Recomendados
Recomendados
Más contenido relacionado
Destacado
Destacado (20)
Mikroturbiny
- 1. Przegląd rozwiązań mikroturbin wiatrowych małych mocy pod kątem zastosowania dla odbiorców indywidualnych autor: Radosław Pierzga promotor: dr hab. inż. Tomasz Boczar prof. PO
- 2. Cel pracy Celem niniejszej pracy magisterskiej było przedstawienie najnowszych, dostępnych na polskim rynku rozwiązań mikroturbin wiatrowych oraz turbin małych mocy, które za względu na stosunkowo niską cenę oraz wielkość mocy znamionowej są dostępne dla indywidualnych odbiorców. Zakres pracy obejmuje charakterystykę energii wiatrowej i możliwości jej wykorzystania oraz związane z tym korzyści. W pracy przedstawiono analizę porównawczą wybranych, dostępnych mikroturbin, jak również wynikające z tych porównań wnioski. Ponadto jako wynik dokonanych porównań przygotowana została strona internetowa, która zawiera informacje przeznaczone dla osób , które są zainteresowane wykorzystaniem przedstawionych rozwiązań w swoich domach.
- 4. Sprawność turbiny wiatrowej, prawo Betz’a
- 6. Podział turbin wiatrowych Ze względu na położenie osi wirnika Ze względu na ilość łopat wirnika
- 7. Przegląd rozwiązań - turbina swift
- 8. Przegląd rozwiązań - turbina z dyfuzorem
- 9. Przegląd rozwiązań – turbina savoniusa
- 10. Przegląd rozwiązań – aeroturbina
- 11. Przegląd rozwiązań – turbina Windspire
- 12. Przegląd rozwiązań – turbina SG-xx
- 13. Przegląd rozwiązań – turbina Ben’a Storan’a
- 14. Przegląd rozwiązań – turbina MagWind
- 15. Przegląd rozwiązań – turbina Eightwind
- 16. Przegląd rozwiązań – turbina Energy Ball
- 17. Mini turbinki ręczne - HyMini
Notas del editor
- Z powyższego wykresu widać, że funkcja (P/ P o ) przyjmuje maksymalną wartość równą 0,59 dla wartości 1/3, oznacza to, że turbina wiatrowa w jest w stanie odzyskać maksymalnie 59% energii wiatru spowalniając go jednocześnie do 1/3 prędkości [26]. Wykorzystywane obecnie turbiny wiatrowe odzyskują około 40 % - 50 % energii wiatru.
- Do wyboru jest kilka możliwości: - wspomaganie ogrzewania: C.O. i C.W.U. - wspomaganie oświetlenia wewnątrz budynków lub oświetlenia zewnętrznego - zasilanie urządzeń AGD - sprzedaż wyprodukowanej energii. Oczywiście podane wyżej sposoby użytkowania energii elektrycznej z przydomowej elektrownie wiatrowej mogą być realizowane jednocześnie, jednak aby było to możliwe i opłacalne konieczne będzie zainstalowanie co najmniej kilku turbin wiatrowych. W praktyce jedna turbina o mocy (3 - 5) kW wystarczy do zrealizowania tylko jednego z powyższych celów.
- Zakładając, że przeciętne gospodarstwo domowe składa się z czterech osób roczne zużycie energii elektrycznej wyniesie 2160 kWh na gospodarstwo [27]. Średnie zapotrzebowanie ogrzewania w ekwiwalencie gazu ziemnego (wartość opałowa około 10 kWh/ m 3 ) to około 1600 m 3 , czyli zapotrzebowanie energetyczne ogrzewania to około 16000 kWh [28]. x kW * 24 h * 365 d * 2000 h/8760 h = 2160 kWh x kW = (2160 kWh) / (24 * 365 * 0,228) x = 1,08 kW Wliczając ogrzewanie: x kW * 24h * 365 d * 2000 h/8760 h = 18160 kWh x kW = (18160 kW) / (24 * 365 * 0,228) x = 9,09 kW
- Turbina typu Swift (rys. 5.23) została zaprojektowana oraz wprowadzona na rynek przez szkocką firmę Renewable Devices Swift Turbines LTD (RDST). Charakteryzuje się ona małymi gabarytami w związku z czym może być z powodzeniem stosowana w gospodarstwach domowych, budynkach mieszkalnych, halach produkcyjnych, sklepach itp. Dzięki niewielkim rozmiarom, do ich montażu nie są konieczne drogie konstrukcje nośne, co przyczynia się do obniżenia kosztów całej instalacji (rys. 5.24). Są one również turbinami bardzo cichymi, wytwarzany przez nie hałas nie przekracza poziomu 35 dB, a ich konstrukcja pozwala montować je na dachach i ścianach budynków gdyż nie powodują one wibracji mogących zagrozić bezpieczeństwu konstrukcyjnemu budynków [1, 4, 39].
