„Kształcenie w dziedzinie odnawialnych źródeł energii – wymiana doświadczeń kadry edukacyjnej”

1. „Kształcenie w dziedzinie odnawialnych źródeł energii – wymiana doświadczeń kadry edukacyjnej” Projekt zrealizowany w ramach programu „Uczenie się przez całe życie” – Leonardo da Vinci

2. W dniach od 19 do 25 kwietnia 2009 r. grupa 15 nauczycieli z miast : Kraków, Nowy Sącz, Gorlice i Tychy, uczestniczyła w projekcie pt. „Kształcenie w dziedzinie odnawialnych źródeł energii – wymiana doświadczeń kadry edukacyjnej”. Projekt realizowany został przez Fundację Internationaler Bund Polska we współpracy z Internationaler Bund w Dreźnie, Centrum Kształcenia Praktycznego w Krakowie oraz Zespołem Placówek Kształcenia Zawodowego w Nowym Sączu. Projekt został sfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach programu „Uczenie się przez całe życie – Leonardo da Vinci”.

3. Projekt miał charakter praktyczny (zwiedzanie obiektów energetyki odnawialnej, pomiary laboratoryjne – badanie fotomodułu i montaż miernika mocy promieniowania słonecznego) oraz teoretyczny (wykłady, dyskusje, prezentacje multimedialne).

4. Jednym z celów projektu było zdobycie wiedzy, doświadczenia i umiejętności z zakresu źródeł odnawialnych przydatnych w pracy nauczycielskiej a także dających możliwość zainteresowania tą tematyką instytucji odpowiedzialnych za kształcenie zawodowe czy wizerunek miasta oraz przedsiębiorstw zajmujących się energią odnawialną.

5. W ramach części praktycznej uczestnicy mogli zapoznać się z następującymi obiektami zlokalizowanymi w Dreźnie i okolicach: 1. Elektrownia fotowoltaiczna, 2. Przedsiębiorstwo „Solarwatt” produkujące fotomoduły, 3. „Punkt Energetyczny – Centrum Odnawialnych Źródeł Energii” przy stowarzyszeniu Internationaler Bund (IB), a w nim m.in. : a) instalacja fotowoltaiczna wraz z falownikiem, b) instalacja z wykorzystaniem pompy ciepła, 4. Zespół elektrowni wiatrowych, 5. Dom o niskim zapotrzebowaniu energetycznym (dom pasywny) wyposażony m.in. w instalację kolektorów słonecznych.

6. Zajęcia laboratoryjne służące badaniu fotomodułu polegały na pomiarach prądu i napięcia, obliczeniach mocy i wydajności tego źródła energii oraz wykreśleniu charakterystyki zewnętrznej (prądowo-napięciowej) U = f(I). Montaż miernika mocy promieniowania słonecznego polegał na zlutowaniu elementów tego urządzenia zgodnie z przygotowanym schematem ideowym i montażowym.

7. Energia wiatru - jako darmowe źródło energii

8. Wiatraki jako darmowe źródło energii # HISTORIA # POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE WIATRU # ASPEKTY EKOLOGICZNE ENERGII WIATRU # BUDOWA GONDOLI ELEKTROWNI WIATROWEJ # RODZAJE ELEKTROWNI WIATROWYCH # Elektrownia wiatrowa 160 kW produkcji NOWOMAG S.A. - POLSKA

9. Historia Wiatr jako darmowe źródło energii i napędu wykorzystywano już w starożytności jako napęd do okrętów. Wraz z rozwojem cywilizacji wiatr zaczęto wykorzystywać na lądzie.

10. Historia • Pierwsze silniki • wiatrowe wiatraki pojawiły się około 200 lat przed naszą erą w Presji oraz w Chinach.

11. W roku 250 wiatraki dotarły na tereny Imperium Rzymskiego. Wiatraki szybko znalazły szerokie i różnorodne zastosowanie: wykorzystywano je do nawadniania pól, z powodzeniem stosowano je również jako napęd żaren mielących zboże Historia

12. W Europie wiatraki pojawiły się ok. VIII w. Około XII w. na terenach Belgii i Francji na ziemiach polskich (od XIV w), niewielkie wiatraki tzw. „koźlaki”. Historia

13. Nieco później powstają duże, 4 skrzydłowe konstrukcje wieżyczkowe, w których budowie szczególnie wyspecjalizowali się Holendrzy stąd nazwa „holender”. Historia

