Download pdf - Czyste energie wykad 11

Czyste energiewykad 11

Energetyka jdrowa cz.2 Ciekawe turbiny wiatrowedr in. Janusz TenetaWydzia EAIiE Katedra Automatyki AGH Krakw 2011

Jak zabezpiecza si elektrownie jdrowe przed uwolnieniem substancji radioaktywnych w przypadku cikich awarii?

Cika awaria na skutek nieprzewidzianych uszkodze ukadw bezpieczestwa oraz bdw ludzkich dochodzi do uszkodzenia i stopienia rdzenia reaktora. Dziaania ratunkowe: obejmuj ograniczenie rozprzestrzeniania si produktw rozszczepienia, poprzez obron zbiornika reaktora przed przetopieniem, oraz poprzez obron szczelnoci obudowy bezpieczestwa.

Jak zabezpiecza si elektrownie jdrowe przed uwolnieniem substancji radioaktywnych w przypadku cikich awarii?

Kolejno dziaa: jak najszybsze obnienie cinienia wewntrz zbiornika reaktora, aby umoliwi zalanie rdzenia reaktora wod z rnych rde o niskim cinieniu oraz aby zmniejszy niebezpieczestwo w przypadku przetopienia zbiornika.

Elektrownia jdrowa z reaktorem EPR (III generacji)

Elektrownia jdrowa z reaktorem EPR (III generacji)

Obudowa bezpieczestwa wytrzymuje nawet dziaanie stopionego rdzenia

Konstrukcja przestrzenna zapewnia odporno na uderzenie samolotu

Co moe zniszczy obudow bezpieczestwa?Wczesne zagroenia (przy powanej awarii): Obejcie obudowy w przypadku rozerwania obiegu pierwotnego wytwornicy pary i awarii zaworw nadmiarowych po stronie wtrnej Rozerwanie zbiornika rektora pod wysokim cinieniem, powodujce gwatowny wzrost cinienia i temperatury Zapon i wybuch wodoru wydzielonego w rdzeniu

Co moe zniszczy obudow bezpieczestwa?Zagroenia dugoterminowe: Brak moliwoci odbioru ciepa z obudowy powoduje powolny wzrost cinienia w jej wntrzu Przetopienie pyty fundamentowej reaktora - mniej grone bo grunt pod obudow ma zdolno filtracji produktw rozszczepienia

Chodzenie stopionego rdzenia i obudowy bezpieczestwa reaktora EPR faza dugoterminowa

Chwytacz rdzenia

Chwytacz rdzenia Chroni dno obudowy bezpieczestwa przed przepaleniem Stabilizuje stopiony rdze bez dodatkowych dziaa Obszar rozpywu rdzenia jest suchy w chwili wypywu rdzenia ze zbiornika Stopiony rdze przepala zawory, wypywa ze zbiornika pod wpywem siy cikoci i rozpywa si w chwytaczu rdzenia Dziki maej prdkoci wypywu nie dochodzi do eksplozji gazowej

Przekrj reaktora EPR1 rdze reaktora 2 zbiornik cinieniowy reaktora 3 pokrywa przetapiana przez rdze 4 dno tunelu przelewowego 5 beton fundamentw obudowy bezpieczestwa 6 tunel przelewowy 7- materia ogniotrway ZrO2 8 chodzenie wodne chwytacza 9 warstwa powierzchniowa przeznaczona na wytopienie 10 chwytacz rdzenia basen dla stopionego rdzenia

Ukad obiegw reaktora EPR projekt Niemiec i Francji

Ukad obiegw reaktora EPR projekt Niemiec i Francji Wykrywanie przecieku w rurocigu obiegu pierwotnego zanim nastpi jego rozerwanie Obrona wgb w razie uszkodzenia jednego elementu wpywajcego na bezpieczestwo reaktora, jego funkcje mog przej inne elementy W razie przecieku do obiegu wtrnego reaktor EPR moe obniy cinienie w obiegu pierwotnym poniej poziomu cinienia w obiegu wtrnym. Nastpi wtedy samoistne zatrzymanie wycieku.

