Sila,obrtni momenat,TSR

Imamo nekoliko pojmova ovde:

SILA (N) koja deluje na krilo stvara obrtni moment oko centra, tj. na vratilu. Ta sila je raspodeljena po razmaku (dužini) na složen način, i najveća je na kraju krila koje se okreće, naravno zbog obodne brzine. Ako se turbina ne okreće, raspodela sile je drugačija, onaj deo koji stvara obrtni moment bliži je korenu krila. Zato, veliki konstruktivni napadni ugao pri korenu olakšava pokretanje krila ali kada turbina vetrenjače počne da se okreće, taj značaj se gubi.

OBRTNI MOMENT (Nm) je proizvod komponente sile koja je u ravni obrtanja i kraka te sile odnosno rastojanja od centra. Ustvari, i tu silu, koja je nejednako raspodeljena duž razmaha, razložićemo, da bismo dočarali sliku na nekoliko sila koje deluju na segmentima krila, pa je ukupni obrni moment jednak zbiru svih proizvoda sila i odgovarajućih rastojanja od centra, što znači da je uticaj na obrtni moment grubo rečeno iz dva razloga najjači na obimu krila koje se okreće. Dakle, jedan razlog je veličina te tzv. jedinične sile na kraju krila, zbog brzine, a drugi je udaljenje od centra obrtanja. Konstruktivni napadni ugao na kraju krila je mali u odnosu na obrtnu ravan, jer stvarni napadni ugao koji opstrujava kraj krila zavisi od odnosa brzine vetra i obodne brzine krila, što se predstavlja kao TSR (Tip Speed Ratio). Grubo rečeno, napadni ugao strujanja oko krila jednak je zbiru konstruktivnog napadnog ugla i arccotangensa TSR.

I na kraju Nj. V. SNAGA: (W) je proizvod obrtnog momenta i obrtne brzine, dakle o snazi vredi pričati samo za slučaj okretanja, pri mirovanju, snaga je =0. Šta je, dakle, snaga vetra i kako se izražava snaga vetrenjače? Po čemu se naš osećaj (subjektivni) razlikuje od merenja i koje sve greške možemo da napravimo ako se oslonimo samo na intuiciju? Zašto je bitno da prvi sklop koji prima tu snagu (krila) bude optimalan i kako da to sprovedemo?

Merenje brzine vetra anemometrima i savremeno iskazivanje brojevima i jedinicama, datira od pre sto pedeset godina. Pre toga brzina vetra izražavana je opisno, Boforima, što znači da ni pojam o snazi vetra nije bio sličan današnjem, već više iskustven.

Par reči o energetskom protoku između komponenata male vetrenjače, od krila do alternatora. Efikasnost se iskazuje procentom, ali sa prećutanim objašnjenjima koji su parametri uzeti u obzir, pa se takvi rezultati, van standarda, ne mogu upoređivati. I energija koju alternator dalje predaje, a koja zagreva tanane kablove i ispravljač i kalira vremenom u olovnom akumulatoru pa se nudi raznim potrošačima na dalje korišćenje, nestaje volšebno kao u EPS-ovoj elektrodistributivnoj mreži, pa je i u tom delu efikasnost diskutabilna.

Kakve preobražaje trpi energija vetra prolaskom kroz površinu vetrenjače, sa horizontalnom osom kao najefikasnije, direktno spojenom sa alternatorom. Od ukupne količine te energije najveći deo nastavlja niz vetar, oslabljen za energiju vrtloga i toplote, a deo koji nama ostaje, korisnu mehaničku energiju, preko vratila, sa svojim gubicima na ležajima, predaje alternatoru. Krila, vratilo i rotor alternatora čine jedan mehanički sklop koji vrši dvostruku konverziju energije: iz energije strujanja u mehaničku a iz ove u električnu. Svaka od ovih konverzija ima svoju efikasnost koju, u amaterskim uslovima, ne možemo razlučiti. Možemo npr. pretpostaviti da je efikasnost turbine u nekom režimu 30%, a alternatora 70%. Tada bi efikasnost ovog sklopa bila 21%. Promenom režima menjaju se i koeficijenti.

Ovakav sklop funckioniše u nekakvoj povratnoj sprezi tj. možemo samo potrošnjom (mislim na alternatore sa PERmanentnim MAGnetima, bez pobude) smanjiti broj obrtaja. Proizvodnja struje odnosno potrošnja energije u alternatoru i jeste krajnji cilj, ali velikim povećanjem potrošnje, menja se i slika opstrujavanja krila, stvaraju se vrtlozi i smanjuje se ovaj tako bitan koeficijent korisnosti turbine. Nazivna snaga vetrenjače i snaga generatora treba da budu u skladu. Alternator mora imati snage da uspori vetrenjaču, ali ne sme da je opterećuje, naročito dok ne dobije optimalan broj obrtaja. Dakle, potrebna je fina regulacija potrošnje ne prema potrebama alternatora već prema mogućnostima turbine. Nešto kao odnos grubog mladića prema nežnoj devojci. Ako grubost dominira, onda je tu priči kraj. Prosto, da se zapitam kako su Nemci među liderima u ovoj oblasti. I naravno, pošto su krenuli naopačke, od svojih potreba, pa iako imaju dovoljnu ponudu vetra, monstrumima od 5MW su toliko vizuelno i zvučno zagadili prostor da imaju kontraefekat. Broj protivnika u odnosu na pristalice raste baš zbog trpanja nasilnika i u ovu lepu oblast koja nije za biznismene, političare i megalomane svih vrsta.

Ima i kod nas uvoznika kineskih vetrenjača, krila su im kao od duvane plastike, a snaga (instalisana, nazivna, maximalna?), prema nalepnici koju je kontrolor proizvodnje imao pri ruci. I svi proizvođači imaju istu lepezu proizvoda po veličini, ali različite performanse za istu veličinu. Neusaglašeni. Jedini pouzdan podatak je: koliko vetrenjača staje u jedan kontejner.

  Ovi pojmovi sila, obrtni moment, snaga i broj obrtaja se prepliću, ukratko: snaga neka koju vetrenjača pri nekom recimo konstantnom vetru apsorbuje i prenosi do alternatora zavisi od broja obrtaja i opterećenja koje izaziva alternator. Ako opterećenje od alternatora uspori turbinu toliko da tzv TSR padne ispod određenog stepena npr 4, treba reagovati rasterećenjem da bi se vratila u optimalni režim. Ako imamo mogućnosti da posebno sve parametre (brzinu vetra, ob/sec, snagu...), onda možemo da optimizujemo sistem i ugradimo još jednu komponentu kontrolera. Ovako, sve se svodi na malo razuma i puno osećaja, recimo kao vožnja automobila pri 40km/h, pa možeš da voziš u svim stepenima prenosa, samo je pitenje šta želiš.