Upp í vindinn - 01.05.2014, Síða 59

Upp í vindinn - 01.05.2014, Síða 59
AÐ BEISLA VINDINN Mynd 1. Myndin sýnir hvernig samfellt flæöi loftmassa í gegn um mylluna veldur stærra yfirborði hægra megin í vindbrautinni. Raunaflið er mismunur á aflinu fyrir og eftir mylluna. hægt er að stjórna stöðu blaðanna og skurði við vindinn. Þannig eru myllur hannaðar að þær slá nánast út þegar vindur nálgast ofsaveður. Stærsta vindmylla sem mér er kunnugt um nú er í prófunum i Osterild á vegum Vestas í Danmörku með uppsett afl 8MW. Uppsett afl í vindorkubeislun til rafmagnsframleiðslu í heiminum mun nú vera um 300GW sem er gríðarlegt og vaxandi. Helsti vandi sem glímt er við þegar vindorka er þannig hagnýtt er fyrst og fremst sjónmengun en einnig er viss vandi fólginn í áhrifum t.d. langra skeiða logns t.d. þegar háþrýstisvæði myndast í Norður Evrópu. í beislun vindorkunnar er fólgin mikil eðlisfræði sem við skulum skoða betur. Orka, afl og eðlisfræðilegar takmarkanir Vindurinn sem fer fram hjá okkur ber með sér massa lofts sem er á ákveðnum hraða eftir styrk hans. Skoðum fyrst ákveðið rúmmál V lofts sem hefur massann m og hraðann v. Hreyfiorka þessa rúmmáls er Ekin = Vz mv2 (1) Massa sama rúmmáls af lofti má tákna með þéttleika loftsins p og svo með rúmmálinu V, þannig að massi loftsins er m = p V (2) Þegar við sameinum (1) og (2) fæst jafnan fyrir hreyfiorku vindsins Ekin vinds = l/ p V2 (3) Efviðhugsumokkurað reynaaðfávindinn til að hreyfa við skrúfu eða vindmyllublaði sem hefur þvermálsyfirborð A, getum við reiknað með að ákveðið rúmmál lofts A V = A v At (4) fari á tímanum At og snerti hreyfilinn. Af því leiðir að aflið (orka á timaeiningu) sem hreyfir við vindmyllunni er Evinds ~ Ekin vinds^ ^ = (AVp v2 )/2At = pA v3/2 (5) Skoðum þessa niðurstöðu. Vindaflið er semsagt háð þéttleika loftsins, yfirborði spaðanna og vindhraðanum í þriðja veldi! Þetta er áhugaverð niðurstaða. Þéttleikinn gæti sagt til um að rakt loft væri miklu vænlegra til að bera meiri orku. Yfirborð spaðanna kallar á stærri myllu til að auka ítöku afls úr vindinum og síðast en ekki síst, staðarval myllunnar kallar á stað þar sem vindur er sem mestur. Mylla nærri fjallstoppi gæti leikandi gefið þúsund sinnum meira afl en mylla í dal þar sem hlutfall vindsins væri aðeins einn tíundi af rokinu á toppnum. Þarna þurfa eðlisfræðin og verkfræðin að tala saman. Það er alls ekki víst að myllan þoli áraun vindsins í öllum mögulegum vindstyrkjum. Reyndar er það svo að flestar myllur hafa búnað til að „slá út“ eða óvirkja vindinn þegar hann yglir sig verulega. Komum að því síðar. En hvað segir eðlisfræðin um nýtingarhlutfall vindsins? Okkur leikur hugur á að vita hversu mikinn hluta hins reiknaða vindafls við getum fangað. Nú gerast spennandi hlutir. Vindurinn sem skellur á spöðunum stöðvast ekki alveg, heldur minnkar hraðinn. Það væri ekki mögulegt að stöðva hann alveg; að fá alla hreyfiorku hans til okkar nota. Hugsum okkur að vindhraðinn þegar hann skellur á myllunni okkar sé v; og að hann fari um mylluna og fái hraðann v2 er hann yfirgefi hana. Sá hraði er að sjálfsögðu lægri vegna þess að vindurinn hefur misst hreyfiorku sem myllan fangaði. Nú er eftir smá algebra. Við reynum að áætla hversu mikið afl hafi verið fangað í myllunni. Setjum svo að rúmmálið sem fer í gegn um mylluna á tímaeiningu sé háð meðaltali vindsins fyrir og eftir mylluna (v-i + v2)/2. Við reiknum aflmuninn á vindinum fyrir og eftir mylluna: Praun = P1 ~ P2 (AVp )/2 At (v-i - v2)2 = pA/4 (V! + V2)(V!2 - v22) (6) Við sjáum nú að ef mismunur vindhraðans erenginn, þá kemurlíkanúll út úrjöfnunni, það er ekkert raunafl. Nú getum við nálgast það að reikna út aflið sem unnt er að ná út úr vindinum. Við deilum raunaflinu með afli vindsins. Reiknum nú út aflstuðul myllunnar: Cp = praur/P vinds = (Vi + V2)(V12 - v22)/2 v,3 (7) Við köllum v^v; = x og einföldum jöfnuna, (1+x)(1-x2)/2 (8) og með smá algebru og með því að gera ráð fyrir að A;v; =A2v2=A (v^+v2) / 2 og diffra aflið m.t.t. v2/v^ má leiða út að hæst nær cp þegar hlutfall vindhraðanna v^/v^ = 1/3. Þetta leiðir til að Phámark = 16/27 pAv;3 (9) Þessi merkilega niðurstaða er kölluð Betz lögmál og segir að 59.3% vindaflsins sé í mesta lagi hægt að virkja með vindmyllu. Við þessar aðstæður hafa 88.9 % hreyfiorku vindsins verið virkjaðar í vindmyllunni. Stundum hafa menn komið til mín og haldið fram að þeir hafi fundið upp ...upp í vindinn I 59
Síða 1
Síða 2
Síða 3
Síða 4
Síða 5
Síða 6
Síða 7
Síða 8
Síða 9
Síða 10
Síða 11
Síða 12
Síða 13
Síða 14
Síða 15
Síða 16
Síða 17
Síða 18
Síða 19
Síða 20
Síða 21
Síða 22
Síða 23
Síða 24
Síða 25
Síða 26
Síða 27
Síða 28
Síða 29
Síða 30
Síða 31
Síða 32
Síða 33
Síða 34
Síða 35
Síða 36
Síða 37
Síða 38
Síða 39
Síða 40
Síða 41
Síða 42
Síða 43
Síða 44
Síða 45
Síða 46
Síða 47
Síða 48
Síða 49
Síða 50
Síða 51
Síða 52
Síða 53
Síða 54
Síða 55
Síða 56
Síða 57
Síða 58
Síða 59
Síða 60
Síða 61
Síða 62
Síða 63
Síða 64
Síða 65
Síða 66
Síða 67
Síða 68
Síða 69
Síða 70
Síða 71
Síða 72
Síða 73
Síða 74
Síða 75
Síða 76
Síða 77
Síða 78
Síða 79
Síða 80
Síða 81
Síða 82
Síða 83
Síða 84

x

Upp í vindinn

Beinleiðis leinki

Hvis du vil linke til denne avis/magasin, skal du bruge disse links:

Link til denne avis/magasin: Upp í vindinn
https://timarit.is/publication/1929

Link til dette eksemplar:

Link til denne side:

Link til denne artikel:

Venligst ikke link direkte til billeder eller PDfs på Timarit.is, da sådanne webadresser kan ændres uden advarsel. Brug venligst de angivne webadresser for at linke til sitet.