Rüzgar Türbini TSR Kanat uç hızı nedir, nasıl hesaplanır

[atakale]

TSR Nedir
TSR rüzgar türbinlerinin verimlerini ve üreteceği enerji miktarına etki eden önemli bir teknik birimdir. Öünkü rüzgar enerji türbininin rüzgardan ne kadar enerji/tork/kuvvet çıkarabileceğini belirler. TSR çok düşük seviyedeyse, kanatlar dönmeyi bırakır ve kanatlar kaldırma kuvvetini kaybeder, bu da çıkış gücünün düşmesine ve yüksek yükler ile sonuçlanır. TSR çok fazlaysa yani rüzgar türbini çok hızlı dönüyrosa, kanatlar çok hızlı döner ve sürtünme yaratır, bu da boşa harcanan enerji , kayıplar ve gürültü ile sonuçlanır. Bu sebeple, rüzgar enerji türbininin verimi katsayısını (Cp) en yukarı düzeye gelmesini sağlayan optimum bir TSR değeri vardır, bu da enerji çıkışının rüzgar gücü oranıdır.
Uç Hız Oranı (TSR), rüzgar türbini tasarımcıları tarafından bir kanat setini belirli bir jeneratöre (yani kalıcı mıknatıs alternatörüne) uygun şekilde eşleştirmek ve optimize etmek için kullanılır. Bu, aldığımız en yaygın sorulardan birini yanıtlamak için önemlidir: Jeneratörümle eşleştirmek için hangi boyutta kanat seçmeliyim?

Uç Hız Oranını hesaplamanın ardındaki basit fiziği açıklamaya odaklanarak bu soruyu yanıtlamanıza yardımcı olmaya çalışıyoruz!
TSR = (kanat ucu hızı) / (rüzgar hızı)
Kanat ucu dönüş hızı, rotorun dönüş hızının (saniye başına radyan cinsinden 1 Tur 400) rotorun yarıçapıyla (metre cinsinden) çarpılmasıyla bulunabilir. Rüzgar hızını anemometre ile ölçebilir veya bir meterolroji haritasından veya güç eğrisi kullanılarak tahmin edeebilrisniz.
Farzadelim, bir rüzgar jeneratörünün rotor yarıçapı 2 metre ise ve dakikada 120 devirle dönüyorsa ve rüzgar hızı saniyede 8 metre ise, TSR aşağıdaki şekilde hesaplanabilir:
TSR = (120 x 2 x pi / 60) x 2/8
TSR =1.57
Büyük türbinlerdende bir örnek verelim
Örneğin, bir rüzgar türbininin rotor yarıçapı 40 metre ise ve dakikada 15 devirle dönüyorsa ve rüzgar hızı saniyede 10 metre ise, TSR aşağıdaki şekilde hesaplanabilir:
TSR = (15 x 2 x pi / 60) x 40/10
TSR = 6.28