Reaktor APR1400

Reaktor APR1400 prostota i standaryzacja Zmniejszenie liczby elementw skadowych zaliczanych do klasy bezpieczestwa jdrowego Zmniejszenie liczby i wielkoci elementw duych rozmiarw Wprowadzenie pasywnych systemw bezpieczestwa dziaajcych bez potrzeby doprowadzania energii z zewntrz Budowa moduowa. Moduy czone ze sob na placu budowy Standaryzacja elementw i systemw elektrowni Zastosowanie sprawdzonych wczeniej elementw i systemw Ulepszenia we wsppracy czowieka z systemami sterowania i bezpieczestwa elektrowni jadrowej

Podnoszenie poziomu bezpieczestwa w elektrowniach jdrowychEwolucyjne elektrownie jdrowe: Zwikszenie bezpieczestwa poprzez dodawanie cigw bezpieczestwa 4 cigi wtrysku chodzenia awaryjnego, usuwania ciepa powyczeniowego, chodzenia obudowy bezpieczestwa, 4 awaryjne generatory z silnikami Diesla Wzrost kosztw inwestycyjnych i eksploatacyjnych

Podnoszenie poziomu bezpieczestwa w elektrowniach jdrowychPasywne elektrownie jdrowe: Redukcja systemw bezpieczestwa Brak pomp klasy bezpieczestwa, wentylatorw, generatorw z silnikami Diesla, awaryjnego zasilania prdem przemiennym, mniej zaworw zakwalifikowano do klasy bezpieczestwa Bezpieczestwo zapewnia si dziki siom natury Redukcja kosztw inwestycyjnych i eksploatacyjnych

Redukcja iloci krytycznych elementw w elektrowni z reaktorem AP1000

Obszar zajmowany przez EJ

AP1000- zabezpieczenia na wypadek cikiej awarii

Ukad pasywnego zalewania rdzenia reaktora

AP1000 obudowa bezpieczestwaPowoka stalowa 4.45 cm, max cinienie 5.1 bar ciana betonowa ochrona przed promieniowaniem Rdze reaktora znajduje si zawsze pod wod. Zbiorniki z wod znajduj wewntrz obudowy reaktora. Zbiornik reaktora jest chodzony wod od zewntrz.

Czstotliwo cikich awarii

Elektrownia jdrowa z reaktorem AP1000

Elektrownia jdrowa z reaktorem AP1000

Energetyka wiatrowa

PROGNOZY ROZWOJU SEKTORA ENERGETYKI WIATROWEJ NA TLE CAKOWITEGO BILANSU ENERGETYCZNEGO POLSKIPrognoza na rok

Nazwa

Jedn.

2 000

2005

2010 42 570 1 100

2020 52 800 3 000

2030 60 000 5 000

Cakowita moc zainstalowana w kraju Moc elektrowni wiatrowych Udzia aeroenergetyki w oglnej mocy

MW MW %

34 700 37 750 30 450

0,1 1,2

2,6

5,7

8,3

Rys. 76. Strefy energetyczne wiatru w Polsce. Mapa opracowana przez prof. H. Lorenc na podstawie danych pomiarowych z lat 1971 2000.

ENERGIA WIATRU

Charakterystyka energii wiatru. Energia wiatru jest energi pochodzenia sonecznego. Powietrze jest ogrzewane przez promieniowanie, a take dziki konwekcji i przewodzeniu od nierwnomiernie nagrzewanych przez Soce rnych powierzchni na ziemi. Powietrze nad powierzchni nagrzan przez Soce unosi si do gry, co powoduje zasysanie chodnego powietrza np. z nad duej powierzchni zbiornika wody (ocean, morze, jezioro). Wytworzone rnice temperatur i gstoci ogrzanych mas powietrza powoduj przemieszczanie si ich zgodnie z naturalnymi warunkami uksztatowania powierzchni ziemi.

Chodzenie si i opadanie ciepego powietrza Unoszce si ogrzane nad ziemi powietrze Poruszajce si w kierunku ldu schodzone nad wod powietrze

Krenie powietrza nad ldem i zbiornikiem wodnym w cigu dnia. W nocy kierunek wiatru jest odwrotny- wwczas to woda ogrzewa powietrze oddajc ciepo zmagazynowane w cigu dnia.

