Laboratorij za termoenergetiko

RAZPOLOŽLJIVOST VETRNE ENERGIJE

CILJI VAJE:Za dane podatke o hitrostih vetra na določeni lokaciji in karakteristični krivulji izbrane

vetrne turbine analiziraj možnost in učinkovitost izkoriščanja energije vetra za

proizvodnjo električne energije.

Naloga

1. Podatke o razpoložljivosti vetra (v m/s)prikaži v: kronološkem diagramu in urejenem letnem diagramu.

2. Za podatke o hitrostih vetra določi: največjo in najmanjšo hitrost, povprečno hitrost, standardni raztros hitrosti.

3. Na podlagi urejenega diagrama odvisnosti hitrosti od časa izračunaj: teoretično kinetično energijo vetra, teoretično razpoložljivo energijo

vetra po Betz-u, izkoriščenost razpoložljive energije.

4. Grafično prikaži karakteristično krivuljo turbine.

5. Glede na hitrosti vetra in karakteristiko turbine izračunaj proizvedeno električno energijo v vsaki uri in jo prikaži v: kronološkem diagramu in urejenem letnem diagramu.

6. Za izračunane moči turbine ugotovi: koliko časa (delež leta) obratuje

turbina s polno močjo in koliko časa (delež leta) obratuje

turbina z manj kot polovično močjo.

7. Iz izračunanih moči turbine določi še: celotno letno količino proizvedene

električne energije in jo primerjaj z rezultati iz točke 3a in 3b, podajte ustrezen komentar!

časovno in energijsko izkoriščenost vetrne turbine.

8. Razloži, kaj predstavljata energijska in časovna izkoriščenosti turbine.

Napredne tehnologije v energetiki 2

Razpoložljivost vetra

Napredne tehnologije v energetiki 3

0

5

10

15

20

25

30

1250 1270 1290 1310 1330 1350 1370 1390 1410

hit

rost

/ (

m/s

)

čas / h

0

5

10

15

20

25

30

8000 8100 8200 8300 8400 8500 8600 8700

hit

rost

/ (

m/s

)

čas / h

0

5

10

15

20

25

30

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

hit

rost

/ (

m/s

)

čas / h

teden mesec

leto

Razpoložljivost vetra

Napredne tehnologije v energetiki 4

0

5

10

15

20

25

30

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

hit

rost

/ (

m/s

)

čas / h

kronološki diagram

0

5

10

15

20

25

30

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

hit

rost

/ (

m/s

)

čas / h

urejeni diagram

99.9

99

9590

80

70

60

50

40

30

20

10

5

3

2

1

0,5

0,2

0,1

1 10

de

lež

časa

z m

anjš

o h

itro

stjo

ve

tra

hitrost vetra / (m/s)

0

5

10

15

20

25

30

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

hit

rost

/ (

m/s

)

čas / h

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20 25 30

čas

/ h

hitrost vetra / (m/s)

Statistični parametri

Napredne tehnologije v energetiki 5

največja hitrost

najmanjša hitrost

povprečna hitrost

povprečje

raztros

porazdelitev hitrosti vetra običajno sledi Weibullovi porazdelitvi s faktorjem oblike okrog 2

Teoretična in razpoložljiva energija vetra (Betzov zakon)

Napredne tehnologije v energetiki 6

2

20

maxv

mW 2

20

01maxv

vAρP 301

30

1max 61,02

vAv

ρAP

Teoretična kinetična energija vetra: če bi bila hitrost za vetrnico enaka 0 m/s

Od celotne teoretične energije vetra je (Betz) mogoče teoretično izkoristiti največ 59,3 %:

maxmaxV,max PPηP 593,0

• Definira maksimalno moč, ki jo je možno „iztisniti“ iz vetra s turbine z vodoravno osjo v odprtem toku zraka. Zakon je izpeljan na podlagi principa ohranitve mase in gibalne količine v toku zraka skozi idealiziran „pogonski disk“, ki pretvarja energijo vetra.

• Glede na zakon nobena turbine ne more „ujeti“ več kot 16/27 oz. 59,3 % kinetične energije vetra (Betzov koeficient).

• Dejansko turbine uspejo v nominalnih pogojih realizirati 75 – 80 % Betzove omejitve.

