce w elektroenergetyce wiatrowej odnotowały 34 udokumentowane przypadki, w których przyczyną szkód było oderwanie się kawałków lodu od wiatraka, niektóre z nich są to zdarzenia wielokrotne, dodatkowo stwierdzono pojedyncze przypadki, w których zranieni zostali ludzie. Najdalszy przelot bryły lodu oderwanej od łopaty wiatraka zaobserwowany został na odległość 140 m od elektrowni. Niektórzy operatorzy w Kanadzie ustawiają ostrzeżenia, aby przy oblodzeniu nie zbliżać się do pracującej elektrowni na odległość mniejszą niż 305 m [14]. Dla porównania najczęstszym powodem uszkodzeń, w których ludzie odnieśli obrażenia, było oderwanie się fragmentów łopat od wirnika elektrowni wiatrowej. Istnieją udokumentowane przypadki, że takie elementy przemieszczały się w powietrzu na odległość kilkuset metrów, a nawet 1300 m od siłowni, przebijając dachy i ściany pobliskich budynków [2]

Literatura

[1] Anderson D., Reich A., Tests of the Performance of Coatings for Low Ice Adhesion, Aerospace Science Meeting and Exhibit, Reno NV, USA, 1997

[2] Bakoń T., Uszkodzenia turbin wiatrowych i bezinwazyjne metody ich wczesnego wykrywania, elektro.info 11/2011, ss. 46-49

[3] Battisti L. at al., Warm-Air Intermittent De-Icing System for Wind Turbines, Wind Engineering, 30(5), pp. 361-374, 2006

[4] Coffman H., Helicopter Rotor Icing Protection Methods, Journal of the American Helicopter Society, Vol. 32, No. 2, pp. 34-39, 1987

[5] Dalili N. at al., A review of surface engineering issues critical to wind turbine performance, Renewable and Sustainable Energy Reviews 13, pp. 428-438, 2009

[6] Durstwitz M., A Statistical Evaluation of Icing Failures in Germanys 250 MW Wind-Programme (Update 2003), BOREAS VI, Pyhätunturi 9-11.04.2003

[7] Jasinski W. at al., Wind Turbine Performance Under Icing Conditions, Aerospace Science Meeting and Exhibit, Reno NV, USA, 1997

[8] Mansson J., Why De-Icing of Wind Turbine Blades?, Global Windpower, Chicago, USA, pp. 12, 2004.

[9] Mayer C. at al. Wind tunnel study of electro-thermal deicing of wind turbine blades, International Journal of Offshore and Polar Engineering 17 (3), pp. 182-188, 2007

[10] Palacios J., Design Fabrication and testing of an ultrasonic de-icing system for helicopter rotor blades, PhD-Thesis, Pennsylvania State University, 2008

[11] Parent O. , Ilinca A., Anti-icing and de-icing techniques for wind turbines: Critical review, Cold Regions Science and Technology 65 (2011), pp. 88-96

[12] Petrenko V. at al., Pulse Electrothermal De-Icing, Proceedings of The Thirteenth International Offshore and Polar Engineering Conference, 2003

[13] Seifert H., Betrieb von Windenergieanlagen unter Vereisungsbedingungen, Auf Wind 99, St. Pölten, 21.-22.10.1999

[14] Summary of Wind Turbine Accident, data to 31.03.2013, www.caithnesswindfarm.co.uk/accidens.pdf

[15] Tammelin B. at al., Wind Energy Production in Cold Climate, Final Report JOR3-CT95-0014, Finish Meteorological Institute 1998

streszczenie

W artykule przedstawiono metody zapobiegania i usuwania oblodzenia stosowane w wiatrakach energetycznych. Prezentację metod poprzedzono opisem skutków powodowanych przez oblodzenia.



abstract

Prevention and de-icing by wind turbinesThis paper presents prevention and de-icing methods used in energy wind turbines. The presentation was introduced with description of damages and effects caused by icing.

