Energetyka wiatrowa

Energetyka wiatrowa

rok wydania: 2023, wydanie trzecie zmienione
ISBN: 978-83-67427-67-8
ilość stron: 76
format: B5
oprawa: miękka

Opis

Rozpraszanie energii, potocznie nazywane zużywaniem, warunkuje wszystkie procesy zachodzące w przyrodzie i wszystkie rodzaje działalności człowieka. Ilość roz­praszanej przez ludzi energii decyduje o poziomie i długości życia w danej społeczno­ści. Problemy związane z pozyskiwaniem energii muszą być bliskie każdemu, kto chce mieć zapewniony komfort cieplny, oświetlenie, łączność ze światem, możliwość szyb­kich podróży itp. Aktualnie, w skali całego świata, produkcja energii oparta jest głównie na spalaniu surowców energetycznych: węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego. Wyczerpywanie się zasobów surowców energetycznych z jednej strony i degrada­cja środowiska spowodowana procesami ich wydobywania i spalania - z drugiej, zmu­szają do szukania nowych źródeł i technologii produkcji energii. Źródeł, które będą niewyczerpywalne, i technologii, które nie powodują trudnych do usunięcia szkodli­wych skutków dla środowiska. Takie wymagania spełnia energetyka wiatrowa. Energię wiatrową wykorzystywano już w początkach cywilizacji, natomiast elek­troenergetyka wiatrowa należy do najnowszych działów energetyki. Właśnie elektro­energetykę wiatrową książka przybliża czytelnikowi w sposób możli­wie przystępny.

Nowa wersja monografii obejmuje około 60% materiału wersji wcześniejszej, z 2020 roku. Pominięto w niej rozdziały 1 i 8, natomiast w rozdziałach 2–7 wprowadzono drobne zmiany.

Spis treści
Wstęp / 7
1. Charakterystyki przepływowe i energetyczne wiatru / 9

1.1. Wiatr jako zjawisko fizyczne.
Określenia, Ÿźródło powstawania wiatru / 9
1.2. Podstawowe charakterystyki wiatru / 11
1.2.1. Rozkłady prędkoœci wiatru w funkcji wysokoœci nad powierzchnią gruntu / 11
1.2.2. Rozkład gęstoœci mocy strumienia powietrza w funkcji wysokoœci / 15
1.2.3. Porywy wiatru, turbulencja atmosferyczna / 17
1.2.4. ŚŒrednioroczna prędkoœść wiatru i jej rozkład / 22
1.3. Energetyczna wydajność EW w zależności od V sh oraz V o / 33
1.4. Przybliżona ocena zasobów energii wiatru w Polsce oraz jej zmiany sezonowe / 38
1.5. Wpływ parametrów atmosferycznych powietrza na wydajność energetyczną EW. / 44
1.6. Czynniki wpływające na możliwości wykorzystania energii wiatru / 45
Literatura / 47

2. Charakterystyki elektrowni wiatrowych.
Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych / 48
2.1. Wprowadzenie / 48
2.2. Podstawowe parametry i charakterystyki EW / 49
2.3. Opis EW o pionowej osi obrotu / 52
2.4. Opis EW o poziomej osi obrotu / 54
2.4.1. Klasyczne EW o poziomej osi obrotu.
Przegląd dotychczasowych konstrukcji EW / 56
2.5. Opis konstrukcji EW / 62
2.6. Stosowane rozwiązania konstrukcyjne podstawowych zespołów EW / 63
2.6.1. Głowica 63
2.6.2. Wirnik / 66
2.6.3. Wieża 88
2.7. Podsumowanie 91
Literatura / 91

3. Eksperymentalne metody badawcze w energetyce wiatrowej / 92
3.1. Wprowadzenie / 92
3.2. Zarys teorii podobieństwa w aspekcie badañ opływu modeli elektrowni wiatrowej i jej elementów / 92
3.3. Tunele aerodynamiczne / 98
3.4. Podsumowanie / 110
Literatura / 111

