Vindkraftssystem - Modul 1, 2 och 3

Flashcards baserade på instuderingsfrågor för Vindkraftssystem Modul 1, 2 och 3, täckande historik, resurser, aerodynamik, material och mekaniska komponenter.

Varför minskade marknaden för tidiga vindkraftverk när elnäten byggdes ut?

Marknaden minskade eftersom människor istället kunde få sin el direkt från elnätet istället för att ladda batterier i off-grid-miljöer.

Vilket system för att rikta verket mot vinden används i både American windmills och moderna verk?

Yaw-systemet (kröjsystemet). American windmills använde ett passivt system med vindfana medan moderna verk använder aktiva system.

Vilken pionjär byggde ett automatiskt vindkraftverk som drev lampor och motorer?

Charles F. Brush.

Vad var märkeffekten för WIME D-30, världens första on-grid-anslutna vindkraftverk?

$100\,kW$ vilket var mätbart mot dess 30 meters rotordiameter.

Varför beskrivs Smith–Putnam-turbinen (1941) som 'långt före sin tid'?

Den hade redan då en märkeffekt på $1,25\,MW$, en rotordiameter på 53 meter, synkrongenerator och hydraulisk pitchreglering.

Vilka lärdomar gav Gedsermøllen angående konstruktion?

Den visade att en enkel och robust konstruktion (trebladig, stallreglering, tip-brake) kan ge hög driftsäkerhet och lång livslängd utan stort underhåll.

Vilket tekniskt problem begränsade effekten hos Tvindmøllen?

Turbinen hamnade nära sin självsvängningsfrekvens vid högre varvtal och började oscillera.

Vad beskrivs GROWIAN-projektet som i presentationen?

'too big, too soon' eftersom man försökte göra för många tekniska språng samtidigt, vilket resulterade i stora laster på grund av vindskugga på läsidan.

Hur påverkade oljekrisen 1973 vindkraftens utveckling?

Den ökade investeringar och forskning i alternativa energikällor för att minska beroendet av importerad olja.

Vad innebar 'den danska modellen' som blev standard år 2010?

En konfiguration med tre blad, ståltorn, aktiv pitch, aktiv yaw, växellåda och DFIG-generator.

Vilka två verktyg nämns för att beskriva vindhastighetsfördelning och vindriktning på en plats?

Weibullfördelning och vindros.

Vilket verktyg anses vara den enskilt viktigaste datan för utformningen av en vindkraftpark?

Vindrosen, eftersom den används för att bestämma placeringen av verken utifrån primära vindriktningar.

Vilka är de två huvudsakliga fjärravkänningsteknologierna för vindmätning?

LIDAR (Light Detection and Ranging) och SODAR (Sonic Detection and Ranging).

Ange den generella formeln för effekten i vinden.

$P = \frac{1}{2} \times \rho \times A \times v^3 \times C_p$ där $\rho$ är luftens densitet, $A$ är rotorarean, $v$ är vindhastigheten och $C_p$ är effektkoefficienten.

Vad händer med den tillgängliga effekten om vindhastigheten ($v$) fördubblas?

Den tillgängliga effekten ökar med en faktor åtta ($2^3 = 8$) eftersom effekten är proportionell mot kuben på vindhastigheten.

Varför produceras ofta mer effekt vid kallt väder?

Kall luft har högre densitet ($\rho$) än varm luft, vilket innebär mer energi i vinden.

Vad är Betz lag relaterat till effektkoefficienten ($C_p$)?

Det innebär att en turbin aldrig kan omvandla 100 % av vindens energi; den teoretiska maxgränsen (Betz gräns) är cirka $59\, \%$, men i praktiken ligger värden ofta mellan $0,25-0,36$.

Vad används Weibullfördelningen till?

För att beskriva hur ofta olika vindhastigheter förekommer och för att uppskatta förväntad energiproduktion.

Hur bör vindkraftverk placeras i förhållande till varandra i den dominerande vindriktningen?

Med $5-9$ rotordiametrars mellanrum för att minska vakförluster och belastningar.

Förklara de två huvudförklaringarna för lyftkraft på ett rotorblad.

1. Anfallsvinkel: luften böjs nedåt och skapar en kraft uppåt enligt Newtons tredje lag. 2. Tryckskillnad: lägre tryck på ovansidan (suction side) och högre på undersidan (pressure side).

Vad händer vid 'stall'?

Luftströmmen följer inte längre bladprofilen, vilket leder till att lyftkraften minskar och verkningsgraden sjunker.

Vilket material är det vanligaste i vindkraftsblad?

Glasfiber (kompositmaterial).

Vad utmärker UD-material (Unidirectional) i ett blad?

Fibrerna ligger i en riktning, vilket ger mycket hög hållfasthet i fiberriktningen; det används ofta i bärande balkar (spar caps).

Vad är 'leading edge erosion'?

Slitage på bladets framkant orsakat av regn, hagel och partiklar, vilket försämrar aerodynamiken och sänker produktionen.

Vilken tillverkningsmetod ger högst kvalitet men är dyrast och kräver kontrollerad härdning?

Pre-preg.

Vad innebär 'thermal runaway' vid arbete med epoxy?

Härdningsreaktionen utvecklar så mycket värme att temperaturen stiger okontrollerat, vilket kan orsaka brand eller materialskada.

Vad är skillnaden mellan de-icing och anti-icing?

De-icing tar bort befintlig is, medan anti-icing förhindrar att is bildas från början.

Vad kännetecknar ett Direct Drive-verk jämfört med ett traditionellt?

Direct Drive saknar växellåda. Rotorn är direkt kopplad till en generator som har många fler poler för att kunna producera el vid låga varvtal.

Vilken formel används för att beräkna varvtal ($n$) baserat på frekvens ($f$) och antal poler ($P$)?

$$n = \frac{120 \times f}{P}$$

Vilken är uppgiften för Low Speed Shaft (LSS)?

Att överföra rotorbladens vridmoment med låg hastighet och högt vridmoment till växellådan.

Vad gör en dubbelmatad asynkrongenerator (DFIG)?

Den omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi och kan arbeta med varierande varvtal men konstant nätfrekvens via kraftelektronik.

Vilken färg har normalt PPE-ankarpunkter för fallskydd?

Gul.

Vad är en planetväxel och varför används den?

En växel med solhjul, planethjul och ringhjul som ger hög utväxling på kompakt yta med låg vikt.

Hur påverkar utväxlingen $1:103$ varvtalet om huvudaxeln roterar med $15\,rpm$?

Generatoraxeln roterar med $15 \times 103 = 1545\,rpm$.

Vilka är oljans tre huvuduppgifter i växellådan?

1. Bilda smörjfilm mellan rörliga delar. 2. Transportera bort värme. 3. Smörja tätningar och packningar.

Vad är skillnaden mellan kullager och rullager i fråga om belastning?

Kullager har lägre friktion och passar höga varvtal, medan rullager klarar högre krafter och är vanligare i stora vindkraftverk.

Varför används en kompositkoppling (high speed coupling) som en 'svag länk'?

Den är konstruerad för att skadas vid extrema belastningar före dyrare komponenter som växellåda eller generator.

Vad utmärker ett hybridtorn?

Det består av en nedre del i betong och en övre del i stål.

Vad menas med att ett torn hamnar i självsvängning?

Belastningar exciterar tornets egenfrekvens, vilket bygger upp vibrationer som kan leda till materialutmattning och skador.