Aerogeneradores Solener
19.1 Introducción a los Aerogeneradores Solener
Solener fabrica aerogeneradores con potencias hasta 15 kW y sus respectivos reguladores, así como autobombas para extracción de agua. La empresa cuenta con más de 40 años de experiencia en el mercado de las energías alternativas, incluido el campo de la energía eólica.
Los aerogeneradores Solener son especialmente competitivos con una cantidad de recurso eólico apreciable y/o potencias crecientes. Cuando la potencia del sistema aumenta, el coste de la acumulación por baterías se dispara, siendo más eficiente económicamente la utilización de un grupo diésel de apoyo que permite reducir el tamaño de las baterías.
19.2 Partes de un Aerogenerador
Las partes fundamentales de un aerogenerador Solener son:
- ✓ Rotor: Elemento que transforma la energía del viento en energía mecánica. Se compone de palas fabricadas con resina de poliéster y fibra de vidrio sobre una estructura resistente, un eje que transmite el movimiento giratorio y un buje que fija las palas al eje.
- ✓ Multiplicadora: Elemento conectado al rotor que multiplica la velocidad de rotación del eje para alcanzar el elevado número de revoluciones que necesitan las dinamos y los alternadores. Puede ser de poleas dentadas o de engranajes blindados.
- ✓ Generador: Transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Pueden ser dinamos (corriente continua para pequeña potencia) o alternadores (corriente alterna para gran potencia).
- ✓ Góndola: Estructura que resguarda los elementos básicos de transformación de energía. Alberga el eje del rotor, la multiplicadora, el generador y los sistemas auxiliares, incluyendo el sistema de orientación.
- ✓ Torre: Elemento de sujeción que sitúa el rotor a la altura idónea. Construida sobre base de hormigón armado y fijada con pernos.
19.3 Tipos de Aerogeneradores
A) De Eje Horizontal
Aerogeneradores de gran potencia (más de 100 kW): Suelen tener tres aspas de perfil aerodinámico. Necesitan vientos de más de 9 m/s. Tienen uso industrial, disponiéndose en parque o centrales.
Aerogeneradores de baja potencia (0 a 100 kW): Pueden tener hasta veinticuatro aspas, se utilizan en el medio rural y como complemento para viviendas. La potencia oscila desde apenas unos kilovatios hasta el centenar. Son tremendamente útiles en casas aisladas, granjas, campings, sistemas de comunicación y otras para el autoconsumo.
B) De Eje Vertical (VAWT)
En este tipo el eje de rotación es perpendicular a la dirección del viento. Existen dos diseños básicos:
- ✓ Tipo Savonius: Se compone de dos semicilindros de igual diámetro situados paralelamente al eje vertical de giro. La fuerza que el viento ejerce en las caras de los cilindros (cóncava y convexa) es distinta, por lo que las hace girar alrededor del eje. Su campo de aplicación está en la producción autónoma de electricidad o el bombeo de agua.
- ✓ Tipo Darrieus: Están formados por dos o tres palas de forma ovalada de perfil aerodinámico. Presentan un par de arranque muy pequeño. Su potencia es pequeña y están poco implantados.
Los aerogeneradores de eje vertical, debido a su simetría vertical, no necesitan sistemas de orientación para alinear el eje de la turbina con la dirección del viento, su mantenimiento es más sencillo y no es necesario incorporar ningún mecanismo de paso. Las desventajas son que necesitan motor de arranque, presentan menor velocidad de giro y su rendimiento es menor que el de las máquinas de eje horizontal a igual potencia.
19.4 Sistemas de Orientación
A fin de optimizar el aprovechamiento energético del viento, el plano de orientación del rotor debe mantenerse perpendicular a la dirección del viento. Entre los sistemas de orientación cabe distinguir:
- ✓ Veletas de cola: Se usan en pequeñas turbinas, formando parte del conjunto timón-veleta. La orientación del rotor se realiza de forma mecánica, al incidir el viento sobre el timón-veleta y ejerciendo sobre éste un par de fuerzas que hace que el rotor se coloque perpendicularmente a la dirección del viento. Por motivos de seguridad, cuando el viento alcanza una velocidad muy elevada, la veleta se recoge en sí misma girando el aerogenerador y poniendo las palas paralelas al viento.
- ✓ Rotor a barlovento con orientación asistida: Es el sistema más utilizado en grandes aerogeneradores. Incorpora un anemómetro para medir la velocidad del viento y un sensor para la dirección conectados con un ordenador que envía las correspondientes órdenes de control a un servomotor para la orientación del plano de giro del rotor. El servomotor (eléctrico o hidráulico), acciona, a través de un sistema de piñones, una corona dentada que a su vez hace girar el plano del rotor para colocarlo perpendicularmente a la dirección del viento.
19.5 Sistemas de Frenado
Cuando el anemómetro detecta que el viento excede los 25 m/s, el aerogenerador se detiene por motivos de seguridad. Es la llamada velocidad de supervivencia, donde el viento es tan fuerte que puede dañar irremediablemente el aerogenerador.
Los sistemas de frenado incluyen:
- ✓ Freno mecánico: Entre la multiplicadora y el generador. Se utiliza en caso de emergencia, solo si el otro freno, de punta de pala, fallara. También cuando el aerogenerador está siendo reparado, por seguridad.
- ✓ Freno de punta de pala: Sistema principal de frenado.
- ✓ Timón de cola retráctil: Se utiliza en aerogeneradores de poca potencia. Se frena mediante el timón de cola retráctil o cortocircuito de las bobinas del rotor.
- ✓ Cortocircuito de bobinas: Al cortocircuitar el rotor (inducido) se producen fuertes corrientes que establecen campos muy intensos debido a la ley de Lenz en reacción contra el campo estatórico continuo. Por tanto, la energía cinética del rotor y su carga conectada se consume en generar la corriente y tensión rotórica, llevando el rotor rápidamente al reposo.
19.6 Generadores Eléctricos
La función del generador es transformar la energía mecánica en energía eléctrica. En función de la potencia del aerogenerador se utilizan:
- ✓ Dinamos: Son generadores de corriente continua y se usan en aerogeneradores de pequeña potencia, que almacenan la energía eléctrica en baterías.
- ✓ Alternadores: Generadores de corriente alterna para aerogeneradores de gran potencia.
Al girar, el generador se calienta. Para refrigerarlo se utiliza un sistema de radiador por agua que circula por unas tuberías escondidas en la carcasa del generador.
19.7 Controlador del Aerogenerador
Los grandes aerogeneradores necesitan un control constante en todo su desarrollo por lo que se instala en la góndola un sistema de ordenadores que en su conjunto se denomina controlador. Cada vez que debe producirse un cambio en los ajustes de la turbina, es el controlador quien se ocupa de hacerlo. El controlador vigila que todo marche correctamente, en caso contrario avisa.
19.8 Torres
La torre es el elemento de sujeción y el que sitúa el rotor y los mecanismos que lo acompañan a la altura idónea. Está construida sobre una base de hormigón armado (cimentación) y fijado a ésta con pernos. Debe ser suficientemente resistente para aguantar todo el peso y los esfuerzos del viento, la nieve, etc.
Tipos de Torre
- ✓ Torres tubulares de acero: En el caso de los grandes aerogeneradores generalmente se utilizan torres tubulares de acero, fabricadas en secciones de 20-30 metros con bridas en cada uno de los extremos, y son unidas con pernos "in situ". Las torres son tronco-cónicas, es decir con un diámetro creciente hacia la base, con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo ahorrar material. En su base está generalmente el armario eléctrico, a través del cual se actúa sobre los elementos de generación y que alberga todo el sistema de cableado que proviene de la góndola, así como el transformador que eleva la tensión. En el interior o exterior tiene escaleras para acceder a la parte superior. A nivel del suelo se encuentra una puerta para el acceso al interior.
- ✓ Torres de celosía: Son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados. La ventaja básica de las torres de celosía es su costo, puesto que para su fabricación se requiere sólo la mitad de material que en una torre tubular. La principal desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual. En cualquier caso, por razones estéticas, las torres de celosía han desaparecido prácticamente en los grandes aerogeneradores modernos. Son muy comunes en la India, aunque se encuentran en otros países como Alemania y EE.UU.
- ✓ Torres de mástil tensado: Muchos de los aerogeneradores pequeños están construidos con delgadas torres de mástil sostenidas por cables tensores. La ventaja es el ahorro de peso, y por lo tanto, de costo. Las desventajas son el difícil acceso a las zonas alrededor de la torre, lo que las hace menos apropiadas para zonas agrícolas. Las torres tubulares son las que ofrecen una vista más agradable, pero son las más costosas y, a menos que estén articuladas para arriarlas, son también las que ofrecen más dificultades a la hora de efectuar el mantenimiento de la turbina. Las torres con tensores son las menos costosas.
19.9 Cimentación
Se realiza un agujero lo suficientemente grande (dependerá de la altura) para soportar los fuertes vientos que recibe el aerogenerador, cuanto mayor sea la altura los momentos de fuerza que recibe la parte superior del aerogenerador serán mayores.
La cimentación se realiza con hormigón armado con un enrejado de hierro para mantenerlo en su sitio. Alrededor de la cimentación se coloca un conductor desnudo de cobre de protección, la puesta a tierra. En el caso de que le caiga un rayo al aerogenerador bajaría por los conductores que se instalan en la torre para tal efecto y toda la energía se volcaría a tierra.
19.10 Instalación
Una vez compactado el hormigón e instalada la puesta a tierra, la parte inferior de la torre se cuela dentro del hormigón, una vez colocada se puede poner el resto de la torre encima.
Se transporta la torre, la góndola y el rotor hasta el lugar para comenzar su instalación. Cuando la primera fase está instalada se añade la segunda y se atornilla y suelda una con otra. Las soldaduras se comprueban que estén perfectas mediante ultrasonidos.
