Odnawialne źródła energii - opracowanie do egzaminu, Egzaminy z Energetyka i ekoenergetyka

Pobierz Odnawialne źródła energii - opracowanie do egzaminu i więcej Egzaminy w PDF z Energetyka i ekoenergetyka tylko na Docsity!

WYKŁAD 1

Klasyfikacja OZE wg Ustawy o Odnawialnych Źródłach Energii. Odnawialne źródło energii – odnawialne, niekopalne źródła energii; Biogaz – gaz uzyskany z biomasy, w szczególności z instalacji przeróbki odpadów zwierzęcych lub roślinnych, oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów; Biogaz rolniczy – gaz otrzymywany w procesie fermentacji metanowej surowców rolniczych, produktów ubocznych rolnictwa, płynnych lub stałych odchodów zwierzęcych, odpadów lub pozostałości z przetwórstwa produktów pochodzenia rolniczego lub biomasy leśnej, biomasy roślinnej zebranej z innych terenów, z wyłączeniem biogazu pozyskanego z surowców pochodzących z oczyszczalni ścieków oraz składowisk odpadów; Biomasa – stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej i leśnej oraz przemysłu przetwarzającego ich produkty, oraz ziarna zbóż niespełniające wymagań jakościowych do sprzedaży , a także część odpadów przemysłowych i komunalnych, pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, w tym odpadów z instalacji do przetwarzania odpadów, z uzdatniania wody i oczyszczania ścieków. Biomasa lokalna – biomasa pochodzącą z upraw energetycznych, a także odpady lub pozostałości z produkcji rolnej oraz przemysłu przetwarzającego jej produkty, zboża inne niż pełnowartościowe, pozyskane w sposób zrównoważony; Dedykowana instalacja spalania biomasy – instalację odnawialnego źródła energii, w której są spalane wyłącznie biomasa, biogaz, biogaz rolniczy lub biopłyny (ewentualnie paliwo pomocnicze) Dedykowana instalacja spalania wielopaliwowego – instalację spalaniawielopaliwowego, w której udział liczony według wartości energetycznejbiomasy, biopłynów, biogazu lub biogazu rolniczego jest większy niż 15% w łącznej wartości energetycznej wszystkich spalonych paliw; Drewno energetyczne – surowiec drzewny, który ze względu na cechy jakościowo- wymiarowe i fizykochemiczne posiada obniżoną wartość techniczną i użytkową uniemożliwiającą jego przemysłowe wykorzystanie; Energia geotermalna – energia o charakterze nieantropogenicznym skumulowana w postaci ciepła pod powierzchnią ziemi; Energia hydrotermalna – energia o charakterze nieantropogenicznym skumulowana w postaci ciepła w wodach powierzchniowych; Hybrydowa instalacja odnawialnego źródła energii – zespół co najmniej dwóch instalacji odnawialnych źródeł energii, wykorzystujących wyłącznie odnawialne źródła energii, różniących się charakterystyką dyspozycyjności wytwarzanej energii i tworzących w wyniku połączenia spójny funkcjonalnie i obszarowo zestaw zapewniający odbiorcy stały dostęp do energii elektrycznej stosownie do wymagań jakościowych określonych w przepisach prawa energetycznego; zespół instalacji może być też wspomagany magazynem energii wytworzonej z tego zespołu

