Onko kilowatin koko/teholuokan myllyjä mahdollista valmistaa
harrastuspohjalta tee-se-itse tyyliin, vai onko ilman miljoonainvestointeja
tehtävissä vain muutaman hehkulampun käytön mahdollistavia ratkaisuja?
Jos tiedätte jotain hyviä linkkejä pelle-pelottomien sivuille, joissa on
toteutettu tehokkaita myllyjä, niin otan linkit ilolla vastaan.
ensin pari pientä käsite-selvnnystä
teho ilmoitetaan yksikössä kW
kWh on energian yksikkö
ja sen verran energiaa tuottaa 1 kW teholla toimiva mylly
yhden tunnin aikana
tuulimyllyn tuottoteho riippuu tuulen nopeudesta (eli sen voimasta)
ja 1 kW tehoinenkaan tuulimylly ei tuota yhtään mitään jos ei tuule
Suomessa meren rannikolla tuulee yleensä aamusta iltaan
(muttei useinkaan yöllä)
melko tasaisesti (mutta kohtalaisen hissuksiin) niin että jos pienessä
(sähkögeneraattori)tuulimyllyssä on yhteensä vaikkapa 6 lapaa
ja lapakehän halkaisija on 0,8 metriä
niin myllyn keskimääräinen tuottoteho (kun tuulee) on noin 5 wattia
eli suomen rahaksi muutettuna 0,005 kW (kiloWattia)
tunnissa saa ladattua 12 V akkuun (häviöt huomioon ottamatta)
noin 5 WattiTuntia
tuulen teho on suunnilleen sama koko pinta-alaa kohti
(edellyttäen että kaiken kokoisten myllyjen potkurihyötysuhde oletetaan
samaksi) niin että miedolla merituulella toimisi noin 1 kW teholla
halkaisijaltaan noin 11 m kokoinen potkurilapaparvi
tuon kokoisen myllyn huipputeho olisi "kovalla" tuulella
kuitenkin jo melkein kymmenkertainen, eli 10 kW
on kuitenkin otettava huomioon että potkurin lapojen muoto
sun muut seikat vaikuttavat hyvin voimakkaasti myllyn hyötysuhteeseen,
joka ei suinkaan pysy vakiona koko tuulen-nopeusalueella
joten yllä esitetyt pieni teho sekä max.teho
kuten myös tarvittava myllyn halkaisija ovat siis
vain hyvin KARKEita arvioita
yleensä pienten tuulimyllyjen hyötysuhde(käyrä) tehon funktiona
on surkean jyrkkä sekä ala- että yläpäästään, laskien nopeasti molempiin
suuntiin
ja jos myllyn paras hyötysuhde on suunniteltu saatavan sen max. teholla
niin pienillä tehoilla myllyn hyötysuhde on todella pieni
> Onko kilowatin koko/teholuokan myllyjä mahdollista valmistaa
> harrastuspohjalta tee-se-itse tyyliin, vai onko ilman
miljoonainvestointeja
> tehtävissä vain muutaman hehkulampun käytön mahdollistavia ratkaisuja?
siitä vaan rakentelemaan, eivät nuo itse väkästeltyinä paljoakaan maksa
ja valtiokin avustaa rakentajaa veromarkoilla myllyinvestoinneissa noin 35%
lycka till !
>Onko kilowatin koko/teholuokan myllyjä mahdollista valmistaa
>harrastuspohjalta tee-se-itse tyyliin, vai onko ilman miljoonainvestointeja
>tehtävissä vain muutaman hehkulampun käytön mahdollistavia ratkaisuja?
http://homepages.enterprise.net/hugh0piggott/pmgbooklet/itpmg.pdf
Tuossa on 400W tehoisen myllyn teko-ohjeet, soveltele tuota käytäntöön.
Tuon mister Piggott:n sivuilla on hyvää asiaa teemasta, kannattaa
katsella ajan kanssa.
Kahden tynnyrinpuolikkaan savonius-roottorilla pääsee ainakin lähelle
1 kW.
>Jos tiedätte jotain hyviä linkkejä pelle-pelottomien sivuille, joissa on
>toteutettu tehokkaita myllyjä, niin otan linkit ilolla vastaan.
