IR(100)_2096_pl.pdf

Inżynieria Rolnicza 2(100)/2008

METODYKA BADAŃ MAŁYCH SIŁOWNI WIATROWYCH

Krzysztof Nalepa, Maciej Neugebauer, Piotr Sołowiej

Katedra Elektrotechniki i Energetyki, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Streszczenie. Praca przedstawia metodykę badań małych siłowni wiatrowych. Prezentowana

metoda badań pozwala na przeprowadzenie badań porównawczych siłowni wiatrowych przy

użyciu taniego wyposażenia technicznego. Układ badawczy składał się z układu samochód

osobowy z przyczepą i zestawu przyrządów pomiarowych z rejestratorem. Rejestrowane były

parametry wiatru pozornego oraz parametry pracy badanych siłowni wiatrowych.

Słowa kluczowe: energia odnawialna, silniki wiatrowe

Wstęp

Zintegrowane systemy energetyczne wykorzystujące odnawialne źródła tworzone są

w oparciu o urządzenia dokonujące konwersji energii odnawialnej, na formy użyteczne

w systemie energetycznym. Jedną z form energii odnawialnej jest energia wiatru. Przetwa-

rzanie tej energii na formę użyteczną (energia mechaniczna lub elektryczna) wymaga za-

stosowania silników wiatrowych. Małe przydomowe siłownie wiatrowe mogą być budo-

wane systemem gospodarczym, jednak problemem jest ocena ich efektywności [Soliński

1999].

Przy konstruowaniu siłowni wiatrowych należy zapewnić urządzeniu odpowiednie pa-

rametry wytrzymałościowe i trwałości (zapewnienie bezpieczeństwa konstrukcji i jej oto-

czenia). Drugim aspektem budowy siłowni wiatrowych jest uzyskanie korzystnych właści-

wości użytkowych takich jak: sprawność przetwarzania energii wiatru na energię

użytkową, optymalna prędkość startu turbiny wiatrowej przy słabych wiatrach, zachowanie

się turbiny w przypadku wiatrów o bardzo dużych prędkościach. Badanie właściwości

użytkowych siłowni wiatrowych wymaga uzyskania informacji o parametrach w całym

przedziale użytkowych i krytycznych prędkości wiatru [Rudnicki 2004].

W fazie projektowania i prototypowej pomiary można przeprowadzić na modelach

w tunelu aerodynamicznym. Jednak w przypadku siłowni o małych mocach, wytwarzanych

jednostkowo, koszty z tym związane są niewspółmiernie wysokie. Alternatywą może być

zaproponowana metodyka badań, umożliwiająca wstępną ocenę parametrów użytkowych

siłowni wiatrowej bez potrzeby korzystania z tunelu aerodynamicznego.

Podstawowym założeniem było opracowanie metodyki badań małych siłowni wiatro-

wych z wykorzystaniem prostych i łatwo dostępnych środków technicznych oraz przyrzą-

dów pomiarowych i rejestrujących.

209

Krzysztof Nalepa, Maciej Neugebauer, Piotr Sołowiej

Opis metodyki

Koncepcja metodyki badań małych siłowni wiatrowych, a w szczególności siłowni

wiatrowych z pionową osią obrotu, opiera się na założeniach, że badany silnik wiatrowy

zostanie poddany działaniu wymuszeń odpowiadających rzeczywistym wymuszeniom wy-

stępującym w trakcie normalnej eksploatacji, natomiast odpowiedź systemu w formie pa-

rametrów użytkowych silnika wiatrowego zostanie zarejestrowana z odpowiednio dużą

rozdzielczością w skali czasu. Na rysunku 1 przedstawiono schemat układu badawczego.

Rys. 1. Schemat układu badawczego

Fig. 1. Testing system diagram

W skład zestawu badawczego wchodzą:

– samochód osobowy z przekładnią automatyczną oraz przyczepka towarowa,

– badany silnik wiatrowy,

– wiatromierz – czujnik i przetwornik prędkości oraz kierunku wiatru,

– prądnica z magnesami trwałymi, współpracująca z regulowanym obciążeniem rezystan-

cyjnym,

– indukcyjny czujnik prędkości obrotowej,

– sterownik PLC pracujący jako cyfrowy rejestrator danych.