Para colocar la góndola encima de la torre los operarios deben sujetarla con cuerdas y moverla para encajarla correctamente, al igual que las palas. Por último se sitúa el rotor en su lugar y acaba la operación, que puede llevar días por la precisión necesaria.
19.11 Potencia del Viento
Pw = ρ · Cp · ½ · A · Vw³
Donde:
- Pw es la potencia debido al viento (W)
- ρ es la densidad específica del aire (un valor típico es 1,225 kg/m³)
- Cp es el coeficiente de eficiencia aerodinámica (es una magnitud adimensional)
- A es el área barrida por las palas de la turbina (m²)
- Vw es la velocidad del viento (m/s)
Cálculo de la longitud de la pala:
Si se tiene la potencia del aerogenerador y la velocidad del viento:
A = P / (ρ · Cp · ½ · Vw³)
r = √(A/π)
Donde r es el radio, que será la longitud de la pala.
19.12 Modelo del Viento
En un sistema de conversión de energía eólica es necesario modelar adecuadamente el comportamiento espacial y temporal del viento. Especialmente importante es conocer cómo afectarán ráfagas y cambios rápidos en rampa al comportamiento dinámico de la máquina y su repercusión en la calidad de la energía entregada a la red.
También es interesante tener un modelo de las variaciones aleatorias que sufre continuamente el flujo de aire. Con estas cuatro componentes se consigue un modelo razonablemente flexible para el estudio de las perturbaciones debidas al viento:
- ✓ Rampa: Cambios graduales en la velocidad
- ✓ Base: Velocidad media del viento
- ✓ Ráfaga: Aumentos bruscos de corta duración
- ✓ Ruido: Variaciones aleatorias continuas
19.13 Evaluación del Recurso Eólico
Para una buena explotación de un aerogenerador de gran potencia se realiza un estudio muy detallado del lugar donde se pretende realizar el parque eólico. Estos estudios del viento pueden durar todo un año, se debe tener en cuenta que son grandes inversiones y que por lo tanto la explotación del parque debe asegurar que se reciben vientos de más de 35 km/h el 85% anual.
19.14 Elección del Aerogenerador Aislado
Para saber qué potencia necesitamos en el aerogenerador de una instalación aislada de red, debemos saber la capacidad útil de las baterías, con ese valor y el máximo que permite de intensidad de carga sabremos la intensidad máxima que obtendremos del aerogenerador.
Cu = Cn · Pd
Donde:
- Cu: máxima capacidad que podemos utilizar en la batería
- Cn: capacidad nominal de la batería obtenida en el desarrollo de la instalación fotovoltaica (Batería instalada)
- Pd: profundidad de descarga. Máxima descarga de la batería instalada. Monoblock, 60%. Modular, 80%.
Una vez obtenida la capacidad útil se calcula la intensidad máxima de carga (Ic) que es el 10% de ésta, en carga normal el 6%.
Ic10 = Cu · 0.1
Ic6 = Cu · 0.06
Con la intensidad obtenida y la tensión de trabajo en cc, podremos saber el rango de potencia del aerogenerador.
Potencia máxima: Paero10 = Ic10 · Vn
Potencia mínima: Paero6 = Ic6 · Vn
19.15 Sistemas Híbridos con Aerogeneradores
La instalación más común de este tipo de aerogeneradores es como complemento de una instalación fotovoltaica conectándolo en paralelo con la misma. Su cometido es principalmente tener las baterías de la instalación siempre cargadas por lo que es un apoyo a la instalación fotovoltaica, por ese motivo la intensidad que genere no puede ser mayor de la máxima que entre en las baterías, esta intensidad es controlada por un regulador específico para el aerogenerador y conectado a las baterías para cortocircuitar el aerogenerador cuando las baterías estén cargadas y que no trabaje en vacío.
Además de la configuración eólico–diesel, existen otras posibilidades de sistemas híbridos como eólico–fotovoltaico, fotovoltaico–diesel, eólico–fotovoltaico–diesel, etc.
19.1 Introduction aux Aérogénérateurs Solener
Solener fabrique des aérogénérateurs avec des puissances jusqu'à 15 kW et leurs régulateurs respectifs, ainsi que des autopompes pour l'extraction d'eau. L'entreprise compte plus de 40 ans d'expérience sur le marché des énergies alternatives, y compris le domaine de l'énergie éolienne.
Les aérogénérateurs Solener sont particulièrement compétitifs avec une quantité de ressource éolienne appréciable et/ou des puissances croissantes. Lorsque la puissance du système augmente, le coût de l'accumulation par batteries explose, étant plus efficace économiquement l'utilisation d'un groupe diesel d'appui qui permet de réduire la taille des batteries.
19.2 Parties d'un Aérogénérateur
Les parties fondamentales d'un aérogénérateur Solener sont:
- ✓ Rotor: Élément qui transforme l'énergie du vent en énergie mécanique. Il se compose de pales fabriquées avec de la résine de polyester et de la fibre de verre sur une structure résistante, un axe qui transmet le mouvement giratoire et un moyeu qui fixe les pales à l'axe.
- ✓ Multiplicateur: Élément connecté au rotor qui multiplie la vitesse de rotation de l'axe pour atteindre le nombre élevé de révolutions dont les dynamos et les alternateurs ont besoin. Il peut être à poulies dentées ou à engrenages blindés.
- ✓ Générateur: Transforme l'énergie mécanique en énergie électrique. Il peut s'agir de dynamos (courant continu pour petite puissance) ou d'alternateurs (courant alternatif pour grande puissance).
- ✓ Gondole: Structure qui abrite les éléments basiques de transformation d'énergie. Elle abrite l'axe du rotor, le multiplicateur, le générateur et les systèmes auxiliaires, y compris le système d'orientation.
- ✓ Tour: Élément de soutien qui place le rotor à la hauteur idéale. Construite sur une base en béton armé (fondation) et fixée à celle-ci avec des boulons.
19.3 Types d'Aérogénérateurs
A) À Axe Horizontal
Aérogénérateurs de grande puissance (plus de 100 kW): Ils ont généralement trois pales de profil aérodynamique. Ils ont besoin de vents de plus de 9 m/s. Ils ont un usage industriel, se disposant en parc ou centrales.
Aérogénérateurs de basse puissance (0 à 100 kW): Ils peuvent avoir jusqu'à vingt-quatre pales, ils sont utilisés en milieu rural et comme complément pour les logements. La puissance oscille depuis à peine quelques kilowatts jusqu'à la centaine. Ils sont extrêmement utiles dans les maisons isolées, les fermes, les campings, les systèmes de communication et d'autres pour l'autoconsommation.
B) À Axe Vertical (VAWT)
Dans ce type, l'axe de rotation est perpendiculaire à la direction du vent. Il existe deux designs basiques:
- ✓ Type Savonius: Il se compose de deux semi-cylindres de même diamètre situés parallèlement à l'axe vertical de rotation. La force que le vent exerce sur les faces des cylindres (concave et convexe) est différente, ce qui les fait tourner autour de l'axe. Son champ d'application se trouve dans la production autonome d'électricité ou le pompage d'eau.
- ✓ Type Darrieus: Ils sont formés par deux ou trois pales de forme ovale de profil aérodynamique. Ils présentent un couple de démarrage très petit. Leur puissance est petite et ils sont peu implantés.
19.4 Systèmes d'Orientation
Afin d'optimiser le profit énergétique du vent, le plan d'orientation du rotor doit se maintenir perpendiculaire à la direction du vent. Parmi les systèmes d'orientation il faut distinguer:
- ✓ Girouettes de queue: Elles sont utilisées dans les petites turbines, formant partie de l'ensemble gouvernail-girouette. L'orientation du rotor se réalise de forme mécanique, en agissant le vent sur le gouvernail-girouette et en exerçant sur celui-ci un couple de forces qui fait que le rotor se place perpendiculairement à la direction du vent.
- ✓ Rotor au vent avec orientation assistée: C'est le système le plus utilisé dans les grands aérogénérateurs. Il incorpore un anémomètre pour mesurer la vitesse du vent et un capteur pour la direction connectés avec un ordinateur qui envoie les ordres de contrôle correspondants à un servomoteur pour l'orientation du plan de rotation du rotor.
19.5 Systèmes de Freinage
Quand l'anémomètre détecte que le vent dépasse 25 m/s, l'aérogénérateur s'arrête pour des motifs de sécurité. C'est la appelée vitesse de survie, où le vent est si fort qu'il peut endommager irrémédiablement l'aérogénérateur.
- ✓ Frein mécanique: Entre le multiplicateur et le générateur. Il est utilisé en cas d'urgence.
- ✓ Frein de pointe de pale: Système principal de freinage.
- ✓ Gouvernail de queue rétractile: Il est utilisé dans les aérogénérateurs de petite puissance.
- ✓ Court-circuit de bobines: En court-circuitant le rotor (induit) se produisent de forts courants qui établissent des champs très intenses dus à la loi de Lenz en réaction contre le champ statorique continu.
19.6 Générateurs Électriques
La fonction du générateur est de transformer l'énergie mécanique en énergie électrique. En fonction de la puissance de l'aérogénérateur on utilise:
- ✓ Dynamos: Ce sont des générateurs de courant continu et ils sont utilisés dans les aérogénérateurs de petite puissance, qui stockent l'énergie électrique dans des batteries.
- ✓ Alternateurs: Générateurs de courant alternatif pour les aérogénérateurs de grande puissance.
19.7 Contrôleur de l'Aérogénérateur
Les grands aérogénérateurs ont besoin d'un contrôle constant dans tout leur développement pour quoi on installe dans la gondole un système d'ordinateurs qui dans son ensemble est appelé contrôleur. Chaque fois qu'un changement doit se produire dans les réglages de la turbine, c'est le contrôleur qui s'occupe de le faire. Le contrôleur surveille que tout marche correctement, dans le cas contraire il avise.