Oblodzenia oprócz wymienionych skrajnych przypadków mają również inne niekorzystne – intensyfikujące się w zimnym klimacie – oddziaływania na elektrownie wiatrowe wśród których wymienić można:

  • straty mocy nawet do 50% (rys. 2.),
  • ale zaobserwowano również nadprodukcję mocy do 16% [7],
  • błędy wskazań przyrządów mierzących prędkość wiatru (rys. 3.),
  • obniżenie produkcji energii elektrycznej w miesiącach zimowych nawet o 20% do 50% [15],
  • zwiększenie masy łopat,
  • zmianę rozkładu masy poprzez nierównomierne oblodzenie łopat,
  • przyspieszone zużywanie się elementów wirujących,
  • częstsze awarie (elementów elektrycznych i mechanicznych),
  • odrywanie się brył lodu od wirujących łopat,
  • zwiększenie poziomu hałasu,
  • zmniejszenie bezpieczeństwa pracy,
  • wzrost kosztów eksploatacji.

 

Metody zapobiegania i usuwania oblodzenia

Metody termiczne

Podgrzewanie rezystancyjne jest obecnie najczęściej stosowanym rozwiązaniem zarówno w przypadku zapobiegania oblodzeniu, jak i przy odladzaniu. Podgrzewanie ma na celu wytworzyć cienką warstwę wody pomiędzy powierzchnią łopaty a lodem. Elementy grzejne mają na ogół formę cienkich folii umieszczonych w laminacie blisko jego powierzchni lub na niej. Przepływ prądu elektrycznego wywołuje wystarczającą ilość ciepła, aby powstała warstewka wody na powierzchni łopaty, po której w wyniku siły odśrodkowej usuwany jest lód [3]. Umieszczenie czujników w laminacie pozwala na monitorowanie temperatury i zapobiega jego przegrzaniu. Niektóre systemy podgrzewają tylko krawędzie łopat, takie rozwiązania sprawdzają się w łagodniejszych klimatach. W rejonach zimniejszych może prowadzić to do częściowego odlodzenia łopat – krawędzie pozostaną odlodzone, a pozostała część profilu nie, ponieważ podczas topnienia lodu na ostrzu przesuwa się on po łopacie i przywiera ponownie, gdy znajdzie się na nieogrzewanej części łopaty. Na rysunku 4. przedstawiono wpływ ogrzewania łopat załączonego generatora – jak można zauważyć, powstałe oblodzenie zmniejszyło w tym przypadku moc wyjściową o ok. 25%, a zastosowanie podgrzewania pozwoliło na ponowne uzyskanie mwadocy znamionowej.

Wadą podgrzewania rezystancyjnego jest duży pobór mocy, który może osiągnąć przejściowo nawet do 33% mocy znamionowej turbiny, zmniejszając produkcję energii o kilka procent [9]. Kolejną wadą tego rozwiązania jest zwiększone prawdopodobieństwo uderzeń pioruna w łopaty, spowodowane umieszczeniem przewodzących folii, siatek lub drutów grzewczych, wymaga to stosowania bardziej złożonych instalacji odgromowych, co komplikuje system i zwiększa jego koszt.

Pewną modyfikacją podgrzewania rezystancyjnego może być system PETD (Pulse Electrothermal De-Icing), w których do zasilania zamiast napięcia stałego lub przemiennego stosuje się zasilanie impulsowe, mające zwiększyć sprawność energetyczną systemu [12].

