Turbiny wiatrowe
Download as PPTX, PDF0 likes5,026 views
Rozwizania konstrukcyjne elektrowni wiatrowych, wirnik坦w, opat, wie甜, generator坦w
![Technik.teleinformatyk 312[02] o2.01_u](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/technik-160830231352-thumbnail.jpg?width=560&fit=bounds)
![Zecharia Sitchin Zaginiona Ksi辰Ga Enki[1]](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/zechariasitchin-zaginionaksigaenki1-091109083941-phpapp02-thumbnail.jpg?width=560&fit=bounds)
More Related Content
Viewers also liked (20)
Similar to Turbiny wiatrowe (6)
More from ZS-Lobez (20)
Turbiny wiatrowe
- 1. Rozwizania konstrukcyjne elektrowni wiatrowych, wirnik坦w, opat, wie甜, generator坦w Technik urzdze i system坦w energetyki odnawialnej
- 2. Turbina jest jednym z podstawowych element坦w elektrowni wiatrowej. Turbina to silnik przepywowy wykorzystujcy energi przez ni przepywajc do wytwarzania energii mechanicznej. Podstawowym elementem ka甜dej turbiny jest opatka, kt坦ra jest przymocowana do piasty, tarczy lub bbna. opatki s przymocowane na caym obwodzie bbna lub tarczy, tworzc tak zwany wieniec opatkowy lub palisad opatkow. Piasta, bben bd添 tarcza jest osadzona na wale; czasem s one wykonane jako jeden element. Wa razem z piast /tarcz /bbnem i wiecem opatkowym stanowi wirnik turbiny, na kt坦rym generowany jest moment obrotowy. Wyr坦甜niamy kilka typ坦w turbin wiatrowych, midzy innymi turbiny: karuzelowe, bbnowe, migowe i wieloopatowe. Najczciej (na farmach wiatrowych) mo甜na spotka turbiny migowe tr坦jpatowe, kt坦re maj okoo 100 metr坦w wysokoci i wirnik ustawiony w kierunku, z kt坦rego wieje wiatr. Na przykadzie wanie takiej turbiny, migowej tr坦jpatowej, zostanie om坦wiona budowa wiatraka.
- 3. Budowa turbiny: 1. Fundament 2. Wyjcie do sieci elektroenergetycznej 3. Wie甜a 4. Drabinka wejciowa 5. Serwomechanizm kierunkowania elektrowni 6. Gondola 7. Generator 8. Wiatromierz 9. Hamulec postojowy 10. Skrzynia przekadniowa 11. opata wirnika 12. Siownik mechanizmu przestawiania opat 13. Piasta
- 4. Wie甜a powinna by przede wszystkim wytrzymaa. Dla wikszych turbin wie甜e wykonywane s w postaci stalowej rury. Mo甜na spotka si z wie甜 - kratownic lub 甜elbetonow rur. Przy maych turbinach stosuje si maszt. wie甜a- kratownica wie甜a- maszt
- 5. Przyjmuje si powszechnie, 甜e dla elektrowni o mocy do 2 kW, ze wzgldu na ci甜ar gondoli, mo甜na stosowa maszty z odcigami linowymi. Maszt umocowany jest na stalowym, obrotowym sworzeniu, umocowanym na sztywno w ziemi. Odcigi rozpite pod ktem okoo 600 usztywniaj maszt w pionie. Wad takiego rozwizania jest haas generowany przez wiatr wiszczcy midzy linami.
- 6. Dla wikszych mocy ze wzgldu na konieczno stosowania wy甜szych wie甜 lepszym rozwizaniem s maszty wolno stojce, w postaci kratownicy lub penego supa. Ze wzgldu na koszty (materia, transport, monta甜, konserwacj) dla cel坦w maych elektrowni wiatrowych korzystniej jest stosowa wie甜e kratownicowe. Poza tym, 甜e s l甜ejsze, maj jeszcze jedn zalet: z du甜ej odlegoci s niewidoczne, z uwagi na a甜urowo konstrukcji. Dziki temu nie zak坦caj tak harmonii naturalnego krajobrazu jak konstrukcje supowe.
- 7. Kratownic unosi si za pomoc wolnego odcigu, asekurujc z drugiej strony lin. Obr坦t nastpuje wok坦 osi sworzeni. Po postawieniu na fundamencie pozostae stopy mocuje si do podo甜a trwale. Kratownic mo甜na te甜 zmontowa na miejscu poprzez skrcanie ze sob kolejnych segment坦w konstrukcji. Wad jest konieczno zmontowania caej kratownicy na miejscu i stosunkowo mniejsza 甜ywotno w stosunku do maszt坦w supowych. Dziaajce w okresie pracy generatora siy dynamiczne ograniczaj trwao takich konstrukcji do okoo 20 lat.