Ruch wirowy Ziemi (sia Coriolisa) oraz prdy morskie take maj wpyw na kierunki przemieszczania si mas powietrza. Szacuje si, e okoo l2% energii promieniowania sonecznego, ktre dociera do powierzchni Ziemi, jest zamieniane na energi kinetyczn wiatru. Jest to rwnowane mocy ok. 2700 TW. Miejsca odpowiednie do zainstalowania siowni wiatrowych i wykorzystania energii wiatru maj potencja energetyczny o mocy ok. 40 TW.

Opacalno Doln granic opacalnoci eksploatacji maych turbin wiatrowych (56 kW) jest prdko wiatru 4 m/s, natomiast dla duych elektrowni wiatrowych prdko 5,5 m/s. Grn granic pracy duych elektrowni jest prdko 30 m/s.

Charakterystyki pracy turbin wiatrowychP [kW]3000 2.5 MW 2500

2000

1500

1.3 MW

1000

500

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

[m/s]

Rys. 2.31. Przykadowe krzywe mocy dla siowni wiatrowych; Regulacja typu stall 1.3MW; Regulacja typu pitch 2.5MW.

Elektrownie wiatrowe s tak projektowane, aby produkoway energi elektryczn tak tanio jak to tylko moliwe. Generalnie projektuje si je tak, aby oddaway maksymaln moc przy wietrze o prdkoci 15m/s.

Nie opaca si produkowa elektrowni, ktre bd osiga maksimum mocy przy silniejszych wiatrach, poniewa wystpuj one niezwykle rzadko.

Paradoksalnie wiksze prdkoci wiatru dla zwykej elektrowni s niekorzystne. Konieczne jest wtedy wytracenie nadmiaru energii wiatru, aby chroni j przed uszkodzeniem.

Cechy energii wiatruJedn z najistotniejszych cech energii wiatrowej jest jej dua zmienno, zarwno w przestrzeni (geograficzna) jak i w czasie. Prdko wiatru, a wic i energia jak mona z niego czerpa, ulega zmianom dziennym, miesicznym i sezonowym. Zarwno w cyklu dobowym jak i sezonowym (latozima) obserwuje si korzystn zbieno miedzy prdkoci wiatru a zapotrzebowaniem na energi. Poniewa energia uzyskiwana z wiatru jest na og dostpna wwczas, gdy jest potrzebna, moe czciowo wyprze z sieci energetycznej tradycyjne elektrownie. To w efekcie pozwoli na redukcj emisji spalin.

Cechy energii wiatruSpadek temperatury od 15 do 0C przy staym cinieniu powoduje wzrost gstoci powietrza i tym samym wzrost energii kinetycznej wiatru o ok. 6%.

Natomiast wzrost temperatury powietrza od 15 do 30C powoduje spadek mocy o ok. 5%. Przy staej temperaturze wzrost cinienia, np. od 973 hPa (730 mmHg) do 1037 hPa (770 mmHg), spowoduje wzrost energii kinetycznej powietrza o ok. 6%.

Zalenoci opisujce energi wiatru

Energia wiatru jest wprost proporcjonalna do prdkoci wiatru w potdze trzeciej, przy czym prdko wiatru zmienia si wraz z wysokoci, a dodatkowo zaley od uksztatowania terenu. Przy powierzchni Ziemi prdko wiatru rwna si zeru, co jest spowodowane siami tarcia. Siy te sprawiaj, e tylko 1/4 energii kinetycznej wiatru przypada na wiatry wiejce na wysokoci do 100 m, pozostae 3/4 energii maj wiatry wiejce wyej ni 100 m.

Jednak ze wzgldw technicznych i ekonomicznych budowanie tak wysokich siowni wiatrowych jest nieopacalne.

Przeszkody terenowe

Wiatr2H

H

2H

20H

Rys. 70. Strefa zaburze przy opywie przeszkody.

