Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 131 Artur Polak, BOBRME Komel, Katowice Andrzej Beżański, Jachtowy Kapitan Żeglugi Wielkiej MAAE ELEKTROWNIE WIATROWE PRZYKAADY PRAKTYCZNEGO ZASTOSOWANIA SMALL WIND POWER PLANTS EXAMPLES OF PRACTICAL USE Abstract: The paper describes small yacht s wind power-stations (also called wind-mills) designed and made by Komel Centre (Katowice, Poland). After marine tests of the first windmill (diameter 1 m) the second, smaller one (diameter 0,75 m) was designed and manufactured. The windmill having nominal output 120 W at wind 12 m/s is intended to be installed on yachts of size up to 15 m. The paper shows results of exploitation tests of the wind power-station, also during very strong wind (up to 22 m/s). In both wind mills permanent magnet alternator designed and manufactured by Komel were used. The alternators having very high efficiency do not have any brushless and can be used in hard working conditions in marine duty. 1. Wstęp Współczesne jachty żaglowe nie mogą funkcjo- Główna przeszkodą w powszechnym wykorzy- nować poprawnie i bezpiecznie bez energii stywaniu generatorów wiatrowych na jachtach jest ich wysoka cena. elektrycznej. Główne potrzeby energetyczne jachtu to: 2. Mała elektrownia wiatrowa - oświetlenie pozycyjne i pokładowe, Projektując elektrownię wiatrową z myślą że- - oświetlenie pomieszczeń załogi, glarzach postanowiono spełnić następujące wa- - zasilanie urządzeń nawigacyjnych, runki: - zasilanie pomp, - prosta i niezawodna konstrukcja, - zasilanie chłodziarek itp. - mała masa i małe gabaryty siłowni, Podstawowym zródłem zasilania wszystkich - uzyskanie mocy, która umożliwi utrzymy- urządzeń elektrycznych na jachcie są baterie wanie baterii akumulatorów o pojemności akumulatorów, których doładowywanie od- ok. 160 Ah w stanie naładowania. bywa się za pomocą prądnicy lub alternatora Moc siłowni wiatrowej zależy w dużym stopniu napędzanego przez silnik główny. od mocy zastosowanego silnika wiatrowego Innym sposobem utrzymywania akumulatorów (śmigła). Z uwagi na ograniczoną przestrzeń na w stanie naładowania jest zasilanie ich z prze- pokładzie w praktyce instaluje się siłownie o nośnego agregatu prądotwórczego z silnikiem mocach od 50 do 600 W [3]. Nie jest to dużo spalinowym. Użycie jednak takiego agregatu jak na potrzeby dużych jachtów, ale zupełnie jest bardzo kłopotliwe i wielu przypadkach wystarczy do utrzymywania baterii wręcz nie możliwe. Agregaty z silnikami spali- akumulatorów w stanie naładowania na nowymi cechuje bardzo głośna praca, z powodu jachtach o długości ok. 15m. emisji trujących spalin ich eksploatacja możliwa jest jedynie na pokładzie jachtu przy 3. Krótki opis zastosowanego generatora spokojnym stanie morza. wiatrowego Alternatywą dla spalinowych agregatów prą- Skonstruowana siłownia jest złożona z genera- dotwórczych są baterie słoneczne i generatory tora synchronicznego ze wzbudzeniem od ma- wiatrowe. gnesów trwałych. Napięcie trójfazowe o Generatory wiatrowe znalazły szczególne uzna- zmiennej częstotliwości wytwarzane przez ge- nie wśród żeglarzy regatowych po wprowadze- nerator jest prostowane i stabilizowane przez niu obowiązku blokowania (plombowania) sil- przekształtnik do wartości napięcia instalacji ników podczas regat długodystansowych [3]. elektrycznej prądu stałego na jachcie. Na wale Wiatraki na jachtach nie są niczym nowym lecz generatora zamontowano trójłopatową turbinę stosowanie ich nadal nie jest powszechne. wiatrową o średnicy koła wiatrowego Ć=1m. Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 132 500.00 Z uwagi na brak możliwości zmian kąta zakli- nowania w funkcji prędkości wiatru wybrano 400.00 ustawienie łopat względem wiatru optymalne 300.00 dla prędkości wiatru v=14 m/s. Przeprowadzone testy laboratoryjne umożliwiły 200.00 wyznaczenie charakterystyk obciążenia gene- ratora wiatrowego. 100.00 0.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 t[godz.] Rys.3. Rejestracja generowanej mocy w czasie 47 godzin pracy siłowni wiatrowej Rys.1. Badania laboratoryjne małej siłowni wiatrowej 500.00 Rys.4. Badania eksploatacyjne małej siłowni 400.00 wiatrowej 5. Wnioski końcowe 300.00 Badania eksploatacyjne pozwoliły na sformu- 200.00 łowanie następujących wniosków: - generowana przez elektrownię moc prze- wyższa zapotrzebowanie energii na utrzymy- 100.00 wanie baterii akumulatorów w stanie nałado- wanym, 0.00 - stosunkowo duże gabaryty siłowni wiatro- 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 v[m/s] wej nastręczają problemy związane z jej zain- Rys.2. Charakterystyka obciążenia stalowaniem na jachcie, poza zasięgiem pracu- jących na pokładzie żeglarzy. 4. Próby eksploatacyjne Efektem przeprowadzonych badań było opra- cowanie nowej konstrukcji siłowni wiatrowej o Po przeprowadzeniu badań laboratoryjnych mniejszej mocy, mniejszych gabarytach, bar- elektrownię zainstalowano na jachcie morskim dziej zwartej konstrukcji. s.y. North Explorer (11 metrowy kecz o pow. Założono, iż będzie ona miała moc około ożaglowania 75m2) poddano testom eksploata- 150 W przy wietrze o prędkości 12 m/s. cyjnym podczas rejsu po Morzu Bałtyckim. Średnica koła wiatrowego wynosi 0,75 m. Rejs odbywał się w maju 2004 w okresie sil- W celu skonstruowaniu nowego silnika wiatro- nych zmiennych wiatrów. Prędkość wiatru wego obliczono nowy profil płata śmigła, wy- przekraczała 22m/s konano jego model oraz wykonano egzemplarz serii informacyjnej, którego testy eksploata- cyjne zaplanowano na wiosnę 2005r. P[W] Pel[W] Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 71/2005 133 Autorzy dr inż. Artur Polak BOBRME Komel tel.: 032/299-93-81; fax: 032/259-99-48 e-mail: labor@komel.katowice.pl Andrzej Beżański Jachtowy Kapitan Żeglugi Wielkiej Rys.5. Egzemplarz serii informacyjnej małej siłowni wiatrowej. Zaprojektowany generator należy do rodziny najbardziej efektywnych mikrogeneratorów. Podstawowe zalety godne uwagi: bardzo niski koszt 1-go wata energii elek- trycznej, minimalna prędkość wiatru 3 m/s, która umożliwia generowanie energii elektrycznej, bardzo duża trwałość, duża sprawność aerodynamiczna, estetyczny kształt. Dane techniczne - konstrukcja wykonana z materiałów odpor- nych na działanie wody morskiej - komputerowo opracowany profil łopat, - bardzo cichy 3-fazowy generator wzbudzany magnesami trwałymi, - piasta śmigła, która pozwala osiągnąć efekt koła zamachowego, co powoduje równo- mierną pracę - mała masa siłowni (bez masztu wsporczego) 8 kg, Opisana wyżej jachtowa elektrownia wiatrowa po pozytywnym zakończeniu testów eksploatacyjnych będzie produkowana i ofero- wana przez BOBRME Komel. Literatura [1]. Glinka T.: Maszyny elektryczne wzbudzane magnesami trwałymi. Wyd. Pol. Śl., Gliwice, 2002r. [2]. Polak A.: Wysokosprawna prądnica wzbu- dzana magnesami trwałymi wyniki badań labora- toryjnych Zeszyty Problemowe BOBRME Komel nr 64/2003. [3]. Baranowski K.: Praktyka oceaniczna. Wyd. SiT, W-wa 1984r.