Tuuliturbiinin laskennallinen suunnittelu perustuu yleensä Betzin malliin,
jossa oletetaan turbiinissa tapahtuvaksi ns. laajeneva virtaus. Mallissa
käsitellään tanskalaistyyppistä kolmelapaista potkuriturbiinia.
Jatkavuusyhälön mukaan tuulen (ilmamolekyylien) massavirta ennen
tuuliturbiinia ja tuuliturbiini jälkeen on yhtä suuri. Kuitenki, koska
tuuliturbiinista otetaan tehoa, on virtausnopeuden laskettava alkuperäiseen
nähden. Näin ollen (jos ilman tiheys oletetaan vakioksi)
virtauspoikkipinta-ala enne turbiinia on pienempi kuin poikkipinta-ala
turbiini jälkeen. Eli v1 x A1 = v2 x A2
Energiayhtälön (häviöllinen Bernoullin yhtälö) avulla voidaan kirjoittaa
alku ja lopputilan ja tehon välille:
P = qm x ½ ((v1)^2-(v2)^2)
Bernoullin yhtälön ja drallilauseen avulla voidaan osoitta, että
virtausnopeus turbiinin kohdalla vt on keskiarvo alku-ja loppunopeuksista.
Tällöin tehon lauseke saa muodon:
P = ½ x roo x At x vt x ((v1)^2-(v2)^2),
jolloin vapaan (häiriintymättömän) virtauksen teho tuulennopeuden V1, ilman
tiheyden roo ja turbiini pyyhkäisypinta-alan funktiona on:
P = ½ x roo x At x (v1)^3
Todelliselle virtaukselle turbiinissa on määriteltävä vuorovaikutuskerroin
a, jolla otetaan huomioon turbiini aiheuttama häiriö vapaaseen virtaukseen.
a = (v1-vt)/v1
Turbiini virtaunopeus vt = (1-a)v1
aikaisemmin oli saatu:
vt = (v1+v2)/2, jolloin
v2 = (1-2a)v1
sijoitetaan tehon lausekkeeseen ja merkataa todellista tehoa Pt:llä ja
tehokerrointa (~hyötysuhde) Cp:llä.
Pt = P x Cp = ½ x roo x At x (v1)^3 x 4a x (1-a)^2
eli tehokerroin Cp = 4a(1-a)^2
Tehon maksimi lausekkeen ääriarvokohdasta (derivaatan nollakohdasta)
4(1-a)((1-a)-2a) = 0 => a = 1, a = 1/3, joista a = 1 on epäoleellinen, eli a
= 1/3.
Tällöin nopeus roottorin kohdalla on oltava vt = (1-1/3)v1 = 2/3 v1
Nyt voidaan laskea tehokerroin Cp
Cp = 4a (1-a)^2 = 16/27 eli n. 60%.
Todellisuudessa hyötysuhde on n. 1 MW:n laitoksilla 45%.
JA SITTEN SIIHEN KYSYMYKSEEN (oletan, että kaavojen vääntely oli turhaa,
mutta sainpahan harjoitella vähän :)
Jotta saataisiin 1 kW:n maksimi teho olisi vapaan virtauksen teho siis
oltava 27/16 kW eli 1,6875 kW
Kuten tehon lausekkeesta näkee, on tuulen voimakkuudella erittäin suuri
vaikutus tehoon. Jos tuulen nopeus kaksinkertaistuu, teho kahdeksan
kertaistuu. Tuulella on myos pyrkimys laantua mitä lähpänä maan pintaa
tilannetta tarkastellaan. Lisäksi on selvää, että maaston muodot vaikuttavat
voimakkasti tuulen voimakkuuteen eri korkeuksilla. Merellä, missä pinta on
hyvin tasainen (siis verrattuna sisämaahan) tuulen voimakkuus ei ole niin
riippuvainen korkeudesta. Tämän vuoksi off.shore voimalat toimivat
paremmalla huipunkäyttöajalla (tuntimäärä vuodessa, jolla saavutetaan
huipputeho). Lasketaan kahdella esimerkillä: ilmatieteenlaitoksen sivuilla
tämän päivän lukemat (mittarit n. 10m korkeudessa):
Lappeenranta: 3,0 m/s
Porvoo, Emäsalo: 8,0 m/s
P = ½ x roo x At x (v1)^3 => At = P / (½ x roo x (v1)^3)
Ilman tiheys roo on n. 1,2 kg/m^3, joten
At = 1688 W / (½ x 1,2 kg/m^3 x (3m/s)^3 = 104 m^2
At = 1688 W / (½ x 1,2 kg/m^3 x (8m/s)^3 = 5,49 m^2
Tuulen nopeudesta johtuva tehoero on siis huima ja tietenkin tarvittava
poikkipinta-ala myös. 104 m^2:n pinta-alaan vaaditaan 5,75 m:n lavat ja 5,48
m^2:n pinta-alaan 1,32 m:n lavat.