Hydroenergia – energię spadku śródlądowych wód powierzchniowych, z wyłączeniem energii uzyskiwanej z pracy pompowej w elektrowniach szczytowo-pompowych lub elektrowniach wodnych z członem pompowym; Magazyn energii – wyodrębnione urządzenie lub zespół urządzeń służących do przechowywania energii w dowolnej postaci w sposób pozwalający na jej częściowe odzyskanie nie powodując emisji obciążających środowisko; Mała instalacja – instalacja odnawialnego źródła energii o łącznej mocy zainstalowanej elektrycznej w zakresie 40 kW - 200 kW, przyłączona do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż 110 kV lub o mocy osiągalnej cieplnej w skojarzeniu większej niż 120 kW i nie większej niż 600 kW; Mikroinstalacja – instalację odnawialnego źródła energii o łącznej moce zainstalowanej elektrycznej nie większej niż 40 kW, przyłączoną do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż 110 kV lub o mocy osiągalnej cieplnej w skojarzeniu nie większej niż 120 kW; Energia pierwotna - Energia zawarta w pierwotnych nośnikach energii, pozyskiwana bezpośrednio ze środowiska, a w szczególności z: węgla kamiennego energetycznego, węgla kamiennego koksowego, w węgla brunatnego, ropy naftowej, gazu ziemnego wysokometanowego, gazu ziemnego zaazotowanego, torfu do celów opałowych, oraz energii: wody, wiatru, słońca, geotermalnej wykorzystywanej do wytwarzania energii elektrycznej, ciepła lub chłodu, a także biomasę. Energia końcowa – ciepło i energia elektryczna zużywane przez odbiorcę końcowego. Energia użytkowa - w praktyce ciepło użyteczne do ogrzewania i wentylacji, czyliutrzymania wymaganej temperatury powietrza w ogrzewanych pomieszczeniach oraz doprzygotowywania ciepłej wody użytkowej. Potencjał teoretyczny – teoretyczna ilość energii możliwej do wykorzystania,przy założeniu całkowitej sprawności procesu pozyskiwania. Potencjał techniczny - ilość energii, jaką w ciągu roku można pozyskać z zasobów (regionalnych, krajowych, międzynarodowych) za pomocą najlepszychi najnowocześniejszych technologii przetwarzania energii ze źródeł odnawialnychw jej końcowe nośniki, z uwzględnieniem ograniczeń przestrzennychi środowiskowych. Potencjał ekonomiczny – ilość energii jaką można pozyskać uwzględniając koszty wydobycia, podatki i inne wydatki z tym związane, aby to wydobycie byłoopłacalne. Zależne od cen paliw na rynku.

WYKŁAD 2

Stała słoneczna Całkowita energia, jaką promieniowanie słoneczne przenosi w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię ustawioną prostopadle do promieniowania w średniej odległości Ziemi od Słońca przed wejściem promieniowania do atmosfery. Średniawartość stałej słonecznej wynosi 1367 W/m2. Pi(y)ranometr Instrument do pomiaru hemisferycznego (czyli przychodzącego z półkuli) strumienia przychodzącej energii słonecznej (w watach na metr kwadratowy). Najczęściej pomiar natężenia dla długości fal ~300-3000nm. Deklinacja słoneczna - kątowe położenie słońca w południe astronomiczne względem Równika Czas słoneczny

• Czas słoneczny jest ściśle powiązany ruchem obrotowym Ziemi wokół własnej osi
• Południe wypada w chwili, gdy pozorna droga Słońca na nieboskłonie przecina płaszczyznę południka miejscowego

Definicja AMm Gęstość strumienia promieniowania słonecznego i rozkład widmowy promieniowania na powierzchni Ziemi w zależności od przebytej przez nie drogi w atmosferze określa się umownie przez podanie tzw. liczby masy powietrznej AMm AMm – stosunek masy atmosfery, przez którą rzeczywiście przechodzi promieniowanie słoneczne dochodzące do powierzchni Ziemi, do atmosfery, jaką przebyłoby to promieniowanie, gdyby Słońce znajdowało się w zenicie. Usłonecznienie – sumaryczny czas (w godzinach) w danym okresie (w ciągu doby, miesiąca lub roku), podczas którego na określone miejsce na powierzchni Ziemi padają bezpośrednio promienie Słońca. Inaczej: liczba godzin z bezpośrednio widoczną tarczą słoneczną. Do pomiaru usłonecznienia służy urządzenie zwane heliografem. Usłonecznienie zależne jest od długości dnia, zachmurzenia i przejrzystości atmosfery. Nasłonecznienie – średnia ilość energii promieniowania słonecznego docierająca na określoną płaszczyznę w ciągu dnia, miesiąca, roku, itp. Uszeregowanie według przydatności dla energetyki słonecznej Wynika z:

