Hogyan lehet meghatározni egy szélturbina szélsebességét és irányát?

A szélturbinák energiatermelési hatékonysága és üzemi stabilitása nagymértékben függ a szélsebesség és -irány pontos mérésétől. A szélsebesség határozza meg az energiabeviteli skálát, a szélirány pedig a lapátok szélhez viszonyított szögét, amelyek együttesen határozzák meg az egység kimeneti teljesítményét és terheléseloszlását. Ez a cikk röviden bemutatja a szélsebesség és -irány mérésének főbb módszereit, kitérve a mechanikai, ultrahangos és nagy pontosságú érzékelő technológiákra, valamint műszaki referenciákat nyújtva a szélerőmű-tervezéshez és -üzemeltetéshez.
1. Szélsebesség mérési módszer

1. Mechanikus szélsebességmérő

Elv: A szélcsésze vagy -lapát forgási sebessége és a szélsebesség közötti lineáris összefüggést kihasználva a mechanikai mozgást egy sebességérzékelő elektromos jelekké alakítja.

Háromcsészés szélsebességmérő: Három szélcsészét helyeznek el egyenlő szögben egy függőleges tengelyen, amelyeket a szél forgat, és a sebesség arányos a szélsebességgel. Kezdő szélsebessége alacsony (0,5-1 m/s), így alkalmas olyan zord környezeti körülményekhez, mint a por, eső és hó, de van egy késleltetés, így alkalmasabb az átlagos szélsebesség mérésére. Például egy 100 méter magas szélerőmű általában három csésze alakú szélsebesség-mérőt telepít 30 m, 50 m, 70 m stb. magasságban, hogy szinkronban rögzítsék a többrétegű szélsebesség-adatokat.

Propelleres szélsebességmérő: Több lapát forog egy vízszintes tengely körül, és a sebesség arányos a szélsebességgel. Általában egy széllapáttal van összekötve, hogy a lapátok mindig a szélirányhoz igazodjanak. Szerkezete kompakt, de a légcsavar lapátjai érzékenyek a szél és a homok okozta kopásra, ezért rendszeres karbantartást igényelnek.

2. Ultrahangos szélmérő

Alapelv: Az ultrahangos terjedési időkülönbség módszere alapján a szélsebességet az ultrahangos hullámok terjedési sebességének különbségének mérésével számítják ki az előre/hátra irányuló szélirányban.

Négyszondás ultrahangos szélsebességmérő: Négy szonda párosítva két szélmérő egységet alkot. Minden szondakészlet kiszámítja a relatív szélsebességet az ultrahangos terjedés időbeli különbségének mérésével a levegőben; Két adatkészlet kombinálásával egy háromdimenziós szélsebesség-vektor nyerhető. Nincs mechanikai kopása és gyors a válaszideje (<1 másodperc), de a költség magas, és az esős vagy havas időjárás befolyásolhatja a mérési pontosságot. Például a nagy szélturbinák valós idejű, nagy pontosságú szélsebesség-adatokat szolgáltatnak ultrahangos szélsebesség-mérőkön keresztül, támogatva a bólintásszabályozást és a teljesítményoptimalizálást.

3. Nagy pontosságú szélmérő

Alapelv: Ultrahang használatával, beállítási technológia nélkül, valós idejű szélsebesség- és irányadatok mérése valósítható meg, kiküszöbölve a hagyományos mechanikus érzékelők irányfüggőségét.

Ultrahangos fúziós érzékelő: több ultrahangos szondakészletet integrál, algoritmusok segítségével kiküszöböli a környezeti interferenciákat (például a hőmérsékletet és a páratartalmat), és a szélsebesség-adatokat ... pontossággal adja ki. ± 0,1 m/s. Könnyen telepíthető és nem igényel rendszeres kalibrálást, de a költsége 30%-50%-kal magasabb, mint a hagyományos érzékelőké. Például egy bizonyos szélerőmű nagy pontosságú szélsebességmérők segítségével elemezte a szélerőművek eloszlását, és optimalizálta az egységek elrendezését, aminek eredményeként 8%-kal nőtt az éves energiatermelés.

2. Szélirány-meghatározási módszer

1. Mechanikus széllapát

Elv: A széllapát aszimmetrikus szerkezetét felhasználva az elején és végén, a szél erejének hatására a függőleges tengely körül forog, a szél irányába mutatva.

Egyszárnyú széllapát: egy farokszárnyból, egy mutatórúdból, egy kiegyensúlyozó súlyból és egy forgó főtengelyből áll, amelynek súlypontja a tartótengely tengelyében található, és szabadon lenghet. A telepítésének egy 90 ° az uralkodó szélirányhoz képest szögben, és a helyi mágneses deklináció szerint korrigálva. A szélirányt a 16 azimut módszerrel (például ÉÉK, DK) vagy a szög módszerrel (az óramutató járásával megegyezően forgatva, az északi irányt tekintve vonatkoztatási pontnak) ábrázolják. Például egy hegyvidéki szélerőmű egy áramvonalas széllapátot telepített a szélmérő torony legfelső emeletére, egy háromcsészés szélsebességmérővel kombinálva, hogy teljessé tegye a szélerőforrás-adatgyűjtést.

2. Ultrahangos szélmérő

Alapelv: Számítsa ki a szélirány szögét több ultrahangos szondakészlet terjedési időkülönbségi adatai alapján.

Háromkarú ultrahangos szélsebességmérő: Három érzékelőkart függőlegesen és vízszintesen szerelnek fel, és a szélirány vektorát a karok végei közötti hanghullámok terjedési időkülönbségének mérésével számítják ki. Nincs mechanikai kopása, gyors a válaszideje, de magas a költsége, így szigorú precíziós követelményeket támasztó forgatókönyvekhez alkalmas.

3. A mérési módszerek kiválasztásának alapja

Környezeti alkalmazkodóképesség: Az ultrahangos vagy nagy pontosságú érzékelőket előnyben részesítjük poros, esős és havas területeken, hogy elkerüljük a mechanikus érzékelők kopását és jegesedését.

Költségkorlát: A mechanikus érzékelők opcionálisak a kis és közepes méretű szélerőművek számára, míg az ultrahangos vagy nagy pontosságú érzékelők ajánlottak a nagy vagy tengeri szélerőművekhez az adatok megbízhatóságának javítása érdekében.

Pontossági követelmény: Nagy pontosságú érzékelők (hiba<± 0,2 m/s) szükséges a szélerőforrás felméréséhez, míg a közepes pontosságú érzékelők (hiba<± 0,5 m/s) használható az egység vezérléséhez.

4. Következtetés

A szélturbinák hatékony működésének alapja a szélsebesség és -irány pontos mérése. A mechanikus érzékelők olcsók, de gyakran karbantarthatók, az ultrahangos érzékelők nagy alkalmazkodóképességgel rendelkeznek, de magas áruk van, a nagy pontosságú érzékelők pedig a pontosságot és a kényelmet egyensúlyozzák. A gyakorlati alkalmazásokban átfogóan kell kiválasztani a környezeti feltételeket, a költségkeretet és a pontossági követelményeket a szélerőmű energiatermelésének hatékonyságának és a berendezések élettartamának optimalizálása érdekében.