14. We wczesnym średniowieczu silnik wiatrowy wykorzystano m.in. w młynach prochowych. Równocześnie, mając do dyspozycji „darmową i odnawialną energię”, w niektórych krajach wiatraki zastosowano do osuszenia (pod uprawy) terenów podmokłych. pod koniec XVIII w.,pewien Szkot — zastąpił żagle listewkami, które samoczynnie otwierały się i zamykały,podobnie jak żaluzje. Historia

15. W latach 30. XX w. wiatraków powszechnie używano na farmach w Stanach Zjednoczonych do produkcji energii elektrycznej i pompowania wody. W 1941 r. w Vermoncie powstała pierwsza turbina wiatrowa o mocy 1 MW. wyposażona w 2 stalowe łopaty o długości 53 m (każde). Historia

16. 1950 r. Inżynier Johannes Juul, jeden z pierwszych studentów la Coura, jako pierwszy skonstruował siłownię wiatrową z generatorem prądu przemiennego. 1957 r. Na wybrzeżu Gedser w Danii zbudowano elektrownię wiatrową, o mocy 200 kW, której założenia techniczne do dziś są uważane za nowoczesne. Historia

18. POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE WIATRU Elektrownie wiatrowe wykorzystywane są przede wszystkim do produkcji energii elektrycznej. Wiatraki wytwarzające energię mogą być podpięte do sieci energetycznej lub pracować jako zasilanie zakładów, gospodarstw rolnych, domów mieszkalnych. Niektóre siłownie wiatrowe wykorzystują wiatr do pompowania wody, napowietrzania zbiorników itp.

19. POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE WIATRU Mapa mocy MW wytwarzanych przez elektrownie wiatrowe w poszczególnych krajach Europy

20. POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE WIATRU Polska należy do krajów średnio zasobnych w energię wiatru. Wykorzystując energię wiatru możemy pokryć 17% zapotrzebowania na energię elektryczną Wielkość potencjału technicznego energii możliwy do pozyskania z energii wiatru w ciągu roku.

21. Odpowiednie warunki do wykorzystania energii wiatru istnieją na 1/3 powierzchni naszego kraju. Według danych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW) na obszarze 60 tys. km2, czyli na około 30% terytorium kraju średnia prędkość wiatru przekracza 4m/s. Poza tym obszarem odpowiednie warunki do lokalizacji farm wiatrowych istnieją na powierzchni 30 tys. km2 POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE WIATRU

22. Aby określić zasobność Polski w energię wiatru opracowano rozpoznanie tego żródła dwuetapowo : POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE WIATRU I etap - ocena zasobów energii wiatru w skali regionalnej (mezoskali), II etap - ocena zasobów energii wiatru w skali lokalnej uwzględniając warunki topograficzne i szorstkość terenu w tej skali

23. Etap pierwszy jest podstawowym, wiarygodnym przybliżeniem umożliwiającym szacunek zasobów energii w mezoskali. Do oceny zasobów energii wiatru w mezoskali posłużono się użyteczną energią wiatru, która określa dolne ograniczenie prędkości v > 4,0 m/s. Energię wiatru obliczono następującym wzorem: E = 0,5 * r * v3 * t * 2,778 * 10-7 gdzie: r - gęstość powietrza v - prędkość t - czas. POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE WIATRU

24. Znając powierzchnię skrzydeł, można już w prosty sposób obliczyć wydajność energetyczną siłowni: E(siłowni) = E * A, (w kWh / rok) gdzie: E - energia użyteczna wiatru A - powierzchnia zakreślona skrzydłami wirnika, m2 Analiza map energii użytecznej wykazuje przede wszystkim duże zróżnicowanie przestrzenne wielkości tej energii na obszarze kraju POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE WIATRU

25. Do określenia jej na dowolnej wysokości zastosowano wzór, zgodnie z którym stosunek energii E1 na wysokości Z1 do energii E2 na wysokości Z2 wynosi: E1 / E2 = (Z1 / Z2)3a gdzie: E - energia wiatru w kWh * m2 * rok -1 na wysokościach Z1 i Z2, a - wykładnik potęgowy zależny od szorstkości podłoża, prędkości wiatru, stanu równowagi atmosferycznej i czasu uśredniania prędkości wiatru POTENCJAŁ I WYKORZYSTANIE WIATRU

