Větrná turbína

Větrný generátor v Lucembursku

Světová premiéra: 7,5 MW větrné turbíny Estinnes Belgie E126, prohlédnete si unikátní 2-díl rotoru

7,5 MW turbíny větrné farmy v Belgii Estinnes dokončeno 10.10.2010

Větrný mlýn v Nizozemí

Větrná turbína je stroj, který přeměňuje kinetickou energii větru na mechanickou energii (rotace hřídele). Turbína je roztáčena větrem proudícím přes lopatky turbíny.

Jestliže je mechanická energie používána přímo strojem (např. čerpadlo nebo pohon mlýnských kamenů), pak se takové zařízení běžně označuje větrný mlýn. Ale když je mechanická energie přeměňována na elektřinu, stroj se pak nazývá větrný generátor.

Základní typy větrných turbín

Mnohalopatkový rotor, Halladayova turbína

• Počet listů rotoru: až 150
• Účinnost: 20 - 43%
• Náběhová rychlost (m/s): 0,16
• Poznámka: uvádí se, že výkon stoupá s 3.mocninou rychlosti větru

Vrtule

• Typické využití: výroba elektrické energie (střídavý a třífázový proud)
• Počet listů rotoru: 1 - 4
• Účinnost: ~45 % (max. se uvádí 48 %)
• Náběhová rychlost (m/s): 3 - 6
• Poznámka: nejpoužívanější typ

Savoniův rotor

• Typické využití: čerpání vody, výroba stejnosměrné elektrické energie
• Počet listů rotoru: 2
• Účinnost: ~20 (max. se uvádí 23 %)
• Náběhová rychlost (m/s): 2 - 3
• Poznámka: obvodová rychlost rotoru je vyšší než rychlost větru, často používán pro náběh *Darrierova rotoru

Darrierův rotor

• Typické využití: výroba elektrické energie (střídavý a třífázový proud)
• Počet listů rotoru: 2 - 3<
• Účinnost: 38 % (max. se uvádí 48 %)
• Náběhová rychlost (m/s): 5 - 8
• Poznámka: vyžaduje pomoc při náběhu

Teorie větrné turbíny

Teoreticky dosažitelný výkon

Proudící vzduch předává lopatkám větrné turbíny část své kinetické energie. Albert Betz v roce 1919 odvodil teoreticky maximální dosažitelnou účinnost větrného stroje na 59% (Betzovo pravidlo). Kinetická energie větru se v turbíně mění na energii otáčivého pohybu a následně v generátoru na energii elektrickou. Teoreticky dosažitelný výkon činí v případě jednotkové plochy

$P_t = k_B\cdot \rho \cdot \frac {v^3}{2}$, kde k_B je Betzův koeficient 0,59

Pro reálné turbíny s průměrem rotoru D (tedy délkou lopatky D/2) se používá vzorec

$P = c_p\cdot \rho \cdot \frac {v^3}{2} \cdot \pi \cdot \frac {D^2}{4}$, kde c_p je součinitel výkonnosti, v ideálním případě rovný 0,59

Účinnost

Typický průběh generovaného výkonu a součinitele výkonnosti VE v závislosti na rychlosti větru

Součinitel výkonnosti je sám o sobě funkcí rychlosti větru a je dán konstrukčním řešením turbíny, konkrétně převodní křivkou úhlu natočení lopatek turbíny v závislosti na rychlosti větru. To, v kombinaci s kubickou závislostí na rychlosti větru způsobuje pronikavou závislost skutečného výkonu na rychlosti větru (při poloviční rychlosti je výkon osminový atd.).

Další podstatnou hodnotou, definující účinnost větrného zdroje je koeficient ročního využití $k$, definovaný jako poměr skutečně odvedeného výkonu k teoreticky možnému výkonu zdroje za rok. V českých podmínkách se $k$ pohybuje v mezích 0,1-0,2, pro velmi větrné lokality dosahuje teoreticky až 0,28.. Hodnota ovšem značně závisí na zvolené lokalitě - větrná farma Sternwald na rakousko-českých hranicích ve východní části Šumavy dosáhla se 7 větrnými generátory o instalovaném výkonu 14 MW koeficientu ročního využití za rok 2006 21,9 %, za první 4 měsíce roku 2007 se dokonce podařilo dosáhnout hodnoty průměrného využití 32,3 % (přičemž po zbytek téhož roku to bylo necelých 20%).

Odkazy

Související články

• Větrná energie
• Větrná energetika