Otvori glavni izbornik

Kinetička energija i snaga vjetraUredi

Kinetička energija vjetra može biti izražena jednadžbom

 

gdje je m masa a v brzina.

Tada snagu vjetra P dobivamo diferenciranjem energije u vremenu, pri čemu brzinu vjetra smatramo konstantnom:

 

Masa m je određena gustoćom   i volumenom V:

 

Derivirajući je u vremenu, dobijamo maseni protok zraka:

 

To je masa zraka gustoće   koji struji kroz referentnu površinu A i ima brzinu v.

Uvrstimo li maseni protok zraka u gornju jednadžbu za snagu vjetra dobijamo:

 

Gustoća zraka ovisi o tlaku i temperaturi, ona se mijenja proporcionalno s tlakom pri konstantnoj temperaturi. Stoga je pri konstantnom tlaku i gustoći maseni protok zraka također konstantan.

Iskorištavanje snage vjetra pri energetskim pretvorbamaUredi

Kada se snaga vjetra koristi za pretvorbu iz kinetičke u električnu energiju u vjetroelektranama, od interesa je da se postigne što veća iskoristivost, dakle što veći udio snage vjetra treba biti iskorišten i pretvoren u električnu energiju. Vjetroturbina smanjuje svojim djelovanjem brzinu vjetra s ulazne brzine   na izlaznu brzinu  , te iskorištava nastalu razliku snage. Snaga na taj način iskorištena u vjetroturbini može se izraziti kao:

 

Dakle nakon uvrštavanja diferencijala mase:

 

Snaga vjetra bez utjecaja vjetroturbine je:

 

Koeficijent snage   kazuje koliko je snage vjetra iskorišteno u pretvorbi energije. Maksimalni koeficijent snage izračunao je Betz(1926.), pa se idealni koeficijent snage zove i Betzov koeficijent snage i iznosi   pri omjeru brzina  . Stvarna postrojenja ne dostižu taj idealni slučaj, ali moguće je postići  . Iz toga slijedi da je efikasnost postrojenja jednaka omjeru stvarnog koeficijent snage i idealnog koeficijenta snage.

Podjela rotora vjetroturbina prema aerodinamičkom djelovanjuUredi

Prema aerdinamičkom djelovanju rotore vjetroturbina dijelimo na:

1. Rotori s otpornim djelovanjemUredi

Rotori s otpornim djelovanjem zasnivaju se na djelovanju sile otpora na lopatice rotora. Brzine vrtnje su pritom male, ali su momenti na vratilu rotora veliki. Najčešće se koriste u vjetrenjačama za pogon mlinova ili crpki za vodu.

Otporna sila   djeluje na objekte koji stoje okomito u odnosu na smjer vjetra. Definirana je sljedećom jednadžbom:

 

a snaga vjetra pri otpornom djelovanju dobije se kao  

Ako se objekt pod utjecajem vjetra giba brzinom u, u smjeru vjetra, tada će sila otpora biti umanjena, jer se brzina u oduzima u gornjoj jednadžbi od brzine vjetra v :

 

Otporno djelovanje se koristi također kod anemometara.

2.Rotori s uzgonskim djelovanjemUredi

Rotori s uzgonskim djelovanjem se zasnivaju na djelovanju sile uzgona na lopatice rotora, pri čemu se razvija linearna brzina nekoliko puta veća od brzine vjetra. Zbog većih brzina vrtnje i veće aerodinamičke učinkovitosti koriste se u suvremenim vjetroelektranama. Uzgonsko djelovanje nastaje kad vjetar, koji cirkulira oko objekta, razvija veću protočnu brzinu preko gornje površine objekta nego preko doljnje. Tako nastaje pretlak na gornjoj površini i podtlak na doljnjoj površini objekta. To rezultira silom uzgona:

 

Na lopatice djeluje i u ovom slučaju otporna sila, ali je njen iznos u odnosu na iznos uzgonske sile zanemarivo malen. Ipak, zbog toga se pojavljuje brzina u, koja sa stvarnom brzinom   čini brzinu  :

 


Ograničavanje aerodinamičkog djelovanjaUredi

Koeficijenti snage   i   promjenjivi su s obzirom na oblik objekta koji se suprotstavlja gibanju vjetra ( ) i upadnom kutu na lopaticu (oba koeficijenta). To se svojstvo koristi u raznim pogonskim stanjima rotora vjetroturbine. Pri puštanju u pogon rotora vjetroturbine odabire se veći kut da bi rotor postizao što veću iskoristivost snage vjetra. Ako je brzina vjetra vrlo velika (npr. kod oluje), kut upada može se smanjiti i time spriječiti nastanak eventualne štete na postrojenju.

Teme vezane uz energiju vjetraUredi

Vanjske povezniceUredi