19.8 Tours
La tour est l'élément de soutien et celui qui place le rotor et les mécanismes qui l'accompagnent à la hauteur idéale. Elle est construite sur une base en béton armé (fondation) et fixée à celle-ci avec des boulons. Elle doit être suffisamment résistante pour supporter tout le poids et les efforts du vent, la neige, etc.
Types de Tour
- ✓ Tours tubulaires d'acier: Dans le cas des grands aérogénérateurs on utilise généralement des tours tubulaires d'acier, fabriquées en sections de 20-30 mètres avec des brides à chacun des extrêmes, et elles sont unies avec des boulons "in situ". Les tours sont tronco-coniques, c'est-à-dire avec un diamètre croissant vers la base, dans le but d'augmenter leur résistance et en même temps économiser du matériau.
- ✓ Tours de treillis: Elles sont fabriquées en utilisant des profils d'acier soudés. L'avantage basique des tours de treillis est leur coût, puisque pour leur fabrication il est nécessaire seulement la moitié de matériau que dans une tour tubulaire.
- ✓ Tours de mât haubané: Beaucoup des aérogénérateurs petits sont construits avec de minces tours de mât soutenues par des câbles tenseurs. L'avantage est l'économie de poids, et par conséquent, de coût.
19.9 Fondation
On réalise un trou suffisamment grand (cela dépendra de la hauteur) pour supporter les forts vents que reçoit l'aérogénérateur, plus grande sera la hauteur les moments de force que reçoit la partie supérieure de l'aérogénérateur seront plus grands.
La fondation se réalise avec du béton armé avec un treillis de fer pour le maintenir à sa place. Autour de la fondation on place un conducteur nu de cuivre de protection, la mise à terre.
19.10 Installation
Une fois compacté le béton et installée la mise à terre, la partie inférieure de la tour se coule à l'intérieur du béton, une fois placée on peut mettre le reste de la tour dessus.
On transporte la tour, la gondole et le rotor jusqu'au lieu pour commencer son installation. Quand la première phase est installée on ajoute la seconde et on visse et soude l'une avec l'autre. Les soudures se vérifient qu'elles soient parfaites au moyen d'ultrasons.
19.11 Puissance du Vent
Pw = ρ · Cp · ½ · A · Vw³
Où:
- Pw est la puissance due au vent (W)
- ρ est la densité spécifique de l'air (une valeur typique est 1,225 kg/m³)
- Cp est le coefficient d'efficacité aérodynamique (c'est une grandeur adimensionnelle)
- A est la surface balayée par les pales de la turbine (m²)
- Vw est la vitesse du vent (m/s)
19.12 Modèle du Vent
Dans un système de conversion d'énergie éolienne il est nécessaire de modéliser adéquatement le comportement spatial et temporel du vent. Avec ces quatre composantes on obtient un modèle raisonnablement flexible pour l'étude des perturbations dues au vent:
- ✓ Rampe: Changements graduels dans la vitesse
- ✓ Base: Vitesse moyenne du vent
- ✓ Rafale: Augmentations brusques de courte durée
- ✓ Bruit: Variations aléatoires continues
19.13 Évaluation de la Ressource Éolienne
Pour une bonne exploitation d'un aérogénérateur de grande puissance on réalise une étude très détaillée du lieu où l'on prétend réaliser le parc éolien. Ces études du vent peuvent durer toute une année.
19.14 Choix de l'Aérogénérateur Isolé
Cu = Cn · Pd
Où:
- Cu: capacité maximale que nous pouvons utiliser dans la batterie
- Cn: capacité nominale de la batterie
- Pd: profondeur de décharge
Ic10 = Cu · 0.1
Ic6 = Cu · 0.06
Puissance maximale: Paero10 = Ic10 · Vn
Puissance minimale: Paero6 = Ic6 · Vn
19.15 Systèmes Hybrides avec Aérogénérateurs
L'installation la plus commune de ce type d'aérogénérateurs est comme complément d'une installation photovoltaïque en le connectant en parallèle avec celle-ci. Son but est principalement d'avoir les batteries de l'installation toujours chargées.
19.1 Introduction to Solener Wind Turbines
Solener manufactures wind turbines with powers up to 15 kW and their respective controllers, as well as self-pumps for water extraction. The company has more than 40 years of experience in the alternative energy market, including the field of wind energy.
Solener wind turbines are especially competitive with an appreciable amount of wind resource and/or increasing powers. When the system power increases, the cost of battery storage skyrockets, being more economically efficient to use a support diesel generator that allows reducing the size of the batteries.
19.2 Parts of a Wind Turbine
The fundamental parts of a Solener wind turbine are:
- ✓ Rotor: Element that transforms wind energy into mechanical energy. It consists of blades made with polyester resin and fiberglass on a resistant structure, a shaft that transmits the rotary motion and a hub that fixes the blades to the shaft.
- ✓ Gearbox: Element connected to the rotor that multiplies the rotation speed of the shaft to reach the high number of revolutions that dynamos and alternators need. It can be of toothed pulleys or shielded gears.
- ✓ Generator: Transforms mechanical energy into electrical energy. They can be dynamos (direct current for small power) or alternators (alternating current for high power).
- ✓ Nacelle: Structure that shelters the basic elements of energy transformation. It houses the rotor shaft, the gearbox, the generator and the auxiliary systems, including the orientation system.
- ✓ Tower: Support element that places the rotor at the ideal height. Built on a reinforced concrete base (foundation) and fixed to it with bolts.
19.3 Types of Wind Turbines
A) Horizontal Axis
High power wind turbines (more than 100 kW): They usually have three aerodynamic profile blades. They need winds of more than 9 m/s. They have industrial use, being arranged in parks or power plants.
Low power wind turbines (0 to 100 kW): They can have up to twenty-four blades, they are used in rural areas and as a complement for homes. The power ranges from just a few kilowatts to a hundred. They are tremendously useful in isolated houses, farms, campsites, communication systems and others for self-consumption.
B) Vertical Axis (VAWT)
In this type the axis of rotation is perpendicular to the wind direction. There are two basic designs:
- ✓ Savonius type: It consists of two semicylinders of equal diameter located parallel to the vertical axis of rotation. The force that the wind exerts on the faces of the cylinders (concave and convex) is different, so it makes them rotate around the axis.
- ✓ Darrieus type: They are formed by two or three blades of oval shape with an aerodynamic profile. They present a very small starting torque. Their power is small and they are little implemented.
19.4 Orientation Systems
In order to optimize the energy use of the wind, the orientation plane of the rotor must remain perpendicular to the wind direction. Among the orientation systems it is necessary to distinguish:
- ✓ Tail vanes: They are used in small turbines, forming part of the rudder-vane set. The rotor orientation is done mechanically, when the wind acts on the rudder-vane and exerting on it a pair of forces that makes the rotor place itself perpendicularly to the wind direction.
- ✓ Upwind rotor with assisted orientation: It is the most used system in large wind turbines. It incorporates an anemometer to measure the wind speed and a direction sensor connected to a computer that sends the corresponding control orders to a servomotor for the orientation of the rotor rotation plane.
19.5 Braking Systems
When the anemometer detects that the wind exceeds 25 m/s, the wind turbine stops for safety reasons. It is the so-called survival speed, where the wind is so strong that it can irreparably damage the wind turbine.
- ✓ Mechanical brake: Between the gearbox and the generator. It is used in case of emergency.
- ✓ Blade tip brake: Main braking system.
- ✓ Retractable tail rudder: It is used in small power wind turbines.
- ✓ Coil short circuit: By short-circuiting the rotor (induced) strong currents are produced that establish very intense fields due to Lenz's law in reaction against the continuous stator field.
19.6 Electrical Generators
The function of the generator is to transform mechanical energy into electrical energy. Depending on the wind turbine power, the following are used:
- ✓ Dynamos: They are direct current generators and are used in small power wind turbines, which store electrical energy in batteries.
- ✓ Alternators: Alternating current generators for high power wind turbines.
19.7 Wind Turbine Controller
Large wind turbines need constant control throughout their development so a computer system is installed in the nacelle, which as a whole is called a controller. Every time a change must occur in the turbine settings, it is the controller that takes care of it. The controller monitors that everything is working correctly, if not it warns.
19.8 Towers
The tower is the support element and the one that places the rotor and the mechanisms that accompany it at the ideal height. It is built on a reinforced concrete base (foundation) and fixed to it with bolts. It must be sufficiently resistant to withstand all the weight and the efforts of the wind, snow, etc.
Tower Types
- ✓ Steel tubular towers: In the case of large wind turbines, steel tubular towers are generally used, manufactured in sections of 20-30 meters with flanges at each end, and they are joined with bolts "in situ". The towers are frustoconical, that is with an increasing diameter towards the base, in order to increase their resistance and at the same time save material.
- ✓ Lattice towers: They are manufactured using welded steel profiles. The basic advantage of lattice towers is their cost, since for their manufacture only half the material is required than in a tubular tower.
- ✓ Guyed mast towers: Many small wind turbines are built with thin mast towers supported by tension cables. The advantage is the weight savings, and therefore, cost.
19.9 Foundation
A hole large enough is made (it will depend on the height) to support the strong winds that the wind turbine receives, the greater the height the force moments that the upper part of the wind turbine receives will be greater.
The foundation is made with reinforced concrete with an iron lattice to keep it in place. Around the foundation a bare copper protection conductor is placed, the ground connection.
19.10 Installation
Once the concrete is compacted and the ground connection is installed, the lower part of the tower is poured into the concrete, once placed the rest of the tower can be placed on top.