- 8. Wirnik to najwa甜niejsza cz elektrowni wiatrowej. Przechwytuje on energi kinetyczn wiatru i przekazuje j do generatora. Wirnik jest osadzony na wale, poprzez kt坦ry napdzany jest generator. Najczstsza prdko obrotu wirnika to 15-20 obr./min. Typowy generator asynchroniczny wytwarza energi elektryczn przy prdkoci 1500 obr./min. Najczciej spotykane s wirniki tr坦jpatowe, kt坦re zbudowane s z w坦kna szklanego wzmocnionego poliestrem. W piacie wirnika znajduje si serwomechanizm pozwalajcy na ustawianie kta nachylenia opat (skoku). Gondola obraca si o 360 stopni, zawsze ustawia si pod wiatr. Mo甜no obracania si gondoli zapewnia zainstalowany na szczycie wie甜y silnik. Obr坦t gondoli odbywa si dziki przekadni zbatej w silniku. Ponadto w gondoli znajduj si: transformator, o甜yska, ukady smarowania oraz hamulec zapewniajcy zatrzymanie wirnika w sytuacjach awaryjnych.
- 9. 1) sterownik piasty 2) cylinder systemu sterowania opatami 3) o g坦wna 4) chodnica oleju 5) skrzynia przekadniowa 6) sterownik VIP z konwerterem 7) hamulec postojowy 8) d添wig serwisowy 9) transformator 10) piasta wirnika 11) o甜ysko opaty 12) opata 13) ukad blokowania wirnika 14) ukad hydrauliczny 15) tarcza hydraulicznego ukadu hamowania wirnika 16) piercie ukadu kierunkowania 17) rama 18) koa zbate ukadu kierunkowania 19) generator 20) chodnica generatora.
- 10. opaty wirnika maj odpowiedni sztywno, by przy mocniejszym wietrze nie doszo do ich zderzenia z wie甜. Materia, z kt坦rego opaty s zbudowane, powinien by trway i wytrzyma cay cykl 甜ycia siowni, czyli minimum 20 lat. Pomimo swej trwaoci opaty s lekkie. Od ksztatu koc坦wki pata zale甜y, jaki poziom haasu opaty bd generowa. Produkuje si je, aby wytrzymay ewentualny dodatkowy ci甜ar zwizany z mo甜liwym oblodzeniem. S odporne na wyadowania atmosferyczne. Ksztat opat zapewnia im odpowiednie wasnoci aerodynamiczne i cile wi甜e si z dziaaniem siy nonej. Rysunek poni甜ej przedstawia przekr坦j skrzyda oraz spos坦b, w jaki porusza si dookoa powietrze.
- 11. Generator ma za zadanie zamieni energi mechaniczn w elektryczn. Jego konstrukcja troch r坦甜ni si od typowych prdnic. Jest to spowodowane midzy innymi tym, 甜e 添r坦do mocy (wirnik turbiny wiatrowej) dostarcza zmieniajcy si, w zale甜noci od warunk坦w wiatrowych, moment napdowy. Elektrownie wiatrowe wykorzystuj moc wiatru w zakresie jego prdkoci od 4 do 25 m/s. Przy prdkoci wiatru mniejszej od 4 m/s moc wiatru jest niewielka, a przy prdkociach powy甜ej 25 m/s ze wzgld坦w bezpieczestwa elektrownia jest zatrzymywana.
- 12. Generatory asynchroniczne stosowane w elektrowniach wiatrowych budowane s czsto jako maszyny o zmiennej (przeczalnej) liczbie par biegun坦w (zazwyczaj o 2 lub 3 parach biegun坦w). Znane s r坦wnie甜 konstrukcje zawierajce dwa niezale甜ne generatory w jednej obudowie. W tym przypadku zasada dziaania jest nastpujca. Przy sabych wiatrach pracuje may generator, kt坦rego prdko synchroniczna jest r坦wna 750 obr./min, natomiast kiedy prdko wiatru wzrasta, wczany jest tzw. du甜y generator, kt坦rego prdko synchroniczna to 1500 obr./min.
