Чтобы понять энергию ветра, мы подписываемся на теории сохранения массы и сохранения энергии. Предполагается, что воздуховод, показанный ниже, представляет ветер, текущий и выходящий из лопаток турбины.
Предполагается, что скорость V a является средней величиной V 1 и V 2 . Кинетическая энергия в устье трубки определяется как —
КЕ = 1/2 мВ 2
КЕ энергии изменено = 1/2 мВ 1 2 — 1/2 мВ 2 2
1/2 м (V 1 2 — V 2 2 )
Поскольку m = pAV a, то KE изменяются, Pk = 1/2 pAV a (V 1 2 — V 2 2 )
При дальнейшем упрощении расчетная энергия ветра выражается как —
KE, pk = 0,5925 * 1 / 2pAV 1 3
Теория Лезвия
Теория лопастных элементов предполагает, что поток в данной части лопасти ветротурбины не влияет на соседние части. Это подразделение на лезвии называется кольцом. Импульс рассчитывается для каждого кольца . Все результирующие значения затем суммируются для представления лопасти и, следовательно, всего винта.
На каждом кольце предполагается, что равномерно распределенная скорость индуцирована.
Динамическое соответствие
Модель динамического притока была включена, чтобы улучшить оценки по теории Blade Element и Momentum. Основная динамика в теории потока помогает оценить влияние турбулентности лопатки. Захвату дается динамическое состояние, чтобы помочь в получении оценки средней скорости.
Теория БЭМ дает оценки только при устойчивом ветре, но очевидно, что турбулентности должны возникать. Тем не менее, это объясняется базовой моделью динамического притока для обеспечения более реалистичной оценки.
Известно, что вырабатываемая энергия ветра, особенно в случае горизонтальной оси, является произведением скорости наклона наконечника, общего количества используемых лопастей и коэффициента подъемной силы для аэродинамического профиля. Перестройка к новому устойчивому состоянию равновесия хорошо объясняется методом динамического притока (DIM) .
Метод динамического притока
DIM также известен как теория динамического следа и основан на индуцированном потоке, который обычно не является устойчивым. Он рассчитывает приток по вертикали к ротору с учетом его влияния на динамический поток.
Это просто учитывает эффект следа или просто скорость воздуха, вертикально выровненную с роторами, вызванную вращением лопастей. Однако предполагается, что тангенциальная скорость является постоянной. Это называется эффектом пробуждения, и его сопротивление снижает эффективность ветровой турбины.
Производство электроэнергии
Кинетическая энергия ветра преобразуется в электричество ветряными турбинами. Они используют древнюю концепцию, используемую на ветряных мельницах, хотя с присущей ей технологией, такой как датчики, для определения направления ветра. Некоторые ветряные турбины имеют тормозную систему для остановки в случае сильного ветра, чтобы защитить ротор и лопасти от повреждений.
Есть шестерни, соединенные с валом ротора для ускорения лопастей до скорости, подходящей для генератора. Внутри генератора возникает электромагнитная индукция (основной метод преобразования механической энергии в электроэнергию). Вал вращает цилиндрический магнит против катушки электрического провода.
Все электричество от турбин на ветряной электростанции ассимилируется в энергосистему и преобразуется в высокое напряжение. Это на самом деле обычный метод передачи электроэнергии в сети.
Необходимы большие лезвия с поверхностным наконечником, хотя это должно определяться шумом, возникающим от широких лезвий. Ветровая электростанция может иметь до 100 генераторов, что приведет к увеличению шума.