Podstawow zasad waciwego planowania jest zachowanie odpowiedniej odlegoci turbin wzgldem siebie. Wedug zalece producenta odlego ta powinna wynosi od 5 do 8 rednic wirnika turbiny, a wic w przypadku elektrowni 2 MW, V80 powinno to by 400640m. Dystans mniejszy ni 400 metrw przyczyniby si do wzajemnego pozbawiania si energii przez turbiny. Niezwykle istotn spraw s dominujce kierunki wiatru w danym miejscu. Turbiny powinny by wystawione na najczciej i najsilniej wiejce wiatry. Poza tym musz sta w taki sposb, aby moliwie najmniej nawzajem si zasaniay. Elektrownie stojce w pierwszej linii wzgldem dominujcych kierunkw wiatru maj zawsze najwiksz efektywno.

Gdyby chciano odzyska ca energi, jak niesie wiatr, powietrze nie mogoby opuci wirnika. Nie uzyskaoby si wtedy jednak adnej energii, gdy powietrze nie mogoby rwnie wpa w obszar wirnika. Okazuje si, e najbardziej efektywna jest turbina, ktra spowalnia wiatr do 2/3 jego pocztkowej prdkoci. Aby to zrozumie naley sign do podstawowego prawa aerodynamiki turbin wiatrowych - prawa Betz'a.

Turbina o osi poziomej

80 m

606778100 m

Rys. 2.13. Rzut siowni wiatrowej.

Budowa farmy wiatrowej Cisowo

Fundament 18,5 x 18,5 x 1,5 m


Fundament 48 ton stali zbrojeniowej


Fundament 520 m3 betonu


Wiea 76 m 170 ton 4 czci


Rotor 80 m rednicy


Gondola z przekadni i generatorem


Monta miga

Farma wiatrowa Cisowo widok z lotu ptaka

Skrzynia biegw

Za pomoc wau wolnoobrotowego (gwnego), skrzyni biegw i wau szybkoobrotowego jest przekazywana moc z wirnika do generatora. rednia prdko wirnika wynosi 22 obr/min, a prdkoci generatorw zwieraj si w granicach 10003000 obr/min. Dlatego te niezbdne jest zastosowanie odpowiedniej przekadni. Majc skrzynie biegw moemy wybra midzy nisk prdkoci obrotow i wysokim momentem napdowym otrzymywanym od wirnika a wysok prdkoci obrotow i niskim momentem napdowym. Skrzynia biegw w turbinie pracuje przy jednym, staym przeoeniu. Przykadowo dla elektrowni o mocy 600 kW jest to zazwyczaj przeoenie 1:50.

Rys. 28. Skrzynia biegw elektrowni wiatrowej.

Skrzynie biegw komplikuj budow elektrowni wiatrowej, zwikszaj jej mas, utrudniaj czynnoci serwisowe i naprawcze. S to powody dla ktrych, szczeglnie w turbinach duej mocy, coraz czciej stosuje si koncepcj z wolnoobrotowym generatorem synchronicznym. W rozwizaniu tym o warto czstotliwoci wyjciowej dba ukad energoelektroniczny.

Rys. 29. Siownia wiatrowa bez przekadni gwnej i charakterystyczna sylwetka gondoli.

W energetyce wiatrowej oprcz najczciej spotykanej turbiny o trzech aerodynamicznych opatach stosuj si te inne rozwizania konstrukcyjne:

Nietypowe rozwizania konstrukcyjne Elektrownie jedno i dwuopatowe

Rys. 38. Przykad trzech siowni jednoopatowych o mocy 640 kW kada. (Wilhelmshafen, Niemcy)

Siownie z wirnikiem jednopatowym s bardzo rzadko spotykane. Wymagaj one o wiele wikszej prdkoci obrotowej, ktra pozwoliaby uzyska moc wyjciow porwnywaln do elektrowni z trzema opatami. Automatycznie staj si goniejsze i mniej przyjazne dla oka. Troch wiksz popularnoci ciesz si siownie z dwoma opatami. Wymagaj one mniejszych prdkoci obrotowych w porwnaniu z jednopatowymi. Charakteryzuj si te mniejszym haasem. Duymi zaletami tych rozwiza s niskie koszty przedsiwzicia oraz spadek masy wirnika. Przykady elektrowni wiatrowych z wirnikami jedno i dwupatowymi.

