Laboratorium LAB1. Moduł małej energetyki wiatrowej

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Laboratorium LAB1. Moduł małej energetyki wiatrowej"

Jacek Andrzejewski
6 lat temu
Przeglądów:

1 Laboratorium LAB1 Moduł małej energetyki wiatrowej

2 Badanie charakterystyki efektywności wiatraka - kompletnego systemu (wiatrak, generator, akumulator) prędkość wiatru - moc produkowana L1-U1 Pełne badania wiatraka uzupełnione o dodatkowe wyznaczenie charakterystyki samego wirnika L1-U2 Pomiar sił aerodynamicznych działających na wiatrak w pełnym zakresie prędkości wiatru i generowanej mocy przez wiatrak L1-U3 OPIS OGÓLNY PROCEDURY POMIAROWE Pomiary prowadzone w ramach projektu MOLANOTE mogą obejmować dowolne ograniczone jedynie wymiarami tunelu wiatraki. Pomiary prowadza się w tunelu aerodynamicznym T3 Instytutu Lotnictwa w Warszawie, którego schemat przedstawia Rysunek 1.. Rysunek 1 Schemat tunelu aerodynamicznego Widok w przestrzeni pomiarowej przedstawia zdjęcie na Rysunek 2 (widok z góry, w kierunku pod wiatr ).

Rysunek 2 Turbina w przestrzeni pomiarowej tunelu Oprzyrządowanie tunelu umożliwia ustawienie prędkości przepływu w zakresie od 5m/s do 25m/s (mniejsze prędkości nie mogły być ustawione jako

3 Rysunek 2 Turbina w przestrzeni pomiarowej tunelu Oprzyrządowanie tunelu umożliwia ustawienie prędkości przepływu w zakresie od 5m/s do 25m/s (mniejsze prędkości nie mogły być ustawione jako stacjonarne, ale występowały przy rozpędzaniu tunelu i były mierzone w czasie rzeczywistym).ze względów bezpieczeństwa podczas pracy tunelu nie wolno [przebywać w pomieszczeniu stanowiącym otoczenie jego przestrzeni roboczej przedstawionej na Rysunek 2. Wszystkie obserwacje i pomiary prowadzone są ze sterowni oddzielonej od tunelu oknami z pancernego szkła które zapewniają bezpieczeństwo użytkowania (widok z tego pomieszczenia przedstawia zdjęcie na Rysunek 3)..

Rysunek 3 Widok z pomieszczenia kontrolno-pomiarowego Pomiary prowadzone są przy pomocy dedykowanego na potrzeby projektu MOLANOTE systemu pomiarowego.

4 Rysunek 3 Widok z pomieszczenia kontrolno-pomiarowego Pomiary prowadzone są przy pomocy dedykowanego na potrzeby projektu MOLANOTE systemu pomiarowego. Umożliwia on uzyskanie (o ile jest ona możliwa w danych warunkach przepływu) pracy turbiny przy zadanym momencie obrotowym albo przy zadanych obrotach. Pozwala to na sporządzenie charakterystyk turbiny, które w pełni opisują jej parametry. Część mechaniczna zbudowanego systemu pozwala na badanie turbin wiatraków o osi poziomej oraz pionowej (montaż układu w tych dwóch konfiguracjach przedstawiony jest na Rysunek 4).

Rysunek 4 Konfiguracja systemu pomiarowego dla wiatraków o osi pionowej i poziomej Układ ten pozwala na badanie zarówno wiatraków z pozioma osią obrotu, jak i wiatraków z pionową osią obrotu.

System pomiarowy składa się z kilku współpracujących ze sobą elementów: - stanowisko pomiarowe zespół służący do mechanicznego podłączenia pędnika wraz z przetwornikiem pomiarowym, układem pomiarowym

