Environmentální vzdělávání, výchova a osvěta

Větrná elektrárna

Teorie

Větrné elektrárny využívají síly větru k roztočení vrtule (větrná turbína). K ní je pak připojen elektrický generátor. Získaná energie je přímo úměrná třetí mocnině rychlosti proudící vzdušné masy, proto větrné elektrárny po většinu doby nedosahují nominálních hodnot generovaného výkonu.
V historii se místo převodu na elektřinu konala přímo nějaká mechanická práce. Větrný mlýn například mlel obilí, větrnými stroji se čerpala voda, lisoval olej, stloukala plsť nebo poháněly katry. Vítr se také používá k pohonu dopravních prostředků, nejvíc u lodí (plachetnice).
(zdroj: Wikipedia.org)

Praxe

Popis obrázků

Obr. 1 – v pozadí ventilátory, před nimi alternátor s vrtulí. Na podstavci anemometr. V popředí v řadě zleva panel se žárovkou, ampérmetr, voltmetr , měřič frekvence. Rychlost větru 12,1 km.h^-1.
Obr. 2 – konfigurace stejná jako na předešlém obrázku. Rychlost větru 8 km.h^-1.

Experimenty

1. Závislost frekvence otáčení vrtule na rychlosti větru.
   Vynesení závislosti frekvence otáčení vrtule na rychlosti větru, frekvenci generovaného elektrického proudu je nutno vydělit počtem pólů v alternátoru – graf((f[Hz]/n)/v[m.s^-1]),
   kde f – frekvence el. proudu, n – počet pólů v alternátoru,
   v – rychlost větru.

2. Závislost výstupního napětí na rychlosti větru.
   Vynesení závislosti napětí na rychlosti větru
   – graf(U[V]/v[m.s^-1]),
   kde U – napětí na alternátoru, v – rychlost větru.

3. Závislost výkonu elektrárny na rychlosti větru.
   Vynesení závislosti výkonu na rychlosti větru
   – graf(P_výst[W]/v[m.s^-1]),
   kde P_výst – výkon elektrárny, v – rychlost větru.

4. Účinnost přeměny větrné energie na elektrickou energii.
   Výstupní výkon větrné elektrárny: P_výst[W] = U[V].I[A],
   kde P_výst – výkon, U – el. napětí na alternátoru,
   I – el. proud v obvodu.
   Vstupní příkon:
   P_vst[W] = 0,5.ρ_vzduch[kg.m³].v³[m.s^-1].π.r²[m],
   kde P_vst – příkon, ρ – hustota vzduchu, v – rychlost větru,
   r – poloměr vrtule.
   Účinnost η[%]=(P_výst[W]/P_vst[W]).100
   Vynesení závislosti účinnosti η na rychlosti větru v
   – graf(η[%]/v[m.s^-1]).