Suurissa tuulivoimalaitoksissa mitoitus perustuu maksimitehoon, joka
saavutetaan normaalisti 13-15 m/s tuulella. Laitokset kytketään verkkoon,
kun tuulen nopeus on yli 4 m/s (silloin ne evät siis tuota lähellekkään
nimellistehoaan) ja kytketään irti, kun tuulen nopeus on yli 25 m/s.
Vuotuinen huipunkäyttöaika on n. 2200 h/a (a = 8760 h).
Joten siinäpä sitä. Nyt vaan etsimään paikallisia säätietoja...
"Markku Poysti" <uk...@puosu.dna.fi_nospam> kirjoitti
viestissä:b7jl3i$h2i$1...@news1.songnet.fi...
täyttä ASIAA
varsin ansiokas tarkastelu!
ei tällainen tavallinen duunari voi muuta kuin hämmästellä - ja ihailla
enkä edes yritä väittää vastaan - niin skeptinen kuin olenkin
> Todellisuudessa hyötysuhde on n. 1 MW:n laitoksilla 45%.
ympäri vuoden keskimäärin, vaiko jo 3 m/s tuulella?
pienten tuulimyllyjen hyötysuhde tuulen "noin minimiteholla"
on yleensä paljon tuota hyötysuhdearvoa vaatimattomampi
(varsinkin jos lapakulmakin on tee-se-itse-myllyssä kiinteä)
> Suurissa tuulivoimalaitoksissa mitoitus perustuu maksimitehoon, joka
> saavutetaan normaalisti 13-15 m/s tuulella. Laitokset kytketään verkkoon,
> kun tuulen nopeus on yli 4 m/s (silloin ne evät siis tuota lähellekkään
> nimellistehoaan) ja kytketään irti, kun tuulen nopeus on yli 25 m/s.
> Vuotuinen huipunkäyttöaika on n. 2200 h/a (a = 8760 h).
>
> Joten siinäpä sitä. Nyt vaan etsimään paikallisia säätietoja...
ja meren rannalla oman tuulimyllyn toimintaa ihmetelleenä voin kertoa
että ns. normaalioloissa kesäaikana (mökkeillessä) ko. paikassa
vain harvoin päästiin keskimäärin edes 5m/s tuulennopeusarvoon,
vaikka myöhäissyysmyrsky katkoikin kymmenien hehtaarien alueelta puita
ja lennätti jäniksiä
kenenkään ei siis kannata uskotella itselleen että 100 kW tehoinen
tuulimylly joka on mitoitettu 15 m/s tuulelle (45 % hyötysuhteella)
tuottaa 100 kW tehon ja tätä (jatkuvaa) tehoa vastaavan vuosienergian
silloin kun suurimman aikaa vuodesta tuulee vain 4 m/s, ja jolloin sen
hyötysuhdekin saattaa olla vain alle 15 %
huipunkäyttöaika riippuu tietysti myllytehon huipun mitoituksesta
ja eräät (kaunistelemattomat, ei-viherpropagandatarkoitukseen)
sähköntuottotilastot osoittavat, että huipunkäyttöaika yli-ahneella
huipputeholla on voinut olla vain 1700-1800 h/a
Joo se 45% on tosiaankin sille 13 m/s tuulen nopeudelle. Se 15% voisi olla
lähempänä, jos tuulen nopeus on 4 m/s...
