Соотношение скорости и наконечника

Измерение, используемое для ветряных турбин

Коэффициент скорости кончика лопасти , λ, или TSR для ветряных турбин — это отношение тангенциальной скорости кончика лопасти к фактической скорости ветра, v . Коэффициент скорости кончика лопасти связан с эффективностью, а оптимум зависит от конструкции лопасти. ^[1] Более высокие скорости кончика лопасти приводят к более высокому уровню шума и требуют более прочных лопастей из-за больших центробежных сил .

${\displaystyle \lambda ={\frac {\mbox{tip speed of blade}}{\mbox{wind speed}}}}$

Скорость кончика лопасти можно рассчитать как , где - скорость вращения ротора, а R - радиус ротора. Поэтому мы также можем записать: ${\displaystyle \omega \cdot R}$ ${\displaystyle \omega }$

${\displaystyle \lambda ={\frac {\omega R}{v}},}$

где - скорость ветра на высоте ступицы лопасти. ${\displaystyle v}$

С п–λ кривые

Коэффициент мощности, , выражает, какая часть мощности ветра извлекается ветровой турбиной. Обычно предполагается, что он является функцией как коэффициента скорости конца лопасти, так и угла наклона. Ниже приведен график изменения коэффициента мощности с изменениями коэффициента скорости конца лопасти, когда наклон остается постоянным: ${\displaystyle C_{p}}$

Аргументы в пользу ветровых турбин с переменной скоростью

Первоначально ветряные турбины имели фиксированную скорость. Это имеет то преимущество, что скорость ротора в генераторе постоянна, так что частота переменного напряжения фиксирована. Это позволяет напрямую подключать ветряную турбину к системе передачи. Однако из рисунка выше мы видим, что коэффициент мощности является функцией соотношения скорости конца лопасти. В более широком смысле, эффективность ветряной турбины является функцией соотношения скорости конца лопасти.

В идеале хотелось бы иметь турбину, работающую при максимальном значении C _p при всех скоростях ветра. Это означает, что при изменении скорости ветра скорость ротора также должна меняться, так что C _p = C _{p max} . Ветровая турбина с переменной скоростью ротора называется ветровой турбиной с переменной скоростью . Хотя это и означает, что ветровая турбина работает при или близко к C _{p max} для определенного диапазона скоростей ветра, частота генератора переменного напряжения не будет постоянной. Это можно увидеть в уравнении

${\displaystyle N={\frac {120f}{P}},}$

где N — угловая скорость ротора, f — частота переменного напряжения, генерируемого в обмотках статора, а P — число полюсов генератора внутри гондолы. Поэтому прямое подключение к системе передачи для переменной скорости недопустимо. Требуется преобразователь мощности, который преобразует сигнал, генерируемый турбогенератором, в постоянный ток, а затем преобразует этот сигнал в сигнал переменного тока с частотой сети/системы передачи.

Аргументы против ветровых турбин с переменной скоростью

Ветровые турбины с переменной скоростью не могут быть напрямую подключены к системе передачи. Одним из недостатков этого является то, что инерция системы передачи уменьшается по мере того, как в сеть вводится больше ветряных турбин с переменной скоростью. Это может привести к более значительным падениям частоты напряжения системы передачи в случае потери генерирующего блока. Кроме того, ветряные турбины с переменной скоростью требуют силовой электроники, что увеличивает сложность турбины и вводит новые источники отказов. С другой стороны, было высказано предположение, что дополнительный захват энергии, достигаемый путем сравнения ветряной турбины с переменной скоростью и ветряной турбины с фиксированной скоростью, составляет приблизительно 2%. ^[2]

Ссылки

1. "Wind Turbine Tip Speed ​​Ratio | REUK.co.uk". www.reuk.co.uk . Получено 14 мая 2017 г. .
2. Зависимость производительности ветровых турбин с переменной скоростью от турбулентности, динамики и управления, Лейтхед