The tower, the nacelle and the rotor are transported to the place to begin its installation. When the first phase is installed, the second is added and screwed and welded together. The welds are checked to be perfect by means of ultrasound.
19.11 Wind Power
Pw = ρ · Cp · ½ · A · Vw³
Where:
- Pw is the power due to the wind (W)
- ρ is the specific density of air (a typical value is 1.225 kg/m³)
- Cp is the aerodynamic efficiency coefficient (it is a dimensionless quantity)
- A is the area swept by the turbine blades (m²)
- Vw is the wind speed (m/s)
19.12 Wind Model
In a wind energy conversion system it is necessary to adequately model the spatial and temporal behavior of the wind. With these four components a reasonably flexible model is achieved for the study of disturbances due to wind:
- ✓ Ramp: Gradual changes in speed
- ✓ Base: Average wind speed
- ✓ Gust: Sudden increases of short duration
- ✓ Noise: Continuous random variations
19.13 Wind Resource Assessment
For a good exploitation of a large power wind turbine, a very detailed study of the place where the wind farm is intended to be carried out is carried out. These wind studies can last a whole year.
19.14 Selection of the Isolated Wind Turbine
Cu = Cn · Pd
Where:
- Cu: maximum capacity that we can use in the battery
- Cn: nominal capacity of the battery
- Pd: depth of discharge
Ic10 = Cu · 0.1
Ic6 = Cu · 0.06
Maximum power: Paero10 = Ic10 · Vn
Minimum power: Paero6 = Ic6 · Vn
19.15 Hybrid Systems with Wind Turbines
The most common installation of this type of wind turbine is as a complement to a photovoltaic installation by connecting it in parallel with it. Its purpose is mainly to have the installation batteries always charged.
19.1 مقدمة عن توربينات رياح Solener
تصنع Solener توربينات رياح بقدرة تصل إلى 15 كيلوواط ومنظماتها respective، وكذلك مضخات ذاتية لاستخراج المياه. تتمتع الشركة بأكثر من 40 عامًا من الخبرة في سوق الطاقات البديلة، بما في ذلك مجال طاقة الرياح.
توربينات رياح Solener تنافسية بشكل خاص مع كمية ملحوظة من مورد الرياح و/أو قوى متزايدة. عندما تزداد قوة النظام، ترتفع تكلفة التخزين بالبطاريات، حيث يكون أكثر كفاءة من الناحية الاقتصادية استخدام مولد ديزل داعم يسمح بتقليل حجم البطاريات.
19.2 أجزاء توربين الرياح
الأجزاء الأساسية لتوربين الرياح Solener هي:
- ✓ الدوار: العنصر الذي يحول طاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية. يتكون من ريشات مصنوعة من راتنج البوليستر والألياف الزجاجية على هيكل مقاوم، ومحور ينقل الحركة الدورانية ومحور يثبت الريشات على المحور.
- ✓ صندوق التروس: العنصر المتصل بالدوار الذي يضاعف سرعة دوران المحور للوصول إلى العدد المرتفع من الدورات التي تحتاجها الدينامو والمولدات. يمكن أن يكون من البكرات المسننة أو التروس المدرعة.
- ✓ المولد: يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. يمكن أن يكون دينامو (تيار مستمر للطاقة الصغيرة) أو مولدات (تيار متردد للطاقة الكبيرة).
- ✓ الغلاف: الهيكل الذي يؤوي العناصر الأساسية لتحويل الطاقة. يؤوي محور الدوار، صندوق التروس، المولد والأنظمة المساعدة، بما في ذلك نظام التوجيه.
- ✓ البرج: عنصر الدعم الذي يضع الدوار على الارتفاع المثالي. مبني على قاعدة من الخرسانة المسلحة (أساس) ومثبت عليها بمسامير.
19.3 أنواع توربينات الرياح
أ) محور أفقي
توربينات رياح عالية الطاقة (أكثر من 100 كيلوواط): عادة ما تحتوي على ثلاث ريشات بملف ديناميكي هوائي. تحتاج إلى رياح بأكثر من 9 م/ث. لها استخدام صناعي، حيث توضع في حدائق أو محطات.
توربينات رياح منخفضة الطاقة (0 إلى 100 كيلوواط): يمكن أن تحتوي على ما يصل إلى أربع وعشرين ريشة، وتستخدم في المناطق الريفية وكملحق للمنازل. تتراوح القوة من بضعة كيلوواط فقط إلى المائة. إنها مفيدة للغاية في المنازل المعزولة والمزارع ومخيمات التخيم وأنظمة الاتصال وغيرها للاستهلاك الذاتي.
ب) محور عمودي (VAWT)
في هذا النوع يكون محور الدوران عموديًا على اتجاه الرياح. يوجد تصميمان أساسيان:
- ✓ نوع سافونيوس: يتكون من نصفين أسطوانيين بقطر متساوي موضوعين بالتوازي مع محور الدوران العمودي. القوة التي يمارسها الرياح على وجوه الأسطوانات (المقعر والمحدب) مختلفة، مما يجعلها تدور حول المحور.
- ✓ نوع داريوس: تتكون من اثنين أو ثلاث ريشات بشكل بيضاوي بملف ديناميكي هوائي. تقدم عزم بدء صغير جدًا. طاقتها صغيرة وهي مطبقة قليلاً.
19.4 أنظمة التوجيه
لتحسين استخدام طاقة الرياح، يجب أن يبقى مستوى توجيه الدوار عموديًا على اتجاه الرياح. من بين أنظمة التوجيه يجب التمييز بين:
- ✓ ريش الذيل: تستخدم في التوربينات الصغيرة، مكونة من مجموعة الدفة-الريشة. يتم توجيه الدوار بشكل ميكانيكي، عندما يعمل الرياح على الدفة-الريشة ويمارس عليها زوج من القوى يجعل الدوار يضع نفسه عموديًا على اتجاه الرياح.
- ✓ دوار أمام الريح مع توجيه مساعد: هو النظام الأكثر استخدامًا في توربينات الرياح الكبيرة. يدمج مقياس شدة الرياح لقياس سرعة الرياح ومستشعر للاتجاه متصل بجهاز كمبيوتر يرسل أوامر التحكم المقابلة إلى محرك سيرفو لتوجيه مستوى دوران الدوار.
19.5 أنظمة الفرامل
عندما يكتشف مقياس شدة الرياح أن الرياح تتجاوز 25 م/ث، تتوقف توربينات الرياح لأسباب تتعلق بالسلامة. إنها سرعة البقاء على قيد الحياة، حيث تكون الرياح قوية لدرجة أنها يمكن أن تتلف توربينات الرياح بشكل لا رجعة فيه.
- ✓ الفرامل الميكانيكية: بين صندوق التروس والمولد. يستخدم في حالة الطوارئ.
- ✓ فرامل طرف الريشة: نظام الفرامل الرئيسي.
- ✓ دفة ذيل قابلة للسحب: تستخدم في توربينات الرياح منخفضة الطاقة.
- ✓ قصر دائرة الملفات: من خلال قصر الدوار (المستحث) تتولد تيارات قوية تنشئ مجالات مكثفة جدًا بسبب قانون لينز في رد فعل ضد المجال الثابت المستمر.
19.6 المولدات الكهربائية
وظيفة المولد هي تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. اعتمادًا على قوة توربين الرياح، يتم استخدام:
- ✓ الدينامو: هي مولدات تيار مستمر وتستخدم في توربينات الرياح منخفضة الطاقة، التي تخزن الطاقة الكهربائية في البطاريات.
- ✓ المولدات: مولدات تيار متردد لتوربينات الرياح عالية الطاقة.
19.7 متحكم توربين الرياح
تحتاج توربينات الرياح الكبيرة إلى تحكم مستمر طوال تطورها لذلك يتم تثبيت نظام كمبيوتر في الغلاف، والذي كمجموعة يسمى المتحكم. في كل مرة يجب أن يحدث تغيير في إعدادات التوربين، هو المتحكم الذي يعتني به. يراقب المتحكم أن كل شيء يعمل بشكل صحيح، إذا لم يكن كذلك فإنه يحذر.
19.8 الأبراج
البرج هو عنصر الدعم والذي يضع الدوار والآليات التي ترافقه على الارتفاع المثالي. يتم بناؤه على قاعدة من الخرسانة المسلحة (أساس) ومثبت عليه بمسامير. يجب أن يكون مقاومًا بما يكفي لتحمل كل الوزن وجهود الرياح والثلج وما إلى ذلك.
أنواع الأبراج
- ✓ أبراج فولاذية أنبوبية: في حالة توربينات الرياح الكبيرة تستخدم عادة أبراج فولاذية أنبوبية، مصنعة في أقسام من 20-30 مترًا مع حواف في كل من الأطراف، وهي متحدة بمسامير "في الموقع". الأبراج مخروطية جذعية، أي بقطر متزايد نحو القاعدة، بهدف زيادة مقاومتها وفي نفس الوقت توفير المواد.
- ✓ أبراج شبكية: مصنعة باستخدام ملفات فولاذية ملحومة. الميزة الأساسية لأبراج الشبكة هي تكلفتها، حيث أنه لتصنيعها يلزم فقط نصف المواد الموجودة في البرج الأنبوبي.
- ✓ أبراج سارية مشدودة: العديد من توربينات الرياح الصغيرة مبنية بأبراج سارية رقيقة مدعومة بكابلات شد. الميزة هي توفير الوزن، وبالتالي التكلفة.
19.9 الأساس
يتم عمل ثقب كبير بما فيه الكفاية (سيعتمد على الارتفاع) لتحمل الرياح القوية التي يتلقاها توربين الرياح، كلما زاد الارتفاع ستكون لحظات القوة التي يتلقاها الجزء العلوي من توربين الرياح أكبر.
