Polski Klub Ekologiczny DwumiesiÄcznik OkrÄgu ... - O nas
Polski Klub Ekologiczny DwumiesiÄcznik OkrÄgu ... - O nas
Polski Klub Ekologiczny DwumiesiÄcznik OkrÄgu ... - O nas
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
FORUM EKOLOGICZNE<br />
v - prędkość strumienia powietrza w m/s,<br />
ρ - gęstość powietrza w kg/m 3 .<br />
t – czas w s,<br />
we wzorze (1)<br />
A v t ρ – masa strumienia powietrza przepływająca<br />
w czasie t przez powierzchnię<br />
A w kg.<br />
Powierzchniowa gęstość mocy, czyli<br />
energia na jednostkę czasu i powierzchni,<br />
określa się wzorem<br />
(2)<br />
Z wzoru wynika, że powierzchniowa<br />
gęstość mocy zależy od prędkości strumienia<br />
powietrza w trzeciej potędze i gęstości<br />
powietrza. Wiatr o dwukrotnie większej<br />
prędkości posiada ośmiokrotnie większą<br />
powierzchniową gęstość mocy. Dlatego<br />
lokalizacja turbin wiatrowych w miejscach<br />
gdzie wieją silne wiatry ma kluczowe znaczenie<br />
dla ich efektywności technicznej<br />
i ekonomicznej. W praktycznych obliczeniach<br />
przyjmuje się, że średnia gęstość<br />
powietrza wynosi ρ=1.225 kg/m 3 . W rzeczywistości<br />
gęstość powietrza jest zmienna<br />
i zależy głównie od temperatury (rys.3) i ciśnienia<br />
atmosferycznego (rys.4). I to wcale<br />
nie w znikomym stopniu. Z powodu zmian<br />
temperatury w zakresie od -25 do +40 o C,<br />
zmiana gęstości powietrza sięga 20,4 %. Zaś<br />
z powodu spotykanych wahań ciśnienia atmosferycznego<br />
między wyżem a niżem (nawet<br />
~80 hPa) zmiana gęstości powietrza sięga<br />
7,7 %. Zatem lodowaty wiatr „na wyżu”<br />
może być nawet o 28 % „bardziej gęsty” niż<br />
upalny wiatr podczas niżu atmosferycznego.<br />
Zmiana gęstości powietrza przekłada się<br />
wprost na moc strumienia powietrza. Czyli<br />
o ile procent „bardziej gęsty wiatr”, o tyle<br />
procent większa jest jego moc przy tej samej<br />
prędkości strumienia powietrza.<br />
Nie cała energia kinetyczna wiatru może<br />
zostać wykorzystana przez łopaty turbiny.<br />
Albert Betz (ur. 1885r.) przeszedł do historii<br />
jako pionier energetyki wiatrowej.<br />
Niemiecki fizyk pracował naukowo na Uniwersytecie<br />
w Göttingen nad zagadnieniami<br />
aerodynamiki, hydromechaniki i mechaniki<br />
płynów. W 1910 roku opublikował pracę<br />
naukową na temat teoretycznych granic<br />
najlepszego wykorzystania energii wiatru<br />
w silnikach wiatrowych. Stopień wy-<br />
1,5<br />
Gęstość powietrza w kg/m 3<br />
Stopień wykorzystania energii strumienia powietrza<br />
3<br />
Gęstość powietrza w kg/m 3<br />
Stopień wykorzystania energii strumienia powietrza<br />
gęstość powietrza w kg/m 3<br />
1,5<br />
1,4<br />
1,4<br />
1,3<br />
1,3<br />
1,2<br />
1,2<br />
1,1<br />
1,1<br />
1<br />
-30<br />
-10 10 30 50<br />
temperatura powietrza w °C<br />
Rys.3. Gęstość powietrza suchego w funkcji temperatury przy ciśnieniu normalnym.<br />
1,350<br />
1,300<br />
1,250<br />
1,200<br />
1,150<br />
1,100<br />
920<br />
930<br />
940<br />
950<br />
960<br />
970<br />
980<br />
990<br />
1000<br />
1010<br />
1020<br />
ciśnienie powietrza w hPa<br />
Rys.4. Gęstość powietrza suchego w funkcji ciśnienia przy temperaturze 273 K<br />
0,7<br />
0,6<br />
0,5<br />
0,4<br />
0,3<br />
0,2<br />
0,1<br />
0<br />
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1<br />
Stosunek prędkości strumienia powietrza za i przed łopatą<br />
0 0,1 0,2 Stosunek 0,3 prędkości 0,4 strumienia 0,5powietrza 0,6za i przed 0,7 łopatą 0,8 0,9 1<br />
Rys. 5. Graficzna ilustracja prawa Betz’a.<br />
Temperatura powietrza w 0 C<br />
ZIELONA PLANETA 6(105)/2012 15
Change language