Nie równomierne nagrzanie powierzchni Ziemi i ruch obrotowy Ziemi
Energia wiatru V = 10 m/s A = (2 m)2 = 4 m2 ρ= 1.2 kg/m3
Energia wiatru Theoretical Maximum Betz Limit: 59.3% of the theoretical is the maximum amount extractable by a wind energy conversion device (WEC) Practical Maximum
Rozmiary wiatraków i moc
Prędkość zależy od wysokości
Siła pchająca i siła ciągu
Prędkość końcówki/prędkość wiatru
Historia energii wiatru 5000 BC Statki z żaglami na rzece Nil 500-900 AD Pierwsze wiatraki w Persji 1300 AD Late 1880s 1888 Pierwsze Thomas O. Perry Charles F. Brush wiatraki z Przeprowadza wykorzystał poziomą osią ponad 5,000 energię wiatru aby w Europie Eksperymentów z wytworzyć prąd wiatrem elektryczny 1985 2013 1979 2004 Ponad 17% energii Pierwszy wiatrak W Kalifornii moc elektrowni Prąd uzyskany z wiatrowych odnawialnych w o mocy energii wiatru przekroczyła 1,000 MW kosztuję od 3 do 4.5 Stanach stanowi ponad 1 MW energia wiatru centów za kwh
Energia wiatru jest najszybciej rozwijającym się źródłem energii odnawialnej
Renewable Electric Capacity Worldwide
Moc (MW) w 2005 roku
Technologia
Ewolucja turbiny Used for Pumping water Grinding grain Mainly used for Generating Electricity
Typy turbin VAWT Drag is the main force Nacelle is placed at the bottom Yaw mechanism is not required Lower starting torque Difficulty in mounting the turbine Unwanted fluctuations in the power output
HAWT Lift is the main force Much lower cyclic stresses 95% of the existing turbines are HAWTs Nacelle is placed at the top of the tower Yaw mechanism is required
Dwa typy turbiny HAWT DOWNWIND TURBINE UPWIND TURBINE
Turbiny morskie More wind speeds Less noise pollution Less visual impact Difficult to install and maintain Energy losses due long distance transport
Budowa turbiny HAWT
Rózne konfiguracje turbin HAWT VAWT Boyle, G., Renewable Energy, 2nd ed., Oxford University Press, 2004
Aerodynamika Forces are transmitted from a moving fluid to an object in the flow stream Lift = the force component perpendicular to the original flow direction Drag = the force component in line with the original flow direction Lift Drag http://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/newton3.html
Aerodynamika r[l(sinφ) D(cosφ)] = M M*ω=P Boyle, G., Renewable Energy, 2nd ed., Oxford University Press, 2004
Aerodynamika Angle of attack, α (blade angle between chord and relative wind direction) Has a large effect on the lift and drag Typical values between 1 and 15 degrees (what is optimum?)
Konstrukcja skrzydła Blade size and shape 5-station design as seen from the tip The blade twists to keep angle of attack constant
Konstrukcja turbiny Blades Material used Typical length Tower height Heights twice the blade length are found economical
Number of blades Three blade HAWT are most efficient Two blade turbines don t require a hub As the number increases; noise, wear and cost increase and efficiency decreases Multiple blade turbines are generally used for water pumping purposes
Rotational control Yaw control Maintenance Noise reduction Centripetal force reduction
Turbiny przyszłości Koncentratory
Turbiny przyszłości Wind Amplified Rotor Platform
Turbiny przyszłości o Much more efficient than HAWT o Requires less height o Low noise o Works in any wind direction
Efekty gospodarcze
Determining Factors Wind Speed Turbine design and construction Rated capacity of the turbine Exact Location Improvements in turbine design Capital
Wind Speed Matters Assuming the same size project, the better the wind resource, the lower the cost.
Size Matters Assuming the same wind speed of 8.08 m/s, a large wind farm is more economical
Overall cost distribution
Break down of capital cost
Energy Cost Trend 1979: 40 cents/kwh 2000: 4-6 cents/kwh Increased Turbine Size R&D Advances Manufacturing Improvements 2004: 3 4.5 cents/kwh
Typical cost statistics Size: 51 MW Wind Speed: 13-18 miles/hour Capital cost: $ 65 million ($1300/MW) Annual production: 150 million kw-hr Electricity costs: 3.6-4.5 cents Payback period: 20 years
Zalety ekonomiczne
Greater fuel diversity No delay in construction Low maintenance costs Reliable and durable equipment Additional income to land owners More jobs per unit energy produced No hidden costs
Przyszłość
Wind Capital Cost
Cost of Wind Energy
Niemcy teraz i w 2020 Około 10% energii wytwarzanej w Niemczech pochodzi z wiatru W 2020 oczekuję się ten procent osiągnie 26%
Australia teraz i w 2040
Polska teraz i w 2020 Według danych Urzędu Regulacji Energetyki na początek października 2015 roku w Polsce znajdowało się 981 instalacji wiatrowych (zarówno pojedyncze turbiny, jak i duże farmy) o łącznej mocy 4117,4 MW. W 2015 roku wytworzyły 9 757 GWh energii, co oznaczało wzrost w porównaniu z produkcją w 2014 roku o 8,17 proc. Według rządowych planów w 2020 ich moc ma wynosić 6650 MW. Źródło - wikipedia
Polska teraz i w 2020
Ciemna strona
Wpływ wizualny Turbiny w morzu Usytuowanie Wpływ na środowiska Odpowiednie dobranie miejsca Stosowanie radarów, generatorów dźwięków odstraszających ptaki Kolorystyka turbin
Ptaki?
Hałas