energetski sustavi p7 transformacija energije vjetra · 2018-04-27 · suvremene vjetroelektrane...

ENERGETSKI SUSTAVITRANSFORMACIJA ENERGIJE VJETRA

ENERGETSKI SUSTAVI 2

TRANSFORMACIJA ENERGIJE VJETRA

U svijetu je 2012. godine bilo više od 200.000vjetroelektrana sa ukupnom snagom 282,4 GW.

Do 2012. godine instalirano je 100 GW u EU, 50 GWu USA, 50 GW u Kini

Ukupna svjetska godišnja proizvodnja električneenergije iz vjetroelektrana 2012. godine bila je preko430 TWh ili 3,35% od ukupne proizvodnje.

Predviđa se da će 2018. godine vjetroelektrane imatiudio od ~ 8%.



Usporedba cijena koštanja ili troškovi proizvodnjeelektrične energije za različite energetske sustave,uključujući i troškove emisija CO2 sa 30$/toni CO2 .

Primjer: u EU cijena proizvodnje električne energije

u vjetroelektrani iznosi od 80 do 160 US$/

u klasičnoj termoelektrani na ugljen iznosi od 60do 125 US$/MWh



U 2014. godine najveći porast zabilježen je kod foto naponskih energetskihsustava dok su u prethodnoj godini u blagoj prednosti bili sustavi za korištenjeenergije vjetra.

Izvor: EPIA, ESTELA, EU-OEA, EWEA, PV CYCLE

CSP - Concentrated solar powerPV - PhotovoltaicsWaste - otpadOcean -valovi, plima i oseka



U srpnju 1887. godine škotski akademik, profesor JamesBlyth, izgradio je vjetroturbinu s platnenom elisom u vrtusvoje kuće u Marykirk-u.

Električnu energiju koristio je za punjenje akumulatorskihbaterija u svrhu rasvjete.

Na temelju njegovog izuma nekoliko mjeseci kasnije(1887./1888.) amerikanac Charles F. Brush izgradio je prvuvjetroelektranu s promjerom elise 17 metara s 144 lopaticeod cedrovog drveta (u to vrijeme gigantskih dimenzija).

Ta je vjetroelektrana je 20 godina korištena za punjenjeakumulatorskih baterija snagom od 12 kW.



Brushova vjetro-turbina



Suvremene vjetroelektrane imaju promjere elise do 127 m apostižu se snage od 1 - 7 MW po elisi. Najčešće je uprimjeni elisa s tri lopatice kao najpogodnija radi sprečavanjaturbolencije zraka i gubitka snage.

Uobičajni promjer elisa je od 60 do 80 metara.

Uključivanje u pogon pri brzini vjetra preko 3 m/s

Najveća dopuštena brzina vjetra 25 m/s.



Emisija buke pri radu vjetro-turbine



Block Island, the first U.S. offshore wind farm



Jelinak Wind Farm

30MW wind farm, with 20 AW1500 wind turbines

Located in the region of Split-Dalmatia, Jelinak was inauguratedon October 6th 2013. It consists of twenty AW1500 wind turbinesof ACCIONA Windpower technology representing a total capacityof 30 MW, able to generate electricity equivalent to theconsumption of around 30,000 Croatian homes per year.



Vjetroelektrana je energetski sustav za transformacijukinetičke energije mase zraka u pokretu u mehaničku, anakon toga i u električnu energiju.

Energija koja se transformira u mehaničku energiju uvjetroelektrani predstavlja razliku energije vjetra ispred inakon rotora vjetro-turbine.

Za poznati promjer elise odnosno poznatu površinu kruga A

u m2 koji opisuje vrh elise pri rotaciji, brzinu vjetra v u m/s,gustoću zraka ρ u kg/m3 i vrijeme t u s, slijede izrazi zaraspoloživu energiju i snagu vjetra koji djeluje na rotorvjetroturbine.



Ukupna raspoloživa energija vjetra:

� =�

�=

� · � · � · � ·�

2�

= � · � ·��

2 [

Nm

�=

J

s= W]

� = ��

2= � · � · � · � ·

�

2= � · � · � ·

��

2 [Nm = J]

Snaga vjetra koja djeluje na rotor vjetroturbine:



Budući zrak na izlazu iz turbine ima određenu brzinu a dioenergije pretvori se u toplinu - trenjem, zračna turbina-vjetroturbina transformira u koristan rad samo dio raspoloživeenergije vjetra.

Snaga turbine je:

�� = � · � ·��

2· � [W]

Stupanj djelovanja – koeficjent snage η ovisi o izvedbi turbine ibrzini vjetra. Teoretski koeficjent snage za idealnu turbinu iznosi0,593 (tzv. Betzova granična vrijednost). Odnosno idealna turbinamogla bi transformirati u mehanički rad najviše 59% raspoloživeenergije vjetra. Kod realnih vjetroturbina koristi se do 40%raspoložive energije vjetra.



Weibull-ova razdioba

Na potencijalnoj lokaciji za gradnju vjetroelektrane potrebno jenajmanje godinu dana provoditi mjerenja brzine i trajanja vjetrana visini od 10 do 30 metara od tla.



Promjena brzine vjetra u ovisnosti o udaljenosti od tla

Uslijed djelovanja neravnina (hrapavosti) okolnog terena narelativno malim udaljenostima od tla izražena pojava promjeneprofila brzine vjetra. Pri tom se brzina vjetra mijenja po visini od 0na tlu do v0 na udaljenosti Z2 od tla.



Za sad je tehno-ekonomski opravdano korištenje energije vjetra –kinetičke energije kretanja mase zraka za dobivanje električneenergije na visinama od tla do 200m.

