Polska turbina wiatrowa

[elmontjs]

Natrafiłem w internecie na rodzimą "rewelację" i nie będzie to reklama tej firmy (choć ona dobrze znana) ale raczej powód do wstydu.
Albo ktoś tam kompletnie nie ma pojęcia o mocy, albo to kolejne marketingowe kłamstwa, bo przecież przeciętny Kowalski popatrzy na cyferki bez zastanowienia.
Dospel ... to zagranie nie fair, może ktoś od Was to przeczyta i spróbuje coś wyjaśnić albo poprawić specyfikację.
A teraz zapraszam do wykresów i tabel w rozdziale "Specyfikacja":
[Link jest zablokowany dla Gości. Zaloguj się!]

[PGR Mąkowarsko]

Z polską elektryka wiatrową kojarzy mi się tylko jedno: [Link jest zablokowany dla Gości. Zaloguj się!]

[w3501yyyy]

W środowisku ludzi zajmujących się OZE i offgridem, a nie marketingiem, turbiny Dragon są niemal powszechnie znane.
I kompletnie w żadnym przypadku nie używane. Przypadek?
A poważnie - te wynalazki są ogromne, do tego jako tako pracują przy bardzo słabych wiatrach, a przy dużych nie pracują wcale. Jako że we wzorze na energię kinetyczną wiatru prędkość jest w trzeciej potędze, daje nam to pewne informacje jak działa taka turbina, z jaką skutecznością.

obraz_2024-08-01_130258053.png (228.38 KiB) Przejrzano 1950 razy

Wyżej sprawność turbiny w zależności od jej rodzaju oraz stosunku prędkości końcówki łopaty do prędkości wiatru. Do tego doliczmy typowe prędkości obrotowe turbin różnego typu i dochodzimy do pięknych wniosków, że najwięcej sensu mają turbiny trójłopatowe, bo mają bardzo dużą efektywność w dosyć szerokim spektrum prędkości wiatru który jest jeszcze użyteczny, czyli prędkości średnie i duże. Walka o sprawność przy niskich prędkościach wiatru nie ma sensu bo i energii z tego nie ma wiele, oraz przy wiatrach bardzo dużych bo trudno zaprojektować taką turbinę by jej nie połamało.

[elmontjs]

Pierwsza kwestia to:
przy podanych rozmiarach rotora, gdzie powierzchnia natarcia wiatru wynosi 0,85m2 dla najmniejszego rozmiaru tj. dla modelu Dragon 500+ (a nawet nie, bo wirnik nie jest pełny ale zakładam, że wiatr działa na kilka łopat) i bardzo optymistycznym współczynniku mocy Betza dla turbiny Savoniusa na poziomie 0,2 (co mniej więcej potwierdza wykres kol. w3501yyyy) i przyjętej prędkości wiatru 10m/s - moc turbiny to ok. 100W (a tu Dospel chwali się minimalną mocą na poziomie 177 -354W - to dane z katalogu), czyli producent oszukał prawa fizyki - Nobel się z pewnością należy! ... albo oszukuje klientów . Tak można przeliczyć każdy inny ich model na dowolnej, ale znaczącej prędkości i wciąż wychodzi "rewelacja"
Druga kwestia:
siła wiatru dla V=const., daje stałą wartość momentu obrotowego działającego na wał turbiny; moc elektryczna U*I to nieubłagana zasada elektrotechniki a tu wystarczy podnieść napięcie prądnicy przy tym samym momencie obrotowym i mamy kolejny fenomen - moc rośnie prawie 3-krotnie przy wietrze np. 20m/s. Zastanawiam się, dlaczego nie zastosowali generatora 1000V, turbina zasiliłaby może cały pion w bloku!

Chyba wyślę link do tej dyskusji wraz z zaproszeniem do Dospela, może uchylą nam jakiegoś rąbka tajemnicy ; chyba ze ktoś tu, na forum potrafi coś madrego w powyższych tematach powiedzieć, jestem ciekaw.

[w3501yyyy]