Podgrzewanie gorącym powietrzem stosowane jest głównie do odladzania. Termodmuchawy umieszczone są w piaście lub u nasady każdej z łopat i wdmuchują ciepłe powietrze do wnętrza łopaty. Obieg powietrza może być otwarty – tak, że powietrze wydostaje się przez otwory na krawędziach – lub zamknięty, wtedy wnętrze jest podzielone wzdłuż na dwie części, aby umożliwić cyrkulację ciepłego powietrza w całej łopacie. Efektywność można zwiększyć wykorzystując ciepło wytwarzane m.in. przez generator [11]. System nie zakłóca aerodynamiki wiatraka oraz nie zwiększa podatności na wyładowania atmosferyczne. Niektóre systemy z otwartą cyrkulacją umożliwiają powstanie warstwy ciepłego powietrza na powierzchni łopaty, która zapobiega powstawaniu oblodzenia [5]. Materiał kompozytowy zastosowany do budowy łopat jest na ogół dobrym izolatorem cieplnym, który musi najpierw sam zostać nagrzany, aby móc rozpuścić lód, może to prowadzić do poboru mocy stanowiącej nawet ok. 15% mocy znamionowej generatora elektrowni. Wysokie temperatury mogą także uszkodzić strukturę kompozytu. Dodatkowo źródło ciepła znajduje się u zamocowania łopaty, podczas gdy największe zapotrzebowanie na ciepło jest wymagane na jej końcu. Zwiększa się także ryzyko odpadania niecałkiem rozpuszczonych kawałków lodu od łopat.

Podgrzewanie mikrofalowe wykorzystuje metodę uzyskiwania ciepła w wyniku drgań cząsteczek wody powstających w wyniku oddziaływania na nie promieniowania mikrofalowego (metoda ta stosowana jest również w kuchenkach mikrofalowych). Nadajniki promieniowania umieszczone są wzdłuż lub przy nasadach łopat i nagrzewają lód na ich powierzchni. Chociaż w tej metodzie energia ukierunkowana jest bezpośrednio na lód, to prowadzone do tej pory testy nie dały zadowalających rezultatów. Badania pokazały, że absorpcja energii promieniowania mikrofalowego przez lód lub kompozyt jest niewystarczająca do ogrzania i stopienia lodu [8]. Pokrycie łopat materiałem odbijającym mikrofale (folią lub siatką metalową) korzystnie wpływa na efektywność ogrzewania.

Podgrzewanie magnetyczne (EESS – Electro Expulsive Separation System) jest metodą do tej pory testowaną w lotnictwie na małych profilach skrzydeł, charakteryzuje się bardzo małym poborem mocy. Przy większych profilach może być źródłem niepożądanych drgań. Wynika to z metody jego działania, która polega na wzajemnym elektromagnetycznym oddziaływaniu zestawu przewodzących przewodów zatopionych na powierzchni łopaty. Są one wprawiane w ruch w wyniku przepływu prądu elektrycznego, którego częstotliwość jest tak dobrana, aby wywołać drgania układu, które rozbiją wiązanie lodu z powierzchnią łopaty, w następstwie czego siły odśrodkowe i powietrze usuwają lód [5, 9].

Metody chemiczne

Chemikalia zapobiegające obladzaniu są z powodzeniem stosowane w lotnictwie nawet w skrajnych warunkach pogodowych. Stosuje się głównie substancje chemiczne obniżające temperaturę zamarzania wody. Główną wadą jest to, że nie pozostają one na powierzchni przez dłuższy czas, ponadto wiele z tych chemikaliów jest szkodliwych dla środowiska, co stwarza problem ich utylizacji w miejscu zastosowania. W przypadku elektrowni wiatrowych chemikalia są nanoszone za pomocą dźwigu lub helikoptera. Zastosowanie dźwigu umożliwia bardziej precyzyjne, „ręczne” nanoszenie, co stanowi mniejsze obciążenie dla środowiska, ale wiąże się z koniecznością pracy obsługi w trudnych warunkach pogodowych, o ile jest to możliwe.