- 13. Stosunkowo maa prdko obrotowa koa wiatrowego (wirnika turbiny wiatrowej), kt坦ra wynosi nie wicej jak 40 obr./min oraz stosowanie generator坦w szybkoobrotowych wymusza zastosowanie przekadni midzy wirnikiem turbiny a generatorem o przekadni zazwyczaj wikszej ni甜 60. Pomimo wzgldnie maej prdkoci ktowej koa wiatrowego koniec opaty wirnika osiga bardzo du甜e prdkoci liniowe, czsto wiksze ni甜 60 m/s (216 km/h) w stanie pracy ustalonej i jeszcze nieco wiksze w stanach przejciowych. Energia elektryczna jest wytwarzana w czasie pracy elektrowni wiatrowej przy prdkociach wiatru od 3 m/s do max. 25 m/s. Przy maksymalnej prdkoci wiatru, w celach bezpieczestwa nastpuje automatyczne zatrzymanie pracy elektrowni poprzez zadziaanie hamulca hydraulicznego. Moc znamionowa elektrowni jest osigana przy do du甜ej, jak na warunki polskie, prdkoci wiatru, r坦wnej w zale甜noci od konstrukcji wiatraka od 12 do 16 m/s.
- 14. Cech generator坦w asynchronicznych jest wystpowanie zjawiska polizgu, a wad konieczno zasilenia uzwojenia stojana (namagnesowania) przed rozpoczciem pracy. Wykorzystywanie generator坦w asynchronicznych wymusza stosowanie skrzynek przekadniowych w konstrukcji elektrowni wiatrowej, przez co gondola musi by bardzo rozbudowana. Przykad elektrowni wiatrowej z przekadni - Nordex
- 15. Drugim typem elektrowni wiatrowych s elektrownie bezprzekadniowe wyposa甜one w generatory synchroniczne, np. firmy VENSYS. Generator synchroniczny nie jest w tym przypadku czony z systemem elektroenergetycznym bezporednio, a przez przeksztatnik energoelektroniczny. Brak przekadni i maa prdko koa wiatrowego (do 40 obr./min) wymuszaj stosowanie generator坦w synchronicznych specjalnych konstrukcji tj. z bardzo du甜 liczb par biegun坦w - dochodzc do kilkudziesiciu. Opis: 1. opata wirnika, 2. Zamocowanie centralne, 3. System ustawiania opaty 4. Wirnik generatora 5. Stator generatora 6. System nakierowania 7. System pomiaru wiatru 8. Podstawa urzdzania 9. Wie甜a 10. Dodatkowy wycig Gondola turbiny firmy VENSYS
- 16. Najwiksz pracujc na wiecie turbin typu Darriusa jest siownia o mocy 4MW zainstalowana na farmie Cap Chat na terytorium Kanady. rednica dwupatowego wirnika w najszerszym miejscu wynosi 64 m. Turbina, kt坦rej czas eksploatacji to okoo 30 lat, pracuje przy prdkoci wiatru (4,5-22,5) m/s. Przy wy甜szych prdkociach siownia jest wyczana i blokowana. Podstawowa wada wirnik坦w o pionowej osi obrotu to praktycznie zerowy moment startowy, dlatego wymagaj one wstpnego rozruchu. W celu wyeliminowania tej niedogodnoci opracowano liczne modyfikacje zwizane ze zmiennymi ktami nachylenia lub poo甜enia opat wirnik坦w.
- 17. Jednym z rozwiza turbiny typu Darrieusa jest turbina wiatrowa wyposa甜ona dodatkowo w dwa pomocnicze wirniki typu Savoniusa. Inne rozwizanie to konstrukcja samorozruchowej turbiny Darriusa, gdzie w czci centralnej wirnika umieszczono system opatek rozruchowych, kt坦re umo甜liwiaj start przy prdkoci wiatru 3,6 m/s. Przy optymalnej prdkoci wiatru r坦wnej 10,5 m/s uzyskiwana moc wynosi 400 kW. Obecnie siownie wiatrowe z wirnikiem Darrieusa s wyposa甜one najczciej w dodatkowe silniki elektryczne, kt坦re wymuszaj ich pocztkowy rozruch.
- 18. Inn odmian wirnika jest rozwizanie o nazwie H-Darrieus (ksztat litery H). Konstrukcja odznacza si du甜 sprawnoci oraz prostsz konstrukcj w stosunku do rozwiza tradycyjnych, gdy甜 opaty wirnika s proste i umieszczone w osi pionowej. Turbiny tego typu osigny stosunkowo du甜e wartoci mocy jednostkowej, sigajce nawet 300 kW. W turbinie H Darrieusa opaty wirnika znajduj si w maksymalnej dla tego rozwizania odlegoci od osi obrotu. W czasie ruchu obrotowego, gdy jedna z opat pracuje pod wiatr, druga z opat (znajdujca si po przeciwnej stronie) stanowi dla niej op坦r, co w konsekwencji powoduje zmniejszenie sprawnoci takiego rozwizania.
