Ćwiczenie 17/18. Energia wiatru

Wydział Energetyki i Paliw; Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

1

Ćwiczenie

nr 17/18

Temat ćwiczenia:

Energia wiatru

Konspekt

ver 1.1

Nr zespołu:

Wydział, rok, grupa:

Data

Nazwisko i imię

Ocena

Teoria

Wykonanie
ćwiczenia

Końcowa z ćwiczenia

1.

2.

Elementy układu:

1. tunel wraz z generatorem wiatru na bazie wentylatora,
2. turbina wiatrowa „Rutland 503”,
3. układ sterujący,
4. termoanemometr Delta OHM HD29V3TO3,
5. woltomierz.

Ćwiczenia obejmujące energetykę wiatrową

1. Badanie profilu prędkości w tunelu wiatrowym
2. Badanie charakterystyk turbiny wiatrowej,

UWAGA: W niniejszym ćwiczeniu:

a) występują elementy poruszające się ruchem obrotowym o dużej prędkości obrotowej,

b) generowany jest strumień wiatru o dużej prędkości liniowej.

NALEŻY BEZWZGLĘDNIE PRZESTRZEGAĆ INSTRUKCJI.

OSOBY LEKCEWAŻĄCE LUB IGNORUJĄCE INSTRUKCJĘ
BĘDĄ BEZWZGLĘDNIE USUWANE Z LABORATORIUM!!!

Zachować szczególną ostrożność i wszelkie czynności pomiarowe wykonywać ściśle wg wskazań

instrukcji!

W razie jakichkolwiek wątpliwości należy bezwzględnie kontaktować się z prowadzącym!

W razie zauważenia jakichkolwiek oznak nieprawidłowej pracy układu odłączyć zasilanie i

zgłosić to prowadzącemu!

Garderoba osób wykonujących pomiary nie może składać się z luźnych części, które mogą zostać

wciągnięte w łopatki wentylatora lub turbiny, np. szalików, krawatów, szerokich rękawów itp.

Długie włosy należy związać lub w inny sposób zabezpieczyć.

Przy stanowisku oprócz osób wykonujących ćwiczenie i prowadzącego nie mogą znajdować się

żadne postronne osoby!

Przed rozpoczęciem pomiarów zapoznać się szczegółowo z całością

instrukcji

Ćwiczenie 17/18. Energia wiatru

Wydział Energetyki i Paliw; Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

2

Rys. 1. Widok stanowiska badania turbiny wiatrowej.

Proszę zapoznać się ze stanowiskiem eksperymentalnym z Rys.1 i jego głównymi elementami:

a) tunel wraz z generatorem wiatru na bazie wentylatora,
b) turbina wiatrowa „Rutland 503”,
c) układ sterujący Rys.2.,
d) termoanemometr Delta OHM HD29V3TO3 Rys.3.,
e) woltomierz na zakresie 20V do odczytywania napięcia z termoanemometru.

sprawdzić czy na stoliku w otoczeniu wentylatora i turbiny nie znajdują się luźne przedmioty:
kartki papieru, długopisy, przenośne przyrządy pomiarowe i inne. Jeśli tak to proszę je usunąć.

Na stoliku pomiarowym poza wentylatorem, turbiną i układem sterującym nie może
znajdować się żaden inny przedmiot!
Potrzebne rzeczy, w tym materiały do notatek należy umieścić na półeczce poniżej blatu
stolika.

Turbina wiatrowa

Generator wiatru

Układ sterujący

Półeczka na notatki

Tunel

A

B

C

Gniazda
zasilania

Termoanemometr

Woltomierz

Ćwiczenie 17/18. Energia wiatru

Wydział Energetyki i Paliw; Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

3

Rys. 2. Widok układu sterującego.


Przygotowanie układu pomiarowego przed podłączeniem układu do napięcia sieciowego:

Sprawdzić układ połączeń elektrycznych oraz zapoznać się z obsługą termoanemometru,

Sprawdzić czy włącznik „Sieć” układu sterującego jest na pozycji „Wyłączone”,

Podłączyć kable pomiarowe do odpowiednich wtyków na płycie czołowej układu
sterującego,

Umieść sondę termoanemometru w otworze wskazanym przez prowadzącego (A, B lub C)

Podłączyć wtyki wyjścia napięciowego termoanemometru do woltomierza na zakres 20V,

Załączyć układ sterujący oraz zasilacz termoanemometru do gniazda zasilającego,

Przed załączeniem zasilania układu poprosić prowadzącego o kontrolę stanowiska

Przyciski:

zmniejszające „-„ zwiększające +

Moc Dmuchawy i Wartość Obciążenia

Przyciski

załącz/wyłącz

Dmuchawa i Obciążenie

Załącz = świeci się czerwona dioda

Ustawione wartości:
Moc Dmuchawy
Wartość Obciążenia

Generowane przez turbinę wiatrową:

Napięcie [V] * Prąd [A] = Moc [W]

