Одговорот Зошто ветерните турбини имаат екстремно тенки лопатки?
Областа на роторот е ирелевантна за перформансите. Но, како ја добивате најдобрата енергија од ветерната турбина? Читателот на КР, Стефан, сакаше да го знае тоа. Побарав совет од експертите за КР. Тоа е твојот одговор.
Ветерот веќе снабдува повеќе од осум проценти од целата енергија низ Германија и сочинува повеќе од една третина од сите обновливи извори. Оф-шор енергијата нуди огромен потенцијал во мешавината на електрична енергија во иднина. Единаесет системи во Северното Море и два во Балтичкото Море во моментов нè снабдуваат со електрична енергија. На копно, т.е. во земјата, има значително повеќе, иако со помал излез. Во минатото, сепак, предвидувањата за офшор-постројките требаше да се ревидираат надолу повторно и повторно, бидејќи нивната мрежна врска беше тешка.
Друг важен предуслов за ветерни турбини беше создаден пред 100 години благодарение на пресметките на физичарот Алберт Бец. Бец исто така беше производител на авиони. Ги утврди оптимално остварливите перформанси, т.н. максимален коефициент на изведба. Ветерната турбина не може целосно да ја претвори кинетичката енергија на ветерот во механичка ротациона енергија.
Книгата на Бец „Енергија на ветерот и нејзино искористување од ветерници“ е достапна тука како PDF.)
Читателот на Krautreporter, Стефан, си го поставува прашањето за изградбата на турбините: „Бидејќи ги видов првите ветерни турбини пред 15 години, постојано се прашувам зошто имаат толку екстремно тенки ножеви. Изгледа дека тие сочинуваат само околу пет проценти од површината на кругот. Зарем подебелите лисја нема да можат да претворат повеќе енергија во електрична енергија затоа што има поголем вртежен момент и отпор? “Вие, драги експерти за известувачи на тревки, ми испративте бројни одговори. Themе ги сумирам во овој пост. (Можете да ги најдете сите детални статии во областа на членовите - ве молиме најавете се. Станете член? Еве како.)
На кратко, ширината на сечилата одговара на оптималниот аеродинамичен профил. Но, што точно значи тоа? Членот на Краутрепортер, Нилс детално го опишува начинот на дејствување. 26-годишник студира машинско инженерство и електротехника и се занимава со обновливи извори на енергија, напојување и проблеми со одржливоста.
„Тие копираа технологија од еден од најголемите пронајдоци на 20 век - авионот. Крило на денешните ветерни турбини работи на ист начин како крилото на авионот; не се користи отпорноста на протокот на воздух, туку е подигнувањето. Подигнувањето на крило е предизвикано од разлики во притисокот помеѓу горниот и долниот дел. Истото прашање е зошто крилјата на џамбо-авионите се толку тесни кога треба да држат стотици тони во воздухот. Ако го пресечете крилото, можете да видите закривен профил на крило. Ова осигурува дека влезниот воздух треба да поминува подолго растојание на врвот отколку на дното. Ова значи дека воздухот над него има поголема брзина и притисокот е намален. Спротивното се наоѓа на долната страна: воздухот е навлажнет и притисокот се зголемува. Крилото е вовлечено и потиснато одоздола - и го зема целиот авион горе со себе “.
За секој прстен дел (dr), Betz ја определи оптималната длабочина на ножот t (r) во зависност од бројот на ножеви (z), односот на брзината (λ), коефициентот на подигнување (ca) на избраниот профил и радиусот (R) на роторот. Оптималната длабочина на крилото t е функција на радиусот r.
„Овие услови, сепак“, продолжува Нилс, „не можат да се создадат само на кое било крило. Кога воздухот тече преку крилото, тој се фаќа за површината и се забавува. Ако крилото е премногу широко, забавениот воздух создава огромен отпор во протокот. Ова исто така го сопира леталото во правец на движење (и роторот на ветер во насока на вртење). Сепак, феноменот на застој е уште полош: Ако крилјата се дизајнирани премногу широки, воздухот на крилото може да се забави до тој степен што протокот повеќе не лежи убаво на површината, туку се одделува. И тоа резултира во значителна загуба на пловидбата “.
Или како што пишува морскиот инженер Лука: „Квалитетот на крилото може јасно да се изрази со односот на подигнување до влечење, што резултира во т.н. Познато е дека крилјата имаат особено добри пропорции при лизгање кога се екстремно тенки (како на пример во едрилици, каде што тенок значи однос на распон на крилјата до должината на акордот) “.
„Толку совршено дизајнираните сечила создаваат многу лифт без да создаваат премногу влечење“, вели Нилс. „Спротивното е случајот со премногу широките ножеви. Сега можете да го поставите следното прашање, зошто не користите многу тесни лисја за да покриете поголема површина и да создадете поголема сила. Овие многу сечила (или дури и неколку многу широки) за возврат ќе понудат голема површина на отпор и ветерот ќе се насобере пред роторот, што резултира со помала брзина на проток на сечилата. Со цел да се генерира повеќе подигнување, важно е да се појават големи брзини на проток, затоа се користат помалку крилја за да не се забави премногу влезниот ветер. Овие аеродинамички размислувања, заедно со желбата да се користи што е можно помалку материјал и да не се оставаат оптоварувањата на центарот на роторот, станаа сигурни дека ќе преовладуваат турбините со точно три релативно тесни ножеви “.
Инженерот Ф. објаснува: „За најефикасно можно работење на турбините на ветер (т.н. коефициент на моќност на Бец), односот на оригиналната брзина на ветерот пред системот и брзината на ветерот зад системот е одлучувачки. Подредена улога има бројот на лисја, кои ја претвораат енергијата на протокот на воздух во ротациона енергија. Постојат концепти со значително поголем број сечила, но овие потоа работат со различна брзина од ветерните турбини со три ножеви. Единствениот одлучувачки фактор е областа што ја покрива роторот, бидејќи тоа ја дефинира моќноста што може да се извлече од ветрот “.
Тој цитира од стандардната работа за технологијата на ветерна енергија „Електрани на ветер - основи, дизајн, планирање и работење“, изменето од Роберт Гаш и Јочен Твеле: „Високиот процент на роторот во вкупните трошоци на централата (од 20 до 25 проценти) зборува за најмал можен број на сечила. вкупни трошоци) '[Гаш и Твеле, Виндкрафтанлаген 2010]. Покрај тоа, поради „распределбата на масовните и воздушните сили над областа на роторот,’ роторите со три сечила ’се динамички потивки, што резултира со помало оптоварување на сите компоненти’ [Гаш и Твеле, Виндкрафтанлаген, 2010] “.
Накратко сумирано со зборовите на Рајнхолд: „Областа на роторот е неважна за изведбата. Областа опфатена со сечилата на роторот е одлучувачка “.
Ви благодариме за одговорите на Нилс, Лука, Ф., Том, Д., Маркус, Jonонас, Мартин, М., Маркус, Дагоберт, Гилхерм, Ернст, Харалд, Питер, Исмаел и Рајнхолд.