ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ...

Click here to load reader

  • date post

    08-Mar-2020
  • Category

    Documents

  • view

    3
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ...

  • ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ∆ΕΥΤΙΚΟ Ι∆ΡΥΜΑ ΚΡΗΤΗΣ

    ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΧΑΝΙΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ∆ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ

    ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

    ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΙ

    ∆.ΚΟΛΟΚΟΤΣΑ

    ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Ε. Χ. ΣΩΤΗΡΟΠΟΥΛΟΣ

  • ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

    Θα ήθελα να ευχαριστήσω τους φοιτητές Κυριάκο Αντωνάκη, Εύα Θεωδορίδου,

    Βασίλη Κασσιµάτη και Ξανθή Μαργώνη του τµήµατος Φυσικών Πόρων και

    Περιβάλλοντος του ΤΕΙ Κρήτης για την χρήσιµη βοήθειά τους στην σύνταξη και

    ανάπτυξη των εργαστηριακών ασκήσεων

  • ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1

    3

    ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1: Μελέτη λειτουργίας

    ανεµογεννήτριας

    1.1 Θεωρητικό µέρος

    Η ανεµογεννήτρια είναι ένα σύστηµα ηλεκτροµηχανικό το οποίο µπορεί να

    εκµεταλλευτεί την ενέργεια του ανέµου ( αιολική ενέργεια ) και να δώσει στην έξοδο

    της ηλεκτρική ενέργεια υπό µορφή συνήθως τριφασικής εναλλασσόµενης τάσης, για τις µεγάλες και συνεχούς για τις µικρές.

    Οι γνωστοί µας άνεµοι είναι αποτέλεσµα της ηλιακής ενέργειας και δηµιουργούνται

    µεταξύ των διαφόρων περιοχών της γης , όπως συµβαίνει όταν ψυχρότερες µάζες αέρος

    κινούνται από τις θάλασσες προς τις θερµότερες µάζες αέρος της στεριάς κατά την

    διάρκεια της ηµέρας , ενώ το φαινόµενο αντιστρέφεται κατά την διάρκεια της νύκτας .

    Η γνώση τώρα της µέσης ταχύτητας των ανέµων που πνέουν σε µια περιοχή είναι

    ιδιαίτερης σηµασίας γιατί µας βοηθάει να εκτιµήσουµε την παραγόµενη ενέργεια από

    κάθε συγκεκριµένο τύπο εµπορικής ανεµογεννήτριας.

    Η ανεµογεννήτρια ( Α\Γ ) εκµεταλλεύεται την κινητική ενέργεια του ανέµου , µέσω της

    φτερωτής της η οποία ενεργεί µε την περιστροφή της σαν να είχε άπειρο αριθµό

    φτερών (άσχετα αν στη πραγµατικότητα έχει 2, 3 ή περισσότερα φτερά) .

    Αν D είναι η διάµετρος της φτερωτής τότε η θεωρητική µέση ισχύς του ανέµου (Ραν.)σε

    κάθε ταχύτητα του ανέµου (U) θα δίνεται στην επιφάνεια της θάλασσας και για

    κανονική θερµοκρασία αέρα από τη σχέση :

    ( ) 2 30.49P W D Uα = ⋅ ⋅ (0.1)

    Όµως η πραγµατική ισχύς (Ρ) που τελικά παίρνουµε στην έξοδο της γεννήτριας είναι

    µειωµένη λόγω του ηλεκτρικού βαθµού απόδοσης nn≈0,9 , του µηχανικού βαθµού

    απόδοσης nµηχ.≈0,9 και ενός συντελεστή ισχύος CP που λέγεται και «όριο του Betz» του

    οποίου η µέγιστη θεωρητική τιµή είναι : CP =16/27≈ 0,593 ή 59,3% και η πραγµατική

    τιµή του κυµαίνεται στην πράξη από 0.3 έως 0.5 ανάλογα µε τον τύπο και την ποιότητα

  • ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1

    4

    της φτερωτής . Ακόµη η τιµή του CP για κάθε Α/Γ εξαρτάται από το λόγο (λ) της του

    ακροπτερυγίου της Α/Γ προς την γραµµική ταχύτητα του ανέµου U(m/sec) όπου:

    ( ) ( )sec ( )0,0523

    m

    R n RPMD m U U

    λ ω= ⋅ ≈ ⋅ (0.2)

    n(RPM) =Στροφές Α/Γ ανά λεπτό

    U(m/sec)=Ταχύτητα ανέµου

    D(m) = ∆ιάµετρος φτερωτής

    Στην πράξη για γρήγορες εκτιµήσεις της ισχύος εξόδου (Ρ) ,µιας µικρής αυτόνοµης Α/Γ

    οριζόντιου άξονα µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε την παρακάτω εµπειρική σχέση (για

    Α/Γ µε µέτρια απόδοση).