يتم الأساس بالخرسانة المسلحة مع شبكة حديدية للحفاظ عليها في مكانها. حول الأساس يتم وضع موصل نحاسي عاري للحماية، التوصيل بالأرض.
19.10 التركيب
بمجرد ضغط الخرسانة وتركيب التوصيل بالأرض، يتم صب الجزء السفلي من البرج داخل الخرسانة، بمجرد وضعه يمكن وضع بقية البرج فوقه.
يتم نقل البرج والغلاف والدوار إلى المكان لبدء تركيبه. عندما يتم تثبيت المرحلة الأولى يتم إضافة الثانية ويتم برغيها ولحامها معًا. يتم فحص اللحامات لتكون مثالية عن طريق الموجات فوق الصوتية.
19.11 طاقة الرياح
Pw = ρ · Cp · ½ · A · Vw³
حيث:
- Pw هي الطاقة بسبب الرياح (واط)
- ρ هي الكثافة النوعية للهواء (قيمة نموذجية هي 1.225 كجم/م³)
- Cp هو معامل الكفاءة الديناميكية الهوائية (هو كمية لا بعدية)
- A هي المساحة التي تجتاحها ريشات التوربين (م²)
- Vw هي سرعة الرياح (م/ث)
19.12 نموذج الرياح
في نظام تحويل طاقة الرياح من الضروري نمذجة السلوك المكاني والزماني للرياح بشكل مناسب. مع هذه المكونات الأربعة يتم تحقيق نموذج مرن بشكل معقول لدراسة الاضطرابات بسبب الرياح:
- ✓ منحدر: تغييرات تدريجية في السرعة
- ✓ قاعدة: سرعة الرياح المتوسطة
- ✓ هبة: زيادات مفاجئة قصيرة المدة
- ✓ ضوضاء: تغيرات عشوائية مستمرة
19.13 تقييم مورد الرياح
لاستغلال جيد لتوربين رياح عالي الطاقة يتم إجراء دراسة مفصلة جدًا للمكان الذي يُقصد فيه إنشاء مزرعة الرياح. يمكن أن تستمر دراسات الرياح هذه عامًا كاملاً.
19.14 اختيار توربين الرياح المعزول
Cu = Cn · Pd
حيث:
- Cu: أقصى سعة يمكننا استخدامها في البطارية
- Cn: السعة الاسمية للبطارية
- Pd: عمق التفريغ
Ic10 = Cu · 0.1
Ic6 = Cu · 0.06
الطاقة القصوى: Paero10 = Ic10 · Vn
الطاقة الدنيا: Paero6 = Ic6 · Vn
19.15 الأنظمة الهجينة مع توربينات الرياح
التركيب الأكثر شيوعًا لهذا النوع من توربينات الرياح هو كملحق لتركيب كهروضوئي عن طريق توصيله بالتوازي معه. غرضه الرئيسي هو الحصول على بطاريات التركيب مشحونة دائمًا.
19.1 مقدمهای بر توربینهای بادی Solener
Solener توربینهای بادی با توان تا 15 کیلووات و تنظیمکنندههای مربوطه آنها، و همچنین پمپهای خودکار برای استخراج آب تولید میکند. این شرکت بیش از 40 سال تجربه در بازار انرژیهای جایگزین، از جمله زمینه انرژی بادی دارد.
توربینهای بادی Solener به ویژه با مقدار قابل توجهی منبع باد و/یا توانهای در حال افزایش رقابتی هستند. وقتی توان سیستم افزایش مییابد، هزینه ذخیرهسازی با باتریها به شدت افزایش مییابد، که استفاده از یک ژنراتور دیزل پشتیبان که اجازه میدهد اندازه باتریها کاهش یابد، از نظر اقتصادی کارآمدتر است.
19.2 اجزای توربین بادی
اجزای اساسی یک توربین بادی Solener عبارتند از:
- ✓ روتور: عنصری که انرژی باد را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند. از پرههایی تشکیل شده که از رزین پلیاستر و فایبرگلاس بر روی یک ساختار مقاوم، شافتی که حرکت چرخشی را منتقل میکند و هاب که پرهها را به شافت ثابت میکند تشکیل شده است.
- ✓ گیربکس: عنصر متصل به روتور که سرعت چرخش شافت را برای رسیدن به تعداد زیاد دورانی که دینامها و آلترناتورها نیاز دارند ضرب میکند. میتواند از پولیهای دندانهدار یا چرخدندههای محافظت شده باشد.
- ✓ ژنراتور: انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. میتواند دینام (جریان مستقیم برای توان کم) یا آلترناتور (جریان متناوب برای توان بالا) باشد.
- ✓ گندولا: ساختاری که عناصر اساسی تبدیل انرژی را پناه میدهد. شافت روتور، گیربکس، ژنراتور و سیستمهای کمکی، از جمله سیستم جهتیابی را در خود جای میدهد.
- ✓ برج: عنصر پشتیبانی که روتور را در ارتفاع ایدهآل قرار میدهد. بر روی پایه بتنی مسلح (پی) ساخته شده و با پیچها به آن ثابت میشود.
19.3 انواع توربینهای بادی
الف) محور افقی
توربینهای بادی توان بالا (بیش از 100 کیلووات): معمولاً سه پره با پروفیل آیرودینامیکی دارند. به بادهای بیش از 9 م/ث نیاز دارند. استفاده صنعتی دارند، در پارکها یا نیروگاهها قرار میگیرند.
توربینهای بادی توان پایین (0 تا 100 کیلووات): میتوانند تا بیست و چهار پره داشته باشند، در مناطق روستایی و به عنوان مکمل برای خانهها استفاده میشوند. توان از چند کیلووات تا صد متغیر است. در خانههای منزوی، مزارع، کمپها، سیستمهای ارتباطی و سایر موارد برای مصرف خودی بسیار مفید هستند.
ب) محور عمودی (VAWT)
در این نوع محور چرخش عمود بر جهت باد است. دو طراحی اساسی وجود دارد:
- ✓ نوع ساونیوس: از دو نیماستوانه با قطر مساوی تشکیل شده که به طور موازی با محور چرخش عمودی قرار گرفتهاند. نیرویی که باد بر روی وجوه استوانهها (مقعر و محدب) اعمال میکند متفاوت است، بنابراین آنها را به دور محور میچرخاند.
- ✓ نوع داریوس: از دو یا سه پره با شکل بیضی با پروفیل آیرودینامیکی تشکیل شدهاند. گشتاور شروع بسیار کوچکی دارند. توان آنها کم است و کم پیادهسازی شدهاند.
19.4 سیستمهای جهتیابی
به منظور بهینهسازی استفاده انرژی از باد، صفحه جهتیابی روتور باید عمود بر جهت باد باقی بماند. از بین سیستمهای جهتیابی باید تمایز قائل شد:
- ✓ بادبزکهای دم: در توربینهای کوچک استفاده میشوند، بخشی از مجموعه سکان-بادبزک را تشکیل میدهند. جهتیابی روتور به صورت مکانیکی انجام میشود، وقتی باد بر روی سکان-بادبزک عمل میکند و جفت نیرویی بر روی آن اعمال میکند که روتور را عمود بر جهت باد قرار میدهد.
- ✓ روتور در جهت باد با جهتیابی کمکی: رایجترین سیستم در توربینهای بادی بزرگ است. یک بادسنج برای اندازهگیری سرعت باد و یک حسگر برای جهت متصل به یک کامپیوتر که دستورات کنترل مربوطه را به یک سرووموتور برای جهتیابی صفحه چرخش روتور میفرستد، دارد.
19.5 سیستمهای ترمز
وقتی بادسنج تشخیص میدهد که باد از 25 م/ث فراتر میرود، توربین بادی به دلایل ایمنی متوقف میشود. این سرعت بقا نامیده میشود، جایی که باد آنقدر قوی است که میتواند توربین بادی را به طور جبرانناپذیری آسیب برساند.
- ✓ ترمز مکانیکی: بین گیربکس و ژنراتور. در موارد اضطراری استفاده میشود.
- ✓ ترمز نوک پره: سیستم ترمز اصلی.
- ✓ سکان دم جمعشونده: در توربینهای بادی توان کم استفاده میشود.
- ✓ اتصال کوتاه سیمپیچها: با اتصال کوتاه روتور (القایی) جریانهای قوی تولید میشوند که میدانهای بسیار شدیدی را به دلیل قانون لنتز در واکنش در برابر میدان ثابت استاتور ایجاد میکنند.
19.6 ژنراتورهای الکتریکی
عملکرد ژنراتور تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی است. بسته به توان توربین بادی از موارد زیر استفاده میشود:
- ✓ دینامها: ژنراتورهای جریان مستقیم هستند و در توربینهای بادی توان کم استفاده میشوند، که انرژی الکتریکی را در باتریها ذخیره میکنند.
- ✓ آلترناتورها: ژنراتورهای جریان متناوب برای توربینهای بادی توان بالا.
19.7 کنترلکننده توربین بادی
توربینهای بادی بزرگ به کنترل مداوم در تمام توسعه خود نیاز دارند بنابراین یک سیستم کامپیوتری در گندولا نصب میشود، که به عنوان یک کل کنترلکننده نامیده میشود. هر بار که باید تغییری در تنظیمات توربین ایجاد شود، کنترلکننده است که آن را انجام میدهد. کنترلکننده نظارت میکند که همه چیز به درستی کار میکند، در غیر این صورت هشدار میدهد.
19.8 برجها
برج عنصر پشتیبانی است و روتور و مکانیسمهایی که آن را همراهی میکنند را در ارتفاع ایدهآل قرار میدهد. بر روی پایه بتنی مسلح (پی) ساخته شده و با پیچها به آن ثابت میشود. باید به اندازه کافی مقاوم باشد تا تمام وزن و تلاشهای باد، برف و غیره را تحمل کند.