En Uygun TSR nasıl bulunur?
En verimli Uygun TSR, rüzgar enerji türbininin dizaynına ve özelliklerine, örneğin kanat sayısı, şekli ve eğimi, kanat yapısı ve dayanıklılık oranına bağlıdır. ekseriyetle , yatay eksenli bir rüzgar enerji jeneratörünün (HAWT) için en doğru verimli TSR 6 ila 10 arasında belirlenmelidir, dikey aksisli rüzgar jeneratörü (VAWT) için doğru TSR 1 ila 4 arasında değişir. Verimli TSR, belirli bir rüzgar türbini için Cp'ye karşı TSR eğrisinin çizilmesi ve Cp'nin tepe değerinin bulunmasıyla belirlenebilir. Farklı olarakda olarak, doğru TSR, Cp'yi TSR ve diğer parametrelerle ilişkilendiren formüller veya sayısal modeller kullanılarak tahmin edilebilir.
TSR nasıl kontrol edilir
TSR, rotorun dönüş hızını, kanatların eğim açısını veya her ikisini birden ayarlayarak kontrol edilebilir. Dönüş hızı, rüzgar türbinini şebekeye bağlayan bir dişli kutusu, jeneratör veya dönüştürücü kullanılarak değiştirilebilir. Eğim açısı, kanatları eksenleri etrafında döndüren hidrolik, elektrikli veya mekanik bir sistem kullanılarak değiştirilebilir. TSR kontrolünün amacı, farklı rüzgar hızları ve koşulları için optimum TSR'yi korumak ve rüzgar türbininin güç çıkışını ve yük dağılımını optimize etmektir.
TSR Neden Önemlidir
Şimdi, bunun neden önemli olduğunu merak ediyor olmalısınız. Belirli bir jeneratör için, kanat seti çok yavaş dönerse, rüzgarın çoğu kanatlar tarafından yakalanmadan rotordan geçecektir. Kanatlar çok hızlı dönerse, kanatlar her zaman kullanılmış/türbülanslı rüzgarda hareket edecektir. Bunun nedeni, kanatların her zaman önündeki kanadın geçtiği (ve o konumdaki tüm rüzgarı tükettiği) bir yerden geçecek olmasıdır. Aynı yerden geçen iki kanat arasında, yeni/kullanılmayan rüzgarın bu yere girebilmesi için yeterli zaman geçmesi önemlidir. Bu nedenle, bu yerden geçen bir sonraki kanat, taze/kullanılmayan rüzgarı yakalayabilecektir. Kısacası, kanatlar çok yavaşsa, yakalayabilecekleri tüm rüzgarı yakalayamazlar ve çok hızlıysa, kanatlar kullanılmış/türbülanslı rüzgarda dönerler. Bu nedenle, belirli bir jeneratör kullanılarak rüzgardan maksimum miktarda enerji çıkarılabilmesi için rüzgar türbinleri tasarlanırken TSR'ler kullanılır.
Ayrıntılara girmeden, fizik ve araştırmalar, belirli bir kanat rotoru için yaklaşık optimum TSR'lerin şunlar olduğunu göstermiştir:
TSR.........Kanat Sayısı
~6-7 ...........2
~5-6 ...........3
~2-3........... 5

TSR'leri analiz ederek çıkarılabilecek birçok önemli sonuç vardır. Kendi rüzgar jeneratörünü bir araya getiren kendin yapçılar için, en temel ve önemli noktalardan birkaçını ele alalım:

Çok sayıda kanatçığı olan rotorlar (yani 11 kanat) genellikle iyi bir fikir değildir. 11 kanatlı bir rotor, çok düşük olan optimum bir TSR'ye sahip olacaktır. Bu, 11 kanatlı bir rotorun son derece düşük rpm'lerde en verimli şekilde çalışacağı anlamına gelir. Neredeyse tüm jeneratörler (kalıcı mıknatıslı alternatörler) son derece düşük rpm'ler için optimize edilmediğinden, çok sayıda kanatçığı olan bir rotor kullanmanın hiçbir avantajı veya nedeni yoktur. Unutmayın, çok sayıda kanatçığı olan rotorlar yüksek TSR'lerde kullanılmış/türbülanslı rüzgarı yakalar ve bu nedenle yüksek rpm'li bir kanat seti olarak kullanıldığında son derece verimsizdir. Bu çok önemli bir noktadır çünkü birçok kişi sezgisel olarak daha fazla kanatçığın daha hızlı ve daha verimli bir kanat seti anlamına geldiğini düşünür. Ancak fizik yasaları bunun doğru olmadığını söyler. Zaten bir jeneratörünüz veya motorunuz varsa ve şarj voltajına ulaşmak için yüksek devirlere ihtiyaç duyuyorsa, o zaman en iyi seçeneğiniz iki veya üç kanatlı bir rotordur. Bu rotorlar yüksek devirlerde daha verimli çalışır. Ayrıca, kanatları mümkün olduğunca kısa tutun çünkü daha kısa kanatlar açıkça daha uzun kanatlardan daha hızlı döner.
Son olarak, Uç Hız Oranını aklınızda bulundurun! Rüzgar jeneratörünüzün rotoru optimum değere kıyasla düşük bir TSR'de çalışıyorsa, rüzgar türbininizin kanatları maksimum güç/verimliliğe ulaşmadan önce durma eğiliminde olacaktır. Rüzgar türbininin kanatları önerilen TSR'nin üzerinde dönüyorsa, kanatlar türbülanslı rüzgarda hareket edecektir. Bu sadece verimsiz olmakla kalmaz, türbülanslı rüzgar kanatlarınızı ve tüm rüzgar türbinini gereksiz stres ve yorgunluğa maruz bırakır.