Vertikální nebo horizontální turbínu?
Jaký opravdový výkon můžeme očekávat od větrné elektrárny? Hodně z nás nemá vůbec představu, co vše ovlivňuje výkon větrné elektrárny. Často se náš přehnaný optimizmus neslučuje s fyzikálními zákony… :) . Aby jsme se od něčeho odpíchli, napíšeme si, že výkon (energie) větru na 1m2 plochy listů v závislosti na rychlosti větru:
| Rychlost větru (m/s) | Výkon větru (W) |
|---|---|
| 1 | 0,7 |
| 2 | 5 |
| 3 | 17 |
| 4 | 39 |
| 5 | 77 |
| 6 | 132 |
| 7 | 210 |
| 8 | 314 |
| 9 | 447 |
| 10 | 613 |
Všimněte si velkého nárůstu výkonu (energie) způsobený třetí mocninou ve vzorci:
Energie větru = 0,5 x plocha v m2 x hustota vzduchu v kg/m3 x (rychlost větru v m/s)3
SWP E-5:
- Energie větru = 0,5 x 14,5 x 1,2047 x (10)3
- Energie větru = 8734W při 10 m/s při 15°C
Výkon větru ma 1m2 závislý na teplotě:
| Rychlost větru (m/s) | Teplota | Výkon (W) |
|---|---|---|
| 5 | -20°C | 87 |
| 5 | 0°C | 81 |
| 5 | +20°C | 74 |
| 10 | -20°C | 698 |
| 10 | 0°C | 648 |
| 10 | +20°C | 592 |
Hustota suchého vzduchu v závislosti na teplotě:
| Teplota | Hustota vzduchu (kg/m3) |
|---|---|
| -20°C | 1,3951 |
| 0°C | 1,2959 |
| +20°C | 1,2047 |
Co jsem tím chtěl říct ? Výpočet (nebo odhad :) ) energie větru v dané lokalitě není určitě jednoduchý. Je závislý na ploše listů turbíny, teplotě, hustotě vzduchu a rychlosti větru. A to jsme teprve u energie větru. Pro jednodušší pochopení budeme pracovat s naší turbínou E-5 s výkonem 5kW, plochou listů 14,5m2 a průměrnou rychlostí větru 10m/s (což je v ČR spíš možné přání než realita .. podle mého se průměrná rychlost větru pohybuje mezi 3 až 8m/s podle oblasti).
Nyní se dostaneme k účinnosti jednotlivých typů větrných turbín. Obecně platí, že vertikální Savonius má účinnost 20%. Vertikální Darrieus zvládne i 40%. A nejúčinnější horizontální turbíny mohou dosáhnout až 59% účinnosti. Takže v našem případě je to tří-listý horizontál s účinností 59%. Dosadíme do spočítaného …..
8734W (energie větru) 59% z tohoto čísla je výkon 5153W
To je výkon turbíny, který dosáhneme při 10m/s v našem modelovém případě. Ještě nesmíme zapomenout na účinnost generátoru, která se u HighEnd technologií pohybuje u 95%. Znovu dosadíme do spočítaného:
5153W (energie/výkon) 95% z tohoto čísla je výkon 4895W …. při 10m/s …. +15°C …. a dalších kriterií
Pro představu přepočítám na vertikál od Darrieus (což je z vertikálních turbín ten účinnější):
- 8734W 40% z tohoto čísla 3493,6W (účinnost Darrieus)
- 3493,6W 95% z tohoto čísla 3318,9W (ztráty v generátoru)
(Aby se u vertikálu Darrieus dosáhlo 14,5m2 plochy, musela by mít například 2m v průměru a 7,25m na výšku :) i v této konfiguraci by měla maximální výkon při 10m/s větru 3319W oproti horizontální turbíně, která má v této konfiguraci výkon 4895W ) .
Jak je patrné, výpočet výkonu větrné turbíny, je o mnoha parametrech. A to jsme nezačal rozebírat výkon vs umístění, kde i sebemenší překážka ve směru proudění větru, zapříčiní turbulentní stav proudění větru, který nedokáže předat turbíně patřičnou energii. Ale o tom zase jindy. Závěrem snad jen, pokud nechcete zvolit vědeckou metodu „pokus-omyl“ … nejste Nicolas Tesla, který dokázal ohnout i fyzikální zákony a vážně uvažujete o pořízení větrné turbíny, obraťte se na odborníky, kteří dokáží s čísly, které celkový výsledek ovlivní … počítat. Když se všechno povede, máte obnovitelný a nevyčerpatelný zdroj energie.