انواع برج
- ✓ برجهای فولادی لولهای: در مورد توربینهای بادی بزرگ معمولاً از برجهای فولادی لولهای استفاده میشود، در بخشهای 20-30 متری با فلنجها در هر یک از انتهاها ساخته شدهاند، و با پیچها "در محل" به هم متصل میشوند. برجها مخروطی تنه هستند، یعنی با قطر افزایشی به سمت پایه، به منظور افزایش مقاومت آنها و در عین حال صرفهجویی در مواد.
- ✓ برجهای مشبک: با استفاده از پروفیلهای فولادی جوش داده شده ساخته میشوند. مزیت اساسی برجهای مشبک هزینه آنها است، زیرا برای ساخت آنها فقط نیمی از مواد مورد نیاز در یک برج لولهای مورد نیاز است.
- ✓ برجهای دکل مهار شده: بسیاری از توربینهای بادی کوچک با برجهای دکل نازک که توسط کابلهای کششی حمایت میشوند ساخته شدهاند. مزیت صرفهجویی در وزن، و بنابراین، هزینه است.
19.9 پی
یک سوراخ به اندازه کافی بزرگ (به ارتفاع بستگی دارد) برای تحمل بادهای شدیدی که توربین بادی دریافت میکند ساخته میشود، هر چه ارتفاع بیشتر باشد لحظات نیرویی که قسمت بالایی توربین بادی دریافت میکند بیشتر خواهد بود.
پی با بتن مسلح با یک شبکه آهنی برای نگه داشتن آن در محل انجام میشود. در اطراف پی یک هادی مسی برهنه حفاظتی قرار میگیرد، اتصال به زمین.
19.10 نصب
پس از فشرده شدن بتن و نصب اتصال به زمین، قسمت پایینی برج در داخل بتن ریخته میشود، پس از قرار دادن میتوان بقیه برج را روی آن قرار داد.
برج، گندولا و روتور به محل منتقل میشوند تا نصب آن شروع شود. وقتی مرحله اول نصب میشود مرحله دوم اضافه میشود و با هم پیچ و جوش داده میشوند. جوشها با استفاده از اولتراسوند بررسی میشوند که کامل باشند.
19.11 توان باد
Pw = ρ · Cp · ½ · A · Vw³
جایی که:
- Pw توان به دلیل باد است (وات)
- ρ چگالی خاص هوا است (یک مقدار معمولی 1.225 کیلوگرم/متر مکعب است)
- Cp ضریب کارایی آیرودینامیکی است (یک کمیت بدون بعد است)
- A مساحتی است که توسط پرههای توربین جارو میشود (متر مربع)
- Vw سرعت باد است (متر بر ثانیه)
19.12 مدل باد
در یک سیستم تبدیل انرژی بادی لازم است رفتار مکانی و زمانی باد را به طور مناسب مدلسازی کنیم. با این چهار مؤلفه یک مدل نسبتاً انعطافپذیر برای مطالعه اختلالات به دلیل باد به دست میآید:
- ✓ شیب: تغییرات تدریجی در سرعت
- ✓ پایه: سرعت متوسط باد
- ✓ هوا: افزایشهای ناگهانی کوتاه مدت
- ✓ نویز: تغییرات تصادفی مداوم
19.13 ارزیابی منبع باد
برای بهرهبرداری خوب از یک توربین بادی توان بالا، یک مطالعه بسیار دقیق از مکانی که قرار است پارک بادی در آن انجام شود انجام میشود. این مطالعات باد میتوانند یک سال کامل طول بکشند.
19.14 انتخاب توربین بادی منزوی
Cu = Cn · Pd
جایی که:
- Cu: حداکثر ظرفیتی که میتوانیم در باتری استفاده کنیم
- Cn: ظرفیت اسمی باتری
- Pd: عمق تخلیه
Ic10 = Cu · 0.1
Ic6 = Cu · 0.06
توان حداکثر: Paero10 = Ic10 · Vn
توان حداقل: Paero6 = Ic6 · Vn
19.15 سیستمهای هیبریدی با توربینهای بادی
رایجترین نصب این نوع توربینهای بادی به عنوان مکمل یک نصب فتوولتائیک با اتصال آن به صورت موازی با آن است. هدف اصلی آن این است که باتریهای نصب همیشه شارژ باشند.
19.1 Introdução aos Aerogeradores Solener
Solener fabrica aerogeradores com potências até 15 kW e seus respectivos reguladores, assim como autobombas para extração de água. A empresa conta com mais de 40 anos de experiência no mercado das energias alternativas, incluído o campo da energia eólica.
Os aerogeradores Solener são especialmente competitivos com uma quantidade apreciável de recurso eólico e/ou potências crescentes. Quando a potência do sistema aumenta, o custo da acumulação por baterias dispara, sendo mais eficiente economicamente a utilização de um grupo diesel de apoio que permite reduzir o tamanho das baterias.
19.2 Partes de um Aerogerador
As partes fundamentais de um aerogerador Solener são:
- ✓ Rotor: Elemento que transforma a energia do vento em energia mecânica. Compõe-se de pás fabricadas com resina de poliéster e fibra de vidro sobre uma estrutura resistente, um eixo que transmite o movimento giratório e um cubo que fixa as pás ao eixo.
- ✓ Multiplicadora: Elemento conectado ao rotor que multiplica a velocidade de rotação do eixo para alcançar o elevado número de revoluções que precisam as dinamos e os alternadores. Pode ser de polias dentadas ou de engrenagens blindadas.
- ✓ Gerador: Transforma a energia mecânica em energia elétrica. Podem ser dinamos (corrente contínua para pequena potência) ou alternadores (corrente alternada para grande potência).
- ✓ Nacele: Estrutura que resguarda os elementos básicos de transformação de energia. Alberga o eixo do rotor, a multiplicadora, o gerador e os sistemas auxiliares, incluindo o sistema de orientação.
- ✓ Torre: Elemento de sujeição que situa o rotor à altura idônea. Construída sobre base de hormigão armado (fundação) e fixada a esta com parafusos.
19.3 Tipos de Aerogeradores
A) De Eixo Horizontal
Aerogeradores de grande potência (mais de 100 kW): Costumam ter três pás de perfil aerodinâmico. Precisam de ventos de mais de 9 m/s. Têm uso industrial, dispondo-se em parque ou centrais.
Aerogeradores de baixa potência (0 a 100 kW): Podem ter até vinte e quatro pás, utilizam-se no meio rural e como complemento para vivendas. A potência oscila desde apenas uns quilowatts até a centena. São tremendamente úteis em casas isoladas, granjas, campings, sistemas de comunicação e outras para o autoconsumo.
B) De Eixo Vertical (VAWT)
Neste tipo o eixo de rotação é perpendicular à direção do vento. Existem dois desenhos básicos:
- ✓ Tipo Savonius: Compõe-se de dois semicilindros de igual diâmetro situados paralelamente ao eixo vertical de giro. A força que o vento exerce nas caras dos cilindros (côncava e convexa) é distinta, pelo que as faz girar ao redor do eixo.
- ✓ Tipo Darrieus: Estão formados por duas ou três pás de forma ovalada de perfil aerodinâmico. Apresentam um par de arranque muito pequeno. Sua potência é pequena e estão pouco implantados.
19.4 Sistemas de Orientação
A fim de otimizar o aproveitamento energético do vento, o plano de orientação do rotor deve manter-se perpendicular à direção do vento. Entre os sistemas de orientação cabe distinguir:
- ✓ Veletas de cola: Usam-se em pequenas turbinas, formando parte do conjunto leme-veleta. A orientação do rotor realiza-se de forma mecânica, ao incidir o vento sobre o leme-veleta e exercendo sobre este um par de forças que faz que o rotor se coloque perpendicularmente à direção do vento.
- ✓ Rotor a barlovento com orientação assistida: É o sistema mais utilizado em grandes aerogeradores. Incorpora um anemômetro para medir a velocidade do vento e um sensor para a direção conectados com um computador que envia as correspondentes ordens de controle a um servomotor para a orientação do plano de giro do rotor.
19.5 Sistemas de Frenagem
Quando o anemômetro detecta que o vento excede 25 m/s, o aerogerador se detém por motivos de segurança. É a chamada velocidade de sobrevivência, onde o vento é tão forte que pode danificar irremediavelmente o aerogerador.
- ✓ Freio mecânico: Entre a multiplicadora e o gerador. Utiliza-se em caso de emergência.
- ✓ Freio de ponta de pá: Sistema principal de frenagem.
- ✓ Leme de cola retrátil: Utiliza-se em aerogeradores de pequena potência.
- ✓ Curtocircuito de bobinas: Ao curtocircuitar o rotor (induzido) produzem-se fortes correntes que estabelecem campos muito intensos devido à lei de Lenz em reação contra o campo estatórico contínuo.
19.6 Geradores Elétricos
A função do gerador é transformar a energia mecânica em energia elétrica. Em função da potência do aerogerador utilizam-se:
- ✓ Dinamos: São geradores de corrente contínua e utilizam-se em aerogeradores de pequena potência, que armazenam a energia elétrica em baterias.
- ✓ Alternadores: Geradores de corrente alternada para aerogeradores de grande potência.
19.7 Controlador do Aerogerador
Os grandes aerogeradores precisam de um controle constante em todo seu desenvolvimento pelo que se instala na nacele um sistema de computadores que em seu conjunto se denomina controlador. Cada vez que deve produzir-se uma mudança nos ajustes da turbina, é o controlador quem se ocupa de fazê-lo. O controlador vigia que tudo marche corretamente, em caso contrário avisa.