Elektrownie wieloopatoweSiownie te sprawdzaj si doskonale w ukadach zamknitych, jako dodatkowe rdo prdu dla domu lub napd pomp wodnych. Ich niewtpliwa zalet jest rozruch ju przy bardzo sabym wietrze (2 m/s), duy moment obrotowy oraz prostota konstrukcji. opaty nie wymagaj specjalnych profili aerodynamicznych. Elektrownie te w porwnaniu z elektrowniami o dwch lub trzech migach s bardzo tanie w eksploatacji i budowie. S one bardzo powszechne na rzadko zaludnionych terenach USA, gdzie znalazy zastosowanie jako mae elektrownie do pracy na sie wydzielon w nieoptymalnych warunkach ( np. tereny nizinne, rednio korzystne warunki wietrzne).

Rys.40. Zdjcia przedstawiaj: po lewej wiatrak uywany w Wimberley w Teksasie, a po prawej w Springsure w Australii. Oba wykorzystywane byy do pompowania wody.

Elektrownie z wirnikiem typu down-windW elektrowniach down-wind wirnik znajduje si za masztem w stosunku do wiejcego wiatru. Rozwizanie takie przy odpowiednim ksztacie gondoli zapewnia samoczynne kierunkowanie si wirnika. Pozwala to unikn stosowania mechanizmu odchylania wirnika, ktry jest wymagany w elektrowniach typu upwind z wirnikiem umieszczonym przed masztem w stosunku do wiejcego wiatru (zdecydowana wikszo dziaajcych elektrowni). Struktura down-wind umoliwia take zastosowanie do budowy opat wirnika mniej sztywnego materiau, dziki czemu przy silniejszych wiatrach przejmuj cz obcie od wiey.

Rys. 41. Siownia typu down-wind o mocy 750 kW firmy Wind Turbine Company.

Rys. 42. Trjopatowe siownie typu downwind o rednicy wirnika 15 m i mocy 50 kW firmy Atlantic Orient Company.

Elektrownie z wirnikiem typu down-wind

Rozwizanie to stosuje si raczej przy maych siowniach, gdzie nie ma elektronicznego systemu naprowadzania na kierunek wiatru. Jego podstawow wad jest powstawanie pola silnych turbulencji tu za wie co powoduje niekorzystne zjawiska wpywajce na opatki wirnika. Jednym z zagroe stosowania tej konstrukcji jest moliwo skrcania kabla sucego do przesania mocy z generatora na d. Odkrcenie go bez mechanizmu odchylania wirnika jest niemoliwe. Stosuje si wwczas rozwizanie w postaci piercieni lizgowych, ktre przy wikszych mocach (a wic i wikszych prdach) jest bardzo niewygodne.

Turbiny o osi poziomej wyposaone w dyfuzor

Rys. 43. Turbina firmy Vortec o rednicy wirnika 54 m i mocy 3,5 MW.

W turbinach z dyfuzorem wykorzystuje si fakt wynikajcy z prawa Bernouliego. Dotyczy on zmiany prdkoci przepywu gazu w rurze w miejscu gdzie nastpuje zmiana jej rednicy. W przeweniu takiej rury lub tunelu wiatr przepywa szybciej ni poza nim. Automatycznie wirnik umieszczony w takim miejscu oddaje wicej energii ni wirnik bez otunelowania przy tych samych warunkach atmosferycznych. Zastosowanie dyfuzora umoliwia wyeliminowanie strat energii kinetycznej odrodkowej strugi powietrza na migle. Szczelina w dyfuzorze ktra znajduje si za wirnikiem powoduje dodatkowo powstanie strefy podcinienia powodujc dodatkowo przyrost prdkoci przepywu powietrza przez wirnik.

To wszystko pozwala znacznie zwikszy sprawno przetwarzania energii wiatru na energi elektryczn, przy jednoczesnym obnieniu granicy minimalnej prdkoci wiatru, od ktrej stosowanie turbiny wiatrowej staje si opacalne. Turbiny z dyfuzorem mog pracowa ju od prdkoci wiatru v > 2 m/s, czyli praktycznie na caym obszarze Polski.