- Prace na tego typu turbinami zapoczątkowane zostały już w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku. Dla tego rozwiązania dyfuzor stanowi obręcz wykonana w postaci obciętego stożka, szersza u podstawy i zwężająca się ku końcowi. W węższym końcu umieszczona jest turbina wiatrowa (rys. 5.25, 5.26). Rys. 5.25 Zasada działania turbiny z dyfuzorem [38] Zasada działania turbin wyposażonych w dyfuzor bazuje na prawie sformułowanym przez Bernouliego, czyli wykorzystują fakt, że w przewężeniu dyfuzora powietrze porusza się z większą prędkością niż wiatr poza nim (rys. 5.25). Dzięki temu jego energia kinetyczna jest większa, a to przekłada się na zwiększenie prędkości wirowania i umożliwia większą produkcję energii niż w przypadku wirnika bez dyfuzora (rys. 5.26) [1].
- Rozwiązanie to zostało zaproponowane przez S. J. Savoniusa około 1920 r. Przekrój poziomy turbiny przypomina kształtem literę "S" gdzie różnica w oddziaływaniu wiatru na wypukłą i wklęsłą łopatę powoduje obrót turbiny (rys. 5.27). Jej sprawność jest mniejsza niż innych turbin o podobnych wymiarach, jednak posiadają one kilka zalet przemawiających za ich stosowaniem, a mianowicie większą wytrzymałość i niezawodność oraz bardzo cichą pracę. Z uwagi na niższą sprawność i duży moment startowy turbiny Savoniusa znajdują zastosowanie przede wszystkim do napędu pomp wodnych. Rys. 5.27 Ilustracja działania turbiny Savoniusa [13] Innym rozwiązaniem wykorzystującym rozwiązanie tego inżyniera jest turbina o nazwie Helix Wind Savonious firmy Helix Wind (rys.5.28). Wirnik tej turbiny ma kształt karbowanego świdra. Zalety tej turbiny to cichobieżna praca, małe gabaryty oraz brak konieczności instalacji na konstrukcjach nośnych, dzięki czemu może być montowana bezpośrednio na dachach budynków (5.28) [1, 40].
- Są to turbiny wiatrowe zaprojektowane na uniwersytecie Ilinois przez Bila Becker'a jako turbiny wiatrowe przeznaczone dla obszarów miejskich (rys. 5.29). Mogą być instalowane na dachach budynków ponieważ nie wymagają specjalnych konstrukcji nośnych, a drgania i wibracje generowane w czasie pracy aeroturbin nie wpływają negatywnie na otoczenie. Mogą pracować zarówno w płaszczyźnie poziomej jak i pionowej, a także pod kątem w stosunku do kierunku wiatru (rys. 5.30). Mogą pracować w dużym przedziale prędkości wiatru. Rozruch aeroturbiny następuje przy prędkości wiatru wynoszącej 2,5 m/s, może ona również pracować przy prędkościach wiatru przekraczających 31 m/s [1,41].
- Turbina Windspire jest oferowana przez firmę Windspire Energy Inc. (dawniej Mariah Power) z U.S.A. (rys. 5.31). Produkowana jest w dwóch wariantach: standard i exteme winds. Różnią się one wyłącznie zastosowanymi materiałami. Turbina extreme winds przeznaczona jest do pracy przy większych prędkościach wiatru, dochodzących nawet do 71 m/s. Natomiast wersja standard zaprojektowana jest do pracy przy maksymalnej prędkości wiatru wynoszącej 45 m/s. Oba modele mają moc znamionową równą 1,2 kW, lekką konstrukcję nośną typu słupowego oraz małe rozmiary od 9,1 do opcjonalnie 15 m wysokości łącznie z masztem [1, 43].
- Jest to turbina produkowana przez firmę Hebo Sp. z.o.o. i jest zmodyfikowaną wersją turbiny Savoniusa (rys. 5.32). Dzięki zastosowanym modyfikacjom turbina ma o około 40% większą sprawność niż klasyczne rozwiązania o podobnej powierzchni zatoczenia łopat przy prędkościach wiatru w zakresie od 1,5 do 4 m/s. Produkowane są turbiny o mocach znamionowych od 180 W do 1,5 kW. Dzięki swym małym wymiarom, wysokość od 80 do 300 cm, średnica od 500 do 150 cm mogą być z powodzeniem instalowane na dachach budynków lub wykorzystania w tym celu już istniejących masztów np. oświetleniowych lub reklamowych. Turbina SG-xx charakteryzuje się również cichą pracą, nawet przy dużych prędkościach wiatru. Jest odporna na pokrywanie szronem lub szadzią, jest także odporna na silne podmuchy wiatu nawet do 40 m/s ponieważ zastosowany kształt turbiny SG-xx zapewnia aerodynamiczne ograniczenie obrotów [44].