Teoretična in razpoložljiva energija vetra (Betzov zakon)

Napredne tehnologije v energetiki 7

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0

5

10

15

20

25

30

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

gost

ota

en

erg

ijske

ga t

oka

/ (

kW/m

2)

hit

rost

/ (

m/s

)

čas / h

hitrost

kinetična moč

Betzova moč

Teoretična in razpoložljiva energija vetra (Betzov zakon)

Napredne tehnologije v energetiki 8

Teoretična energija

vetra >Razpoložljiva

energija vetra >

Proizvedenaelektrična energija

https://en.wikipedia.org/wiki/Betz's_law

Karakteristika vetrne turbine in dejanska moč

Napredne tehnologije v energetiki9

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 5 10 15 20 25 30

mo

č tu

rbin

e /

MW

hitrost vetra / (m/s)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 5 10 15 20 25 30

mo

č tu

rbin

e /

MW

hitrost vetra / (m/s)

Karakteristika vetrne turbine in dejanska moč

Napredne tehnologije v energetiki10

pre

maj

hn

a h

itro

st v

etra

mo

č n

araš

ča s

hit

rost

jo v

etr

a

naj

večj

a zm

ogl

jivo

st g

ener

ato

rja

pre

velik

a h

itro

st v

etra

-n

evar

no

st p

ošk

od

b

vetr

nic

e

Karakteristika vetrne turbine in dejanska moč

Napredne tehnologije v energetiki11

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 5 10 15 20 25 30

izko

rist

ek

mo

č /

MW

hitrost vetra / (m/s)

moč vetra

moč turbine

izkoristek

Prevelika hitrost vetrne turbine

Napredne tehnologije v energetiki 12

Moč turbine

Napredne tehnologije v energetiki 13

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

mo

č tu

rbin

e/

MW

čas / h

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

mo

č tu

rbin

e/

MW

čas / h

kronološki diagram

urejeni diagram

Moč turbine

Napredne tehnologije v energetiki 14

4,2

% č

asa

ob

ratu

je s

po

lno

mo

čjo

16

,0%

čas

a o

bra

tuje

s p

olo

vičn

o

mo

čjo

polovico časa obratuje z manj kot

7,5% močjo 18

,9%

čas

a n

e o

bra

tuje

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

rela

tivn

a m

oč

relativni čas

Rezultati

Napredne tehnologije v energetiki 15

Lokacija 8 Saoit

Turbina 8 General Electric1.5sl 77m 1500kw

1. Podatke o razpoložljivosti vetra prikaži v:

a) kronološkem diagramu b) urejenem letnem diagramu

2. Med podatki o hitrostih vetra poišči:

a) največjo hitrost m/s

a) najmanjšo hitrost m/s

b) povprečno hitrost m/s

c) standardni raztros hitrosti m/s

3. Izračunaj glede na razpoložljivo hitrost vetra in dimenzijo vetrnice

a) teoretična kinetična energija vetra MWh

b) teoretična razpoložljiva energija (betz) MWh

c) izkoriščenost razpoložljive energije

4. Grafično prikaži karakteristično krivuljo turbine.

5. Glede na hitrosti vetra in karakteristiko turbine izračunaj količino proizvedene električne energije in jo prikaži v:

a) kronološkem diagramu b) urejenem letnem diagramu

6. Za izračunane moči turbine ugotovi:

a) koliko časa (delež leta) obratuje turbina s polno močjo h

%

b) koliko časa (delež leta) obratuje turbina z manj kot polovično močjo h

%

7. Iz izračunanih moči turbine določi še:

a) celotno letno količino proizvedene električne energije MWh

b) povprečno izkoriščenost vetrne turbine %

8. Razloži, kaj predstavlja izkoriščenost turbine.

7357

83,98

2822

21,48

0,42

26,68

5,63

3,05

365

4,17

9197

5450

52%

0

5

10

15

20

25

30

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

hit

rost

/ (

m/s

)

čas / h

0

5

10

15

20

25

30

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

hit

rost

/ (

m/s

)

čas / h

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 5 10 15 20 25 30

mo

č tu

rbin

e /

MW

hitrost vetra / (m/s)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

mo

č tu

rbin

e/

MW

čas / h

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760

mo

č tu

rbin

e/

MW

čas / h