nastanek vetrov

NASTANEK VETROV

B.ŠARLER, ENERGETIKA IN ENERGETSKE NAPRAVE, 2002/2003

Efekt naravne konvekcije

NASTANEK VETROV


Efekt Coriolisove sile

NASTANEK VETROV


Efekt naravne konvekcije + efekt Coriolisove sile

ENERGIJA VETRA


Lokalni vetrovi

ENERGIJA VETRA


Tipična smer vetra

ENERGIJA VETRA


Pojav turbulence

ENERGIJA VETRA


Pojav ovir

ENERGIJA VETRA


20m visoko in 60m široko poslopje 300m stran od 50m visoke vetrnice


Potencial vetrne energije v nekaterih državah Evrope 50 m nad zemljo

Barva zavetrje odprti teren na obali na morju na hribih

ENERGIJA VETRA


Meritev hitrosti vetra - anemometer

ENERGIJA VETRA


Vetrna roža

Vetrnice

Delovanje vetrnice z vodoravno osjoz izkoriščanjem vzgona

Pv= 1/2 cp A v3

v= 1/2 (v1 + v2 )

Moč vetra narašča s tretjo potenco hitrosti

ENERGIJA VETRA


Pojav vrtinca

PRINCIP DELOVANJA VETRNICE


Pretvarjanje kinetične energije vetra v mehansko

SILA VZGONA IN SILA UPORA


Sila upora

21

2u u uF c A v

21

2v v vF c A v

Sila vzgona

SILA VZGONA IN SILA UPORA


vA

uAv

vF

uF

vc

uc

ENERGIJA VETRA


Tunelski efekt

ENERGIJA VETRA


Efekt hriba

ENERGIJA VETRA


Park vetrnicnajbolje 5 - 7 razdalj rotorja narazen v smeri vetranajbolje 4 razdalje rotorja narazen pravokotno na smer vetra

ZGODOVINA UPORABE ENERGIJE VETRA


Aborigini poznajo smeri vetra že 40.000 letEgipčani plujejo po nilu z jadrnicami že 3000 p.n.š.V sedmem stoletju Vikingi preplujejo Atlantik

Vetrnice začenjajo uporabljati na Kitajskem, Afganistanu inPerziji okoli leta 0 n.š., namakanje, mletje žita

V sedmem stoletju tehnologija prenesena v Evropo

Na Nizozemskem od leta 1000 uporabljajo vetrnice zaizsuševanje morja. Med leti 1608 in 1612 izsušijo jezeroBeerster, globoko 3 metre s 26 vetrnicami

ZGODOVINA UPORABE ENERGIJE VETRA


V Evropi deluje več kot 50.000 vetrnic v letu 1850 inše vedno 10.000 vetrnic v letu 1900

V Ameriki več kot 80.000 v letu 1900

POGLAVITNI TIPI VETRNIC


Perzijska vetrnica



Vetrno polje na Kreti za črpanje vode



Še obratujoči grški mlin na veter



Ameriška vetrnica s sredine 18. stoletja za črpanje vode in današnja



Še obratujoči nizozemski mlin na veter

Claude Monet: Reka Zaan pri Zaandamu 1871



Brusheva vetrnica, Cleveland, Ohio, 1888, prva za generacijo elektrike



Hutterjeva vetrnica,okoli 1950, ZRN

Gedser MollenNizozemskadelovala do 1960

Palmer Putnamvetrnica 1930



NASA 200kW MOD 0AClaytonNew Mexico

NASA 2MW MOD 1BooneNorth Carolina

NASA 3MWMOD 2OahuHawaii 1997



Nemška vetrnica Enerconz novim tipom generatorja

Polje vetrnic Zondv Teksasu40x600kW

Wind Eagleultralahka vetrnica

Polje vetrnic Ponnequin v Koloradu



VETRNICE Z VODORAVNO OSJO VRTENJAPočasi tekoče: rotor z velikim številom listovHitro tekoče: rotor z majhnim številom listov

VETRNICE Z NAVPIČNO OSJO VRTENJASavoniusov rotorDarreiusov rotorFlettnerjev rotor

Konstrukcije vetrnic

Največja komercialna vetrnica Nordex 80 2,5 MW v

Grevenbroichu v Nemčiji. Premer rotorja je 80 m.

Vetrnica z vodoravno osjo z izkoriščanjem vzgona

POČASI TEKOČE VETRNICE


Počasi tekoče: rotor s številom listov osem ali večnajpogosteje uporabne pri črpalkahpolnjenju baterij

HITRO TEKOČE VETRNICE

rotor z enim listomrotor z dvema listomarotor s tremi listi, najbolj pogosti tip

SAVONIUSOVA VETRNICA

Savoniusova vetrnica znavpično osjo z izkoriščanjem

upora površine vetrnice1924 jo izumi Finec Savonius

SAVONIUSOVA VETRNICA

Prednosti Savoniusovih vetrnic: enostavnost, neodvisnost od smeri vetraSlabosti Savoniusovih vetrnic: hrupnost, nizek koeficient moči

Banning Pass, bližina Palm Springsa

WINDSIDE VETRNICA

Vetrnice tipa Windsidestartna hitrost 2m/s

največja hitrost 60m/svse 20A, 12V

tišje od Savoniusovih

20.183 EUR16.651 EUR10.175 EUR

DARREIUSOVA VETRNICA

Darrieusova vetrnica z navpičnoosjo z izkoriščanjem vzgona

1926 jo izumi Francoz Darreius

Slabost: ne starta samaPrednost: neodvisna od smeri vetra

FLETTNERJEVA VETRNICA

Uporaba Magnusovega efekta

1. Lopatica2. Pesto lopatice3. Ležaj lopatice4. Glavna gred5. Sekundarni generator6. Gonilo7. Kolutna zavora8. Prenosnik toplote oljnega hladilnega sistema9. Kardanska gred10. Primarni generator11. Servisno dvigalo12. Valj za uravnavanje naklona lopatic13. Nosilni okvir14. Stolp15. Regulator usmerjanja vetrnice16. Zavora17. Ležaj strojnice18. Pogon za usmerjanje vetrnice19. Regulacijska enota20. Hidravlična enota

Generator vetrnice

1 2 3 4 5 6 7 9 10 11

12 13

8

14 191817 201516

ELEMENTI VETRNIC


Mehanizem za prilagajanje smeri vetra

Majhne vetrnice: rep

Velike vetrnice: mehanizem na podlagi meritev smeri vetra

ELEMENTI VETRNIC


“Cut-in” hitrost vetraobičajno med 3 in 4 m/s (vetrnico poženemo)“Cut-off” hitrost vetraobičajno med 10 do 15 m/s (vetrnico ustavimo)

Moč vetra narašča s kubom (tretjo potenco) hitrosti

Moč vetrnice krmilimo tako, da je čimbolj konstantna naintervalu delovanja, to dosežemo:spreminjanje naklonskega kota listov rotorja (koeficient vzgona)spreminjanje naklonskega kota konic listov rotorja (koeficient upora)izkoriščanje stall učinka (zmanjšamo moč)

ELEMENTI VETRNIC


Vetrnice uporabljamo predvsem za generacijo elektrike

ELEKTRIČNI GENERATORJI ENOSMERNE NAPETOSTIelektrični tok je enosmeren

SINHRONI ELEKTRIČNI GENARATORJIelektrični tok je izmeničen, frekvenca je odvisna od hitrosti vrtenja

ASINHRONI ELEKTRIČNI GENERATORJIelektrični tok je izmeničen, frekvenca ni odvisna od hitrosti vrtenja

VETRNA FARMA BUFFALO RIDGE, MINNESOTA, ZDA


Zahodno od jezera Benton

Severno od jezera Benton

Rezervni krak vetrnice

143 vetrnic s skupno močjo 107 MW pri hitrosti vetra 11,6 m/spremer je 48 m, višina stolpa 59 mletna proizvodnja 327 GWh električne energijecena 900$ za kW moči, cena 0,03 $/KWh

VETRNE FARME


Rezervirana področja za vetrne farme v Kaliforniji

SISTEMI Z VETRNICAMI NA MORJU


Potencial vetra na odprtem morju je večji

Razpoložljive površine so ogromnePosebna pozornost glede na pomorske poti

Vetrnice lahko hitro tečejo - ni posebnih omejitev glede hrupa(v naseljih se rotor vrti največ 50-70 m/s, na morju lahko 120 m/s)



Vindeby

11 Bonus 450 kW vetrnic, zgrajena 1991



Tuno Knob 10 Vestas 500 kWvetrnic, zgrajena 1995

VPLIV VETRNIC NA OKOLJE


Vpliv na rastline majhen, na ptice je lahko velikpotrebne so študije pred postavitvijo vetrnice

Morajo biti odporne na velike hitrosti vetra in sunke vetra1998 tropski hurikan uniči 130 od 315 vetrnic v Indiji (Gujarat)

Vodna para in dež ne smejo zmrzovati na listih rotorja

Hrup, ki ga povzročajo vetrnice je lahko moteč- mehanski hrup (zaradi generatorja in menjalnika)- aerodinamični hrup (zaradi obtekanja zraka)

na Švedskem imajo standard 400 m od vetrnice hrup največ 45 dB

VPLIV VETRNIC NA OKOLJE


Morebitno onesnaževanje okolja zaradi olja (nekaj 100 litrov pri velikih vetrnicah)

Ne smemo jih postavljati med oddajnike in sprejemnike elektromagnetnega sevanja

Pred izgradnjo je potrebno analizirati vpliv vetrnice naizgled pokrajine

nastanek vetrov

Documents