Każdy właściciel domu, marzyłby o wystawieniu na zewnątrz elektrowni wiatrowej, która zaspokoiłaby jego zapotrzebowanie energetyczne, czy jest to możliwe?
Jak wygląda to w praktyce?
1. Gęstość atomowa
Słabość całego systemu elektrowni wiatrowej polega na tym, że powietrze ma bardzo małą gęstość 1,2 kG /m3.
Ze względu na zmienność gęstości powietrza jest największa zimą zaś najmniejsza latem, gdy temperatura jest najwyższa a ciśnienie najniższe. Podczas gdy woda w tej samej objętości ma 1 tonę, czyli tysiąc razy więcej.
W energetyce chodzi o to aby zamienić pewien rodzaj energii z jednej na inną w tym wypadku z energii kinetycznej wiatru (wody) na energię elektryczną. Energia, jaką niesie ze sobą wiatr jest w trzeciej potędze prędkości. Mniej więcej oznacza to, że z każdym m/s energia rośnie trzykrotnie. W praktyce dla np. 2m/s mamy energię równą 2 do trzeciej potęgi równą 8 jednostek mocy, a już przy wietrze o prędkości 3m/s mamy 3 do trzeciej potęgi równą 27 jednostek mocy. Dlatego niezwykle istotnym elementem wydajności turbiny jest siła wiatru potrzebna do optymalnej pracy turbiny.
2. Pory roku.
Powszechnie wiadomo, że podobnie jak z opadami, w ciągu roku, są okresy, kiedy wiatry wieją silniej i te, kiedy wieją słabiej. W naszym położeniu geograficznym jest to prąd zatokowy, który dociera do nas znad oceanu Atlantyckiego. Trzeba zauważyć, że w miesiącach letnich, a więc w czerwcu, lipcu i sierpniu, – siła wiatru w porównaniu do tego w miesiącach zimowych jest mniejsza nawet o 50-70%. Ale w przypadku zasilania odbiorników w domku jednorodzinnym jest to korzystne, albowiem to w miesiącach zimowych dzień jest krótszy niż w lecie i zużywamy więcej energii na oświetlenie.
Nie bez znaczenia dla siły wiatru jest też pora dnia. Właśnie ten czynnik należy potraktować jako kolejny już – piąty warunek. Okazuje się, że najbardziej wietrznym w ciągu dnia (5-6 m/s) jest okres pomiędzy godziną 9:00 a 15:00.
3. Maszt
Im wyższy maszt tym gęstość powietrza maleje, związane jest to z spadkiem ciśnienia powietrza. Maszt wymaga uzyskania wszystkich niezbędnych pozwoleń (budowlane, z lotnictwa cywilnego i wojskowego) zbyt niskie umiejscowienie turbiny powoduje zniekształcenia spowodowane zaburzeniami przepływu powietrza. Im teren jest bardziej urozmaicony lub w pobliżu elektrowni znajdują się inne przeszkody dla wiatru, tym gorsza będzie wydajność wiatraka. Skuteczność pracy elektrowni jest lepsza, gdy wiatr jest równy, bez silnych i krótkotrwałych porywów. Odciągi rozpięte są pod kątem około 60° i usztywniają maszt w pionie. Wadą takiego rozwiązania jest hałas generowany przez wiatr świszczący między linami. Z uwagi na zmienne warunki atmosferyczne (zróżnicowane temperatury) oraz wyciąganie elementów elastycznych i najczęściej słabe zamocowanie w gruncie, liny trzeba regulować przynajmniej dwa razy do roku (zaleca się wykonywać regulacje wiosną i jesienią). W przypadku większych konstrukcji, poza oczywiście większą średnicą samego masztu, można zastosować rozwiązanie z wieloma odciągami. Nie zaleca się takich rozwiązań dla generatorów ponad 3 kW z uwagi na wagę gondoli ze skrzydłami. Problematyczne jest takie napięcie wszystkich lin, aby maszt stał niemal idealnie w pionie i wszystkie liny były naciągnięte z taką samą siłą. Takie prace musi wykonywać specjalista wyposażony w specjalny dynamometr, mierzący siłę naciągu.
4.Ogromna maszyna elektromechaniczna.
W praktyce wygląda to tak:
Wiatrak o mocy wirnik średnica ciężar model
0,4 kW 1,1 m 6kG {AIR X}
0,6 kW 2,4 34 kG {Sky wind}
1 kW 2,3 m 50 kG {SlS-EL}
2 kW 3,2 m ?
3 kW 4,8 m turbina 138 {AEOLOS}
10 kW 8 m głowica 420 kG {AEOLOS}
20 kW 10 m ?
100 kW 30 m łopata 5,2 t; piasta 14 t; głowica 42 t {GE WIND}.
2MW 80 m głowica 165 ton
5. Cztery stany pracy
- stan spoczynku (bez wiatru)
- stan w którym wiatrak się obraca jednak nie uzyskał mocy nominalnej
- stan pracy nominalnej (9-16 m/s praktyczne dla każdego rodzaju elektrowni)
- stan hamowania po przekroczeniu prędkości maksymalnej (22m/s).
Tylko jeden ze stanów pracy jest pełną mocą maszyny.
6.Kapryśne źródło energii
Jak je gromadzić
- akumulatory – mają wadę polegającą na tym, że jakość akumulatora określana jest najsłabszym jej ogniwem, kluczowym elementem będzie ich opór wewnętrzny i wytrzymałość (też pojemnościowa) na duże prądy.
- Nie mogą być to zwykłe akumulatory samochodowe, muszą być to akumulatory tzw. głębokiego rozładowania.
- Elektrownie szczytowo pompowe – jak zgromadzić energię na długi okres czasu np. na kilka miesięcy, gdy nie będzie wiatru, lub jak określić zapas mocy, aby taką elektrownię wybudować (skoro nie wiadomo jak będzie wiało).
- Grzałki na ciepłą wodę - szkoda energia elektryczna jest najbardziej przetworzoną energią, ciepło można w prosty sposób uzyskać ze spalania.
7. Przetwornica
Elektroniczne przetwornice tyrystorowe potrafią się zachowywać dziwnie – im mniejsze obciążenie tym wyższa częstotliwość oznacza to w praktyce, że małe urządzenie elektroniczne na wyjściu 230 V zgłupieje. Niektóre przetwornice nie dają sinusoidy tylko punkty +230V; 0V; i -230V;
8.Efektywność (wikipedia podaje 59,3 teoretycznie) praktycznie jest to tylko 20-30 %
Oznacza to w praktyce, że elektrownia o wirniku 3 m ciężarze z masztem ponad 100 KG da średnio 400 w (garnek elektryczny 2000 w, mikrofala itp). Ale radość z tego, że masz własny prąd rekompensuje wszelkie rozterki związane z konstrukcją Małej Elektrowni Wiatrowej.
Wszyscy właściciele elektrowni przydomowej posługuje się maksymą:
„Nie chodzi o to aby mieć dużo, lecz o to, aby coś mieć”.
Opłacalnośc w Polsce - obliczenia...
