Streszczenie: Tło badań: Wiatr jest jednym ze źródeł energii odnawialnej i jednym z najstarszych źródeł energii wykorzystywanych przez człowieka. Jest to zjawisko stochastyczne wynikające z nierównomiernego ogrzewania powierzchni Ziemi przez Słońce. Ruch mas powietrza jest przekształcany w użyteczną energię elektryczną za pomocą wirników i generatorów prądu. Planowanie lokalizacji turbin wiatrowych jest znacznie trudniejsze niż np. modułów fotowoltaicznych, co wynika z ogromnego wpływu ukształtowania terenu na ruch powietrza. W środowisku miejskim występują strefy zacienione i wiatry tunelowe, mimo że 50 metrów nad budynkami wiatry mogą mieć stałą prędkość i kierunek. Ponadto turbina wiatrowa może działać dopiero po przekroczeniu pewnego progu prędkości wirnika.
Cel: Na Politechnice Świętokrzyskiej funkcjonuje Mikrosieć, w skład której wchodzi sześć turbin wiatrowych. Ich lokalizacja jest niekorzystna ze względu na niewielką wysokość instalacji oraz obecność wysokich budynków w bezpośrednim sąsiedztwie. Turbiny te są elementem integrującym się z innymi źródłami, głównie w celu przezwyciężenia problemów inżynierskich w przyszłych wdrożeniach mikrosieci. Jednym z istotnych problemów jest wykorzystanie wiatrów tunelowych i wiatrów słabych. Można to osiągnąć, ustawiając i korygując krzywą mocy oraz określając parametry włączania i wyłączania obciążenia.
Metodologia: Krzywa mocy turbiny powinna być zawarta w dokumentacji technicznej. Niestety zdarza się, że takich danych brakuje, a dokumentacja dotyczy tylko agregatu prądotwórczego. W takiej sytuacji konieczne jest przeliczenie parametrów elektrycznych i mechanicznych oraz wyznaczenie krzywej mocy w funkcji prędkości wiatru oraz w funkcji średniego kwadratowego napięcia na wyjściu generatora. Dane te, po wprowadzeniu do pamięci falownika, muszą być korygowane podczas pracy turbiny. W przypadku modułów fotowoltaicznych algorytmy MPPT służą do wyszukiwania mocy maksymalnej. W przypadku elektrowni wiatrowych procedurę najczęściej należy przeprowadzić ręcznie, porównując częstotliwość obrotów wału generatora oraz generowane napięcie z krzywą mocy urządzenia.
Wyniki: Poszukiwania optymalnych ustawień turbin wiatrowych na Politechnice Świętokrzyskiej jest w toku. Każda iteracja parametrów pozwala na lepsze wykorzystanie słabego i zmiennego wiatru, przy czym wietrzna pogoda jest warunkiem koniecznym do tego typu prac. Z tego powodu w pracy turbin występują nawet kilkudniowe przestoje, a co za tym idzie brak danych.
Abstract: Research background: Wind is one of the sources of renewable energy and one of the oldest sources of energy used by human. It is a stochastic phenomenon resulting from the uneven heating of the Earth's surface by the Sun. The movement of the air masses is converted into useful electricity through the use of rotors and power generators. Planning the location of wind turbines is much more difficult than, for example, photovoltaic modules, which is the result of the enormous influence of the terrain on the air movement. In an urban environment, there are shady zones and tunnel winds, despite the fact that 50 meters above buildings, winds can have a constant speed and direction. Moreover, the wind turbine can only operate after a certain rotor speed threshold is exceeded.
Purpose: At the Kielce University of Technology, there is a Microgrid, which includes six wind turbines. Their location is disadvantageous due to the low installation height and the presence of tall buildings in the immediate vicinity. These turbines are an element that integrates with other sources, mainly for the purpose of overcoming engineering problems in future microgrid implementations. One of the significant problems is the use of tunnel winds and light winds. This can be achieved by setting and correcting power curve and defining the load on and off parameters.
Methodology: The turbine power curve should be included in the technical documentation. Unfortunately, it happens that such data is missing, and the documentation concerns only the power generator. In such a situation, it is necessary to recalculate the electrical and mechanical parameters and determine the power curve as a function of wind speed and as a function of mean square voltage at the generator output. These data, after being entered into the inverter's memory, must be corrected during the operation of the turbine. In the case of photovoltaic modules, MPPT algorithms are used to search for maximum power. For wind turbines, the procedure should most often be carried out manually by comparing the generator shaft rotation frequency and the generated voltage with the power curve of the device.
Findings: The procedure of searching for optimal wind turbine settings at the Kielce University of Technology is underway. Each iteration of parameters allows for better use of weak and variable wind, with windy weather being a prerequisite for this type of work. For this reason, there are even several days of downtime in the operation of turbines and, therefore, no data.
