Menu

Siłownie wiatrowe z dyfuzorem

    Zgodnie z prawem Bernouliego podczas przepływu ośrodka (np. gazu) przez rurę, w której występują zmiany średnicy zmienia się również prędkość przepływu gazu. Ściślej - jeśli średnica rury spadnie, to adekwatnie wzrośnie prędkość przepływu gazu. Właściwość tę wykorzystano przy projektowaniu turbin wiatrowych. Jeśli tradycyjny wirnik zabudujemy w tunelu, a dokładniej w jego przewężeniu, będzie on wirował w powietrzu przepływającym z większą prędkością niż wiatr wiejący poza tym tunelem. Dzięki
temu możliwe będzie otrzymanie większej ilości energii niż bez otunelowania wirnika.
 
vortec.jpg
W latach 70-tych w zakładach Grummana badano wirniki tego typu

i odkryto, że  obecność szczeliny w dyfuzorze (w płaszczyźnie tunelu) powoduje wzrost sprawności takiego wirnika. Zwężający się wlot powoduje wzrost prędkości przepływu przed wirnikiem, a szczelina w dyfuzorze która znajduje się za wirnikiem powoduje dodatkowo powstanie strefy podciśnienia powodując dodatkowo przyrost prędkości przepływu powietrza przez wirnik

Komercyjne rozwiązanie otunelowanego wirnika o nazwie Maxi Vortec ma 54 m średnicy wirnika i daje 3,5 MW energii.   Rozwiązanie Maxi Vortec ma rewelacyjny współczynnik określający stosunek zakreślanej przez wirnik powiermaxivortec.jpgzchni do generowanego
prądu.  Wynosi on ok. 1,5kW/m2, przy prędkości obrotowej 27obr/min i przekładni 45:1, co na tle konkurencyjnych rozwiązań jest bardzo dobrym wynikiem.
Generalnie zastosowanie dyfuzora zwiększa efektywność wykorzystania energii strugi powietrza ponad 3 krotnie w stosunku do najlepszych rozwiązań bez dyfuzora.  Szybkie obroty śmigła pozwalają stosować mniejsze przełożenie między nim a prądnicą, a małe rozmiary zwiększają sztywność konstrukcji. Obudowa poprawia sprawność aerodynamiczną, a w wypadku rozerwania wirnika przez zbyt silny wiatr chroni otoczenie przed zagrożeniem.

Turbiny z dyszą mogą pracować przy prędkości wiatru
v < 4 m/s. Tak więc praktycznie na całym obszarze Polski możną stosować instalacje wiatrowe z wykorzystaniem turbin z dyfuzorem. Jednocześnie opłacalne może być stosowanie turbin o mniejszych średnicach przy montażu na niższych wieżach, co może znacząco obniżyć
koszty instalacji.
Turbiny wiatrowe tego typu pracują o 3200 godz. rocznie dłużej niż konwencjonalne turbiny wiatrowe. Roczna produkcja energii turbiny wiatrowej z dyszą przy mocy Ps = 660 kW
na poziomie 4,3 GWh jest o około 3 GWh większa niż roczna produkcja energii z turbiny
konwencjonalnej  wytwarzającej rocznie 1,3 GWh. Zapewnia to efektywną pracę siłowni wiatrowych nawet w terenie o nienajlepszych warunkach wiatrowych.

 

WADY - Generatory z dyfuzorem  są niestety drogie. Koszt jednej elektrowni z dyfuzorem pozwala na zakup 4-5 standardowych aerogeneratorów dających w sumie taką samą moc jak wiatrak z dyfuzorem. Wymieniona już firma Vortec Energy, mimo budowy coraz doskonalszych prototypów (wirnik o średnicy
10m miał dawać1MW! mocy) zawiesiła prace nad konstrukcjami bardzo dużej mocy. Jednak, idea turbin z dyfuzorem wydaje się doskonałym pomysłem jeżeli chodzi o wiatraki małej średnicy. Należy pamiętać że dyfuzor znacząco podnosi koszty urządzenia oraz zwiększa bezwładność układu - turbina będzie z opóźnieniem reagować na zmiany kierunku wiatru. Jednak wysoka efektywność tego rozwiązania daje możliwość zmniejszenia wymiarów wirnika. Jeżeli chcielibyśmy wykorzystać do pracy w układzie zamkniętym (np.do ogrzewania domu) turbinę z dyfuzorem o mocy ok. 10 kW, to zamiast wirnika o średnicy 7m(BERGEY EXCEL 10-klasyczna konstrukcja 3 płatowa), moglibyśmy zastosować wirnik o średnicy ok. 2.5 m.

 

W Europie turbiny wiatrowe z dyfuzorem do zastosowań domowych produkuje firma SYLWAN. (adres http://www.smartwindturbine.com) W ofercie znajdują się turbiny o mocach od 3-40 kW.

 

Fot. SWT-3 minize swoim konstruktorem 

    Najmniejszy model SWT-3 mini posiada następujące parametry:

- Moc znamionowa - 3 kW przy wietrze 12 m/s
- Średnica wirnika - 2,3 m
- Wysokość do osi wirnika - 12
- Max średnica dyfuzora - 3,3 m
- Posadowienie - mobilny prefabrykowany balansjer
- Prądnica 3-fazowa synchroniczna na magnesach neodymowych
- Napęd bezpośredni 3-łopatowy wirnik z regulowanym programowo kątem natarcia łopat

- Zespół dyfuzora samonastawny pod wiatr
- Profesjonalny program do zarządzania pracą urządzenia
- Systemy bezpieczeństwa (zmiana kąta łopat i hamulec rezystancyjny)-
- Wytrzymałość konstrukcji do 55 m/s

Poniżej krzywa mocy.

Krzywe mocy SWT-3-mini i SWT-5-pro

 

SWT-40 max

Dyfuzorowa turbina wiatrowa o mocy znamionowej 40 kW przy prędkości wiatru 10 m/s (10 kW przy wietrze 6,5 m/s, 80 kW przy wietrze 12 m/s).  Turbina wyposażona w inwerter (on-grid system) z przeznaczeniem do wpięcia w sieć energetyczną. Dane techniczne:

- Średnica wirnika - 12 m
- Wysokość do osi wirnika - 22 m
- Wysokość całkowita - 30 m (nie wymaga uzgodnień środowiskowych)
- Max średnica dyfuzora - 16 m
- Średnica wieży - 914 do 1016 mm
- Fundament
- Prądnica 3-fazowa synchroniczna na magnesach neodymowych
- Napęd bezpośredni, 3-łopatowy wirnik z regulowanym programowo kątem natarcia łopat
- Zespół dyfuzora samonastawny pod wiatr
- Profesjonalny program do zarządzania pracą urządzenia
- Systemy bezpieczeństwa (zmiana kąta łopat i hamulec rezystancyjny)
- Wytrzymałość konstrukcji do 55 m/s

Modele-SWT-2014.jpg
 Rys. Rodzina turbin SWT, skala porównawcza.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});