5 Rysunek 4 Konfiguracja systemu pomiarowego dla wiatraków o osi pionowej i poziomej Układ ten pozwala na badanie zarówno wiatraków z pozioma osią obrotu, jak i wiatraków z pionową osią obrotu. Umożliwia obciążanie wiatraka za pomocą własnego generatora, jak również generatora dostarczanego przez producenta wiatraka. System pomiarowy składa się z kilku współpracujących ze sobą elementów: - stanowisko pomiarowe zespół służący do mechanicznego podłączenia pędnika wraz z przetwornikiem pomiarowym, układem pomiarowym i obciążeniem mechanicznym pędnika - urządzenie pomiarowo-sterujące służy do kontroli pracy stanowiska pomiarowego, zbiera dane pomiarowe, komunikuje się z programem na komputerze PC - dedykowany program komputerowy pozwalający. Moduł archiwizacji wyników może być na życzenie rozszerzony o moduł analizy i porównywania danych, istotny szczególnie przy konieczności weryfikacji danych katalogowych dostarczanych przez producentów małych turbin wiatrowych. Dysponując danymi katalogowymi (analizie poddany jest wiatrak o osi pionowej) producenta typu:

Roczna produkcja energii (moc) 0 2 4 6 8 10 Predkosc wiatru [m/s] y = -15,15x 3 + 244,69x 2-496,93x R 2 =

6 Rys. Dane katalogowe rocznej produkcji energii przykładowego wiatraka SL-10 Tworzymy własny wykres rocznej produkcji energii i mocy deklarowanej Moc produkowana [kwh/rok] Roczna produkcja energii (moc) Predkosc wiatru [m/s] y = -15,15x ,69x 2-496,93x R 2 = 0,9989 Dane katalogowe Aproksymacja wielomianem trzeciego stopnia Rys. Aproksymacja rocznej produkcji energii wiatraka SL-10

7 Moc deklarowana Moc [W] Moc deklarowana Interp ,2 4,2 Predkosc 6,2 wiatru [m/s] 8,2 10,2 Rys. Wykres mocy deklarowanej wiatraka SL-10 Dysponując danymi pomiarowymi z modułu archiwizacji w tym wypadku mocy mechanicznej Moc [W] 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 Moc zmierzona y = 0,3795x 3 + 2,8835x 2-21,356x R 2 = 0,9997 Moc zmierzona Aproksymacja wielomianem trzeciego stopnia 0,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 Predkosć wiatru [m/s] Rys. Moc mechaniczna zmierzona

8 Możemy porównać moc zmierzoną i moc zadeklarowaną z kart katalogowych Moc deklarowana i moc zmierzona Moc [W] Predkosc wiatru [m/s] Moc deklarowana Moc zmierzona Rys. Porównanie mocy deklarowanej i zmierzonej Dysponując modułem archiwiacji wyników postępując zgodnie z opracowanymi procedurami badawczymi jesteśmy w stanie z sposób obiektywny oszacować moc mechaniczną małych turbin wiatrowych o osi poziomej i pionowej. Dysponując dodatkowo kartami katalogowymi producentów możemy wiarygodnie porównać moce deklarowane i zmierzone. SUGEROWANA METODYKA WYZNACZANIA CENY RYNKOWEJ USŁUG L1-U1,L1-U2,L1-U3 LAB1 oferuje cztery podstawowe usługi L1-U1 badanie charakterystyki efektywności wiatraka - kompletnego systemu (wiatrak, generator, akumulator) prędkość wiatru - moc produkowana L1-U2 pełne badania wiatraka uzupełnione o dodatkowe wyznaczenie charakterystyki samego wirnika, L1-U3 pomiar sił aerodynamicznych działających na wiatrak w pełnym zakresie prędkości wiatru i generowanej mocy przez wiatrak L1-U4 symulacje numeryczne CFD przepływów i obciążeń elementów wiatraka

