Politechnika

                       

Białostocka 

 

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska 

Katedra Ciepłownictwa 

 
 
 
 
 

Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 

 
 

Temat ćwiczenia: Badanie charakterystyk turbiny wiatrowej 

w funkcji prędkości wiatru 

 
 
 

Ć

wiczenie nr 1 

 
 
 

Laboratorium z przedmiotu: 

„Alternatywne źródła energii” 

 
 
 
 

                                            Kod:

 

Ś

C3066 

 
 
 

Opracował: 

dr inż. Tomasz Teleszewski 

 
 

luty 2015 

 
 
 

 

2

1.

 

Wprowadzenie 

 

Elektrownia  wiatrowa  jest  to  elektrownia  wytwarzająca  energię  elektryczną  przy 

pomocy  generatorów  napędzanych  energią  wiatru.  Ze  względu  na  budowę  elektrownie 
wiatrowe dzielimy na: 
 
1. Turbina wiatrowa o poziomej osi obrotu. 
2. Turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu. 
3. Turbina wiatrowa o osi poziomej wyposażona w dyfuzor. 
 

Główny  elementy  siłowni  wiatrowej  o  wale  poziomym  (rys.1)  to:  wirnik 

przekształcający  energię  wiatru  w  energię  mechaniczną,  generator,  turbina,  przekładnia, 
wieża. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 1. Budowa elektrowni wiatrowej o poziomej osi obrotu. 

 

Jedną  z  ważniejszych  charakterystyk  elektrowni  wiatrowych  jest  charakterystyka 

mocy turbiny wiatrowej P w zależności od prędkości wiatru v (rys.2). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 2. Charakterystyka mocy elektrowni wiatrowej o poziomej osi obrotu. 

 

3

2.

 

Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego 

 

Celem  ćwiczenia  jest  wyznaczenie  charakterystyki  mocy  modelowej  turbiny 

wiatrowej P=f(v) oraz zależności prędkości obrotowej turbiny od prędkości powietrza n=f(v) 
w tunelu aerodynamicznym przy stałym kącie natarcia łopat wirnika turbiny. 
 
3.

 

Metodyka badań 

 

 

a)

 

opis stanowiska badawczego modelowej turbiny wiatrowej 

 
 
 

 

 

Rys. 3. Schemat stanowiska badawczego: 1-wentylator, 2-tunel aerodynamiczny, 3-rurka 

Pitota, 4- model turbiny wiatrowej, 5- jednostka sterująca, 6 – komputer, 7 – jednostka INIT1 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 4. Widok pulpitu programu SCADA 

 
 
 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

1 

7 

 

4

b)

 

przebieg realizacji eksperymentu (rys. 3) 

 

1)

 

Ustawić kąt nachylenia łopat modelu turbiny elektrowni wiatrowej: 60

o

 

2)

 

Włączyć jednostkę sterującą 5 

3)

 

Włączyć jednostkę „INIT1” 

4)

 

Włączyć DC Lamp 1 i 2 (INIT1) 

5)

 

Ustawić „Load select” w pozycji „2” 

6)

 

Włączyć rejestrator, klikając na ikonkę „START”. 

7)

 

Ustawić „MEAS” w pozycji „BEFORE” . 

8)

 

Ustawić pierwszą wybraną nastawę 10 % (prędkość powietrza) suwakiem 
(AVE-1). 

9)

 

Odczytać pięciokrotnie prędkość przepływu powietrza (SVA-1) oraz prędkość 
obrotową turbiny (SV-1). 

10)

 

Odczytać pięciokrotnie napięcie (V_D) oraz natężenie prądu (I-DC). 

11)

 

Wyniki zapisać do tabeli 1. 

12)

 

Powtórzyć czynności 9-11 dla pozostałych nastaw z krokiem 10% do 50%. 

