Jak oszacować uzysk energii elektrycznej z turbiny wiatrowej?

Jak oszacować uzysk energii elektrycznej z turbiny wiatrowej?

Zastanawiałem się ostatnio nad zasadnością instalacji turbiny wiatrowej. Aby rozpocząć jakiekolwiek analizy trzeba znać ilość energii produkowaną przez turbinę. I tu pojawia się problem. Jak oszacować ten uzysk?
Analizując temat natrafiłem na mnóstwo wzorów i porad bardziej i mniej skomplikowanych. Osobiście odradzam liczenie mocy w oparciu o energię wiatru, powierzchnię łopat i sprawność turbiny. Liczba założeń przyjmowanych w tym sposobie liczenia jest tak duża że trudno liczyć aby uzyskany wynik byłby gdzieś w okolicach poprawności po drugie producenci nie zawsze podają powierzchnię łopat.

W mojej ocenie znacznie poprawniej można wyliczyć uzysk energii z turbiny opierając się o charakterystykę mocy i rozkład Weibulla.

Charakterystyka mocy turbiny w funkcji prędkości wiatru pozwala określić jaką moc będzie uzyskiwać turbina przy danej prędkości.

predkoscwiatru

 

Taką charakterystykę powinien udostępniać każdy producent jeżeli jej nie posiadamy możemy sami ją wyznaczyć.

Moc turbiny rośnie w przybliżeniu wykładniczo od prędkości rozruchu do prędkości nominalnej według wzoru f(v)=v^3 (w rzeczywistości końcówka wykresu jest nieco spłaszczona ale to można pominąć). Następnie od prędkości nominalnej do prędkości zatrzymania moc turbiny jest w przybliżeniu stała i równa mocy nominalnej.

Jeżeli prędkość wiatru byłaby każdego dnia powyżej prędkości nominalnej poniżej prędkości zatrzymania uzysk energii można byłoby wyliczyć jako iloczyn mocy turbiny i ilości godzin w roku. W rzeczywistości wieje jednak znacznie słabiej. Czasem tak słabo że turbina nawet nie wystartuje a najczęściej tak że turbina pracuje z częściom mocy nominalnej.

Posiadając średnią roczną prędkość wiatru można oszacować jej zmienność korzystając z rozkładu Weibulla.

Rozkładu Weibulla jest pojęciem z zakresu prawdopodobieństwa i w energetyce wiatrowej odpowiada na pytanie Z jakim prawdopodobieństwem wystąpi wiatr o prędkości v1,v2,v3,v4,-vn jeżeli średnia roczna to vx

predkoscwiatru1

Przykładowy rozkładu Weibulla zrobiony na potrzeby tej analizy w Excelu dla średniej prędkości wiatru 7m/s
Prawdopodobieństwo wystąpienia danej prędkości wiatru przy pomocy rozkładu Weibulla można wyliczyć ze wzoru:

predkoscwiatruwzor

gdzie:
X = prędkość wiatru
C= średnia prędkość
K – parametr kształtu przyjąć 3
Choć wzór wygląda skomplikowanie po wklepaniu do excela można łatwo i szybko wyliczyć prawdopodobieństwo.
Znając średnią prędkość wiatru np. z IMGW liczymy prawdopodobieństwo dla prędkości od v rozruch turbiny do V zatrzymania, Z charakterystyki odczytujemy lub wyliczamy procent mocy nominalnej przy danej prędkości wiatru. Mnożymy prawdopodobieństwo dla danej prędkości wiatru razy procent mocy nominalnej przy danej prędkości wiatru. Na koniec sumujemy prawdopodobieństwa skorygowane o moc i wyliczamy wskaźnik wykorzystania mocy turbiny.

predkoscwiatrutabela

W tym przykładzie przy średniej prędkości wiatru 7m/s i turbinie startującej przy 3m/s i osiągającej moc nominalna przy 14m/s wskaźnik wykorzystania wyniósł 33% czyli uzysk mocy będzie wynosił 0.33*365*24*2,5kW = 7227kWh/rok

Źródło:
Autor – Bodgan Szymański
Solaris – odnawialne źródła energii blog

Nasza strona wykorzystuje pliki cookie w celu zbierania statystyk jak i zapewnieniu najwyższej jakości usługi. Możesz określić warunki dostępu i przechowywania plików cookies w swojej przeglądarce. Zapoznaj się z nasza polityka cookies.

Zamknij