Výpočet výroby energie větrnou turbínou

Na internetu, včetně našich webových stránek, je zveřejněno mnoho článků o tom, jak vypočítat systém se solárními panely pro konkrétní dům, chatu, kancelář nebo průmyslovou budovu. Není možné se nedotknout tématu výpočtu systému obsahujícího větrný generátor.

Jemnosti výpočtu energie generované větrným generátorem

Větrný generátor v systému mimo síť je mimořádně užitečný. Především proto, že jeho produkce nemá výraznou závislost na ročních obdobích. Solární panely fungují dobře v létě a špatně v zimě, zatímco větrné turbíny zůstávají účinné v zimě. Je důležité, aby byly silné větry obvykle pozorovány za oblačného počasí, takže kombinované použití větrných generátorů a solárních panelů je zcela oprávněné.

Hlavním problémem větrných turbín je, že jsou neúčinné při nízkých rychlostech větru. Když se podíváte pozorně na křivku výkonu versus rychlost větru, zjistíte následující: turbína se začne otáčet pouze při rychlosti větru asi 3 metry za sekundu a více či méně patrné, výroba energie začne až v 7 metrech za sekundu.

Větrné generátory jsou docela účinné v pobřežních oblastech nebo ve vyšších nadmořských výškách, kde je rychlost větru vyšší a vítr je častější. Na většině území Ruska je průměrná rychlost větru 4-5 metrů za sekundu, což vytváří nepříznivé podmínky pro použití větrných generátorů. Data jsou však zprůměrována, takže energetický potenciál konkrétní oblasti by měl být studován, pokud existuje podezření, že větrný generátor může být účinný.

Pro zvýšení provozní účinnosti větrných elektráren se používají různá technická řešení:

• Větrný generátor je umístěn na vysokém stožáru. Uveďme příklad: pokud zvýšíte výšku stožáru z 5 na 20 metrů, výkon se zvýší 2krát;
• Používají se větrné generátory s vertikálními lopatkami. Vertikální turbíny jsou účinnější při nízkém větru a jsou také méně hlučné, nicméně jejich cena je výrazně vyšší než u horizontálních;
• používají se speciální regulátory nabíjení, které při nízké rychlosti větru nejprve umožní roztočení lopatek a teprve potom připojí zátěž. V tomto režimu větrný generátor vyrábí určité množství energie, i když malé, při slabém větru.

On-line kalkulačka pro výpočet energie větrného mlýna

Přejděme nyní k metodám výpočtu systémů s větrnými elektrárnami. Při koupi zařízení budete znát jeho deklarovaný jmenovitý výkon a v návodu najdete i graf závislosti výkonu vyrobeného „větrným mlýnem“ na rychlosti větru. S těmito údaji je poměrně obtížné odhadnout množství vyrobené energie, takže pro další uvažování je třeba použít některý ze speciálních programů, které zohledňují meteorologická data ve vaší oblasti. Zveme vás k využití pohodlné služby – on-line kalkulačky na našich webových stránkách. Program zohledňuje umístění instalace, výšku stožáru a také terén. Pokud má elektrárna solární panely, může kalkulátor provádět výpočty pro celý systém a získávat data a grafy celkové i samostatné výroby energie.

Obr. 1. Výpočet denní spotřeby (vytížení).

Obr.2. Výběr solárních panelů a větrných turbín. Individuální rozvrhy průměrné denní produkce.

Obr.3. Nahrání grafu průměrné denní produkce všech zdrojů energie.

Nezapomeňte, že program nemůže brát v úvahu vliv místních prvků (objekty, stromy, obklopující budovy atd.), které stíní solární panely nebo vnášejí do proudění vzduchu turbulence, tyto faktory je třeba brát v úvahu samostatně.

Siemens SWT-7.0-154

Kdo řekl, že větrné turbíny nejsou schopny konkurovat ve výkonu jaderným elektrárnám? Podívejte se na největší větrnou turbínu světa Siemens SWT-7.0-154. Na rozsáhlé ploše 18 600 m² tento gigant sám o sobě generuje maximální výkon 7 MW při rychlosti větru 13-15 m/s. Několik stovek těchto větrných turbín – a máte jadernou elektrárnu.

SWT-7.0-154 je vlajkový model společnosti Siemens. V jeho názvu je zakódován vyrobený výkon (7 MW) a průměr rotoru s lopatkami (154 m). Nahradil předchozí vlajkovou loď SWT-6.0-154, od které se v technických specifikacích prakticky neliší, je však vybaven výkonnějšími magnety. Silnější magnetické pole umožňuje generovat více elektřiny se stejným průměrem. Jinými slovy, u tohoto VEN je parametr výkonu na metr čtvereční zametací plochy přibližně o 16,7 % vyšší.

Větrný generátor se zapíná při minimální rychlosti větru 3-5 m/s a generovaný výkon se progresivně zvyšuje až na maximum 7 MW při rychlosti větru 13-15 m/s. Když rychlost větru dosáhne 25 m/s, generování se zastaví.