Na strujanje mase zraka odnosno na vjetropotencijal pojedinelokacije značajan utjecaj imaju:

topografske značajke terena (prirodne i umjetne zapreke,…)

turbulencija (mehanički i termički uvjetovana lokalna nepravilna

gibanja),

hrapavost površine (tla),

dnevni i noćni temperaturni gradijent i

vanjski poremećaji (strujanja kod oluja)


VJETROELEKTRANE

Osnovni dijelovi vjetroelektrane:

1. Rotor s elisom

2. Kočnica

3. Upravljački i nadzorni sustav

4. Generator električne energije

5. Sustav za zakretanje

6. Kućište

7. Stup

8. Temelj

9. Transformator

10. Ostala oprema (za mjerenje i nadzor)

11. Mehanički prijenosnik


VJETROELEKTRANE

1. Lopatica

2. Rotor

3. Korak rotora

4. Kočnica

5. Sporookretno vratilo

6. Mehanički prjenosnik

7. Generator

8. Upravljački sustav

9. Anemometar

10. Usmjerivač

11. Kućište (gondola)

12. Brzookretno vratilo

13. Sustav za zakretanje

14. El. motor sustava zakretanja

15. Stup (toranj)


VJETROELEKTRANE

Izvedba i primjena vjetroelektrana Rotor s elisom naziva sevjetroturbina.

Vjetroturbina transformira kinetičku energiju vjetra umehaničku energiju (vrtnja rotora generatora električne

energije).

Vjetroturbine se mogu izvesti: s vodoravnom osi rotora iokomitom osi rotora.

Prema omjeru obodne brzine elise u odnosu na brzinu vjetra:brzookretne i sporookretne.

Prema broju lopatica elise: s jednim parom lopatica i višelopatica.

Prema veličini zakretnog momenta: s velikim momentom i smalim momentom.


VJETROELEKTRANE

Prema načinu pokretanja: samokretne inesamokretne.

Prema efikasnosti pretvorbe energije vjetra u zakretnimoment: nisko i visoko efikasne.

Prema načinu okretanja rotora prema brzini vjetra:promjenjive i nepromjenjive.

Klasične vjetroelektrane su s vodoravnom osi rotora,brzohodne s dvije do četiri lopatice po elisi.


VJETROELEKTRANE

Rotor s elisom (lopaticama)

Za optimalnu pretvorbu kinetičke energije umehanički rad mora se regulirati (namještati) kut podkojim struji zrak na elisu a vrši se zakretanjemlopatice. Na taj način se postiže i promjena snageturbine.

Promjena smjera strujanja vjetra zahtjeva imogućnost zakretanja cijelog kućišta vjetroturbine.

Zakretanje lopatica omogućuje i kočenje u slučajuprekoračenja vrzine vrtnje vjetroturbine.


VJETROELEKTRANE

Sustav kočenja vrtnje rotora

Kada generator ispadne iz mreže (pobjeg), odnosnobrzina naleta vjetra prijede maksimalnu vrijednost(isključna vrijednost, obično je ~ 25 m/s) dolazi doizrazitog dinamičkog opterećenja.

Zato mora postojati sustav kočenja kako ne bi došlodo oštećenja.

Najčešća izvedba sustava kočenja je s diskkočnicom.


VJETROELEKTRANE

Generator

Prema načinu rada generatori se izvode za:

paralelni rad s postojećom distributivnomelektroenergetskom mrežom

samostalni rad

spregnuti rad s drugim izvorima električne energije

Prema vrsti generirane struje mogu biti: istosmjerni iliizmjenični. Istosmjerni se generatori zbog problema spouzdanosti rijetko primjenjuju. Prema načinu vrtnjepostoje generatori: s promjenjivom brzinom vrtnje igeneratori s nepromjenjivom brzinom vrtnje.


VJETROELEKTRANE

Sustav za zakretanje (zakretnik) –usmjeravanje u vjetar.

Namijenjen je za zakretanje kućišta svjetroturbinom i generatorom.

Zakretnik je mehanički prijenosnik pogonjenelektromotorom i upravljan na način dausmjerava vjetroturbinu s kućištem igeneratorom u najpovoljniji smjer premasmjeru strujanja.


VJETROELEKTRANE

Internal Costs - troškovi proizvodnje (trošak ulaganja i

financiranja, trošak goriva, troškovi prerade, trošak emisije

CO2)

External Costs - troškovi (nastala šteta) štetnog utjecaja naokoliš i zdravlje.

Izvor:

http://www.ewea.org/fileadmin/ewea_documents/documents/pu

blications/WETF/Facts_Volume_2.pdf

Izvor: http://www.econation.co.nz/external-costs.html


VJETROELEKTRANE

Vjetroelektrane u Republici Hrvatskoj

Izvor: https://sites.google.com/site/elektromrezauhrvatskoj/home/vjetroelektrane

Vjetroelektrana Vratarušakod Senja, se nalazi naobroncima VelebitaInstalirana snaga od 42MW.


VJETROELEKTRANE

U Hrvatskoj je trenutno 12 vjetroelektrana koje su unormalnom radu (lipanj 2014.) i koje isporučujuelektričnu energiju u elektroenergetski sustavHrvatske.

Instalirana snaga svih vjetrolektrana je 280 MW, uradu je 148 vjetroagregata koji isporučuju godišnjeoko 810 GWh električne struje.

Za usporedbu Termoelektrana Plomin ima snagu 330MW i isporučuje godišnje oko 2173 GWh električnestruje.

Izvor: https://hr.wikipedia.org/wiki/Vjetroelektrane_u_Hrvatskoj

energetski sustavi p7 transformacija energije vjetra · 2018-04-27 · suvremene vjetroelektrane...

Documents