Ćwiczenie 17/18. Energia wiatru

Wydział Energetyki i Paliw; Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

4

Termoanemometr Delta OHM HD29V3TO3 (Rys.3.) – przetwornik prędkości wykorzystują
technologię termoanemometryczną zapewniającą szybki i precyzyjny pomiar prędkości
przepływającego powietrza w wykonaniu kanałowym (długość sondy L=350mm) zmieniający
prędkość na standardowy sygnał analogowy 0...10V. Specjalny czujnik charakteryzuje się
wyjątkową niezawodnością i stabilnością długoczasową. Posiada bardzo dobrą charakterystykę
kierunkową pozwalającą na zachowanie dobrej dokładności pomiaru. Jest to szczególnie cenne
przy nieustabilizowanym strumieniu. Zakres pomiaru prędkości wybierany jest przez
użytkownika za pomocą zworki z następującego typoszeregu: 0...1m/s, 0...2m/s, 0...10m/s,
0...20m/s, Czujnik pomiarowy należy instalować zgodnie z kierunkiem przepływu powietrza.
Ułatwieniem jest skala naniesiona na sondę zgodna z osią przepływu powietrza.

Rys. 3. Termoanemometr HD29V3TO3 w wykonaniu kanałowym.

Parametry techniczne:

Pomiar prędkości

0.05...1m/s
0.05...2m/s

0.05...10m/s
0.05...20m/s

Zakres pomiarowy

wybierany zworką

Dokładność pomiaru
prędkości
(wartości mierzonej)

0.05...1m/s
0.05...2m/s

0.05...10m/s
0.05...20m/s

± (0.04m/s +2% w. m.)
± (0.04m/s +2% w. m.)

± (0.2m/s +3% w. m.)
± (0.2m/s +3% w. m.)

w. m. =

wartości mierzonej

przy

50% RH i 1013hPa

Sygnał wyjściowy
(zale

żnie od modelu)

4...20mA

0...10V

R

L

<500Ω

R

L

>500Ω

Zasilanie

16...40VDC lub 12...24VAC

Stała czasowa
(wybierana zworką)

0.2s
2.0s

szybka

wolna

Temperatura pracy:
- elektronika
- sonda

0...+60

0

C

-30...+100

0

C

Temperatura
kompensacji

0...+80

0

C

Medium

czyste powietrze, RH<90%

Wymiary obudowy

80x84x44

bez sondy

Ćwiczenie 17/18. Energia wiatru

Wydział Energetyki i Paliw; Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

5

I. Badanie profilu prędkości przepływu powietrza wzdłuż promienia tunelu

1. Umieść sondę pomiaru prędkości przepływu w otworze wskazanym przez prowadzącego tak

aby otwór z czujnikiem w sondzie znajdowała się na linii dmuchawa – turbina wiatrowa
i początek skali pokrywał się ze ścianką tunelu, zablokuj położenie nakrętką,

2. Ustawienia oraz wyniki pomiarów notuj w tabeli 1 karty pomiarowej,
3. Po sprawdzeniu przez prowadzącego połączenia, włącz układ sterujący do zasilania za

pomocą przycisku („Sieć”) na przedniej ściance układu,

4. Odczekać na pojawienie się komunikatu na wyświetlaczu (uwaga: jeśli komunikat nie pojawi

się do 3-ch minut zgłosić to prowadzącemu),

5. Zapoznać się z układem wyświetlacza i wyświetlanymi wskazaniami,
6. Za pomocą przycisków „+” i „–” dla obciążenia ustawić obciążenie wskazane przez

prowadzącego i załączyć przyciskiem „Obciążenie” (zaświeci się czerwona dioda)

7. Sprawdzić wskazania regulatora mocy dmuchawy, powinno wskazywać „ 1%”,
8. Ustawić wartość mocy dmuchawy wskazaną przez prowadzącego za pomocą przycisków „+”

i „–” i załączyć przyciskiem „Dmuchawa” (zaświeci się czerwona dioda), Wentylator
powinien zacząć się obracać,

Uwaga: podczas wykonywania pomiarów należy uważać aby nie dotknąć obracających się
łopatek dmuchawy oraz turbiny wiatrowej!!!

9. Zmieniać głębokość wsunięcia sondy co 1 cm (po uprzednim odkręceniu nakrętki blokującej

położenie sondy) odczekać na ustalenie się wskazań woltomierza odpowiadających prędkości
przepływu powietrza i zanotować wyniki pomiarów w tabeli 1,

10. Po zakończeniu pomiaru wyłączyć dmuchawę – przyciskiem „Dmuchawa”, poczekać na

zatrzymanie wentylatora i turbiny.

II. Wyznaczanie charakterystyki prądowo – napięciowej turbiny wiatrowej

1. Umieść sondę pomiaru prędkości przepływu w otworze wskazanym przez prowadzącego tak

aby otwór z czujnikiem w sondzie znajdowała się na linii dmuchawa – turbina wiatrowa na
głębokości odpowiadającej maksymalnej prędkości przepływu wyznaczonej w poprzednim
pomiarze,

2. Ustawienia oraz wyniki pomiarów notuj w tabeli 2 karty pomiarowej,
3. Po sprawdzeniu przez prowadzącego połączenia, ustawić wartość mocy dmuchawy na 40%

za pomocą przycisków „+” i „–” i załączyć przyciskiem „Dmuchawa” (zaświeci się czerwona
dioda), Wentylator powinien zacząć się obracać,
Uwaga: podczas wykonywania pomiarów należy uważać aby nie dotknąć obracających
się łopatek dmuchawy oraz turbiny wiatrowej!!!

