Energía eólica - Teoría básica

Para comprender la energía eólica, nos suscribimos a la teoría de conservación de la masa y conservación de la energía. Se supone que un conducto que se muestra a continuación representa el viento que entra y sale de las palas de la turbina.

Se supone que la velocidad V a es el promedio de V 1 y V 2 . La energía cinética en la boca del tubo viene dada por:

KE = 1/2 mV 2

KE de energía cambiada = 1/2 mV 1 2 - 1/2 mV 2 2

1/2 m (V 1 2 - V 2 2 )

Como m = pAV a entonces KE cambia, Pk = 1/2 pAV a (V 1 2 - V 2 2 )

En una mayor simplificación, la energía eólica estimada se da como:

KE, pk = 0,5925 * 1 / 2pAV 1 3

Teoría del elemento de hoja

La teoría del elemento de pala supone que el flujo en una parte determinada de una pala de turbina eólica no afecta a las partes adyacentes. Esta subdivisión en la hoja se llama anillo. El impulso se calcula para cadaannulus. Todos los valores resultantes se suman luego para representar la pala y, por lo tanto, toda la hélice.

En cada anillo, se supone que se ha inducido una velocidad igualmente distribuida.

Coincidencia dinámica

Se incorporó el modelo dinámico de flujo de entrada para mejorar las estimaciones de la teoría Blade Element y Momentum. El concepto de dinámica básica en la teoría del flujo ayuda a estimar el efecto de la turbulencia de las palas. El área barrida recibe un estado dinámico para ayudar a derivar la velocidad media estimada.

La teoría BEM proporciona estimaciones solo con viento constante, pero es obvio que deben ocurrir turbulencias. Sin embargo, esto se explica por el modelo básico de flujo de entrada dinámico para proporcionar una estimación más realista.

Se sabe que la energía eólica producida, especialmente en el tipo de eje horizontal, es el producto de la velocidad de la punta, el número total de palas utilizadas y la relación de sustentación / arrastre del lado con perfil aerodinámico. El reajuste a un nuevo estado estable de equilibrio se explica bien por laDynamic Inflow Method (DIM).

Método de entrada dinámica

DIM también se conoce como teoría de la estela dinámica y se basa en el flujo inducido, que normalmente no es estable. Calcula la entrada vertical al rotor teniendo en cuenta su efecto sobre el flujo dinámico.

Esto simplemente toma en consideración el efecto de estela o simplemente la velocidad del aire alineado verticalmente con los rotores causado por el giro de las palas. Sin embargo, asume que la velocidad tangencial es constante. Esto se conoce como elWake effect y su resistencia reduce la eficiencia de una turbina eólica.

Generación eléctrica

La energía cinética del viento se convierte en electricidad mediante turbinas eólicas. Utilizan el concepto antiguo utilizado en los molinos de viento, aunque con tecnología inherente, como sensores, para detectar la dirección del viento. Algunas turbinas eólicas tienen un sistema de frenado para detenerse en caso de vientos fuertes para proteger el rotor y las palas de daños.

Hay engranajes conectados al eje del rotor para acelerar las palas a una velocidad adecuada para el generador. Dentro del generador, se produce la inducción electromagnética (el método básico de conversión de energía mecánica a electricidad). El eje hace girar un imán cilíndrico contra una bobina de cable eléctrico.

Toda la electricidad de las turbinas en una estación de energía eólica se asimila a un sistema de red y se convierte en un alto voltaje. En realidad, esta es la técnica convencional de transmisión de electricidad en el sistema de red.

Se necesitan hojas grandes con punta de superficie, aunque esto debe estar determinado por el ruido que resulta de las hojas anchas. Un parque eólico puede tener hasta 100 generadores, lo que generará más ruido.