Nie jestem specjalistą od turbin wiatrowych, ale dynamika płynów i budowa maszyn nie jest tak skomplikowaną dziedziną by nie rozumieć podstaw. Zatem:
"Druga kwestia:
siła wiatru dla V=const., daje stałą wartość momentu obrotowego działającego na wał turbiny;"
Nie jest to prawda. Im większa prędkość obrotowa wirnika dla tej samej prędkości wiatru, tym mniejszy moment obrotowy. Dla prędkości łopat równej prędkości wiatru (skrót myślowy) moment obrotowy będzie zerowy, a dla zatrzymanej turbiny największy. Gdzieś między nimi jest punkt MPP jako że moc to prędkość obrotowa razy moment.
I teraz będzie konkurs z nagrodami, bo jeżeli jest tu ktoś bardziej doświadczony z pracą przy miktoturbinach o mocy do 10, max 20kW, na napięcie znamionowe 380V, to prosiłbym o kontakt. Chciałbym wyjaśnić pewną kwestię dotyczącą rzeczywistego napięcia jakie może się pojawić na wyjściu turbiny. Konkretnie planowałem zbudować sterownik turbiny wiatrowej dla takich turbin, ale wysokość tego napięcia jaką założyłem, mam nadzieję niesłusznie, bardzo podnosi koszt energoelektroniki a więc i całego urządzenia.
Odnośnie samych turbin wiatrowych sprawa jest bardzo ciekawa. Sprawność generatora takiej turbiny jest wysoka i mniej więcej stała, nie wchodząc w szczegóły. Problem zaczyna się ze sprawnością mechaniczną samej turbiny, konkretnie z optymalizacją jej sprawności -> efektywnej zamiany energii kinetycznej wiatru na ruch mechaniczny obrotowy. Wzór na energię kinetyczną wiatru można łatwo znaleźć i policzyć, natomiast maksymalna teoretyczna sprawność turbiny wiatrowej to okolice 68% (nie pamiętam dokładnej cyferki ale mniej więcej tyle). Wykona ona z faktu iż wiatru lecącego w stronę turbiny nie możemy całkowicie wyhamować, ponieważ tą spowolnioną masę powietrza też trzeba odprowadzić, czyli musi mieć jakąś prędkość po przeleceniu przez turbinę.
Druga ważna kwestia to sama sprawność turbiny. Jak zatrzymamy rotor całkowicie - mamy zerową prędkość obrotową i bardzo duży moment, iloczyn a więc moc żadna.
Jak puścimy turbinę luzem, prędkość obrotowa będzie bardzo duża, moment żaden, ponownie iloczyn czyli moc zerowa. Gdzieś pośrodku mamy optymalną prędkośći i moment obrotowy dający maksymalną moc, dla konkretnej prędkości wiatru. Nie możemy podłączyć zwykłego MPPT jak w PV do takiej turbiny bo taki system nie do końca zdaje sobie sprawę czy pobiera energię z bieżącej mocy wiatru, czy z momentu bezwładności rotora. Wyliczenie go jest nieco trudne ale mam na to ciekawy pomysł (którym się oczywiście publicznie nie podzielę ). Ktokolwiek zna podstawy mechaniki będzie w stanie samemu dojść jak to zrobić mniej więcej.
Kolejny problem polega na tym że ten punkt maksymalnej mocy zależy od prędkości wiatru, czyli by zachować optymalną sprawność turbiny trzeba dopasowywać wirnik do prędkości wiatru. Duże turbiny robią to zmieniając kąt natarcia łopat. W małych turbinach takiej opcji nie ma (jest ale jest niezalecana, o tym potem), więc trzeba radzić sobie inaczej, w praktyce dopasowując ciągle prędkość obrotową wirnika do prędkości wiatru.
Co do zmiennego kąta łopat - to jest system dobry dla ogromnych turbin energetycznych, gdzie można co rok wejść, sprawdzić, zrobić przegląd. Ale nie dla małych domowych wiatraczków, zbyt delikatne i skomplikowane. Do tego w małych turbinach o zmiennym kącie łopat ten system pracuje jako zabezpieczenie przeciwko pracy przy zbyt dużym wietrze. Uszkodzenie tego systemu sprawia że zabezpieczenie nie działa, a turbina albo połamie maszt, albo rozkręci się do wielkich prędkości i rozleci. W małych turbinach lepszym rozwiązaniem jest łamany ogon. System całkowicie mechaniczny, bez koszty elektroniki czy hydrauliki. Masz ogon zamontowany nieco z boku osi turbiny, i ten ogon zamontowany jest na zawiasie, coś w rodzaju zawiasów drzwi saloonu z westernów. Czyli początkowa siła otwierająca drzwi jest duża, a po minięciu pewnego momentu już niewielka. Tak samo to działa turbinach - duży wiatr zaczyna przekrzywiać turbinę w bok, a ogon stara się ją trzymać prosto. Jeżeli siła którą ogon prostuje turbinę będzie za duża, ogon złoży się ustawiając automatycznie turbinę bokiem do wiatru. Sposób prosty, bezawaryjny, niewymagający częstych przeglądów.
Na razie tyle

[elmontjs]

"Druga kwestia:
siła wiatru dla V=const., daje stałą wartość momentu obrotowego działającego na wał turbiny;"
Nie jest to prawda ...

To już taka czysta teoria w której oczywiście masz rację, ale chyba mnie źle zrozumiałeś albo źle się wyraziłem. Chodziło mi o to, że przy wietrze: V=const., ustalonym MPPT (jak to ładnie nazwałeś), czyli ustalonym obciążeniu, wirnik będzie miał stałą prędkość obrotową i stały moment, więc jak u licha zastosowanie generatora o większym napieciu zwiększy moc elektryczną zespołu ?

[w3501yyyy]

A, w tym sensie. No tak, moc jest moc i tutaj cudów nie ma. Także widzisz - marketing i oszukaństwo. Ale wszystkie turbiny wiatrowe mają oszukane dane. Czy to takie "profesjonalne" czy chińskie z aliexpres. Pewnie musieli się dopasować do rynku by ich produkty wizualnie nie odstawały w parametrach, bo byłyby odrzucane przez klientów zanim ktokolwiek zacząłby myśleć.