Effizienteste windkraftanlage
Effizienteste windkraftanlage

Effizienteste windkraftanlage

Was ist das effektivste und effizienteste Design für einen Windgenerator?

Barnard On Wind Redux Post: Ja, die großen, weißen, dreiblättrigen Windturbinen sind die besten. Es scheint, als ob jede Woche eine neue Windgenerator-Innovation enthüllt wird, manchmal in Technologieblogs, manchmal in Fernsehbeiträgen, einmal sogar auf TED Gespräche.

Sie alle behaupten, besser zu sein als die ikonischen Windturbinen mit drei Blättern und horizontaler Achse, mit denen wir am besten vertraut sind. Was ist also das effizienteste Design, um Windenergie einzufangen? Wenn jedes Design einer konstanten Windquelle ausgesetzt wäre und jedes Design die gleiche Oberfläche hätte (für Rotorblätter, Flügel oder andere Komponenten), was würde im gleichen Zeitintervall die meiste Elektrizität erzeugen?

Kurze Antwort

Eine moderne Windkraftanlage mit horizontaler Achse und drei Blättern würde den meisten Strom erzeugen. Behauptungen über überlegene Leistung alternativer Technologien, begleitet von Investitionsaufforderungen, sollten äußerst skeptisch betrachtet werden.

Lange Antwort

Die maximale potenzielle Erzeugung aus einer Windmenge wird durch das Betz-Gesetz (auch als Betz-Grenze bekannt) bestimmt. Betz berechnete, dass die maximale Leistung, die aus dem Wind gewonnen werden konnte, 59,3 % seiner Gesamtenergie betrug.

Winderzeugungsgeräte umfassen

1-Windturbinen mit drei Blättern und horizontaler Achse
2-vertikalachsige Windturbinen mit aerodynamischen Flügeln
3-verkabelte, fliegende Windgeneratoren (derzeit nur Prototypen und Renderings)
4-Horizontalachsen-Windgeneratoren verschiedener Typen ohne aerodynamische Komponente an den Blättern
5-Vertikal-Achsen-Windgeneratoren verschiedener Typen wie der Savonius-Generator ohne aerodynamische Blätter
6-Verschiedene Geräte, die wie Düsentriebwerke aussehen, oder Düsentriebwerke mit großen Trichtern, Kegel mit Kolben
7-Türme, die um ihre Basis herum passive Solarheizung verwenden, um starke Winde zu erzeugen, die den Turm hinaufströmen, vorbei an Windturbinenblättern, die sich im Inneren des Turms drehen

Wie stapeln sie sich?

Heute erzeugen mehr als 300.000 horizontalachsige Windturbinen im Versorgungsmaßstab mit drei Blättern Strom. Sie sind die Gewinnerform der Generation, weil sie am effektivsten sind. Die Gründe sind einfach erklärt:

Aerodynamische Blätter fügen eine Komponente der auftriebsbezogenen Kraft hinzu, um das Blatt schneller anzutreiben. Dies ist ein erheblicher Vorteil gegenüber Windmühlen, egal ob mit horizontaler oder vertikaler Achse. Selbst eine ausreichend konstruierte Windkraftanlage mit aerodynamischen Blättern wird immer mehr Strom erzeugen als der beste Generator ohne aerodynamischen Auftrieb als Komponente der Energiegewinnung.

Die Blätter des Dreiblattdesigns fliegen immer durch saubere Luft. Die Turbulenzen des Vorbeiflugs des vorherigen Blatts wurden in Windrichtung getragen, bis das nächste Blatt denselben Punkt passiert. Windkraftanlagen mit vertikaler Achse, ob mit Flügeln oder reinen Widerstandsformen, fliegen einen erheblichen Prozentsatz der Zeit durch turbulente Luft. Die saubere Luft verschafft den Dreiblatt-HAWTs einen erheblichen Vorteil.

Die Blätter des Drei-Blatt-Designs werden immer im optimalen Winkel zum entgegenkommenden Wind präsentiert. Windkraftanlagen mit aerodynamischen Blättern und vertikaler Achse ändern den Winkel ihrer Blätter ständig zum entgegenkommenden Wind, während sie sich drehen, und nur ein Teil der besten Konstruktionen befindet sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem optimalen Winkel.

Das Ausrichten der Schaufeln von HAWTs auf die entgegenkommende Luft erfordert im Vergleich zu diesem Vorteil geringfügige Energiemengen. Savonius-Windgeneratoren (benannt nach einem finnischen Ingenieur, der 1922 eine gängige Variante entwickelte) sind noch schlimmer, da sie den Wind in der Konkavität auf der Hälfte ihrer Oberfläche einfangen und den Wind auf den konvexen Teil mit entsprechendem Luftwiderstand und zusätzlichen Turbulenzen auf der anderen Hälfte abgeben ihrer Oberfläche.

(Ich analysierte eine potenzielle Investition für ein kleines Unternehmen in die Fähigkeit zur Mikroerzeugung und stellte fest, dass der Erfinder 5 „Innovationen“ rund um die grundlegende Savonius-Prämisse geschaffen hatte, die es von einer billigen Energieform, die für geringfügige Bewässerungszwecke ausreicht, zu einer sehr teuren Form machte Energieerzeugung, die für geringfügige Bewässerungszwecke ausreicht.) Zum Kontext hier eine kostengünstige Savonius-Bewässerungswindmühle, die aus einem alten Plastikfass und etwas Altholz hergestellt wurde.