- Turbina zaprojektowana przez studenta Royal College of Art (RCA), wygrała w 2007 r. konkurs organizowany przez British Standards Institute (rys. 5.33). Prototyp tej turbiny wiatrowej ma moc 1,2 kW i przeznaczony jest do instalacji w zwartej zabudowie miejskiej. Nie wymaga konstrukcji nośnych, wyposażona jest w generator wolnoobrotowy przez co cechuje się bardzo cichą pracą. Charakterystyczną cecą jest, że przy założonej prędkości wiatru równej 12 m/s wielkość produkowanej przez tą turbinę wiatrową energii jest o trzy razy większa niż innych dostępnych turbin małych mocy [1, 45].
- Turbiny MagWind zaprojektowano w dwóch wersjach, przez Thomasa Priest-Browna i Jima Rowana z przeznaczeniem do instalacji w zabudowie miejskiej, a zwłaszcza na spadzistych dachach budynków (rys. 5.34). Dzięki temu ich wydajność wzrasta nawet o 200% przy zainstalowaniu na dachu o nachyleniu 30 stopni i wysokości 3 m. Przy założeniu średniej prędkości wiatru 5,4 m/s turbina MagWind może wyprodukować miesięcznie nawet 1100 kWh energii [1,48].
- Turbina Eightwind oferowana jest przez niemiecką firmę Energy-age wind ltd. & Co. KG z przeznaczeniem dla odbiorców indywidualnych (rys. 5.35). Dzięki niewielkim rozmiarom (wysokość turbiny o mocy 2,5 kW to zaledwie 100 cm) i solidnej konstrukcji (wytrzymuje wiatry o prędkościach do 55 m/s) idealnie nadaje się do zastosowań indywidualnych. Do istotnych zalet tego typu turbin można zaliczyć szeroki zakres prędkości wiatru, przy której pracuje turbina, prędkość startowa według producenta wynosi zaledwie 1,5 m/s, a moc znamionową turbina Eightwind uzyskuje przy prędkości wiatru wynoszącej 9 m/s. Jedyną wadą turbiny Eightwind jest brak polskiego dystrybutora. Powoduje to konieczność jej nabywania od dystrybutorów zagranicznych z Niemiec.
- Turbina EnergyBall jest zaprezentowana przez szwedzką firmę HomeEnergy mała i cicha turbina wiatrowa (rys. 5.36). Konstrukcja turbiny jest dosyć nietypowa ponieważ jej wirnik składa się z sześciu zakrzywionych łopat przymocowanych po obu końcach do piasty turbiny i obracających się w osi poziomej, w stosunku do osi ziemi (rys. 5.36) . Turbina Energy Ball jest praktycznym zastosowaniem Zwężki Venturiego w produkcji energii elektrycznej. Zwężka Venturiego jest urządzeniem do pomiaru prędkości gazów i cieczy, a zasada jej działania jest idealnym przedstawieniem prawa Bernouliego i wykorzystującym fakt, że w przewężeniach wzrasta prędkość wiatru (rys. 5.37). Turbina zaczyna produkować energię elektryczną przy prędkości wiatru równej 2 m/s. Moc znamionowa turbiny Energy Ball wynosi 100 W przy prędkości 10 m/s, moc maksymalną wynoszącą 500 W uzyskuje ona dla prędkości wiatru wynoszącej 17 m/s,[9, 52, 53].
- Hy-Mini oferowana jest przez firmę Miniwiz Sustainable Energy Dev. Inc. i stanowi zestaw przenośnej turbinki, o niewielkich rozmiarach 5x7x2 cm (rys. 5.40); akumulatorka litowo-jonowego o pojemności 1200 mAh i napięciu 5 V, który przeznaczony jest do zasilania urządzeń przenośnych takich jak telefony komórkowe, odtwarzacze mp3 i mp4, czy aparaty fotograficzne. W skład standardowego zestawu wchodzą dodatkowo: zasilacz sieciowy, kablel USB oraz zestaw 5 końcówek do różnych urządzeń przenośnych (rys. 5.41). Z HyMini można z powodzeniem korzystać podczas spacerów lub jazdy rowerem, wystarczy dokupić stosowny uchwyt na rower lub klamrę na ramię, lub zakupić zestaw zawierający inne rozwiązanie uchwytu (rys. 5.42).