Princip výroby elektřiny pomocí větrných turbín

V tomto případě je zdrojem energie to, že každý pohyb nese kinetickou energii. Pro nás je to pohybující se proud vzduchu (vítr), který má kinetickou energii Э_cp.:

Э_vp = ½ mv² je vzorec pro kinetickou energii proudění vzduchu s plochou průřezu F a rychlost v.

Protože ve vteřině přes sekci F projde masa vzduchu m = ρFv [kg/s], pak výkon proudění vzduchu N_vp [Watt] je úměrný ploše průřezu proudu vzduchu F (poloměr větrného kola (lopatek) této větrné turbíny je 1,5 m) a třetí mocnina rychlosti pohybujícího se proudu vzduchu v³:

N_vp = ½ρFv³ [W], kde ρ je hustota vzduchu: 1,226 kg/m³.

Vynásobením časem t získáme vzorec pro energii proudu vzduchu E_vp [Wh] při konstantní rychlosti větru v:

Ze vzorců pro energii a výkon výroby větru je zřejmé, že nejdůležitějším parametrem je rychlost větru v v místě, kde je instalována větrná turbína. Proto jsou výpočty větrné energie založeny na údaje o větru kraj.

V závislosti na poloze bodu na zemském povrchu jsou podrobná data získávána jako výsledek dlouhodobého pozorování větru na blízkých meteorologických stanicích nebo pomocí různých metod, které umožňují rekonstruovat charakteristiky větru na meteorologických stanicích umístěných ve srovnatelných podmínkách, nebo interpolací charakteristik větrného režimu. Všechny informace o rozložení větru jsou obvykle redukovány na výšku lopatky 10 m a zprůměrovány za řadu hodnot a období. Při výpočtech větrné energie byla použita data z klimatických referenčních knih, ve kterých jsou rychlostní režimy specifikovány ve formě empirických křivek frekvence rychlosti větru. Empirická četnost rychlostí ukazuje, jakou část času v uvažovaném období byly větry o té či oné rychlosti. Pomocí této charakteristiky identifikujeme energetickou hodnotu větru a najdeme hlavní ukazatele, které určují efektivitu a proveditelnost využití větrné energie. Э_cp.

Dále k přeměně větrné energie na elektrickou energii používáme větrný generátor (větrná turbína) nebo větrná elektrárna (WPP) s horizontální osou otáčení rovnoběžnou se směrem proudění větru. Větrná turbína je vyrobena ve formě větrného kola se třemi lopatkami umístěnými podél poloměrů a pod úhlem k rovině otáčení a synchronního generátoru střídavého elektrického proudu. Pracovní točivý moment na větrném kole vzniká vlivem aerodynamických sil vznikajících na lopatkách se speciálním aerodynamickým profilem. K orientaci větrného kola ve směru větru využívá větrná turbína „ocas“.

Výkon větrného generátoru N_Páni [W] je určeno následujícím výrazem:

kde η_Páni – účinnost větrné turbíny při dané rychlosti větru v.

To znamená, že kvůli rotaci větrná kola a ty zasazené na stejné ose permanentní magnety uvnitř měděného vinutí, dostaneme na kontaktech generátoru rozdíl potenciálů, tzn. elektrické napětí U [B], což nám dává elektrický výkon N_e-mailem [W] a časem i elektrická energie Э_e-mailem [Wh]:

N_e-mailem(υ(t)) = U(v(t)) × I (v(t)) = ½·ρ·F_VC·v³(t)·η_Páni; → Э_e-mailem= N_e-mailem(v(t)) × t

Pro danou větrnou turbínu je hodnota jmenovitého výkonu N_e-mailemje 1000 Watt = 1 kW při rychlosti větru v= 8,5 m/s. Při zvýšení rychlosti větru na 12 m/s dosáhne výkon této větrné turbíny maximální hodnoty 2000 W = 2 kW. Pokud se v budoucnu rychlost větru zvýší o více než 12 m/s, pak se v důsledku aerodynamických zákonů výkon větrné turbíny již nezvýší, ale spíše se sníží na nulu. V Moskevské oblasti jsou téměř všechny větry v rozsahu rychlostí od 0 do 12 m/s, což nám umožňuje získat dostatečné množství elektřiny pomocí větrného generátoru od společnosti Free Energy.

Jak je však z grafu patrné, při rychlosti větru pod 3 m/s máme nízký výkon větrného generátoru, a tedy ne velké množství elektřiny. A v tomto případě můžeme využít další nevyčerpatelný zdroj energie: naše nebeské těleso – Slunce.