Podsumowanie

Oblodzenie wywołuje wiele niekorzystnych efektów podczas pracy elektrowni wiatrowej oraz zmniejsza jej sprawność, może prowadzić również do konieczności wyłączenia elektrowni lub nawet do awarii. W niekorzystnych warunkach pracy, w zimnym klimacie, konieczne staje się usuwanie oblodzenia. W większości przypadków dokonuje się tego poprzez zastosowanie jednej z wymienionych metod lub ich kombinacji. Są to jednak często konstrukcje prototypowe i nadal prowadzi się badania w celu optymalizacji systemów antyoblodzeniowych. Analizy [11] wykazały, że dodatkowe zużycie energii w zimie na potrzeby własne przez turbiny wiatrowe wynosi od 3 do 8% wytwarzanej energii, z czego na same systemy antyoblodzeniowe przypada mniej niż 3%. Starsze konstrukcje zużywały do 25% mocy znamionowej elektrowni, obecnie straty powodowane przez systemy przeciwoblodzeniowe szacuje się na poziomie 6 do 12% dla systemów z ogrzewaniem elektrycznym i 10 do 15% dla wykorzystujących ciepłe powietrze. Niektóre źródła [13] wykazały, że straty w systemach z podgrzewaniem są na poziomie 2%. W dużej mierze zależy to jednak od warunków pogodowych. Na terenach o średnim oblodzeniu (30 dni w roku) koszt systemu antyoblodzeniowego powinien się zwrócić w okresie do 5 lat, ale w zależności od warunków klimatycznych może to być od 1 roku do 18 lat [11].

Literatura

[1] Anderson D., Reich A., Tests of the Performance of Coatings for Low Ice Adhesion, Aerospace Science Meeting and Exhibit, Reno NV, USA, 1997

[2] Bakoń T., Uszkodzenia turbin wiatrowych i bezinwazyjne metody ich wczesnego wykrywania, elektro.info 11/2011, ss. 46-49

[3] Battisti L. at al., Warm-Air Intermittent De-Icing System for Wind Turbines, Wind Engineering, 30(5), pp. 361-374, 2006

[4] Coffman H., Helicopter Rotor Icing Protection Methods, Journal of the American Helicopter Society, Vol. 32, No. 2, pp. 34-39, 1987

[5] Dalili N. at al., A review of surface engineering issues critical to wind turbine performance, Renewable and Sustainable Energy Reviews 13, pp. 428-438, 2009

[6] Durstwitz M., A Statistical Evaluation of Icing Failures in Germanys 250 MW Wind-Programme (Update 2003), BOREAS VI, Pyhätunturi 9-11.04.2003

[7] Jasinski W. at al., Wind Turbine Performance Under Icing Conditions, Aerospace Science Meeting and Exhibit, Reno NV, USA, 1997

[8] Mansson J., Why De-Icing of Wind Turbine Blades?, Global Windpower, Chicago, USA, pp. 12, 2004.

[9] Mayer C. at al. Wind tunnel study of electro-thermal deicing of wind turbine blades, International Journal of Offshore and Polar Engineering 17 (3), pp. 182-188, 2007

[10] Palacios J., Design Fabrication and testing of an ultrasonic de-icing system for helicopter rotor blades, PhD-Thesis, Pennsylvania State University, 2008

[11] Parent O. , Ilinca A., Anti-icing and de-icing techniques for wind turbines: Critical review, Cold Regions Science and Technology 65 (2011), pp. 88-96

[12] Petrenko V. at al., Pulse Electrothermal De-Icing, Proceedings of The Thirteenth International Offshore and Polar Engineering Conference, 2003

[13] Seifert H., Betrieb von Windenergieanlagen unter Vereisungsbedingungen, Auf Wind 99, St. Pölten, 21.-22.10.1999

[14] Summary of Wind Turbine Accident, data to 31.03.2013, www.caithnesswindfarm.co.uk/accidens.pdf

[15] Tammelin B. at al., Wind Energy Production in Cold Climate, Final Report JOR3-CT95-0014, Finish Meteorological Institute 1998

Galeria zdjęć

Tytuł
przejdź do galerii

Powiązane

Prefabrykowane stacje transformatorowe SN/nn

Prefabrykowane stacje transformatorowe SN/nn

Elektroenergetyczne stacje rozdzielcze SN/nn zasilane są najczęściej z sieci SN o napięciu znamionowym od 6 do 36 kV. Ze względu na budowę stacje mogą być wnętrzowe lub napowietrzne. Funkcją stacji transformatorowej...

