Wielkość elektrowni wiatrowej

Czy więcej znaczy lepiej?
12 marca 2018

Ostatnio zadzwonił do mnie klient z pytaniem jakiej wielkości (średnicy) jest 500W turbina z mojej oferty. Chodziło o model NE-500M3 (HAWT), turbina ma średnice około 1,8 m. Niestety na trafiłem w gust potencjalnego klienta, Pan poszukiwał turbiny 500W ale zdecydowanie mniejszego rozmiaru

Rozmowa ta nasunęła mi pomysł na stworzenie bloga na którym postaram się korzystając również z Państwa pomocy „rozprawić” się z bajkami i mitami dotyczącymi turbin wiatrowych które tak owocnie są krzewione przez niektórych sprzedawców.

Czyli jakiej średnicy ten 500W wiatrak powinien być?

Zacznijmy od mocy wiatru:

Wiatr unosi energię kinetyczną, którą turbina wiatrowa konwertuje na energię mechaniczna. Konwertuje ją przy pomocy śmigieł. Konwersja ma określoną sprawność.
Czyli ilość uzyskanej energii na śmigłach zależy od ilości energii kinetycznej jaka niesie wiatr, nie zależy natomiast od zamontowanej prądnicy w wiatraku.
Moc jaką niesie wiatr obliczamy ze wzoru P=0,5*1,225*V^2. Wiatr wiejący z prędkością 12m/s niesie energie 1058W/m^2.
To teraz policzmy dwie turbiny Ista breeze wersja land średnica śmigieł 1,2m i NE-500M3 średnica śmigieł 1,8m

Moc turbiny P=0,5*1,225*A*v^3*n (0,5 – stała, 1,225 kg/m^3 gęstość powietrza, A pole omiatane śmigłami m^2, V prędkość wiatru w m/s, n sprawność)

A ista = (3,14*1,2^2)/4 = 1,13m^2

A 500M3=(3,14*1,8^2)/4= 2,54m^2

P ista = 0,5*1,225*1,13*12^3 = 1197W * n

P 500M3 = 0,5*1,225*2,54*12^3=2693W * n

Wg Prawa Betz’a maksymalnie możemy odebrać od wiejącego wiatru 59% jego energii, jest to tak zwany współczynnik wykorzystania energii wiatru Cp.
Niestety tylko teoretycznie, rzeczywista wartość to 20-40%.
Dodatkowo ilość energii przetworzonej na elektryczna pomniejszymy o sprawność elektryczna 85% i mechaniczna 95%.
W turbinach zawodowych realnie możemy liczyć na „przetworzenie” energii kinetycznej na elektryczną na maksymalnym poziomie 20-30% – i tyle. Przyjmijmy dla naszych niedoskonałych mikro turbin super wskaźnik na poziomie n = 25% (0,3*0,85*0,95) i otrzymamy:

P ista = 1197W * 0,25 = 299W

P 500M3 = 2693W * 0,25 = 672W

Podsumowując.

Nie jesteśmy praktycznie w stanie odebrać większych mocy z wiejącego wiatru niż tą, którą ten wiatr ze sobą niesie.
Turbina wiatrowa musi mieć swoją wielkość czyli średnice by uzyskać określoną moc na śmigłach – śmigła małej średnicy odbierają mało energii z wiatru.
Jedyny sposób / miejsce byśmy uzyskali większą moc niż ta obliczona przez nas na podstawie praw fizyki i teorii to internet i wiedza lansowana przez sklepy internetowe.

By zrozumieć to najprościej bez wzorów posłużę się analogią do pływania łódka na wodzie. Jeżeli mamy „duże” wiosło to machając nim tak samo jak „małym” wiosłem zmęczymy się bardziej. Bardziej się meczymy bo woda odebrała od nas więcej energii.