Wybrane parametry pracy turbiny wiatrowej - analiza

Ze względu na wzrost zużycia energii w wielu sektorach, przedsiębiorstwa poszukują rozwiązań podnoszących efektywność energetyczną. Do szczególnie istotnych należą systemy wykorzystujące źródła odnawialne, takie jak turbiny wiatrowe. Skuteczność i wydajność ich pracy można ocenić na podstawie różnych parametrów, które powinny utrzymywać odpowiednie wartości niezależnie od panujących warunków pogodowych i anomalii. Duży wpływ na efektywność turbin ma częstotliwość przeglądów i działań konserwacyjnych. Regularny serwis wiatraków pozwala na utrzymanie ich w nienagannym stanie technicznym.

Znamionowa moc turbiny wiatrowej

Przeprowadzenie badań warunków wiatrowych jest szczególnie istotne w przypadku elektrowni o dużej mocy, natomiast dla mniejszych wykorzystuje się uproszczone obliczenia. Moc znamionową turbiny wiatrowej można określić poprzez ustalenie mocy zawartej w strumieniu powietrza, co wyraża się na podstawie zależności między gęstością powietrza, powierzchnią przepływu strumienia powietrza oraz prędkością przepływu powietrza w wybranym miejscu. Moc zawarta w wietrze jest proporcjonalna zarówno do powierzchni przepływu strumienia, jak i trzeciej potęgi wartości prędkości wiatru. W przypadku znanej prędkości wiatru na określonej wysokości i konieczności instalacji turbiny na innej wysokości, prędkość powinna być przeliczona na poziom montażu. Prace te musi przeprowadzić profesjonalny technik turbin wiatrowych. Od przepływającego powietrza odbierana jest tylko część energii, co odbywa się kosztem zmniejszenia prędkości wiatru. Strumień powietrza jest więc częściowo zahamowywany przez turbinę. W obliczeniach współczynnika mocy trzeba uwzględnić straty atmosferyczne, zależne od kształtu wirnika, liczby łopat czy sposobu wykonania konstrukcji.

Moc wyjściowa turbiny wiatrowej

Turbina wiatrowa jest częściowo napędzana generatorem, co odbywa się za pośrednictwem mechanicznej przekładni. W przypadku elektrowni współpracujących z siecią, wyprowadzanie mocy przebiega przez linię elektrownianą oraz ewentualnie transformator - czyli elementy sieciowe, aż do miejsca przyłączenia. Sprawność tych elementów powinna być uwzględniana przy wyznaczaniu mocy wyjściowej. W przypadku niewielkich elektrowni działających z krótkim odcinkiem przewodów zasilających i bez przekładni mechanicznej, wystarczającym parametrem będzie sprawność generatora. Prędkość znamionowa wiatru przyjmowana do wyznaczania mocy oraz prędkość średnia w miejscu instalacji turbiny powinny być od siebie wyraźnie rozróżniane. Z reguły moc silnika wiatrowego wyznaczana jest tylko dla znamionowej prędkości wiatru w zakresie 12-15 m/s. Dotyczy to turbin o dużej mocy, które są umieszczane na wysokości nawet kilkudziesięciu metrów w warunkach dużej średniej prędkości wiatru. Wartości te nie znajdują zastosowania dla konstrukcji o małej mocy, montowanych znacznie niżej. W przypadku błędnych parametrów, zalecany jest profesjonalny serwis turbin wiatrowych. Takie usługi oferuje firma Teton, czyli zespół doświadczonych alpinistów przemysłowych.

Wyprodukowana energia i sprawność turbiny wiatrowej

Turbiny wiatrowe nie pracują z mocą znamionową przez cały czas, dlatego wyprodukowana w ciągu roku energia nie stanowi iloczynu jej mocy i czasu. Z tego względu konieczne jest uwzględnienie współczynnika wykorzystania mocy przez elektrownię. Po ustaleniu wartości znamionowej prędkości wiatru z wyznaczoną mocą turbiny, należy sprawdzić miejsce przecięcia z krzywą odpowiadającą uśrednionej prędkości wiatru w miejscu instalacji turbiny. Współrzędne te stanowią wartość procentową współczynnika mocy w okresie roku. Prędkość wiatru jest jednak zmienna, co może wywołać różne komplikacje. W takiej sytuacji warto przeprowadzić serwis elektrowni wiatrowych. Znaczenie ma także rodzaj wirników, ponieważ mogą one posiadać różne możliwości przekazywania mocy wiatru. Istotnym parametrem pozostaje sprawność turbiny, obliczana na podstawie prędkości wiatru za i przed wirnikiem turbozespołu wiatrowego.