Opacalno stosowania tego rozwizania moe by osignita przy niszych wieach lub przy mniejszych rednicach wirnika, co ma wpyw na obnienie nakadw inwestycyjnych. Przedstawiona turbina firmy Vortec (rys.2.43.) ma bardzo wysoki wspczynnik wytworzonej energii do powierzchni zakrelanej przez wirnik ok.1,5 kW/m2. Prdko obrotowa wirnika wynosi 27 obr/min przy przekadni 45:1.Rys. 45. Siownia firmy Vortec z szczelin w dyfuzorze.

Rys. 44. Turbiny firmy Vortec o rednicy wirnika 66 m i mocy 5 MW.

Przy produkcji dyfuzorw wykorzystuje si laminat z wkna szklanego lub wglowego oraz ywice epoksydow. S to materiay o duej wytrzymaoci mechanicznej, odpornoci korozyjnej i maym ciarze.

Funkcj dyfuzora moe te spenia przelotowy otwr lub kana w budynku, cianie lub parkanie. Wykorzystuje si tutaj koncentracj energii i spitrzenia wiatru, powodujce wzrost rnicy cinie od strony nawietrznej i zawietrznej. Na rys.46 wida dwa 43 pitrowe biurowce w Bahrajnie poczone trzema siowniami o rednicy 30 m i mocy 225kW. Budynki peni funkcje dyfuzora. Rys 47 rwnie przedstawia koncepcje wykorzystania architektury dwch bliniaczych budynkw jako dyfuzora. Pomidzy nimi znajduj si zintegrowane z budynkami trzy turbiny o rednicy 35 m i mocy 250 kW.Rys. 46. Projekt wykorzystania budynku jako dyfuzora.

Rys. 47. Trzy turbiny o rednicy 30 m i mocy 225 kW w jednym z biurowcw w Bahrajnie.

Elektrownie wiatrowe o pionowej osi obrotuDotychczas opisywane elektrownie wiatrowe, byy siowniami o poziomej osi obrotu ( Horizontal Axis Wind Turbines, HAWT ). Istniej te siownie o pionowej osi obrotu ( Vertical Axis Wind Turbines, VAWT ). Wrd konstrukcji typu VAWT mona wyrni dwie podstawowe: z wirnikiem Darrieusa, z wirnikiem Savoniusa.

a)

b)

c)

Rys. 48. : a) wirnik Darrieusa ; b) wirnik Savoniusa ; c) dziaanie wirnika Savoniusa.

Wirniki Darrieus'a maj zazwyczaj dwie lub trzy opaty, wygite w ksztat litery C. Siownie te maj prawie zerowy moment rozruchowy i potrzebuj do rozruchu jakiego zewntrznego napdu. Najczciej funkcj t peni silniki elektryczne, ale s te rozwizania, w ktrych wirnik Darrieusaa integruje si z pomocniczym wirnikiem Savoniusa (rys. 2.49). Wirnik Savoniusa charakteryzuj si prostot konstrukcji i stosunkowo duym momentem startowym umoliwiajcym prac przy bardzo sabych wiatrach (1.5 m/s). Niestety cechuje je te niska sprawno (gorsza ni wirnika Darrieusa), pocigajca za sob due wymiary dla uzyskania okrelonej mocy. Im wyszy stosunek wysokoci do rednicy tym bardziej ronie sprawno.

konstrukcji czonej, gwny wirnik typu Darrieusa, natomiast pomocniczy Savoniusa.

Rys.49. Przykad

Rys. 50. Elektrownia w Cap Chat w Kanadzie o wysokoci 100 m i mocy 4 MW.

Rys. 51. Przykady Siowni z wirnikiem Savoniusa.

Badania wykazay e optymalny wirnik Savoniusa to taki, ktry ma jedynie 2 opaty obrcone wzgldem siebie o 90o. rednica otworu (przerwy pomidzy patami) powinna zawiera si w granicach 0.10.15 rednicy jednego pata. Powierzchnie ograniczajce opaty od gry i dou powinny mie ok. 510% wiksz rednic od samych opat zapobiega to ucieczce wiatru bokami. Jednym ze sposobw zwikszenia efektywnoci jest brak pionowej osi w wolnej przestrzeni pomidzy opatami, co powoduje jednak zmniejszenie sztywno konstrukcji. Odpowiednie wykonanie tej siowni pozwala na przetrwanie wiatrw do ok.60 m/s, przy praktycznie bezgonej pracy samego wirnika.