- 19. Turbiny firmy Wind Harvest to zespoy o wikszej liczbie opat, atwe w monta甜u, kt坦re nie sprawiaj trudnoci w posadowieniu ze wzgldu na stosunkowo niedu甜e rozmiary oraz prost konstrukcj. Rotacja w osi pionowej, odpowiednio dobrana dugo ostrzy i inne mechanizmy zostay zaprojektowane w taki spos坦b, 甜e siownie Windstar s du甜o cichsze ni甜 inne turbiny. Windstar 3000 jest turbin o wysokoci 1,5 m i szerokoci 2,3 m, mogc pracowa przy prdkociach wiatru w zakresie (4,5-30) m/s. Moc znamionowa wynosi 75 kW. Mo甜na j osign w kr坦tkim czasie i przy r坦甜nych prdkociach wiatru. Zalet jest instalacja bezporednio na powierzchni ziemi, bez koniecznoci budowania wysokich i drogich konstrukcji nonych.
- 20. Innym rozwizaniem wirnik坦w typu Darrieusa s turbiny miejskie. Zastosowanie wirnika w postaci potr坦jnej helisy o pionowej osi obrotu zdecydowanie obni甜yo poziom generowanego haasu oraz uniezale甜nio warto produkcyjnej energii elektrycznej od kierunku i porednio od energii wiatru.
- 21. Innym rozwizaniem siowni wiatrowych o pionowej osi obrotu jest wirnik skonstruowany przez S. J. Savoniusa. Wirnik ten ma znacznie mniejsz sprawno od typowych generator坦w o poziomej osi obrotu, a tak甜e od turbiny typu Darrieusa. Zalet jest prosta konstrukcja, du甜y moment rozruchowy oraz praktycznie bezgona praca samego wirnika. Do wad mo甜na zaliczy nisk sprawno i zwizan z tym konieczno powikszenia rozmiar坦w w celu zwikszenia uzyskanej mocy.
- 22. Zalet rozwizania tego typu jest mo甜liwo pracy w bardzo du甜ym zakresie prdkoci: od 1,5 do 60 m/s. Takie siownie ju甜 przy powierzchni opat wynoszcej 2 m kwadratowe osigaj moc 50 W. Cakowita masa siowni wiatrowej wynosi 200 kg. Napd z wirnika przenoszony jest bezporednio na prdnic, bez koniecznoci stosowania przekadni zbatych. Dziki temu siownie s stosunkowo lekkie i niedrogie, co pozwala instalowa je na obiektach, budynkach, murach, wie甜ach (nawet w zestawy skadajce si z kilku lub kilkunastu jednostek).
- 23. S to instalacje, kt坦re nie wymagaj kosztownych konstrukcji nonych, niskoszumowe, nie powoduj wibracji mogcych uszkodzi budynek, a tak甜e stosunkowo niedrogie, atwe w konserwacji i monta甜u. Turbina o poziomej osi obrotu skada si z piciu migie umieszczonych w piercieniu o rednicy (1,6-2,1) m w zale甜noci od mocy. Do rotora przymocowane s dwie tzw. petwy ogonowe ukierunkowujce turbin na najlepsze warunki wiatrowe oraz wyczajce turbin przy du甜ych prdkociach wiatru. Czci ruchome turbiny wykonane s z w坦kien wglowych wzmacnianych wewntrznym rdzeniem kewlarowym. Zastosowanie piciu migie powoduje, 甜e jest to turbina strukturalnie mocniejsza i bardziej wytrzymaa od typu rozwizania z trzema migami. Zastosowany piercie spenia kilka funkcji, np. zmniejsza powstajcy haas przez zapobieganie przepywowi powietrza poza kocami migie. Sto甜kowaty ksztat piercienia zasysa wiatr, zwikszajc jego prdko w obrbie wirnika oraz wzmacnia trwao i stabilno caej konstrukcji.
- 24. Najwiksze farmy wiatrowe: 1. Tymieniec -zachodniopomorskie - elektrownia wiatrowa o mocy 50 MW 2. Kisielice - pomorskie - elektrownia wiatrowa o mocy 40,5 MW 3. Zag坦rze - zachodniopomorskie - elektrownia wiatrowa o mocy 30 MW. W Polsce zainstalowano 142 elektrownie wiatrowe o cznej mocy 216 MW. W trakcje realizacji: elektrownie wiatrowe o mocy 180 MW na Podkarpaciu i Dolnym lsku.
- 25. 1. Boczar T., Energetyka wiatrowa, Wydawnictwo PAK, Warszawa 2007. 2. http://www.windenergy.pl/ 3. http://www.elektrownia-wiatrowa.pl/