Search


نظرية توربين الرياح ومعامل بيتز

نظرية توربين الرياح والحد الأقصى لبيتز: الكفاءة النظرية القصوى لتحويل طاقة الرياح إلى كهرباء

Electrical4u
حقل: الكهرباء الأساسية
Electrical Engineer
10Year<
China
أضفنا على Google

WechatIMG1820.jpeg

لتحديد الطاقة المستخرجة من الرياح بواسطة توربين الرياح، يجب أن نفترض أنبوب هواء كما هو موضح في الشكل. ويفترض أيضًا أن سرعة الرياح عند مدخل الأنبوب هي V1 وأن سرعة الهواء عند مخرج الأنبوب هي V2. لنفترض أن كتلة m من الهواء تمر عبر هذا الأنبوب الوهمي في الثانية الواحدة.
وبسبب هذه الكتلة، فإن الطاقة الحركية للرياح عند مدخل الأنبوب هي،
نظرية توربين الرياح ومعامل بيتز
وبالمثل، بسبب هذه الكتلة، فإن الطاقة الحركية للرياح عند مخرج الأنبوب هي،
نظرية توربين الرياح ومعامل بيتز
wind energy theory
لذا، فإن الطاقة الحركية للرياح قد تغيرت، أثناء مرور هذه الكمية من الهواء من مدخل إلى مخرج الأنبوب الوهمي، هي،
نظرية توربين الرياح ومعامل بيتز
كما قلنا بالفعل، فإن كتلة m من الهواء تمر عبر هذا الأنبوب الوهمي في الثانية الواحدة. لذا فإن الطاقة المستخرجة من الرياح هي نفسها الطاقة الحركية التي تغيرت أثناء مرور كتلة m من الهواء من مدخل إلى مخرج الأنبوب.

نحدد الطاقة بأنها التغيير في الطاقة لكل ثانية. لذا يمكن كتابة هذه الطاقة المستخرجة كـ،
نظرية توربين الرياح ومعامل بيتز
بما أن كتلة m من الهواء تمر في الثانية الواحدة، فإننا نشير إلى الكمية m كمعدل تدفق الكتلة للرياح. إذا فكرنا في ذلك بعناية، يمكننا فهم بسهولة أن معدل تدفق الكتلة سيكون هو نفسه عند المدخل، والمخرج، وكذلك في كل مقطع عرضي لأنبوب الهواء. بما أن الكمية التي تدخل الأنبوب هي نفسها التي تخرج منه.
إذا كانت Va، A و ρ هي سرعة الهواء، المساحة العرضية للأنبوب وكثافة الهواء على شفرات التوربين على التوالي، فإن معدل تدفق الكتلة للرياح يمكن تمثيله كـ
نظرية توربين الرياح ومعامل بيتز
الآن، باستبدال m بـ ρVaA في المعادلة (1)، نحصل على،
نظرية توربين الرياح ومعامل بيتز
الآن، بما أن التوربين يُفترض أنه موجود في وسط الأنبوب، يمكن اعتبار سرعة الرياح عند شفرات التوربين كمتوسط سرعة السرعتين عند المدخل والمخرج.
نظرية توربين الرياح ومعامل بيتز
لحصول أقصى طاقة من الرياح، يجب أن نقوم بتفاضل المعادلة (3) بالنسبة لـ V2 وتساويها بصفر. وهذا يعني،
نظرية توربين الرياح ومعامل بيتز

معامل بيتس

من خلال المعادلة أعلاه، تم العثور على أن الطاقة القصوى النظرية المستخرجة من الرياح هي نسبة 0.5925 من إجمالي طاقتها الحركية. تعرف هذه النسبة باسم معامل بيتس. يتم حساب هذه الطاقة وفقًا لـ نظرية توربين الرياح ولكن الطاقة الميكانيكية الفعلية التي يتلقاها المولد أقل من ذلك وذلك بسبب الخسائر بسبب الاحتكاك والمحامل وعوامل عدم الكفاءة في تصميم الديناميكيات الهوائية للتوربين.

من خلال المعادلة (4) من الواضح أن الطاقة المستخرجة هي

  1. تناسب مباشر مع كثافة الهواء ρ. حيث أن زيادة كثافة الهواء تؤدي إلى زيادة طاقة التوربين.

  2. تناسب مباشر مع مساحة المسح لأجنحة التوربين. إذا زاد طول الشفرة، يزداد نصف قطر مساحة المسح وبالتالي تزداد طاقة التوربين.

  3. تتغير طاقة التوربين أيضًا مع سرعة3 الرياح. مما يشير إلى أن إذا ضاعفت سرعة الرياح ستتضاعف طاقة التوربين إلى ثماني مرات.

wind power generation

بيان: احترام الأصل، المقالات الجيدة مستحقة للنشر، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى الاتصال للحذف.

قدم نصيحة وشجع الكاتب

التعليقات

شارك سؤالك أو وجهة نظرك
WhatsApp
إرسال الاستفسار
+86
انقر لتحميل الملف
تنزيل
الحصول على تطبيق IEE Business
استخدم تطبيق IEE-Business للعثور على المعدات والحصول على حلول والتواصل مع الخبراء والمشاركة في التعاون الصناعي في أي وقت ومن أي مكان - دعمًا كاملاً لتطوير مشاريعك الكهربائية والأعمال
تسجيل الدخول
أو المتابعة باستخدام
هل أنت جديد هنا؟
تسجيل