Modyfikacje turbin Darrieusa i Savoniusa

Z poczenia korzystnych cech konstrukcyjnych i aerodynamicznych turbin Darrieusa i Savoniusa, przy jednoczesnym wyeliminowaniu ich ujemnych cech, otrzymano szereg turbin zmodyfikowanych.

Turbina TURBY

Turbina jest modyfikacj turbiny Darrieusa i przeznaczona jest do pracy na dachu budynku. Ukone ustawienie opat umoliwia wykorzystanie energii wiatru wiejcego zarwno poziomo, jak i pod rnymi ktami (rys.52). W wyniku spitrzajcego efektu budynku o wysokoci 20 m, 5 m nad jego dachem panuj warunki wiatrowe podobne do tych panujcych w terenie niezabudowanym na wysokoci 10 m. Dla obszarw o redniej prdkoci wiatru 4,3 m/s turbina Turby o mocy 2,5 kW jest w stanie wytworzy rocznie ok. 1800 kWh energii elektrycznej. Produkowana przez firm TU Delft (Holandia) ma rednic 2 m, jest umieszczona na wiey o wysokoci 57,5 m, way ok. 90 kg. Jej elementy kontrolne i regulacyjne s sprzgnite z generatorem.

Rys.52. Zdjcie turbiny Turby.

Turbina EHD W konstrukcji EHD zwikszono stosunek wysokoci do rednicy turbiny, ale bez ukosowania opat. Turbina taka, opracowana w Sandia National Laboratories w USA, o stosunku wysokoci do rednicy 2,8 i rednicy 17 m daje moc 300 kW. Rysunek 53 przedstawia testow turbin firmy CIDEON Engineering, o mocy 1 kW, pracujc z powodzeniem w Wolfsburgu w Niemczech.

Rys .53. .Siownia z turbin EHD firmy CIDEON Engineering o mocy 1 kW.

Turbina Wind Rotor

W turbinie tej modyfikacja polegaa na zmianie liczby i szerokoci opat. Ma ona tylko dwie opaty i s one szersze ni w turbinie HDarrieusa, ale wsze ni w turbinie Savoniusa. Najmniejsze turbiny Wind Rotor firmy Ropatec AG maj moc 0,75 kW, powierzchni opat 2,25 m2 i wa 120 kg. Pracuj w zakresie prdkoci wiatru 356 m/s. Najwiksze natomiast maj moc 6 kW, powierzchni opat 2725 m2 i wag 500 kg. Na rysunku 58 przedstawiona jest siownia w Townsville w Australii utworzona z bliniaczych turbin. Podwjna turbina ma wysoko 4,5 m i szeroko rotora 3,3 m. Umieszczona jest na 4 metrowej wiey. Jej moc max. to 6 kW. Rys. 58. Siowni w Townsville o mocy 6 kW.

Turbina widrowa (rubowa)

Rys. 59. Siownia firmy WINDSIDE model WS-2B.

Turbina widrowa jest modyfikacj turbiny Savoniusa, ktra polegaa na rubowym skrceniu opat (rys. 64). Turbina ta pracuje ju przy prdkoci wiatru l m/s i nie ma praktycznie grnej granicy prdkoci wiatru przy ktrej nie moga by pracowa (jest w stanie przetrwa take sztormy). Dodatkow jej zalet jest stabilna i cicha praca, brak koniecznoci stosowania masztw, a take atwy monta i demonta. Siownie tego typu o powierzchni 2 m2 , osigaj moc 50 W przy prdkoci wiatru 6 m/s. Cakowita masa takiej siowni wiatrowej wynosi 200 kg. Napd z wirnika przenoszony jest bezporednio na prdnic, nie stosuj si tutaj przekadni zbatych. Dziki temu siownie te s stosunkowo lekkie i niedrogie, co pozwala instalowa je na ju uytkowanych obiektach, budynkach, wieach itp. Rozwizanie to znajduje najczciej zastosowanie jako niezalene rdo energii elektrycznej dla zamknitego systemu np. zasilanie campingu, czy domku w grach.