    ( ) ( ) ( ) ( ) 2 10

    m s m

    s U

    P W D m U≈ ⋅ ⋅⎡ ⎤⎣ ⎦ (0.3)

    Ο βαθµός απόδοσης της Α/Γ δίνεται από την παρακάτω σχέση:

    maxΒαθµός απόδοσης Α/Γ (%) = L wind

    P P

    (0.4)

    1.2 Πειραµατικό µέρος

    1.2.1 Πειραµατική διάταξη Για την εκτέλεση του πειράµατος απαιτούνται τα εξής:

    • Εκπαιδευτικό σύστηµα ΑΠΕ

    • Τροφοδοσία 220 Volt

    • ∆ιάφορες αντιστάσεις

    • Ανεµόµετρο

    • Αµπερόµετρα, Βολτόµετρα

  • ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1

    5

    1.2.1.1 Σχεδίαση χαρακτηριστικών καµπύλων I-V και P-V της Α/Γ

    VA/Γ

    Α

    RL D(m)

    Ανεµόµετρο

    Αέρας

    +

    Σχ. 6.1. Πειραµατική διάταξη µέτρησης χαρακτηριστικών I-V και P-V Α/Γ

    To πείραµα εκτελείται µε τα εξής βήµατα:

    • Υλοποιούµε τη συνδεσµολογία του σχήµατος 6.1.

    • Ξεκινάµε τον ανεµιστήρα της διάταξης και ρυθµίζουµε τις στροφές του έτσι

    ώστε να αρχίσει να περιστρέφεται η ανεµογεννήτρια.

    • Μετράµε την ταχύτητα του ανέµου που προκαλεί ο ανεµιστήρας.

    • Μετράµε τη διάµετρο της ανεµογεννήτριας D.

    • Υπολογίζουµε την ισχύ της ανεµογεννήτριας µε τη βοήθεια της σχέσης 6.3.

    • Μεταβάλουµε την αντίσταση του φορτίου RL για διάφορες τιµές της ταχύτητας

    του ανέµου και συµπληρώνουµε τον παρακάτω πίνακα

    U≈ 4 m/s U≈ 6 m/s U≈ 8 m/s

    a/a RL (Ω)

    U(V) I(A) P(W) U(V) I(A) P(W) U(V) I(A) P(W)

    1

    2

    3

    4

    5

    6

  • ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1

    6

    • Χαράσσουµε σε κατάλληλα βαθµονοµηµένους άξονες τις µεταβολές I-V και P-V

    της Α/Γ για τις διάφορες τιµές των ταχυτήτων ανέµου και σηµειώνουµε το σηµείο

    µέγιστης ισχύος για ταχύτητα ανέµου 6 m/s.

    1.2.1.2 Yπολογισµός βαθµού απόδοσης της Α/Γ

    Το πείραµα εκτελείται ακολουθώντας την εξής διαδικασία:

    • Εκτελούµε τη συνδεσµολογία του σχήµατος 6.1.

    • Ρυθµίζουµε τις λειτουργία του ανεµιστήρα ώστε να δίνει ταχύτητα ανέµου 6m/s και

    µεταβάλλουµε το φορτίο RL από 400Ω σε 0 Ω καταγράφοντας τα µεγέθη τάση U,

    ρεύµα I, αντίσταση RL και υπολογίζουµε την ισχύ PL.

    • Χαράσσουµε την καµπύλη PL=f(RL).

    • Υπολογίζουµε το σηµείο µέγιστης µεταφερόµενης ισχύος PLmax και την αντίστοιχη

    τιµή της αντίστασης φορτίου RL η οποία σύµφωνα µε βασικό θεώρηµα της θεωρίας

    κυκλωµάτων πρέπει να είναι ίση µε την ισοδύναµη εσωτερική αντίσταση RG της

    Α/Γ , δηλαδή για PLmax πρέπει να είναι RL =RG .

    Γενικά ισχύει PL= U•I =I2 •RL = L LG

    R RR

    E ⋅⎟⎟

    ⎞ ⎜⎜ ⎝

    ⎛ +

    2

    Και για RL = RG θα έχουµε :

    ( )

    2

    44 max

    22

    EU

    IU R

    E R

    EP GL