• Liczby godzin ze słońcem,
• Sum miesięcznych i rocznych promieniowania całkowitego,
• Przezroczystość atmosfery (w tym wpływy antropogeniczne),
• Albedo podłoża,
• Długość i czas wystąpienia ciągłych okresów dopływu bezpośredniego promieniowania Słońca
• Ocena warunków lokalnych. Albedo – parametr określający zdolność odbijania promieni przez daną powierzchnię Budowa ogniwa fotowoltaicznego Typowe ogniwo ma kształt prostokątny o wymiarach dochodzących do kilku centymetrów. Kruchość ogniwa warunkuje to, że nie buduje się dużych ogniw ale małe, które łączy się równolegle i szeregowo w celu uzyskania odpowiednich właściwości prądowo –napięciowych. W celu obniżenia kosztów buduje się ogniwa jak najcieńsze. Warstwa n –znajduje się przy powierzchni ogniwa i ma grubość kilku mikrometrów. Pod spodem znajduje się warstwa p. Górna część ogniwa zaopatrzona jest w elektrodę ujemną, która powinna być jak najmniejsza aby nie przesłaniać właściwej części fotoogniwa. Górna powierzchnia półprzewodnika typu n powinna być bardzo gładka, aby nie następowało odbicie światła.

Organiczne ogniwa fotowoltaiczne (OPV) mogą być wykonane jako elastyczne, nieskomplikowane technologie , co gwarantuje ich niską cenę. Podstawową wadę tego typu ogniw stanowi niska sprawność - rekordowa osiągnięta to 8,3%. Nowe koncepcje, np.:

• wykorzystanie kropek kwantowych (nanokryształki półprzewodnika o wielkości 1-20 nm), PANELE MONOKRYSTALICZNE Panele produkowane z ciętego kryształu krzemu najczęściej wytwarzanego w fabryce metodą Czochralskiego. Plastry mają kształt okręgu, którego brzegi w większości obcina się w celu uzyskania najlepszego stosunku mocy do kosztów produkcji. Monolityczna struktura pozwala na optymalizację uzysków energii, gdzie grubość ogniwa wynosi około 0, - 0,3 mm. Charakteryzują się najwyższą sprawnością równą około 18%. PANELE POLIKRYSTALICZNE Krzem do produkcji ogniw krystalizuje w prostopadłościenne kadzie, co pozwala cięcie go na kwadratowe plastry. Można poznać go po niejednolitej strukturze i kształcie ogniwa, którego grubość to około 0,3mm. Mimo większej powierzchni są średnio 3% mniej wydajne w porównaniu do monokrystalicznych. PANELE CIENKOWARSTWOWE Produkcja polega na nanoszeniu cienkiej warstwy mieszaniny półprzewodników na twarde warstwy. Grubość to około 3-7 um. Zaletą jest niski koszt produkcji. Charakteryzują się najniższą sprawnością rzędu 9 – 14 %. PODZIAŁ SYSTEMÓW FOTOWOLTAICZNYCH

Parametry paneli fotowoltaicznych Standardowe warunki testowania, STC (ang. Standard test conditions)

• Natężenie promieniowania słonecznego: 1000 w/m
• Widmo promieniowania słonecznego: AM=1.
• Temperatura pracy modułu: 250C Dla warunków STC podaje się następujące parametry paneli fotowoltaicznych:
• Moc znamionową,
• Sprawność,
• Napięcie otwartego obwodu,
• Prąd zwarcia,
• Optymalny punkt pracy MPP (napięcie i prąd dla których panel uzyskuje maksymalną moc Wpływ natężenia promieniowania na: a) zmianę charakterystyki I-U b) zmianę punktu mocy maksymalnej MPP Wraz ze zmianą natężenia zmienia się położenie punktu MPP. Punkt przecięcia prostej obciążenia (stała rezystancji) z charakterystykami fotoogniwa odpowiadają punktom pracy dla różnych natężeń promieniowania. Aby ogniowo pracowało jak najbliżej punktu MPP należy dobrać odpowiednią rezystancję obciążenia w zależności od natężenia (wymaga zaawansowanych układów elektronicznych) Zmiana przebiegu charakterystyk przy wzroście temperatury: Temperatura ogniwa ma wpływ na moc, należy pamiętać o odprowadzaniu ciepła z ogniwa. Moc ogniwa maleje wraz ze wzrostem temperatury. Elementy projektowania instalacji fotowoltaicznych: -montaż, rodzaje dachu -komponenty; sieć publiczna, system mocowania, panele PV, inwerter (wysypowy, sieciowy, centralny, stringowy, mikro) -wielkość instalacji -akumulatory; tryb buforowy – rzadkie pozostawianie całkowitego naładowania, ciągła praca cykliczna przy założenia wyładowania do 100h, szeroki zakres temperaturowy z okresem kilkudniowym między doładowaniami, tradycyjny akumulator nie osiąga założonego okresu eksploatacji Rodzaje akumulatorów Klasyczne: ołowiowe-kwasowe z systemem mieszania elektrolitu (istotne przy powolnym rozładowaniu) Żelowe: elektrolit w strukturze krzemionki zmieniono w żel. Wysoka sprawność ładowania, mniejsze wymagania wentylacyjne oraz brak rozwarstwiania elektrolitu w procesie wolnego ładowania. Zapewniony powrót ze stanu głębokiego rozładowania oraz zwiększona liczba głębokich cykli ładowania i rozładowania.