210

Metodyka badań małych siłowni...

Rys. 1. Prototypowa realizacja koncepcji metodyki badań małych siłowni wiatrowych

Fig. 2. Prototype realization of the idea of methodology for small wind power plant testing

Pomiary prowadzono podczas jazdy zestawem samochód osobowy – przyczepka

z umieszczonym na niej silnikiem wiatrowym oraz zestawem urządzeń pomiarowych. Po-

miar prędkości wiatru realizowany był przy pomocy anemometru YW-41 firmy MORS.

Badania przeprowadzono w zakresie od bardzo niskich prędkości ruchu (symulowanego

działania wiatru na silnik wiatrowy), do prędkości odpowiadających maksymalnym wystę-

pujących w naszym regionie prędkościom wiatru (około 20 m·s -1 ) przy płynnie zmienianej

prędkości.

Wyniki pomiarów były rejestrowane co 10 ms, każdy cykl pomiarowy obejmował

20 000 rekordów. Całkowity czas cyklu pomiarowego wynosił 200 sekund co wystarczało

na przeprowadzenie pomiarów dla całego przedziału prędkości wiatru

Rejestrowane były:

– prędkość ruchu powietrza (prędkość wiatru),

– prędkość obrotowa silnika wiatrowego,

– napięcie i natężenie prądu generowane przez prądnicę,

Cykle pomiarowe:

– bieg jałowy silnika wiatrowego (charakterystyka prędkości obrotowej silnika wiatro-

wego w zależności od prędkości wiatru),

– bieg jałowy prądnicy (określenie wielkości strat przekładni pasowej i jałowej pracy

prądnicy,

– praca silnika wiatrowego z obciążeniem regulowanym poprzez zmianę obciążenia

prądnicy.

211

Krzysztof Nalepa, Maciej Neugebauer, Piotr Sołowiej

Rys. 3. Przykłady badanych modeli siłowni wiatrowych

Fig. 3. Examples of examined models of small wind turbines

Podsumowanie

Z użyciem opisanej metodyki przebadano kilka modelowych siłowni wiatrowych, które

zostały skonstruowane na Wydziale Nauk Technicznych Uniwersytetu Warmińsko-

Mazurskiego uzyskując informacje na temat parametrów użytkowych badanych siłowni

wiatrowych.

Wykazano przydatność opisanej wyżej metodyki do oceny parametrów użytkowych

małych siłowni wiatrowych lub modeli siłowni, w szczególności w odniesieniu do siłowni

z pionową osią obrotu.

Nie określono charakteru strugi powietrza za jadącym samochodem, więc nie można

uznać tej metodyki jako standaryzowanej metody pomiarowej umożliwiającej określenie

parametrów takich jak moc czy sprawność silnika wiatrowego ale jako metoda badań po-

równawczych do optymalizacji konstrukcji może być przydatna.

Bibliografia

Rudnicki M.S. 2004. Budowa małych elektrowni wiatrowych. OKP ZCE. Szczecin.

Soliński I. 1999. Energetyczne i ekonomiczne aspekty wykorzystania energii wiatrowej. IGSMiE

PAN. Kraków.

212

Metodyka badań małych siłowni...

METHODOLOGY FOR SMALL WIND POWER PLANT

TESTING

Abstract. In the paper the methodology for small wind power plant testing is presented. The pre-

sented testing method makes it possible to carry out comparative testing of wind power plants using

inexpensive technical equipment. The testing system included a car with a trailer and a set of meas-

uring devices with a recorder. The parameters of apparent wind and the operating parameters of the

tested wind power plants were recorded.

Key words: renewable energy, wind engines

Adres do korespondencji:

Krzysztof Nalepa; e-mail: nalepka@uwm.edu.pl

Katedra Elektrotechniki i Energetyki

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

ul. Oczapowskiego 11

10-736 Olsztyn

213

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: