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?