26. POTENCJAŁI WYKORZYSTANIE WIATRU

28. Rozmieszczenie wiatraków

29. Rozmieszczenie wiatraków

30. Rozmieszczenie wiatraków Strona internetowa Polskiego Towarzystwa Energetyki Wiatrowej http://www.ptew.pl/html2006/aktual.html

31. Opływ ciała stałego strumieniem powietrza Jeżeli umieścimy płaską płytę w strumieniu powietrza pod kątem  do kierunku ruchu powietrza, to będzie na nią oddziaływać wypadkowa siła P. Silę tą rozkładamy na dwa kierunki: zgodnie z kierunkiem prędkości W nazywamy Px  oraz prostopadłą do niego Pz . Rozkład sił obrazuje poniższy rysunek, natomiast wartości sił obliczmy ze wzorów:

32. Opływ ciała stałego strumieniem powietrza Pióra posiadają różny profil w płaszczyźnie x - z. Ich kształt projektuję się tak, aby miały mały współczynnik Cx Siły aerodynamiczne dla różnych profilów Współczynniki Cx , Cz dla danego profilu są funkcjami  kąta natarcia alfa. Dane te otrzymuje się na drodze doświadczalnej

33. ASPEKTY EKOLOGICZNE ENERGII WIATRU Na aspekty ekologiczne trzeba patrzeć globalnie, gdyż zanieczyszczenia atmosfery nie uznają żadnych granic. Dla przykładu emisje uniknięte poprzez wykorzystanie energii wiatru do produkcji 1 TWh energii elektrycznej to około: 5 500     ton SO24 222     ton NOx 700 000 ton CO249 000   ton pyłów i żużlu

34. Aspekty ekologiczne energii wiatru Przy omawianiu zalet energii elektrycznej uzyskiwanej z wiatru należy pamiętać o najważniejszej zalecie, o nie wyczerpalności tego źródła. Przy obecnej eksploatacji złóż energii pierwotnej starczą one jeszcze na tyle lat co przedstawiono obok. Jak widać poszukiwanie i stosowanie odnawialnych źródeł energii jest tendencją przyszłościową

35. Aspekty ekologiczne energii wiatru

36. Aspekty ekologiczne energii wiatru Często zarzuca się elektrowniom wiatrowym, że  szpecą krajobraz, wytwarzają podczas pracy hałas i mogą spowodować nowe nieznane dotąd zagrożenia ekologiczne. Ale są to wady nie mające dużego znaczenia, gdyż można budować elektrownie wiatrowe na obszarach o dużym potencjale energetycznym i małym zaludnieniu. Energia wiatru jest niezależna, powszechnie dostępna i uniezależniona od wymian handlowych między krajami.

37. Budowa gondoli elektrowni wiatrowej 1 - skrzydło wirnika 2 - łopata skrzydła 3 - konstrukcja nośna (gondola) 4 - podpora wirnika (łożysko) 5 - wał napędowy I 6 - skrzynia przekładniowa (3 - stopniowa) 7 - tarcza hamulca 8 - wał napędowy II 9 - prądnica 10 - chłodnica systemu chłodzenia prądnicy i skrzyni przekładniowej 11 - elementy pomiarowe systemu pomiaru wiatru (anemometr, chorągiewka pomiarowa) 12 - układ sterowania 13 - układ hydrauliczny (utrzymanie i kontrola ciśnienia w układzie hamulcowym) 14 - układ naprowadzania na wiatr 15 - łożysko nośne gondoli 16 - pokrywa gondoli 17 - wieża typu tubulama.

38. Budowa gondoli elektrowni wiatrowej Przy budowie siłowni wiatrowych coraz częściej wykorzystuje się osiągnięcia przemysłu lotniczego. Za przykład może posłużyć konstrukcja polska WE-10 wykonana przez Instytut Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa, w której to zostały adaptowane łopaty ze skrzydeł nośnych śmigłowca Mi2. Do budowy śmigieł wykorzystywane są również różnorodne materiały takie jak np. stal, kompozyt, włóko szklane itp.

39. Systemy sterowania w obecnie produkowanych turbinach są bardzo rozbudowane i obejmują: Budowa gondoli elektrowni wiatrowej • automatyczne naprowadzanie wirnika na wiatr w celu maksymalnego wykorzystania energii wiatru, • automatyczną płynną regulacje napięcia i częstotliwości generatora prądu, • załączanie i wyłączanie elektrowni, • odkręcanie kabli wiązki energetyczno-sygnałowej, • współpracę z kompleksem zewnętrznym (monitoring, rozkazy), • rejestrację i opracowanie statystyki pracy poszczególnych podzespołów elektrowni, • rejestrację tzw. "czarnej skrzynki" dla sytuacji awaryjnych.