19.8 Torres
A torre é o elemento de sujeição e o que situa o rotor e os mecanismos que o acompanham à altura idônea. Está construída sobre uma base de hormigão armado (fundação) e fixada a esta com parafusos. Deve ser suficientemente resistente para aguentar todo o peso e os esforços do vento, a neve, etc.
Tipos de Torre
- ✓ Torres tubulares de aço: No caso dos grandes aerogeradores geralmente utilizam-se torres tubulares de aço, fabricadas em seções de 20-30 metros com bridas em cada um dos extremos, e são unidas com parafusos "in situ". As torres são tronco-cônicas, é dizer com um diâmetro crescente para a base, com o fim de aumentar sua resistência e ao mesmo tempo economizar material.
- ✓ Torres de treliça: São fabricadas utilizando perfis de aço soldados. A vantagem básica das torres de treliça é seu custo, posto que para sua fabricação requer-se só a metade de material que em uma torre tubular.
- ✓ Torres de mastro estaiado: Muitos dos aerogeradores pequenos estão construídos com delgadas torres de mastro sustentadas por cabos tensores. A vantagem é a economia de peso, e por conseguinte, de custo.
19.9 Fundação
Realiza-se um buraco suficientemente grande (dependerá da altura) para suportar os fortes ventos que recebe o aerogerador, quanto maior seja a altura os momentos de força que recebe a parte superior do aerogerador serão maiores.
A fundação realiza-se com hormigão armado com uma treliça de ferro para mantê-lo em seu sitio. Ao redor da fundação coloca-se um condutor nu de cobre de proteção, a posta a terra.
19.10 Instalação
Uma vez compactado o hormigão e instalada a posta a terra, a parte inferior da torre cola-se dentro do hormigão, uma vez colocada pode-se pôr o resto da torre em cima.
Transporta-se a torre, a nacele e o rotor até o lugar para começar sua instalação. Quando a primeira fase está instalada adiciona-se a segunda e aparafusa-se e solda-se uma com outra. As soldaduras comprovam-se que estejam perfeitas mediante ultrassons.
19.11 Potência do Vento
Pw = ρ · Cp · ½ · A · Vw³
Onde:
- Pw é a potência devido ao vento (W)
- ρ é a densidade específica do ar (um valor típico é 1,225 kg/m³)
- Cp é o coeficiente de eficiência aerodinâmica (é uma magnitude adimensional)
- A é a área varrida pelas pás da turbina (m²)
- Vw é a velocidade do vento (m/s)
19.12 Modelo do Vento
Em um sistema de conversão de energia eólica é necessário modelar adequadamente o comportamento espacial e temporal do vento. Com estes quatro componentes consegue-se um modelo razoavelmente flexível para o estudo das perturbações devidas ao vento:
- ✓ Rampa: Mudanças graduais na velocidade
- ✓ Base: Velocidade média do vento
- ✓ Rajada: Aumentos bruscos de curta duração
- ✓ Ruído: Variações aleatórias contínuas
19.13 Avaliação do Recurso Eólico
Para uma boa exploração de um aerogerador de grande potência realiza-se um estudo muito detalhado do lugar onde se pretende realizar o parque eólico. Estes estudos do vento podem durar todo um ano.
19.14 Escolha do Aerogerador Isolado
Cu = Cn · Pd
Onde:
- Cu: capacidade máxima que podemos utilizar na bateria
- Cn: capacidade nominal da bateria
- Pd: profundidade de descarga
Ic10 = Cu · 0.1
Ic6 = Cu · 0.06
Potência máxima: Paero10 = Ic10 · Vn
Potência mínima: Paero6 = Ic6 · Vn
19.15 Sistemas Híbridos com Aerogeradores
A instalação mais comum deste tipo de aerogeradores é como complemento de uma instalação fotovoltaica conectando-o em paralelo com esta. Seu cometido é principalmente ter as baterias da instalação sempre carregadas.
19.1 Solener风力涡轮机简介
Solener制造功率高达15千瓦的风力涡轮机及其相应的控制器,以及用于取水的自吸泵。该公司在替代能源市场拥有超过40年的经验,包括风能领域。
Solener风力涡轮机在具有可观的风能资源和/或不断增加的功率方面特别具有竞争力。当系统功率增加时,电池存储的成本急剧上升,使用允许减小电池尺寸的辅助柴油发电机在经济上更有效。
19.2 风力涡轮机的部件
Solener风力涡轮机的基本部件是:
- ✓ 转子: 将风能转化为机械能的元件。由在 resistant 结构上的聚酯树脂和玻璃纤维制成的叶片、传递旋转运动的轴和将叶片固定在轴上的轮毂组成。
- ✓ 齿轮箱: 连接到转子的元件,将轴的旋转速度乘以达到发电机和发电机所需的高转数。可以是齿形皮带轮或屏蔽齿轮。
- ✓ 发电机: 将机械能转化为电能。可以是发电机(小功率直流电)或发电机(大功率交流电)。
- ✓ 机舱: 庇护能量转换基本元件的结构。容纳转子轴、齿轮箱、发电机和辅助系统,包括定向系统。
- ✓ 塔: 将转子放置在理想高度的支撑元件。建在钢筋混凝土基础(地基)上,并用螺栓固定。
19.3 风力涡轮机的类型
A) 水平轴
大功率风力涡轮机(超过100千瓦): 通常有三个空气动力学轮廓叶片。需要超过9米/秒的风。具有工业用途,布置在公园或发电厂。
小功率风力涡轮机(0至100千瓦): 可以有多达二十四个叶片,用于农村地区并作为家庭的补充。功率从几千瓦到一百不等。它们在孤立的房屋、农场、露营地、通信系统和其他自耗中非常有用。
B) 垂直轴(VAWT)
在这种类型中,旋转轴垂直于风向。有两个基本设计:
- ✓ Savonius型: 由两个直径相等的半圆柱体组成,平行于垂直旋转轴放置。风作用在圆柱体面(凹面和凸面)上的力不同,因此使它们绕轴旋转。
- ✓ Darrieus型: 由具有空气动力学轮廓的椭圆形形状的两到三个叶片组成。它们呈现出非常小的启动扭矩。它们的功率很小,并且很少实施。
19.4 定向系统
为了优化风能的利用,转子的定向平面必须保持垂直于风向。在定向系统中,需要区分:
- ✓ 尾翼: 用于小型涡轮机,形成舵-翼组件的一部分。转子的定向以机械方式完成,当风作用在舵-翼上并在其上施加一对力使转子垂直于风向放置时。
- ✓ 迎风转子辅助定向: 这是大型风力涡轮机中最常用的系统。它包含一个用于测量风速的风速计和一个用于方向的传感器,连接到向伺服电机发送相应控制命令的计算机,用于转子旋转平面的定向。
19.5 制动系统
当风速计检测到风超过25米/秒时,风力涡轮机出于安全原因停止。这就是所谓的生存速度,那里的风如此之大,以至于它可以无可挽回地损坏风力涡轮机。
- ✓ 机械制动器: 在齿轮箱和发电机之间。在紧急情况下使用。
- ✓ 叶尖制动器: 主制动系统。
- ✓ 可伸缩尾舵: 用于小功率风力涡轮机。
- ✓ 线圈短路: 通过短路转子(感应)产生强电流,由于楞次定律在对抗连续定子场的反应中产生非常强的场。
19.6 发电机
发电机的功能是将机械能转化为电能。根据风力涡轮机的功率,使用:
- ✓ 发电机: 它们是直流发电机,用于小功率风力涡轮机,将电能存储在电池中。
- ✓ 发电机: 用于大功率风力涡轮机的交流发电机。
19.7 风力涡轮机控制器
大型风力涡轮机在其整个开发过程中需要持续控制,因此在机舱中安装了一个计算机系统,作为一个整体称为控制器。每次必须在涡轮机设置中进行更改时,控制器都会处理它。控制器监控一切正常运行,如果不是,它会发出警告。
19.8 塔
塔是支撑元件,将转子和伴随它的机构放置在理想高度。建在钢筋混凝土基础(地基)上,并用螺栓固定。它必须足够坚固,以承受风、雪等的所有重量和努力。
塔的类型
- ✓ 钢管塔: 在大型风力涡轮机的情况下,通常使用钢管塔,在每端带有法兰的20-30米段中制造,并用螺栓"在现场"连接。塔是截头圆锥形的,即直径向基部增加,以增加其阻力并同时节省材料。
- ✓ 格子塔: 使用焊接钢型材制造。格子塔的基本优势是其成本,因为它们的制造只需要管塔中材料的一半。
- ✓ 拉索桅杆塔: 许多小型风力涡轮机由拉索支撑的细桅杆塔建造。优势是节省重量,因此节省成本。
19.9 基础
制作一个足够大的洞(取决于高度)以承受风力涡轮机接收的强风,高度越大,风力涡轮机上部接收的力矩就越大。
基础用带有铁网的钢筋混凝土制成,以保持其位置。在基础周围放置一个裸铜保护导体,接地。
19.10 安装
一旦混凝土压实并安装了接地,塔的下部就倒入混凝土中,一旦放置,就可以将塔的其余部分放在上面。
将塔、机舱和转子运送到该地点以开始安装。当第一阶段安装时,添加第二阶段并用螺栓和焊接连接。焊缝通过超声波检查是否完美。
19.11 风能
Pw = ρ · Cp · ½ · A · Vw³
其中:
- Pw是风产生的功率(W)
- ρ是空气的比密度(典型值为1.225 kg/m³)
- Cp是空气动力学效率系数(它是一个无量纲量)
- A是涡轮叶片扫过的面积(m²)
- Vw是风速(m/s)
19.12 风模型
在风能转换系统中,有必要对风的空间和时间行为进行适当的建模。通过这四个组件,可以获得一个相当灵活的模型来研究风引起的扰动:
- ✓ 斜坡: 速度的逐渐变化
- ✓ 基础: 平均风速
- ✓ 阵风: 短暂的突然增加
- ✓ 噪声: 连续的随机变化
19.13 风能资源评估
为了良好地开发大功率风力涡轮机,对打算建造风电场的地点进行了非常详细的研究。这些风研究可以持续一整年。
19.14 孤立风力涡轮机的选择
Cu = Cn · Pd
其中:
- Cu: 我们可以在电池中使用的最大容量
- Cn: 电池的标称容量
- Pd: 放电深度
Ic10 = Cu · 0.1
Ic6 = Cu · 0.06
最大功率: Paero10 = Ic10 · Vn
最小功率: Paero6 = Ic6 · Vn
19.15 带风力涡轮机的混合系统
这种类型的风力涡轮机最常见的安装是作为光伏装置的补充,将其与光伏装置并联连接。其主要目的是使装置电池始终充电。
19.1 Введение в ветряные турбины Solener
Solener производит ветряные турбины с мощностью до 15 кВт и их соответствующие регуляторы, а также самовсасывающие насосы для извлечения воды. Компания имеет более чем 40-летний опыт на рынке альтернативной энергии, включая область ветровой энергии.