Drei Klingen lassen sich gut skalieren. Einer der größten Vorteile ist, dass Sie einen sehr großen Satz Blätter auf einem sehr hohen Turm anbringen und viel Wind über dem Punkt sammeln können, an dem er aufgrund des Bodenkontakts langsamer wird.

Viele „innovative“ Konstruktionen wurden vorgeschlagen, die eine Art Venturi-Effekt in Kombination mit Turbinenrotoren nutzen, aber das grundlegende Problem besteht darin, dass man die Außenhülle bis zu dem Punkt skalieren muss, an dem Gewicht und Material kosten, um ausreichend Wind zu sammeln unerschwinglich werden. Eine Außenhülle muss mindestens auf das Quadrat des Durchmessers und wahrscheinlich mehr skaliert werden.

Eine 3-MW-Windkraftanlage mit 80-Meter-Blättern kann eine Teilmenge der Energie aus 20.096 Quadratmetern Luft einfangen. Eine Venturi-Schale in dieser Größenordnung hätte einen Umfang von 251,2 Metern, müsste wahrscheinlich mindestens 10 Meter breit sein, bevor spürbare Effekte eintreten, und würde eine enorme Menge wiegen.

Andere „innovative“ Designs fliegen Windfangvorrichtungen der einen oder anderen Art – Turbinenblätter mit Luftschiffhülle, Rahmen mit Turbinen, Drachen mit Turbinen – in einen konstanteren und höher über dem Boden liegenden Wind. Das Problem ist, dass diese ständig an Skalengrenzen stoßen. Der Windgenerator mit Luftschiffhülle beginnt, Steifigkeitsprobleme zu haben, lange bevor er die Stromerzeugung im Versorgungsmaßstab erreicht.

Die fliegenden Drachen mit Flügeln erfordern massive und sehr lange Kabel, um den Kräften standzuhalten. Im Allgemeinen sind diese Prototypen sehr interessant und kommen nie auf den Markt. Alle von ihnen erfordern massive Bodeninstallationen mit außergewöhnlich großen Winden, wenn Sie Energieerzeugungsnutzungsniveaus wünschen.

Wenn Sie anfangen, an die Stärke von Schiffstrossen multipliziert mit Kilometern Kabel zu denken, beginnen Sie zu erkennen, dass das Gewicht und die Kosten des Kabels allein bei jeder nützlichen Erzeugungsstufe unerschwinglich werden.

Drei Blätter sitzen einfach an einer Stelle auf einer großen Säule, wenn sie Strom erzeugen. Dies ist sehr effizient, was einer der Gründe dafür ist, dass sie die beim Bau verwendete Energie schneller amortisieren als jede andere Form der Stromerzeugung.

Ein Windpark in Australien erzeugte 302-mal so viel Strom wie zum Starten, Bremsen und Verwandeln in den Wind über ein Jahr. Vergleichen Sie dies mit den Anforderungen an eine fliegende Windkraftanlage, die eingeholt werden muss, wenn der Wind nicht weht, gestartet werden muss, wenn der Wind einsetzt, und über ein schweres Kabel verfügt, das potenziell kilometerlang ist und angepasst werden muss, um die Erzeugung regelmäßig zu maximieren.

Die folgende Grafik stammt aus dem 2006 erschienenen Buch von E. Hau., Wind Turbines: Fundamentals, Technologies, Application, Economics. Springer. Deutschland. 2006. Das war schon damals keine Neuigkeit, sondern nur eine selbstverständliche Aussage für Lehrbücher.

Türbin kanatlı güneş-rüzgar kulesi, ilginç bir teknoloji olmaya en yakın olanıdır, ancak bakım hiçbir zaman keşfedilmemiştir. Türbinler genellikle kulenin uzunluğu boyunca yatay olarak 3-7 veya daha fazla istiflenmiş olarak düşünülür.

Alternatif olarak, çok daha küçük olanlar, geniş cam dizisinden çıkan tünellerin içindeki kulenin tabanının etrafına yerleştirilmiştir. Muhtemelen 45 santigrat derece veya daha yüksek, 50 km/s ve daha yüksek hızlarda çok sıcak rüzgarlarda çalışacaklar. Etkili olarak, cihaz bir insanı kısa sürede pişirecek bir konveksiyon fırınıdır.

Kulenin içinde çalışmak, rüzgar hızı bunu mümkün kılıyorsa, soğutmalı giysiler ve solunum ekipmanı gerektirecektir. Türbin kafasını veya kanatlarını servis için kuleden çıkarmak olağanüstü bir iş olurdu. Rüzgar girişinin kapatılması, beş kilometre çapındaki kapıların kapatılmasını gerektirecektir.

 

 

Überprüfen Sie auch

Welches Land hat am meisten Windenergie?

Welches Land hat am meisten Windenergie?

Profilierung der Top-5-Länder mit der höchsten Windenergiekapazität Von Offshore-China bis Onshore-Spanien nimmt die Windkraftkapazität weltweit …

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert