Răspunsul De ce turbinele eoliene au palete extrem de subțiri?
Zona rotorului este irelevantă pentru performanță. Dar cum puteți obține cea mai bună energie de la o turbină eoliană? Cititorul KR Stefan a vrut să știe asta. Am cerut sfaturi experților KR. Acesta este răspunsul tău.
Eolianul furnizează deja peste opt la sută din toată energia din Germania și reprezintă mai mult de o treime din toate sursele regenerabile de energie. Energia offshore oferă un potențial imens în mixul electric al viitorului. Unsprezece sisteme din Marea Nordului și două din Marea Baltică ne furnizează în prezent energie electrică. Pe uscat, adică în țară, există mult mai multe, deși cu o producție mai mică. Cu toate acestea, în trecut, previziunile pentru instalațiile offshore au trebuit revizuite în jos din nou, din nou, deoarece conexiunea lor la rețea era dificilă.
O altă condiție prealabilă importantă pentru centralele eoliene a fost creată acum 100 de ani datorită calculelor fizicianului Albert Betz. Betz a fost, de asemenea, un producător de aeronave. A determinat performanța realizabilă optim, așa-numitul coeficient de performanță maxim. Acest lucru se datorează faptului că o turbină eoliană nu poate converti complet energia cinetică a vântului în energie de rotație mecanică.
Cartea lui Betz „Energia eoliană și utilizarea ei de către morile de vânt” este disponibilă aici ca PDF.)
Prin urmare, cititorul Krautreporter, Ștefan, își pune întrebarea despre construcția turbinelor: „De când am văzut primele turbine eoliene acum 15 ani, mă întreb mereu de ce au palele atât de subțiri. Se pare că reprezintă doar cinci la sută din aria cercului. Frunzele mai groase nu ar putea converti mai multă energie în electricitate, deoarece există un cuplu și o rezistență mai mari? ”Dumneavoastră, dragi experți în reporterii de plante medicinale, mi-ați trimis numeroase răspunsuri. Le voi rezuma în această postare. (Puteți găsi toate articolele detaliate în zona membrilor - vă rugăm să vă conectați. Deveniți membru? Iată cum.)
Pe scurt, lățimea lamelor corespunde profilului aerodinamic optim. Dar ce înseamnă exact asta? Nils, membru al Krautreporter, descrie detaliat modul de acțiune. Tânărul de 26 de ani studiază ingineria mecanică și tehnologia energetică și se ocupă de problemele legate de energiile regenerabile, alimentarea cu energie și durabilitatea.
„Au copiat o tehnologie de la una dintre marile invenții ale secolului XX - avionul. O aripă a turbinelor eoliene de astăzi funcționează la fel ca o aripă de avion, nu este folosită rezistența împotriva vântului, ci ridicarea. Ridicarea pe o aripă este cauzată de diferențele de presiune dintre partea superioară și cea inferioară. Deci, aceeași întrebare este de ce aripile avioanelor jumbo sunt atât de înguste când trebuie să țină sute de tone în aer. Dacă tăiați aripa, puteți vedea un profil curbat al aripii. Acest lucru asigură faptul că aerul de intrare trebuie să parcurgă o distanță mai mare în partea de sus decât în partea de jos. Aceasta înseamnă că aerul de deasupra are o viteză mai mare și presiunea este redusă. Opusul se găsește pe partea inferioară: aerul este blocat și presiunea crește. Aripa este aspirată în sus și împinsă în sus de jos - și duce întregul avion cu el. "
Pentru fiecare secțiune inelară (dr), Betz a determinat adâncimea optimă a lamei t (r) în funcție de numărul de lame (z), raportul de viteză (λ), coeficientul de ridicare (ca) al profilului selectat și raza (R) a rotorului. Adâncimea optimă a aripii t este o funcție a razei r.
„Aceste condiții, totuși”, continuă Nils, „nu pot fi create pe orice aripă. Când aerul curge peste aripă, se freacă de suprafață și este încetinit. Dacă aripa este prea largă, aerul încetinit creează o rezistență enormă în flux. Acest lucru frânează, de asemenea, aeronava în direcția de mișcare (și rotorul eolian în direcția de rotație). Cu toate acestea, fenomenul de blocare este și mai rău: dacă aripile sunt proiectate prea largi, aerul de pe aripă poate fi încetinit într-o asemenea măsură încât fluxul nu mai stă frumos la suprafață, ci se separă. Și asta are ca rezultat o pierdere semnificativă a flotabilității ".
Sau după cum scrie inginerul în construcția navală Lucca: „Calitatea unei aripi poate fi exprimată în mod clar prin raportul de ridicare la tracțiune, care are ca rezultat așa-numitul raport de alunecare. Se știe că aripile au un raport de alunecare deosebit de bun atunci când sunt extrem de subțiri (cum ar fi în planor, unde slim înseamnă raportul dintre anvergura aripilor și lungimea coardei). "
„Deci, lamele perfect concepute creează o mulțime de ridicare fără a crea prea multă tracțiune", spune Nils. „Opusul este cazul lamelor prea largi. Acum puteți pune întrebarea de urmărire, de ce nu folosiți o mulțime de frunze înguste pentru a acoperi mai multă suprafață și a genera mai multă forță. Aceste numeroase lame (sau chiar câteva foarte late) ar oferi la rândul lor o suprafață mare de rezistență, iar vântul s-ar acumula în fața rotorului, rezultând viteze de curgere mai mici pe pale. Pentru a genera mai multă ridicare, este important să se producă viteze mari de curgere, deci se folosesc mai puține aripi pentru a nu încetini prea mult vântul de intrare. Aceste considerații aerodinamice, împreună cu dorința de a folosi cât mai puțin material posibil și de a nu permite sarcinilor de pe butucul rotorului să devină prea mari, au asigurat că turbinele cu exact trei pale relativ înguste au predominat. "
Inginerul F. explică: „Pentru cea mai eficientă funcționare a turbinelor eoliene (așa-numitul coeficient de putere al lui Betz), raportul dintre viteza inițială a vântului din fața sistemului și viteza vântului din spatele sistemului este decisivă. Numărul de frunze, care transformă energia aerului care curge în energie de rotație, joacă un rol subordonat. Există concepte cu un număr semnificativ mai mare de lame, dar acestea rulează apoi la viteze diferite de cele ale turbinelor eoliene cu trei pale. Singurul factor decisiv este zona acoperită de rotor, deoarece aceasta definește puterea care poate fi extrasă din vânt. "
El citează din lucrarea standard privind tehnologia energiei eoliene „Turbinele eoliene - elemente de bază, proiectare, planificare și operare”, editată de Robert Gasch și Jochen Twele: „Proporția ridicată a rotorului din costurile totale ale sistemului (20-25% costuri totale) ”[Gasch și Twele, Windkraftanlagen 2010]. În plus, datorită „distribuției forței de masă și de aer pe suprafața rotorului,„ rotoarele cu trei lame ”sunt mai silențioase dinamic, ceea ce duce la o tensiune mai mică pentru toate componentele” [Gasch și Twele, Windkraftanlagen, 2010]. ”
Pe scurt, în cuvintele lui Reinhold: „Zona rotorului nu joacă un rol în performanță. Zona acoperită de lamele rotorului este decisivă. "
Îți mulțumim pentru răspunsurile tale la Nils, Lucca, F., Tom, D., Marcus, Jonas, Martin, M., Markus, Dagobert, Guilherme, Ernst, Harald, Peter, Ismael și Reinhold.