Zdálo by se, že při takové rychlosti větru by se lopatky větrné turbíny měly rychle otáčet, ale absolutně tomu tak není. Ve skutečnosti se otáčejí pomalu a plynule a dělají pouze 5-11 otáček za minutu. To znamená, že tři lopatky provedou plnou rotaci asi za 5-12 sekund, v závislosti na rychlosti větru.

Silnější magnetické pole nového modelu také znamená, že se turbína hůře točí. Pro dosažení stejné rychlosti otáčení 5-11 ot./min a maximálního generovaného výkonu (7 MW místo 6 MW) vyžaduje tato turbína zvýšenou rychlost větru: 13-15 m/s místo 12-14 m/s. V souladu s tím je jeho počáteční rychlost generování větru vyšší. Proto se tento obří model nejoptimálněji hodí pro umístění v oblastech s poměrně silným větrem, nejlépe v moři.

Uvnitř turbíny není převodovka (převodovka), jedná se o systém přímého pohonu spojený se synchronním alternátorem s permanentním magnetem. Protože rychlost generátoru určuje napětí a frekvenci proudu, špinavý střídavý proud se převádí na stejnosměrný a poté zpět na střídavý, než je dodáván do sítě.

V oblasti větrné energie dochází v posledních letech k velmi rychlému vědeckotechnickému pokroku. Doslova každý rok se objevují nové modely větrných turbín s větším výkonem a účinností. Velké i malé, určené pro celé vesnice nebo jednotlivé domy, pro vysoké rychlosti větru na moři nebo pro průměrné rychlosti větru nad střechou soukromého domu.

Například světový rekord maximálního vyrobeného výkonu nepatří Siemensu, ale jiné turbíně od jiného německého výrobce Enercon E126, která vyrábí až 7,58 MW. Video ukazuje proces instalace takové turbíny.

Výška stojanu Enercon E126 je 135 m, průměr rotoru 126 m, celková výška včetně lopatek 198 m Celková hmotnost základu turbíny je 2500 tun a samotného větrného generátoru 2800 tun. Samotný elektrický generátor váží 220 tun, rotor s lopatkami váží 364 tun. Celková hmotnost celé konstrukce se všemi díly je 6000 tun. První instalace tohoto typu byla instalována poblíž Emdenu v Německu v roce 2007, i když v této modifikaci byl maximální výkon menší.

Obří větrné generátory jsou však poměrně drahé. Jedna taková 7 MW větrná turbína bude stát 14 milionů dolarů včetně instalace, pokud si všechny práce objednáte u certifikovaných německých specialistů. Samozřejmě, pokud ovládáte výrobu ve své zemi, naštěstí je kovu dostatek, pak lze náklady několikrát snížit. Kdo ví, možná by takový gigantický národní stavební projekt zaměstnal obyvatele země a pomohl dostat se z ekonomické krize.

Jedna z posledních jaderných elektráren ve výstavbě ve východní Evropě, běloruská JE, dostane dva energetické bloky s reaktory VVER-1200 o výkonu 1200 MW každý. Zdálo by se, že několik stovek větrných turbín Siemens je srovnatelných s jadernou elektrárnou. Náklady na stavbu jsou přibližně stejné, ale „palivo“ je zdarma. Zajímavé je, že běloruská jaderná elektrárna se staví v oblasti, kde je podle klimatických údajů za roky 1962-2000 téměř nejvyšší průměrná roční rychlost větru v Bělorusku. Ale ve skutečnosti je tato „nejvyšší“ průměrná roční rychlost větru jen asi 4 m/s (ve výšce 10 m), což sotva stačí na provoz větrné turbíny na minimální výkon.

Před instalací byste měli zkontrolovat roční mapu větru v oblasti nasazení s údaji o průměrném měrném výkonu proudění větru v nadmořské výšce 100 m a výše. Bylo by dobré vypracovat takové mapy pro celé území republiky, abychom našli nejoptimálnější místa pro stavbu větrných turbín. Je třeba mít na paměti, že rychlost větru silně závisí na výšce, což je dobře známo obyvatelům výškových budov. Normální televizní předpovědi počasí uvádějí rychlost větru ve výšce 10 m nad zemí, ale u větrné turbíny by měla být rychlost měřena ve výšce 100-150 m, kde je vítr mnohem silnější.

Takoví obři jsou tedy nejoptimálněji vhodní pro instalaci v moři, několik kilometrů od pobřeží, ve vysoké nadmořské výšce. Pokud například nainstalujete takové instalace podél severního pobřeží Ruska s krokem 200 metrů, pak maximální výkon pole bude 690,3 GW (pobřeží Severního ledového oceánu je 19724,1 km). Rychlost větru by tam měla být přijatelná, jen při vylévání základů se budete muset vypořádat s permafrostem.

Pravda, z hlediska provozní stability nebudou větrné turbíny nikdy srovnatelné s jadernými elektrárnami nebo vodními elektrárnami. Zde musí energetici neustále sledovat předpověď počasí, protože generovaný výkon přímo závisí na rychlosti větru. Vítr by neměl být příliš silný a ne příliš slabý. Bylo by dobré, kdyby větrné turbíny produkovaly v průměru alespoň třetinu maximálního výkonu.

• větrná turbína
• větrná energie
• Siemens SWT-7.0-154
• Siemens SWT-6.0-154
• Enercon E126