 
Po wykonaniu ćwiczenia należy wyłączyć wentylator (1), przesuwając suwak (AVE-1) na 
pozycję „0”. 
 

c)

 

prezentacja i analiza wyników badań 

 

Na podstawie wykonanych pomiarów wielkości charakterystycznych wykreślić 

charakterystyki P=f(v), n=f(v) 

Podstawowe wielkości należy wyznaczyć z następujących wzorów: 

 
1) moc modelowej turbiny wiatrowej: 

P

U I

= ⋅

    

W

 

(1) 

gdzie: 

U

- jest to napięcie [V], 

I

- jest to natężenie prądu [A]. 

 

Wyniki badań oraz obliczeń charakterystycznych wielkość turbiny należy zapisać w 

tabeli 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

5

Tabela 1. Zestawienie wyników pomiarów oraz obliczeń. 
 
 

Nastawa  k

ą

t nachylenia łopaty turbiny do osi turbiny: 60

o

 

  

  

  

  

n

wentMAX

 

v 

v

sr

 

n 

n

sr

 

U 

U

sr

 

I 

I

sr

 

P

sr

 

% 

m/s 

m/s 

obr/min 

obr/min 

V 

V 

A 

A 

W 

10    

  

  

  

  

    

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

20    

  

  

  

  

    

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

30    

  

  

  

  

    

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

40    

  

  

  

  

    

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

50    

  

  

  

  

    

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

 

  

 

 

 
 
 
Imię i nazwisko studenta: 
 
 
Data wykonania ćwiczenia: 
 
 

4.

 

Wymagania BHP 

 

Do  wykonania  ćwiczeń  dopuszczeni  są  studenci,  którzy  zostali  przeszkoleni  (na 

pierwszych  zajęciach)  w  zakresie  szczegółowych  przepisów  BHP  obowiązujących  w 
laboratorium. 

W  trakcie  wykonywania  ćwiczeń  obowiązuje  ścisłe  przestrzeganie  przepisów 

porządkowych i dokładne wykonywanie poleceń prowadzącego. 

Wszystkie  czynności  związane  z  uruchamianiem  urządzeń  elektrycznych  należy 

wykonywać za zgodą prowadzącego zajęcia. 

Zabrania  się  manipulowania  przy  wszystkich  urządzeniach  i  przewodach 

elektrycznych bez polecenia prowadzącego. 

 

6

5.

 

Sprawozdania studenckie 

 

Sprawozdania studenckie powinno zawierać następujące informacje: 

1)

 

Skład osobowy grupy oraz podpisy, nazwę kierunku studiów, laboratorium i tytuł 
ć

wiczenia, datę wykonania ćwiczenia, 

2)

 

Określenie poszczególnych zadań wraz z ich rozwiązaniem: 

a)

 

cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego, 

b)

 

niezbędne związki teoretyczne, 

c)

 

opis rzeczywistego stanowiska badawczego, 

d)

 

przebieg realizacji eksperymentu, 

e)

 

wykonanie potrzebnych przeliczeń i zestawień, 

f)

 

wykresy i charakterystyki (sporządzone na papierze milimetrowym), 

g)

 

zestawienie i analiza wyników badań. 

3)

 

Analiza dokładności pomiarów. 

4)

 

Posumowanie uzyskanych wyników w postaci syntetycznych wniosków. 

5)

 

Zestawienie łączników (protokołów, taśm rejestracyjnych, itp.). 

 

6.

 

 

Literatura 

 
1. Foit H.: Zastosowanie odnawialnych źródeł ciepła w ogrzewnictwie i wentylacji, Gliwice, 
2011 
2. Klugmann-Radziemska E.: Odnawialne źródła energii : przykłady obliczeniowe, Gdańsk, 
2011 
3. BoczarT.:Wykorzystanie energii wiatru, Warszawa, 2010 
4. Gronowicz J.: Niekonwencjonalne źródła energii, Radom, 2011 
5. Aldo Vieira da Rosa: Fundamentals of renewable energy processes, Amsterdam, 2009 
6. L. Kołodziejczyk, S. Mańkowski, M. Rubik: „Pomiary w inżynierii sanitarnej”, Arkady 
Warszawa 1980