4. Odczekać 2 minuty na ustabilizowanie się pracy wentylatora.
5. Za pomocą przycisków „+” i „–” dla obciążenia ustawić obciążenie na wartość

nieskończoność (na wyświetlaczu widoczne „--" i załączyć przyciskiem „Obciążenie”
(zaświeci się czerwona dioda),

6. Po każdorazowej zmianie obciążenia odczekać ok. 1 min na ustalenie się punktu pracy

generatora,

7. Zanotować w tabeli 2 karty pomiarowej wartość prędkości przepływu powietrza oraz

wartości prądu, napięcia i mocy generatora,

8. Za pomocą przycisku „–” dla obciążenia ustawiać kolejne mniejsze wartości obciążenia (110,

60, 24, 12, 6, 2 ) i po ustaleniu się punktu pracy notować wyniki w tabeli 2,

9. Powtórzyć pomiar dla kolejnych wartości mocy dmuchawy (50%, 60%, 70%, 80% i 90%),

Ćwiczenie 17/18. Energia wiatru

Wydział Energetyki i Paliw; Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie

6

10. Po zakończeniu pomiaru wyłączyć dmuchawę, poczekać na zatrzymanie wentylatora i

turbiny.

III. Wyznaczanie krzywej mocy turbiny wiatrowej

1. Umieść sondę pomiaru prędkości przepływu w otworze wskazanym przez prowadzącego tak

aby otwór z czujnikiem w sondzie znajdowała się na linii dmuchawa – turbina wiatrowa na
głębokości odpowiadającej maksymalnej prędkości przepływu i zablokuj położenie nakrętką,

2. Ustawienia oraz wyniki pomiarów notuj w tabeli 3 karty pomiarowej,
3. Za pomocą przycisków „+” i „–” dla obciążenia ustawić obciążenie wskazane przez

prowadzącego i załączyć przyciskiem „Obciążenie” (zaświeci się czerwona dioda)

4. Sprawdzić wskazania regulatora mocy dmuchawy, powinno wskazywać „1%”, jeśli wskazuje

wartość wyższą za pomocą przycisku „-„ ustawić wskazanie na „1%”

5. Załączyć wentylator przyciskiem „Dmuchawa”,
6. Wentylator powinien zacząć się wolno obracać,
7. Przyciskiem „+” zwiększać moc dmuchawy (kolejne naciśnięcia przycisku „+” powodują

zwiększenie mocy wentylatora o 1%),

8. Po każdorazowym naciśnięciu przycisku „+” odczekiwać ok. 20 s na ustalenie się obrotów

wentylatora,

9. Zanotować w tabeli 3 karty pomiarowej wartości moc dmuchawy i prędkości przepływu

powietrza oraz wartości prądu, napięcia i mocy generatora,

10. Po zakończeniu pomiaru wyłączyć dmuchawę, poczekać na zatrzymanie wentylatora i

turbiny.

Opracowanie wyników pomiaru:

I. Badanie profilu prędkości przepływu powietrza wzdłuż promienia tunelu

Na podstawie wyników pomiarów z tabeli 1 sporządzić wykres zależności głębokości wsunięcia
sondy od prędkości przepływu powietrza r=f(v). Na podstawie danych sondy
termoanemometrycznej, dla zmierzonych prędkości przepływu, określić błąd każdego pomiaru i
zaznaczyć go na wykresie dla punktów pomiarowych. Wyjaśnij charakter otrzymanego profilu
prędkości oraz określ dla jakiej głębokości osiągamy maksymalną prędkość przepływu.
Wyznacz z wszystkich pomiarów średnie i odchylenie standardowe wartości napięcia, prądu i
mocy generatora dla ustawionej w trakcie pomiaru mocy dmuchawy i obciążenia.

II. Wyznaczanie charakterystyki prądowo – napięciowej turbiny wiatrowej

Na podstawie wyników pomiarów z tabeli 2 dla poszczególnych mocy dmuchawy sporządź na
wspólnym wykresie zależności napięcia generowanego przez generator od prądu U=f(I) oraz
zależność mocy generatora od prądu P=f(I). Krzywe opisz prędkością wiatru oraz względną mocą
dmuchawy.
Wyznacz punkt maksymalnej mocy generatora dla poszczególnych wartości mocy dmuchawy.

III. Wyznaczanie krzywej mocy turbiny wiatrowej

Sporządzić wykres zależności mocy w funkcji prędkości wiatru. Zastosować wykres punktowy.
Odpowiedzieć na pytania: przy jakiej prędkości startuje turbina wiatrowa dla ustawionego
obciążenia?
Jaka krzywa opisuje zależność mocy generatora turbiny od prędkości wiatru?