Wielkość generatora (moc modułów) Ppv = W/ (Z 1 Z 2 Z 3 * V) , gdzie V = V 1 * V 2 * V 3 = 0, a W – obliczone dzienne zużycie energii w kWh Przekrój przewodników A = LP / (3% * U^2 * kappa) [mm2] gdzie kappa przewodność właściwa U napięcie systemu [V] P moc przesyłania [W] Pojemność akumulatora C = 2W*F/U W – dzienne zapotrzebowanie Wh F – współczynnik rezerwujący energię U – napięcie Żywotność akumulatorów szacowana na 10 lat pod warunkiem właściwej eksploatacji. Zalecane ołowiowe, przy czym w instalacjach solarnych zmodyfikowana struktura (wydłużenie trwałości). Większość akumulatorów wymaga regulatora stanu naładowania (zapobieganie głębokiemu rozładowaniu i przeładowaniu).

WYKŁAD 3

Doświetlenie pomieszczeń: -heliostat z możliwością doświetleń

• kominy, wieże słoneczne Kolektory słoneczne: -kolektory słoneczne – przewody rurowe – pompa obiegowa- naczynie wzbiorcze – kocioł gazowy - wymiennik ciepła kotła – zasobnik – wymiennik ciepła instalacji kolektorów – dopływ zimnej wody Powierzchnia apertury – powierzchnia absorbująca (pochłaniająca) promienie słoneczne przez kolektor słoneczny, płaski bądź próżniowy. Powierzchnia absorbera – powierzchnia aktywna kolektora, na której następuje odbiór ciepła. Powierzchnia brutto kolektora – powierzchnia kolektora wynikająca z jego wymiarów zewnętrznych wraz z ramą. Sprawność kolektora - stosunek odebranej energii przez czynnik roboczy do ilości promieniowania docierającego do kolektora. Spada ze wzrostem różnicy temperatur pomiędzy czynnikiem roboczym a otoczeniem. Sprawność optyczna – sprawność bez strat do otoczenia. Temperatura stagnacji – temperatura absorbera bez odbioru ciepła (w czasie postoju instalacji). Różne wartości w zależności od rodzaju kolektora słonecznego. Temperatura stagnacji kolektora – cecha konstrukcyjna świadcząca o uzyskanej sprawności pracy. Wyższa temperatura zwiększa dostęp promieniowania do absorbera. Określona dla warunków słonecznego dnia, Zależna od właściwości szyby (przepuszczalności), właściwości absorbera (absorpcja, emisyjność) oraz izolacji cieplnej obudowy.
• kolektory próżniowe – wyeliminowanie mankamentów kolektorów płaskich, czyli strat ciepła z absorbera w wyniku konwekcji (unoszenia) ciepła przez powietrze. Próżnia, w praktyce oznacza głębokie podciśnienia wewnątrz rurki szklanej, stanowi izolację cieplną. Solarny stopień pokrycia SF – procentowa wielkość wymaganej średniorocznej energii potrzebnej do pogrzania wody użytkowej Podział kolektorów: Czynnik roboczy –cieczowe: płaskie, próżniowe, magazynujące, elastyczne -powietrzne z absorberami: płaskimi ( z przepływem pod lub nad, o powierzchni rozwiniętej, porowatymi, nadciśnieniowe. CIECZOWY – PŁASKI górna rura zbiorcza, absorber, przepływ czynnika, dolna, szyba, uszczelki, kanały, izolacja Emisyjność – zdolność powierzchni do emitowania promieniowania zależna od kąta Oz (kierunek promieniowania względem prostopadłej powierzchni), długość fali lambda, temperatury T.

Wysoka temperatura w ognisku, że w ciągu kilku sekund wypaliła by dziurę w 2mm stalowej rurze. Okrągłu kształt świadczy o dobrej koncentracji, może być wykorzystywany jako narzędzie topienia i cięcia metali. Wysokotemperaturowe ciepło można konwertować na pracę mechaniczną dzięki silnikowi Stirlinga. POSZCZEGÓLNE SKŁADOWE KOLEKTORA:

• pokrycie selektywne; zapewnia dużą absorpcyjność w zakresie długości fal i małą emisyjność w IR (czarna miedź, chrom, molibden, kobalt, głównie ich tlenki)
• szyby i osłony z tworzyw sztucznych; cechowane grubościa, transmisyjnościa, współczynnikiem załamania światła, maksymalną temperaturą (szkło zwykłe, z domieszkami, PMMA, poliester zbrojony włóknem szklany, teflon, polichlorek winylu, poliwęglan) -pokrycie przeciwodbiciowe; ograniczenie odbić od powierzchni, gdzie współczynnik załamania światła powinien być dobrany do współ. Materiału zależnością nar = pierwiastek z n (1.22 -1.26)
• materiały termoizolacyjne; zależne od współczynnika przewodzenia ciepła, gęstości, max T, rozszerzalności (wełna szklana, mineralna, pianka fenolowa, poliuretanowa, spieniony polistyren) -przezroczyste materiały izolacyjne; umieszane między szybami w celu zapewnienia sztywności, ograniczenie konwekcji, przewodzenie w szkielecie,; przezroczyte TIM, b. duży opór przewodzenia, duża transmisyjnośc, budowa komórkowa -płyny o niskiej temperaturze krzepnięcia; wodne roztwory glikoli, niewodne płyny – oleje węglowodorowe i silnikowe Podstawy projektowania instalacji solarnych: -wykorzystanie energii promieniowania słonecznego dla potrzeb wspomagania ogrzewania

Solarny stopień pokrycia, dobór pompy solarnej i naczynia wzbiorczego, zawory bezpieczeństwa, grupa solarna, rotametr, sterownik, zawór mieszający, rozdzielacz wody, odpowietrznik, WERSJA 2 OPRACOWANIE, OBLICZENIA, KONCÓWKA 3 PREZENTACJI

WYKŁAD 4

Energetyczne wykorzystanie biomasy. Brykietowanie biomasy. Brykietem określa się zagęszczony surowiec pierwotny (rozdrobnione odpady suchego drewna, słoma, łuski słonecznika). Proces brykietowania polega na sprasowaniu pod dużym ciśnieniem i przy wzroście temperatury paliwa bez dodatku substancji klejących. Wydziela się liglina, która po schłodzeniu zastyga i spaja całość. Niska zawartość wilgoci 6-10%, wysoka wartość opałowa 17 – 21 MJ/kg. Różne kształty – walce, koski, ośmiokąty Piroliza - proces termochemiczny bez dostępu powietrza, przy którym powstają produkty stałe, ciekłe i gazowe. Endotermiczny, wymaga dostarczenia ciepła, prowadzony w zakresach 450 – 1000oC. Skład i ilość produktów zależy od rodzaju paliwa, właściwości fizykochemicznych, temperatury procesu. Produkty to gaz pizolityczny (H, CH4, C2H6, CO, CO2), smoła pirolityczna (mieszanina olejów, smoły, wody, rozpuszczonych prostych alkoholi, aldehydów i kwasów) i półkoks pizolityczny. Zgazowanie – proces całkowitej przemiany termochemicznej prowadzony w obecności tlenu lub powietrza z dodatkiem pary wodne, gdzie produktem jest mieszanina gazów palnych (CO, H2 i węglowodorów) jako potencjalnego paliwa. Upłynnienie – proces wytwarzający ciekłe paliwa z naturalnych paliw stałych. Tlenowo – parowe zgazowanie do mieszaniny CO i H2, przetwarzanych na katalizatorze (Fe) do benzyn, paliw odrzutowych, ON, oleju opałowego. Synteza Fisher-Tropscha. Spalanie – proces termochemiczny prowadzony w obecności tlenu, gdzie produktami są CO2 i H2O. Aspekty energetyczne do wykorzystania biomasy: Zawartość wilgoci a kaloryczność paliwa ◦ Drewno jest zazwyczaj mokre w odróżnieniu od pelletów lub brykietów ◦ Pogorszenie zapłonu, obniżenie temperatury spalania ◦ Wilgotność wpływa na wartość opałową paliwa, spadek sprawności systemu ◦ Kwestie zdrowotne (pleśń, grzyby, zarodniki) ◦ Trudność w transportowaniu ◦ Trudność w składowaniu

KOTŁY

Podział kotłów na biomasę

• konstrukcje z załadunkiem ręcznym, tzw. kotły wsadowe,
• kotły zautomatyzowane z podajnikiem, z uwagi na rodzaj palnika i sposób podawania paliwa:
• kotły retortowe (paliwo od spodu przenośnika, ciągłe wypychanie do tygla gdzie się spala, powetrze podawane wentylatorem, spalanie na powierzchni kopca, niewielka ilośc paliwa w wysokiej T, popił usuwany na bieżąco, regulacja wydajności przez zmianę prędkości obrotowej ślimaka i wentylatora)
• kotły z palnikiem szufladowym, poziomym – podawanie paliwa specjalnym tłokiem, ślimakiem, ich ruch powoduje odżużlanie i usuwanie popiołu, w wersji z płasczem wodnym optymalizują proces spalania, zmniejszając niebezpieczeństwo spiekania popiołu
• kotły z palnikiem wrzutowym – paliwo podawane ukośnym podajnikiem ślimakowym do środkowej części kotła, gdzie zsypywane do żaroodpornego tygla, w małych porcjach, co kilkanaście, kilkadziesiąt sekund, natychmiast spalane
• kotły z palnikiem tubowym (rurowym) – spalanie wysokiej jakości palletu o małej średnicy, zboża, wysuszone trociny, wióry drzewne, podobne do palników na olej opałowy, paliwo podawane małymi porcjami systemem pneumatycznym, zsypywane rurą, spalane w komorze Kotły na słomę: czujnik temperaturowy, kolektor dymny, wkład ceramiczny, rozdzielacz nawiewu, wentylator, płaszcz wodny, komora spalania (-płomienica, klucz do sukcesu, zwiekszenie sprawności, lepsze dopalanie przez większą drogę przepływu; stosowane zawrot spalin)

WYKŁAD 5

Energia wód

• Rzecznych: przepływu, różnica poziomu -Oceanicznych: pływów, fal, prądów Podstawy teoretyczne : Moc przepływającej wody: P = g ∙ ρ ∙ V ∙ H g − przyspieszenie ziemskie ρ − gęstość wody V – przepływ [m3/s] H − spad [m]

Przy założeniu, że elektrownia pracuje przez czas t w ciągu roku [h] i posiada sprawność η to ilość wyprodukowanej energii wynosi [kWh]: E = η ∙ g ∙ ρ ∙ Vሶ ∙ H ∙ t Typowa sprawność od 30% dla bardziej prostych konstrukcji, 60-80% dla typowych i do 90% dla bardziej zaawansowanych. Typy turbin wodnych

• Akcyjne (natryskowe, wykorzystujące prędkość wody) W turbinie akcyjnej przemiana energii potencjalnej (związanej z ciśnieniem wody na poziomie wlotu do turbiny) na energię kinetyczną odbywa się w dyszy, która przekazuje tę energię wirnikowi.
• Reakcyjne (naporowe, wykorzystujące różnicę ciśnień) W turbinie reakcyjnej przemiana energii potencjalnej wody w energię kinetyczną wirnika odbywa się częściowo w aparacie kierowniczym i częściowo w samym wirniku. Wyróżnik szybkobieżności, stosunek prędkości obwodowej elementu obracającego się w turbinie do prędkości przepływu wody. Liczba charakteryzująca serię turbin podobnych. -Wolnobieżne < -Średniobieżne 150- -Szybkobieżne > Turbina Peltona Składa się z koła na obwodzie, na którym rozmieszczona jest duża liczba łopatek. Woda o dużej prędkości uderza w łopatki. Łopatka jest tak wyprofilowana, że strumień wody jest zawracany wstecz (180 stopni). Prawie cała energia strumienia przechodzi w ruch obrotowy a odbita woda wpływa do kanału odpływowego. Turbina Turgo Turbina podobna do Peltona, ale woda uderza w łopatki pod kątem 20o, wchodząc na łopatki z jednej strony, a wychodząc z drugiej. Brak ograniczenia, że strumień odbity zakłóca strumień wejściowy. Może posiadać mniejszą średnicę, przy tej samej mocy Turbina Blanki Turbina posiadająca wirnik podobny do bębna, na którego górną powierzchnię wchodzi strumień wody i przechodzi przez wirnik dwukrotnie.

Gęstość strumienia energii wiatru Energia kinetyczna wiatru o prędkości v w walcu o długości L, polu przekroju poprzecznego A, o osi równoległej do prędkości wiatru E =mv^2 /2 = ρV ∙ v^2 /2= ρLA ∙ v^2 / Uwzględniając: t =L/v Moc wiatru wyniesie: Pw =E/t= ½ ∙ ρ ∙ A ∙ v^3 Warunek graniczny Betza Warunek ciągłości strugi: A1v1 = A2v Powierzchnia A2 musi być o tyle większa o ile zmniejszyła się prędkość v Zakładamy, że przeciętna prędkość wiatru przepływającego przez wirnik turbiny jest średnią z prędkości: vśr = (v1 + v2)/ Masa powietrza omywająca wirnik w ciągu jednej sekundy [kg/s]: mሶ = ρ ∙ A(v1 + v2)/ Stosunek ten znany jest pod pojęciem współczynnika mocy Betza Cp Badając powyższą funkcję, można określić jaka powinna być optymalna zmiana prędkości strumienia powietrza na wirniku, aby odebrać z wiatru jak najwyższą ilość mocy. Obliczając pochodną względem zmiennej v2/v1 i przyrównując do zera otrzymujemy maksimum: (v2/v1) opt = 1/ Oznacza to, że najwyższą moc uzyskujemy, gdy stosunek prędkości wiatru v2 do v1 jest równy 1/3, czyli Cp = 16/27≈ 59%

Wraz z wysokością oprócz temperatury zmienia się prędkość wiatru – spowodowane jest to głównie zmianą siły tarcia pomiędzy masami powietrza, a elementami terenu: v = v0 (h/h0)α gdzie: h, h0 – wysokość [m], v, v0 – prędkość wiatru na danej wysokości [m/s], α – wykładnik potęgowy zależny od klasy szorstkości Wyróżnik szybkobieżności z to stosunek prędkości liniowej końców łopat turbiny do prędkości wiatru. Wyróżniamy: -wolnobieżne(<1.5) -średniobieżne (1.5<z<3.5) -szybkobieżne(z>3.5) Podstawowym kryterium podziału elektrowni wiatrowych jest położenie osi obrotu wirnika, zgodnie z którym rozróżniamy dwa rodzaje elektrowni:

• z poziomą osią obrotu – HAWT (ang. Horizontal Axis Wind Turbines); najpopularniejsze – ponad 95% stosowanych rozwiązań;
• z pionową osią obrotu – VAWT (ang. Vertical Axis Wind Turbines). Podział ze względu inne kryteria:
• sposób wykorzystania produkowanej energii wyróżnia się siłownie energetyczne i siłownie mechaniczne (np. pompowe);
• liczbę płatów wirnika – elektrownie jedno-, dwu-, trzy-, cztero- i wielopłatowe;
• usytuowanie wirnika względem kierunku wiatru i masztu (w elektrowniach typu HAWT):
• dowietrzne (ang. up-wind) oraz odwietrzne (ang. down-wind);
• szybkobieżność – elektrownie wolnobieżne, średniobieżne i szybkobieżne.