Elektroenergetyczne stacje rozdzielcze SN/nn zasilane są najczęściej z sieci SN o napięciu znamionowym od 6 do 36 kV. Ze względu na budowę stacje mogą być wnętrzowe lub napowietrzne. Funkcją stacji transformatorowej SN/nn jest transformacja energii elektrycznej ze średniego napięcia na niskie i rozdział tej energii w sposób determinowany konfiguracją sieci nn, z zachowaniem warunków technicznych określonych w obowiązujących przepisach [1, 2]. Wymagania w zakresie wykonania oraz badania prefabrykowanych...

Inicjatywa zastosowania superkondensatorów w układzie zasilania napędów rozłączników średniego napięcia

Inicjatywa zastosowania superkondensatorów w układzie zasilania napędów rozłączników średniego napięcia

Artykuł przedstawia rozpoczęte prace badawczo-rozwojowe autorów w zakresie zastosowania superkondensatorów w układzie zasilania napędów rozłączników średniego napięcia. W publikacji został opisany prototypowy...

Artykuł przedstawia rozpoczęte prace badawczo-rozwojowe autorów w zakresie zastosowania superkondensatorów w układzie zasilania napędów rozłączników średniego napięcia. W publikacji został opisany prototypowy układ zasilania, z doborem superkondensatorów, uzyskane efekty i wyniki oraz wnioski i cele dalszych prac w tym zakresie. Autorzy wskazują na zasadność opracowania kompleksowego rozwiązania zawierającego napęd elektromechaniczny, akumulator bezobsługowy, superkondensator i niestandardowy zasilacz...

Zaburzenia elektryczne wewnątrz sieci energetycznej zakładu drukarskiego (część 1)

Zaburzenia elektryczne wewnątrz sieci energetycznej zakładu drukarskiego (część 1)

Obecnie można zaobserwować bardzo szybki rozwój elektroniki stosowanej zarówno w gospodarstwach domowych, jak również w zakładach przemysłowych. Ma to wpływ również na jakość energii elektrycznej zasilającej...

Obecnie można zaobserwować bardzo szybki rozwój elektroniki stosowanej zarówno w gospodarstwach domowych, jak również w zakładach przemysłowych. Ma to wpływ również na jakość energii elektrycznej zasilającej te obiekty. W artykule przedstawiono analizę zakłóceń wprowadzanych przez urządzenia zainstalowane w zakładzie drukarskim.

Komentarze

  • Ekolog Ekolog, 16.10.2013r., 14:46:05 Elektrownie wiatrowe są szkodliwe dla środowiska - zlikwidować je

Copyright © 2004-2019 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.
Portal Budowlany - Elektro.info.pl

Ta witryna wykorzystuje pliki cookies do przechowywania informacji na Twoim komputerze. Pliki cookies stosujemy w celu świadczenia usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. W każdym momencie możesz dokonać zmiany ustawień przeglądarki dotyczących cookies. Nim Państwo zaczną korzystać z naszego serwisu prosimy o zapoznanie się z naszą polityką prywatności oraz Informacją o Cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności oraz Informacji o Cookies.

Administratorem Państwa danych osobowych jest Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.K., nr KRS: 0000537655, z siedzibą w 04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18, tel. +48 22 810-21-24, właściciel strony www.elektro.info.pl. Twoje Dane Osobowe będą chronione zgodnie z wytycznymi polityki prywatności www.elektro.info.pl oraz zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016r i z Ustawą o ochronie danych osobowych Dz.U. 2018 poz. 1000 z dnia 10 maja 2018r.