40. Aby uzyskać sterowanie powyższymi parametrami dokonać pomiaru wielkości takich jak: prędkość wiatru, kierunek wiatru prędkość obrotowa wirnika, prędkość obrotowa generatora, kąt skręcenia kabli, temperatura generatora, temperatura przekładni, napięcie generatora i prądy fazowe, moc przekładni, kąt natarcia łopat krańcówka skręcenia kabli, stycznik główny, stan zużycia hamulców tarczowych przyciski sterujące, sygnały potwierdzeń, wyłącznik. Budowa gondoli elektrowni wiatrowej

41. Rodzaje elektrowni wiatrowych Horizontal Axis Wind Turbines * Turbina wiatrowa o poziomej osi obrotu. * Liczba łopat uzależniona od projektanta. * Zwiększenie łopat powoduje zwiększenie momentu startowego. * Budowane z przekładniami lub bez. Zastosowanie: Napędzanie pomp wodnych (USA)

42. Rodzaje elektrowni wiatrowych 2. Vertical Axis Wind Turbines Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu. Stanowią niewielki procent. Praktycznie zerowy moment startowy. Przykładem rozwiązania tego problemu jest zdjęcie obok ukazujące wirnik Darrieus'a wyposażony w dwa pomocnicze wirniki Savoniusa. Jest to dość nietypowe rozwiązanie - zwykle do tego celu wykorzystuje się silnik elektryczny.     W laboratoriach SANDIA NATIONAL LABORATORIES (USA) opracowano konstrukcję nazwaną EHD co można przetłumaczyć jako zwiększony stosunek wysokości do średnicy. Wiatrak ze zmodyfikowanym wirnikiem Darrieusa o stosunku wysokości do średnicy 2,8 i średnicy 17 m dawał moc 300 kW.

43. 3. Turbiny o osi poziomej wyposażone w dyfuzor Zwiększenie prędkości obrotowej przy zwężeniu tunela. Zwężający się wlot powoduje wzrost prędkości przepływu przed wirnikiem, a szczelina w dyfuzorze która znajduje się za wirnikiem powoduje dodatkowo powstanie strefy podciśnienia powodując dodatkowo przyrost prędkości przepływu powietrza przez wirnik. Komercyjne rozwiązanie o nazwie Maxi Vortec ma 54 m średnicy wirnika i daje 3,5 MW energii. Daje to ok 1,5kW/m2 co jest bardzo wysokim współczynnikiem. Prędkość obrotowa wirnika wynosi 27 obr./min. , przekładnia 45:1 (!). Rodzaje elektrowni wiatrowych

44. Elektrownia wiatrowa 160 kW produkcji NOWOMAG S.A. - POLSKA Elektrownia ta jest produktem NFUG "NOWOMAG" S.A. w Nowym Sączu. Dane dotyczące tej elektrowni wiatrowej zaczerpnięte zostały z materiałów informacyjnych. Elektrownia taka działaw miejscowości Wrocki koło Brodnicy. Opisywana elektrownia wiatrowa jest największą konstrukcją (pod względem mocy) produkowaną w Polsce i w pełni opracowaną przez polski zespół inżynierów. W swojej jakości nie ujmuje produktom świtowych klas. Jej nowoczesność określa w pełni zautomatyzowana obsługa dzięki elektronicznym sterownikom opracowanym specjalnie dla tej elektrowni Rodzaje elektrowni wiatrowych

45. Elektrownia wiatrowa 160 kW produkcji NOWOMAG S.A. - POLSKA Podstawowe parametry techniczne: Rodzaje elektrowni wiatrowych

46. Rodzaje elektrowni wiatrowych Elektrownia wiatrowa 160 kW produkcji NOWOMAG S.A. - POLSKA

47. Rodzaje elektrowni wiatrowych Elektrownia wiatrowa 160 kW produkcji NOWOMAG S.A. - POLSKA

48. Rodzaje elektrowni wiatrowych Elektrownia wiatrowa 160 kW produkcji NOWOMAG S.A. - POLSKA

49. Rodzaje elektrowni wiatrowych Elektrownia wiatrowa 160 kW produkcji NOWOMAG S.A. - POLSKA

50. Rodzaje elektrowni wiatrowych Dane techniczne: