Wyniki badań na modelu matematycznym - wpływ podmuchów wiatru


W podrozdziale tym przeprowadzono symulację pracy turbozespołu dla dwóch różnych podmuchów wiatru. Pierwszy z nich charakteryzuje się dość dużym czasem trwania, wynoszącym 20s (rys. 1). Natomiast w drugiej symulacji przedstawiono wpływ chwilowego porywu wiatru, którego okres trwania wynosi tylko 5s (rys. 2). W obydwu przypadkach odpowiedź układu ma charakter nadążny i przebiega bez oscylacji. Na wykresach prędkości obrotowej koła wiatrowego oraz generatora nie pojawiają się żadne przesunięcia, czy też różnice w przebiegach, co oznacza, że w układzie przeniesienia napędu nie dochodzi do oscylacji skrętnych. Z kolei na wykresie generowanej mocy, widoczna jest amplituda przyrostu, która w pierwszej symulacji równa się 1,8kW. Tymczasem w drugiej wynosi aż 4,8kW, w konsekwencji czego generator przez chwilę osiąga swoją wartość znamionową. Dodatkowo w pierwszej symulacji generowana moc podczas podmuchu stabilizuje się i przez okres 4s wynosi 3.25kW, po czym maleje i osiąga z powrotem wartość 1.9kW. Natomiast w drugiej symulacji moc po osiągnięciu swojego maksimum (ok. 8.5kW) od razu zaczyna opadać, co jest wynikiem bardzo krótkiego czasu trwania podmuchu. Z kolei różnice w amplitudach przyrostu mocy wynikają z faktu, że przeprowadzone symulacje odbyły się dla różnych parametrów wiatru takich jak: średnia prędkość 10 min Vhub oraz amplituda przyrostu prędkości Vamp. Na wykresie przedstawiono również przebieg mocy mechanicznej pozyskiwanej z wiatru przez turbinę. Widoczny jest tam pewien przyrost wartości, który następuje jeszcze w czasie, kiedy prędkość wiatru przestaje rosnąć. Ukazuje się on również na przebiegu momentu mechanicznego pochodzącego od turbiny wiatrowej, ponieważ wartość ta jest ściśle powiązana z mocą mechaniczną silnika wiatrowego. Natomiast w momencie kiedy prędkość wiatru podczas podmuchu przestaje opadać moc mechaniczna oraz moment dalej maleją. Efekt ten wiąże się z dynamiką koła wiatrowego, przy modelu której wykorzystano transmitancję patrz tutaj, w której stałe czasowe spełniają nierówność TW1>TW2.


Rys. 1. Wyniki symulacji dla podmuchu o parametrach Vhub =7m/s, Vpodm =2m/s, Tnar=4s, Ttrw =5s, Top =6s: a) V - prędkość wiatru; b) Tw - moment obrotowy silnika wiatrowego, Tg - moment oporowy generatora; c) ωw - prędkość obrotowa wału turbiny, ωg - prędkość obrotowa wału generatora; d) Pmech - moc mechaniczna turbiny wiatrowej, Pg - moc generatora.


Rys. 2. Wyniki symulacji dla podmuchu o parametrach Vhub =10m/s, Vpodm =2.5m/s, Tnar=2s, Ttrw =0.5s, Top =3s: a) V - prędkość wiatru; b) Tw - moment obrotowy silnika wiatrowego, Tg - moment oporowy generatora; c) ωw - prędkość obrotowa wału turbiny, ωg - prędkość obrotowa wału generatora; d) Pmech - moc mechaniczna turbiny wiatrowej, Pg - moc generatora.