Energia eolica - Teoria di base

Per comprendere l'energia eolica, aderiamo alla teoria della conservazione della massa e della conservazione dell'energia. Si presume che un condotto mostrato di seguito rappresenti il ​​vento che scorre dentro e fuori le pale della turbina.

La velocità V _un si presume essere la media di V ₁ e V ₂ . L'energia cinetica all'imboccatura del tubo è data da:

KE = 1/2 mV ²

KE di energia modificata = 1/2 mV ₁ 2-1 _/ ² mV ₂ ²

1/2 m (V ₁ ² - V ₂ ² )

Poiché m = pAV _a allora cambia KE, Pk = 1/2 pAV _a (V ₁ ² - V ₂ ² )

Con un'ulteriore semplificazione, l'energia eolica stimata viene fornita come:

KE, pk = 0,5925 * 1 / 2pAV ₁ ³

Teoria dell'elemento lama

La teoria dell'elemento di pala presume che il flusso in una data parte di una pala di turbina eolica non influenzi le parti adiacenti. Questa suddivisione sulla lama è chiamata anello. Lo slancio è calcolato per ciascunoannulus. Tutti i valori risultanti vengono quindi sommati per rappresentare la pala e quindi l'intera elica.

Su ciascun anello si presume che sia stata indotta una velocità equamente distribuita.

Corrispondenza dinamica

Il modello di afflusso dinamico è stato incorporato per migliorare le stime dalla teoria Blade Element e Momentum. Il concetto di base della teoria del flusso dinamico aiuta a stimare l'effetto della turbolenza delle pale. All'area spazzata viene assegnato uno stato dinamico per aiutare a derivare la velocità media stimata.

La teoria BEM fornisce stime solo con vento costante, ma è ovvio che devono verificarsi turbolenze. Tuttavia, questo è spiegato dal modello di afflusso dinamico di base per fornire una stima più realistica.

È noto che l'energia eolica prodotta, specialmente nel tipo ad asse orizzontale, è il prodotto della velocità di punta, del numero totale di pale utilizzate e del rapporto portanza / resistenza del lato con profilo alare. Il riadattamento a un nuovo stato di equilibrio stazionario è ben spiegato dalDynamic Inflow Method (DIM).

Metodo di afflusso dinamico

DIM è anche noto come teoria della scia dinamica e si basa sul flusso indotto, che normalmente non è costante. Calcola l'afflusso verticale al rotore tenendo conto del suo effetto sul flusso dinamico.

Questo prende semplicemente in considerazione l'effetto scia o semplicemente la velocità dell'aria allineata verticalmente ai rotori causata dalla rotazione delle pale. Tuttavia presuppone che la velocità tangenziale sia costante. Questo è indicato come ilWake effect e la sua resistenza riduce l'efficienza di una turbina eolica.

Generazione di elettricità

L'energia cinetica nel vento viene convertita in elettricità dalle turbine eoliche. Usano l'antico concetto utilizzato nei mulini a vento anche se con una tecnologia intrinseca, come i sensori, per rilevare la direzione del vento. Alcune turbine eoliche hanno un sistema di frenatura che si arresta in caso di vento forte per proteggere il rotore e le pale da eventuali danni.

Ci sono ingranaggi collegati all'albero del rotore per accelerare le pale a una velocità adatta al generatore. All'interno del generatore si verifica l'induzione elettromagnetica (il metodo base di conversione dall'energia meccanica all'elettricità). L'albero ruota un magnete cilindrico contro una bobina di filo elettrico.

Tutta l'elettricità delle turbine in una centrale eolica viene assimilata a un sistema di rete e convertita in alta tensione. Questa è in realtà la tecnica convenzionale di trasmissione dell'elettricità nel sistema di rete.

Sono necessarie lame a punta larga, anche se questo dovrebbe essere determinato dal rumore che risulta dalle lame larghe. Un parco eolico può avere fino a 100 generatori, il che si tradurrà in più rumore.