Producentem takich nietypowych rozwiza jest firma WINDSIDE. Produkuje ona mini elektrownie wiatrowe o widerkowym ksztacie. Parametry najmniejszej z nich (model WS-0,15C) s nastpujce: rednica 0,334 m, wysoko 0,850 m, moc 0,06 kW, powierzchnia 0,15 m2 i masa 30 kg. Natomiast najwikszej ( model WS-4A/B ): rednica l m, wysoko 4 m, moc 1,2 kW, powierzchnia 4 m2 i masa 1000 kg). Na rysunku 60 przedstawione s zastosowania turbiny widrowej. Na zdjciu po lewej jest wykorzystana do zasilania boi morskiej, natomiast zdjcie po prawej przedstawia instalacje na odzi.

Rys. 60. Zastosowania turbiny widrowej.

Turbina Darrieusa o osi poziomejTurbina ta, produkcji firmy Wind Wandler, podobnie jak turbina Turby jest przeznaczona do pracy na dachu spadzistym o kcie wierzchokowym 30-66 (rys. 2.61). Prototyp, uruchomiony w styczniu 2004 r., ma rednic l m, dugo 1,39 m, cakowit wysoko 1,28 m i way ok. 45 kg. Przy prdkoci wiatru 24 m/s osign moc 3,5 kW.

Rys. 61. Turbina Darrieusa o osi poziomej produkcji firmy Wind Wandler.

Rys. 62. Przykad zastosowania turbiny firmy Wind Wandler.

Multiaerogeneratory

Koncepcja multiaerogeneratora polega na przytwierdzeniu 7, 19 lub 37 turbin wiatrowych do jednej, obrotowo zamocowanej konstrukcji nonej (rys. 63). Rozwizanie takie pozwala wyeliminowa efekt odrodkowych strug powietrza od migie, za wyjtkiem skrajnych turbin, dla ktrych odrodkowe strugi powietrza wystpuj na krawdziach zewntrznych multiaerogeneratora. Powoduje to lepsze wykorzystanie energii kinetycznej wiatru przy mniejszej jego prdkoci. Instalacja tego typu rozpoczyna prac ju przy wietrze 2,5 m/s. Rys. 63. Eksperymentalna konstrukcja multiaerogeneratora.

Okazuje si, e koszt budowy, w przeliczeniu na jednostk wyprodukowanej energii elektrycznej, jest niszy ni tradycyjnych jednoosiowych turbin wiatrowych.

Turbina piercieniowa W turbinie piercieniowej odsunicie opat od osi obrotu umoliwio zwikszenie momentu obrotowego. Turbina ta moe pracowa ju od prdkoci wiatru l,52,0 m/s, nie wymaga silnika rozruchowego i w porwnaniu z tradycyjnymi turbinami o osi poziomej moe uzyska zdecydowanie wiksze moce.

Polska konstrukcja turbiny piercieniowej powstaa w Rbielicach Krlewskich k. Popowa. Jej dane techniczne s nastpujce: rednica zewntrzna 32 m, rednica wewntrzna 10,5 m, wysoko masztu 32,5 m, wysoko cakowita 53 m, szeroko dolnej podstawy i szeroko grnej podstawy 228 trapezowych opatek wynosz odpowiednio 10,5, 0,1 i 0,02 m, ciar turbiny 36 Mg, ciar cakowity 250 Mg, przekadnia pasowa 1:10, liczba obrotw na prdnicy 70 obr./min, poziom haasu 1520 dB, moc nominalna 2,0 MW przy prdkoci wiatru 10 m/s, dopuszczalna maksymalna prdko wiatru wynosi 60 m/s.

Rys. 65. Eksperymentalna konstrukcja turbiny piercieniowej.

Koszty budowy prototypu wyniosy ok. 2 mln PLN. Konstruktor zapewnia, e przy prdkoci wiatru 2 m/s, gdy tradycyjne turbiny jeszcze nie pracuj, turbina piercieniowa osiga ju moc 3545 kW. Natomiast jej wydajno przy prdkoci wiatru 4 m/s jest ok. 150 razy, a przy 10 m/s ok. 5 razy wysza ni moce tradycyjnych turbin migowych o osi poziomej.

Rys. 66. Turbina piercieniowa w Rbielicach Krlewskich.

Dzikuj za uwag !!!