Ветряные турбины Solener особенно конкурентоспособны с appreciable количеством ветрового ресурса и/или увеличивающимися мощностями. Когда мощность системы увеличивается, стоимость накопления батареями взлетает, будучи более экономически эффективным использование вспомогательного дизельного генератора, который позволяет уменьшить размер батарей.
19.2 Части ветряной турбины
Основные части ветряной турбины Solener:
- ✓ Ротор: Элемент, который преобразует энергию ветра в механическую энергию. Состоит из лопастей, изготовленных из полиэфирной смолы и стекловолокна на устойчивой структуре, вала, который передает вращательное движение, и ступицы, которая фиксирует лопасти на валу.
- ✓ Мультипликатор: Элемент, подключенный к ротору, который умножает скорость вращения вала, чтобы достичь высокого числа оборотов, которые нужны динамо-машинам и генераторам. Может быть из зубчатых шкивов или экранированных шестерен.
- ✓ Генератор: Преобразует механическую энергию в электрическую энергию. Могут быть динамо-машины (постоянный ток для малой мощности) или генераторы (переменный ток для большой мощности).
- ✓ Гондола: Структура, которая укрывает основные элементы преобразования энергии. Вмещает вал ротора, мультипликатор, генератор и вспомогательные системы, включая систему ориентации.
- ✓ Башня: Опорный элемент, который размещает ротор на идеальной высоте. Построена на железобетонном основании (фундамент) и зафиксирована на нем болтами.
19.3 Типы ветряных турбин
A) С горизонтальной осью
Ветряные турбины большой мощности (более 100 кВт): Обычно имеют три лопасти аэродинамического профиля. Нуждаются в ветре более 9 м/с. Имеют промышленное использование, располагаясь в парках или электростанциях.
Ветряные турбины малой мощности (от 0 до 100 кВт): Могут иметь до двадцати четырех лопастей, используются в сельской местности и как дополнение для домов. Мощность колеблется от всего лишь нескольких киловатт до сотни. Они чрезвычайно полезны в изолированных домах, фермах, кемпингах, системах связи и других для самопотребления.
B) С вертикальной осью (VAWT)
В этом типе ось вращения перпендикулярна направлению ветра. Существуют два основных дизайна:
- ✓ Тип Савониус: Состоит из двух полуцилиндров равного диаметра, расположенных параллельно вертикальной оси вращения. Сила, которую ветер оказывает на грани цилиндров (вогнутую и выпуклую), различна, поэтому заставляет их вращаться вокруг оси.
- ✓ Тип Дарье: Сформированы двумя или тремя лопастями овальной формы аэродинамического профиля. Представляют очень маленький пусковой момент. Их мощность мала, и они мало внедрены.
19.4 Системы ориентации
Чтобы оптимизировать использование энергии ветра, плоскость ориентации ротора должна оставаться перпендикулярной направлению ветра. Среди систем ориентации следует различать:
- ✓ Хвостовые лопасти: Используются в малых турбинах, образуя часть набора руль-лопасть. Ориентация ротора выполняется механически, когда ветер действует на руль-лопасть и оказывает на него пару сил, которые заставляют ротор располагаться перпендикулярно направлению ветра.
- ✓ Ротор наветренной стороны с вспомогательной ориентацией: Это наиболее используемая система в больших ветряных турбинах. Включает анемометр для измерения скорости ветра и датчик направления, подключенные к компьютеру, который отправляет соответствующие команды управления сервомотору для ориентации плоскости вращения ротора.
19.5 Тормозные системы
Когда анемометр обнаруживает, что ветер превышает 25 м/с, ветряная турбина останавливается по причинам безопасности. Это называется скоростью выживания, где ветер настолько силен, что может непоправимо повредить ветряную турбину.
- ✓ Механический тормоз: Между мультипликатором и генератором. Используется в случае чрезвычайной ситуации.
- ✓ Тормоз кончика лопасти: Основная тормозная система.
- ✓ Втягивающийся хвостовой руль: Используется в ветряных турбинах малой мощности.
- ✓ Короткое замыкание катушек: При коротком замыкании ротора (индуцированного) возникают сильные токи, которые устанавливают очень интенсивные поля из-за закона Ленца в реакции против непрерывного поля статора.
19.6 Электрические генераторы
Функция генератора - преобразовывать механическую энергию в электрическую энергию. В зависимости от мощности ветряной турбины используются:
- ✓ Динамо-машины: Это генераторы постоянного тока и используются в ветряных турбинах малой мощности, которые накапливают электрическую энергию в батареях.
- ✓ Генераторы: Генераторы переменного тока для ветряных турбин большой мощности.
19.7 Контроллер ветряной турбины
Большие ветряные турбины нуждаются в постоянном контроле во всем своем развитии, поэтому в гондоле устанавливается система компьютеров, которая в совокупности называется контроллером. Каждый раз, когда должно произойти изменение в настройках турбины, это контроллер, который занимается этим. Контроллер следит за тем, чтобы все работало правильно, в противном случае он предупреждает.
19.8 Башни
Башня - это опорный элемент и тот, который размещает ротор и механизмы, которые его сопровождают, на идеальной высоте. Построена на железобетонном основании (фундамент) и зафиксирована на нем болтами. Должна быть достаточно устойчивой, чтобы выдержать весь вес и усилия ветра, снега и т.д.
Типы башен
- ✓ Стальные трубчатые башни: В случае больших ветряных турбин обычно используются стальные трубчатые башни, изготовленные в секциях 20-30 метров с фланцами на каждом из концов, и они соединены болтами "на месте". Башни усеченно-конические, то есть с увеличивающимся диаметром к основанию, с целью увеличить их сопротивление и в то же время сэкономить материал.
- ✓ Решетчатые башни: Изготовлены с использованием сварных стальных профилей. Основное преимущество решетчатых башен - их стоимость, поскольку для их изготовления требуется только половина материала, чем в трубчатой башне.
- ✓ Башни с мачтой на растяжках: Многие малые ветряные турбины построены с тонкими мачтовыми башнями, поддерживаемыми натяжными кабелями. Преимущество - экономия веса, и, следовательно, стоимости.
19.9 Фундамент
Выполняется отверстие достаточно большое (будет зависеть от высоты), чтобы выдержать сильные ветры, которые получает ветряная турбина, чем больше высота, тем больше моменты силы, которые получает верхняя часть ветряной турбины.
Фундамент выполняется с железобетоном с железной сеткой, чтобы удерживать его на месте. Вокруг фундамента размещается медный проводник защиты, заземление.
19.10 Установка
После уплотнения бетона и установки заземления нижняя часть башни заливается в бетон, после размещения можно поместить остальную часть башни сверху.
Башня, гондола и ротор транспортируются на место, чтобы начать его установку. Когда первая фаза установлена, добавляется вторая, и они привинчиваются и свариваются друг с другом. Сварки проверяются на совершенство с помощью ультразвука.
19.11 Мощность ветра
Pw = ρ · Cp · ½ · A · Vw³
Где:
- Pw - мощность из-за ветра (Вт)
- ρ - удельная плотность воздуха (типичное значение 1,225 кг/м³)
- Cp - коэффициент аэродинамической эффективности (это безразмерная величина)
- A - площадь, ометаемая лопастями турбины (м²)
- Vw - скорость ветра (м/с)
19.12 Модель ветра
В системе преобразования ветровой энергии необходимо адекватно моделировать пространственное и временное поведение ветра. С этими четырьмя компонентами достигается разумно гибкая модель для изучения возмущений из-за ветра:
- ✓ Пандус: Постепенные изменения в скорости
- ✓ База: Средняя скорость ветра
- ✓ Порыв: Внезапные увеличения короткой продолжительности
- ✓ Шум: Непрерывные случайные изменения
19.13 Оценка ветрового ресурса
Для хорошей эксплуатации ветряной турбины большой мощности проводится очень детальное исследование места, где предполагается построить ветряную ферму. Эти исследования ветра могут длиться целый год.
19.14 Выбор изолированной ветряной турбины
Cu = Cn · Pd
Где:
- Cu: максимальная емкость, которую мы можем использовать в батарее
- Cn: номинальная емкость батареи
- Pd: глубина разряда
Ic10 = Cu · 0.1
Ic6 = Cu · 0.06
Максимальная мощность: Paero10 = Ic10 · Vn
Минимальная мощность: Paero6 = Ic6 · Vn
19.15 Гибридные системы с ветряными турбинами
Наиболее распространенная установка этого типа ветряных турбин - как дополнение к фотоэлектрической установке, подключая ее параллельно с ней. Ее цель - главным образом иметь батареи установки всегда заряженными.