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