4. Teoretyczne metody badawcze energetyki wiatrowej / 112
4.1. Wprowadzenie / 112
4.2. Zagadnienia podstawowe / 113
4.2.1. Równanie ciągłości 113
4.2.2. Zasada zachowania pędu / 115
4.2.3. Równania Eulera i równanie Bernoulliego / 119
4.2.4. Przepływy potencjalne oœśrodka nieœściśliwego / 122
4.2.4.1. Funkcja prądu / 123
4.2.4.2. Rozwiązania elementarne równania Laplace’a dla potencjału w przepływie płaskim / 125
4.2.4.3. Opływ walca kołowego / 129
4.2.4.4. Opływ płaski bryły symetrycznej / 131
4.2.4.5. Przepływ wokół profilu cienkiego przy niezerowym kącie natarcia / 133
4.2.4.6. Metody panelowe: zastosowanie rozkładu osobliwości hydrodynamicznych na powierzchni ciała do wyznaczania opływu / 142
4.2.5. Odcinek wirowy w przestrzeni i prawo Biota-–Savarta / 152
4.2.6. Warstwa przyœścienna. Źródła oporu ciał / 158
4.2.6.1. Równania Prandtla dla warstwy przyœściennej / 158
4.2.6.2. Równania von Kármána dla warstwy przyœściennej / 161
4.3. Elementarne teorie pracy turbiny wiatrowej o osi poziomej / 170
4.3.1. Teoria strumieniowa / 170
Literatura / 176

5. Generatory, układy regulacji, konfiguracje siłowni, akumulacja energii elektrycznej 178
5.1. Wybrane elementy maszyn elektrycznych / 178
5.2. Prądnice prądu stałego / 182
5.2.1. Prądnica obcowzbudna 184
5.2.2. Prądnice samowzbudne / 185
5.2.2.1. Prądnica bocznikowa / 185
5.2.2.2. Prądnica szeregowa / 186
5.2.2.3. Prądnica szeregowo-bocznikowa 187
5.3. Generatory prądu przemiennego 187
5.3.1. Moc chwilowa, czynna, bierna i pozorna / 187
5.3.2. Generator synchroniczny / 194
5.3.3. Generator asynchroniczny / 198
5.3.4. Korekcja współczynnika mocy / 203
5.3.5. Synchronizacja generatora synchronicznego z siecią odbiorczą / 206
5.4. Rozwiązania konstrukcyjne / 207
5.4.1. Podstawowe układy pracy elektrowni – układ klasyczny / 207
5.5. Układy regulacji / 213
5.5.1. Regulacja ustawienia elektrowni w kierunku wiatru / 214
5.5.2. Regulacja kąta ustawienia łopat / 215
5.5.3. Regulacja przez zmianę obciążenia / 216
5.5.4. Regulacja przez „przeciągnięcie” / 216
5.5.5. Sterowniki PLC / 217
5.6. Przetworniki częstotliwości / 218
5.7. Pomiary parametrów mechanicznych / 222
5.8. Konfiguracje indywidualnych siłowni wiatrowych / 227
5.9. Akumulacja energii elektrycznej / 229
5.9.1. Akumulator ołowiowy / 230
5.9.2. Akumulator kadmowo-niklowy 230
5.9.3. Akumulator NIMH niklowo-wodorkowy / 230
5.9.4. Akumulator jonowo-litowy / 231
5.10. Podsumowanie / 231
Literatura / 231

6. Projektowanie i dobór układu przepływowego elektrowni wiatrowej / 233
6.1. Wprowadzenie / 233
6.2. Dobór wirników EW / 234
6.2.1. Liczba łopat wirnika EW / 234
6.3. Geometria i konstrukcja łopat wirnika EW / 238
6.4. Charakterystyka wirników EW / 239
6.5. Sposób doboru optymalnych parametrów geometrycznych i ruchowych EW / 243
6.6. Okreśœlenie obciążeń normalnych i granicznych EW / 263
6.7. Obciążenia dynamiczne generowane opływem elementów EW / 267
6.8. Podsumowanie / 275
Literatura / 275