04 obnovljivi izvori_energije
TRANSCRIPT
CEI Mikroelektronika d.o.o.10000 Zagreb, Kraljevićeva 13
Obnovljivi izvori energijeKomercijalne vjetroturbine – između diktata učinkovitosti i održivog iskorištavanja
Josip Turković, dipl.ing fizike
2
Temeljni projekti
Energija sunca i vjetra
Vjetroturbina
PTJH – 1
- do 50 kW nom.- do 1 MW nom.
Solarni kolektor
SVRG – 1
- model za hrvatsko klimatsko područje- model za ekvatorijalno pustinjsko područje
Sustav za prijenos i pretvaranje zahvaćene energije
- lokalna primjena- sabirnice u centrima za konverziju
Sustav za pohranu energije
- kopnena verija- podmorska verzija
3
Temeljni projekti
Eko projekti
Hidroponski uzgojbiljnih kultura
Razgradnja atmosferskog CO2
4
Temeljni projekti
Tehnološki projekti
Vakuumske depozicije tankih slojeva LPCVD metodom
- polysilicij- silicij dioksid- silicij nitrid- silicij oxinitrid
Konstrukcija uređaja za vakuumsko rasprašivanje(sputtering)
5
- horizontalna glavna osovina
- trokraka, s aerodinamički profiliranim krilima
- generator smješten u kupoli
Komercijalna vjetroturbina
6
- stalan vjetar po smjeru i iznosu njegove brzine
- iznos brzine vjetra od 50 km/h do 80 km/h
- za brzine iznad 80 km/h vjetroturbina se dovodi u pasivan položaj prema vjetru, zbog konstrukcijskih ograničenja
Komercijalna vjetroturbina
Pretpostavke za efikasan rad
7
- uzgonske (tipa avionskog krila)
- otporne
Glavni tipovi vjetroturbina
Prema načinu zahvata vjetra
8
Ilustracija uzgona
9
Koeficijent iskorištenja
1919. Betz 59.3% - izračunato na vrlo simplificiranom modelu promjene energije fluida prije i poslije turbine.
1920. Žukovski izračunao istu vrijednost na temelju modela idealne turbine
1935. Glauert je izračunao iznos od 40 % koji se asimptotski približava Betzovoj vrijednosti kad vrh krila turbine doseže beskonačnu brzinu. Proračun je rađen kao energetski balans fluida ispred i iza rotora.
2001. Gorban,Gorlov i Silantjev su proveli egzaktni račun za slučaj nekednolike raspodjele tlakova i zakrivljenih strujnica u ravnini turbine. Dobili su maksimalni koeficijent od 30,1%
10
Ključan parametar potreban investitoru
Koliko eura/w košta investicija u vjetroturbinu ?
Nakon koliko vremena se vraća uloženi novac ?
11
Energetski uređaji kao tipovi proizvoda
1. Potrošački tipovi (consumer)
2. Samodostatni ili eksploatacijski održivi
Eksploatacijski održivi: u tijeku životnog vijeka vraćaju barem jednaku, ako ne i veću količinu realne vrijednosti koja je u njih uložena
Potrošački tipovi: svi oni koji nisu kao prethodno opisani
12
Konvencionalni tipovi vjetroturbina s vertikalnom osovinom
Georges Jean Marie Darrieus 1931.
13
Konvencionalni tipovi vjetroturbina s vertikalnom osovinom
Darrieus – Savonius tip Giromill tip
14
Konvencionalni tipovi vjetroturbina s vertikalnom osovinom
Cycloturbine
15
Prijedlog vjetroturbine novog tipa s vertikalnom osovinom
Položaj zakrilca kod zahvata vjetra.
Smjer vjetra pokazan je strelicom.
16
Prijedlog vjetroturbine novog tipa s vertikalnom osovinom
Položaj zakrilca kod propuštanja vjetra.
Smjer vjetra pokazan je žutom strelicom.
Zakret zakrilca pokazan je zelenom strelicom.
17
Opći izgled jednog modula vjetroturbine.
Slaganjem uvis, moduli se multipliciraju ovisno o ograničenjima konstruktcije.
18
Svaki nivo krila turbine moguće je isključiti postavljanjem krila u pasivan položaj prema vjetru (horizontalan).
19
Uvećano:
Najviši nivo krila vjetroturbine postavljen u pasivan položaj prema vjetru.
20
Izračunati ili izmjereni parametri nove vjetroturbine
Koeficijent iskorištenja: maksimalno 17,8 %
Predloženo riješenje potisne vjetroturbine s vertikalnom osovinom može raditi do uključivo maksimalnih brzina vjetra ikad izmjerenih u hrvatskom priobalju, a pri tom nisu potrebni nikakvi egzotični materijali i tehnologije.
Simuliranjem režima tipičnih vjetrova našeg priobalja, pokazalo se da se jednak broj kWh dobiva u bilo kojem mjernom razdoblju koje uključuje barem jedan olujni događaj, i to sa vjetroturbinom 10 puta manje nominalne snage od odgovarajuće uzgonske turbine.
2110 20 30 40 50
vms250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000PkW Krivulja snage
Usporedba oblika krivulja snage za uzgonsku turbinu (lijevo) i potisnu turbinu (dolje).
Krivulja desno je proračun za slučaj potisne turbine sa prethodnih slika, uz površinu jednog krila od 5x10 m2.
22
0.25 0.3 0.35 0.4rads18.5
19
19.5
20
20.5
21PkW Brzina vjetra 10 ms
Potisna vjetroturbina sa ukupno 12 krila 5x10 m2.
23
1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65rads1845
1850
1855
1860
1865
1870PkW Brzina vjetra 45 ms
24
Umjesto zaključka
Predloženo rješenje vjetroturbine s vertikalnom osovinom ne isključuje već postojeća komercijalna rješenja. Kako vjetrovi u određenom području (misli se na mediteranski krug) nisu isključivo olujni ili isključivo stalni i umjereni, predloženo rješenje nadopunjuje postojeća rješenja. Uz 10-tak konvencionalnih trokrakih turbina, jedna poput predloženog rješenja može potpuno nadomjestiti grupu konvencionalnih kad se konvencionalne moraju isključiti zbog prebrzog i po smjeru promjenljivog vjetra.
U smislu eksploatacijske održivosti, predloženo rješenje vjetroturbine s vertikalnom osovinom lakše zadovoljava kriterij samodostatnosti.