Przykładowe obliczenia doboru elektrowni wiatrowej.
Założenia:
a) Wielkość dobieranej elektrowni wiatrowej należy traktować jako minimalną do zadanych
warunków,
b) Dobrana elektrownia określana jest za pomocą średnicy wirnika i należy do grupy
szybkobieżnych - 3 łopatowych, klasycznych elektrowni o poziomej osi obrotu wirnika,
c) Podawaną w tablicy średnią prędkość wiatru dla danego rejonu Polski należy traktować
orientacyjnie,
d) Średnia prędkość wiatru podawana jest na wysokości 20 m nad poziomem gruntu,
e) Gęstość powietrza przyjęta została do obliczeń dla temperatury 15 stopni C i wynosi =
1,225 kg/m3,
f) Sprawność elektrowni wiatrowej (całkowita: wirnik, przekładnia, generator) = 0,3.
1. Najpierw należy określić rejon Polski, w którym chcemy umieścić elektrownie wiatrową.
Aby dokonać prawidłowego doboru rejon należy obejrzeć mapę wiatrów
2. Następnie z poniższej tabeli należy dobrać dla wybranego rejonu średnią prędkość wiatru.
Rejon Średnia prędkość wiatru na wys. 20 m n.p.g
I 5 - 6
II 4,5 - 5
III 4 - 4,5
IV, V, VI warunki niekorzystne i tereny wyłączone, v<4 m/s
3. Jeżeli mamy duże zapotrzebowanie na energię elektryczną, to potrzebujemy dużej
elektrowni wiatrowej. Ponieważ duże elektrownie wiatrowe umieszczane są na wysokich
wieżach istnieje potrzeba przeliczenia (i zarazem możliwość zobrazowani wzrostu średniej
prędkości wiatru w zależności od wysokości nad poziomem gruntu) średniej prędkości wiatru
z wys. 20 m na dowolną do 100 m n. p. g. Do określenia średniej prędkości wiatru na
dowolnej wysokości można wykorzystać Arkusz kalkulacyjny.
Do określenia średniej prędkości wiatru na dowolnej wysokości zastosuje się wzór, zgodnie z
którym stosunek prędkości v1 na wysokości Z1 do prędkości v2 na wysokości Z2 wynosi:
v1 / v2 = (Z1 / Z2)3a
gdzie:
v - średnia prędkość wiatru w m/s na wysokościach Z1 i Z2,
a - wykładnik potęgowy zależny od szorstkości podłoża. Wartość wykładnika potęgi można
dobrać z tablicy szorstkości.
4. Teraz należy określić wielkość zapotrzebowania na energię elektryczną. Wartość tą należy
podać w kWh/rok.
Po podstawieniu do poniższego wzoru E - zapotrzebowania na energię elektryczną i średniej
prędkości wiatru na wybranej wysokości nad poziomem gruntu obliczamy promień wirnika
elektrowni 3 łopatowej o osi poziomej.
m
- gęstośc powietrza 1,225 kg/m3 dla 15 st. C,
E - zapotrzebowanie na energię elektryczna kWh/rok,
v - średnia prędkość wiatru na danej wysokości powyżej pow. gruntu,
t - czas (liczba godzin w roku) h,
- sprawność całokwita elektrowni wiatrowej (przekładnia, wirnik, prądnica)
Z powyższego obliczenia wynika, że minimalną elektrownią wiatrową jaka spełniała by
oczekiwania była by elektrownia o średnicy wirnika około 5 m co odpowiada mocy
elektrowni około 5 kW