9 Proponujemy następującą metodę wyceny trzech pierwszych usług L1-U1..U3 W Polsce nie istnieje tego typu usługa tunel aerodynamiczny o średnicy 5m posiada tylko Instytut Lotnictwa. Liczymy dni pomiarowe. Usługa to minimum jeden dzień pomiarowy zł koszt udostępnienia na jeden dzień pomiarowy (8 godzin pomiarowych) tunelu aerodynamicznego w Instytucie Lotnictwa - jest to standardowa oferta ILOT na jeden dzień. 2x8x zł = 1800 zł koszt pracy dwu osób z zespołu badawczego IMP PAN 500+2x200=900 zł koszt dojazdu i hotelu dla osób z zespołu badawczego IMP PAN 5x8x112.50=4500 zł koszt tygodnia pracy przy opracowaniu wyników jednej osoby z zespołu badawczego IMP PAN rozsądna marża 15%= minimalny koszt usługi L1-U1..U3, przy założeniu jednego dnia pomiarowego Usługa L1-U1..U3 to minimum jeden dzień pomiarowy. Komplet usług L1-U1 do U3 to minimum trzy dni pomiarowe. Pomiar Symulacje numeryczne CFD przepływów i obciążeń elementów wiatraka L1-U4 Średnia stawka za godzinę pracy zł (wynikająca z pers. + ind. Costs/PM = euro). Koszt przygotowania symulacji wiatraka to min. 0.5 osobomiesiąca, czyli 5x8x2.5x112.50=11250 zł Koszt pracy serwera obliczeniowego (średnia z ofert) netto Wg. oferty TASK jedna rdzeniogodzina obliczeniowa to 0.25zł netto. Zakładamy czas obliczeniowy 2 tygodnie na 128 procesorach czyli 2x7x24x128=43008 rdzeniogodzin, czyli minimalny koszt obliczeniowy to netto Koszt licencji kodu ANSYS/Fluent min zł na miesiąc Czyli minimalny koszt usługi L1-U4 to % netto= netto

10 Parametry techniczne i warunki świadczenia usługi L1-U1,L1-U2,L1-U3. 1. Warunki techniczne tunelu aerodynamicznego Instytutu Lotnictwa dopuszczają pomiary na wiatrakach o osi poziomej o średnicy nie większej niż 4.8m, jednakże zalecamy wiatraki o średnicy nie większej niż 3 m. W przypadku pomiaru mocy wiatraków o średnicach większych niż 3 m nie ponosimy odpowiedzialności za błędy pomiarowe wynikające z nierównomierności strumienia powietrza. W przypadku wiatraków o osi pionowej zalecane maksymalne rozmiary to 3x3m. 2. Wiatraki mają być dostarczone do Instytutu Lotnictwa i powinny być złożone przez Zamawiającego. Dodatkowo muszą być wyposażone w indywidualne adaptery umożliwiające połączenie wiatraków z modułem pomiarowym MOLANOTE. Dokumentacja techniczna modułu wraz z rysunkami technicznymi dostępna jest u koordynatora projektu MOLANOTE. Za ewentualne szkody wynikające z błędnego zaprojektowania czy wykonania adaptera winę ponosi Zamawiający usługę. 3. Do badanego wiatraka musi być dostarczona informacja o maksymalnych obrotach wiatraka i tylko do tych obrotów będą wykonywane pomiary. W przypadku szkód powstałych w czasie pomiarów wynikających z błędnego zaprojektowania, wykonania czy złożenia wiatraka i adapterów całkowitą odpowiedzialność ponosi Zamawiający usługę. 4. Do badanego wiatraka musi być dostarczona informacja o maksymalnej prędkości wiatru i tylko do tej prędkości będą wykonywane pomiary. W przypadku szkód powstałych w czasie pomiarów wynikających z błędnego zaprojektowania, wykonania czy złożenia wiatraka i adapterów całkowitą odpowiedzialność ponosi Zamawiający usługę. 5. Zamawiający zamawia usługę z co najmniej 30 dniowym wyprzedzeniem. Parametry techniczne i warunki świadczenia usługi L1-U4 1. Zamawiający dostarcza geometrię wiatraka wraz z masztem w postaci bryły 3D. 2. Warunki prowadzenia symulacji numerycznej tj. liczba przypadków obliczeniowych zależnych od warunków brzegowych, rodzaj obliczeń stacjonarne czy niestacjonarne, różne przypadki geometryczne są za każdym razem uzgadniane indywidualnie. 3. Zamawiający zamawia usługę z co najmniej 15 dniowym wyprzedzeniem.

Podobne dokumenty

Krzysztof Doerffer 1) Warunki wietrzności w Polsce i niejednoznaczność danych 2) Dostępne rozwiązania -zarys 3) Nowa koncepcja wiatraka 4) Badania wraz z CTO 5) Potrzeby badania małych wiatraków PAŹDZIERNIK