>
>
>
>
> > Suurissa tuulivoimalaitoksissa mitoitus perustuu maksimitehoon, joka
> > saavutetaan normaalisti 13-15 m/s tuulella. Laitokset kytketään
verkkoon,
> > kun tuulen nopeus on yli 4 m/s (silloin ne evät siis tuota lähellekkään
> > nimellistehoaan) ja kytketään irti, kun tuulen nopeus on yli 25 m/s.
> > Vuotuinen huipunkäyttöaika on n. 2200 h/a (a = 8760 h).
> >
> > Joten siinäpä sitä. Nyt vaan etsimään paikallisia säätietoja...
>
> ja meren rannalla oman tuulimyllyn toimintaa ihmetelleenä voin kertoa
> että ns. normaalioloissa kesäaikana (mökkeillessä) ko. paikassa
> vain harvoin päästiin keskimäärin edes 5m/s tuulennopeusarvoon,
> vaikka myöhäissyysmyrsky katkoikin kymmenien hehtaarien alueelta puita
> ja lennätti jäniksiä
>
> kenenkään ei siis kannata uskotella itselleen että 100 kW tehoinen
> tuulimylly joka on mitoitettu 15 m/s tuulelle (45 % hyötysuhteella)
> tuottaa 100 kW tehon ja tätä (jatkuvaa) tehoa vastaavan vuosienergian
> silloin kun suurimman aikaa vuodesta tuulee vain 4 m/s, ja jolloin sen
> hyötysuhdekin saattaa olla vain alle 15 %
>
En toki sitä väitäkkään. Jos puhutaan siitä 1 MW myllystä, niin siinä on
korkeampi torni, jolloin (luultavasti) keskimääräinen tuulen nopeus on
suurempi. Ja kuten sanoin se huipunkäyttöaikahan sen vuosienergian määrää...
>
> huipunkäyttöaika riippuu tietysti myllytehon huipun mitoituksesta
> ja eräät (kaunistelemattomat, ei-viherpropagandatarkoitukseen)
> sähköntuottotilastot osoittavat, että huipunkäyttöaika yli-ahneella
> huipputeholla on voinut olla vain 1700-1800 h/a
>
Joo, no tuo 2200 h/a on sellainen arvio, jota tuulivoimaihmiset nykyisin
käyttävät. En tiedä sen tarkemmin mistä se on nykäisty, mutta kun minä
eräällä keskustelukanavalla esitin 1900-2000 h/a (joka mulle on joskus
koulussa kerrottu), niin melkein lupasivat nylkeä ja polttaa roviolla, kun
tuollasia vanhanaikasia arvoja julkisesti esitän...
Pekka
ei ihan niin viherpropagandisti...
ihmettelen suuresti tuulivoimaihmisten "innostuneisuutta" sillä
huipunkäyttöaikahan ei ole mikään "fakta" vaan se on vain vuoden
keskimääräisen sähköntuoton suhde laitoksen mitoitushuipputehoon
ja näin ollen eräs, jo laitoksen mitoituksenkin perusteella vaihtuva,
laskennallinen arvo
mikäli muutoin samanlaisen propellin ns. (mitoitus)huipputeho
valitaan tavallista pienemmäksi (mikä taas ei käytännössä ole
ehkä kovinkaan järkevää) niin tällaisen laitteen huipunkäyttöaika
muodostuu luonnollisesti suuremmaksi (edellyttäen että se
tuottaa vuodessa sähköä saman määrän kuin se toinen, vieressä
seisova mylly)
sähköä ei vuodessa kuitenkaan saada yhtään sen enempää
vaikka huipunkäyttöaika olisikin isompi (kuin pienemmälläkään)
joten huipunkäyttöajasta (tai sen merkityksestä sähkösaaliiseen)
lienee sinänsä melko turha vääntää kättä
sen sijaan huipunkäyttöaika korreloi yleensä jollain tavoin
myllyinvestointien käytön mielekkyyden kanssa
Mutta mr. kukkonen. Yllätät minut teknisen alan tietämykselläsi. En itse
lähde tässä tuulivoiman energia-analyysejä väsäämään, koska en tunne alaa
tarpeeksi hyvin, mutta on todella mielenkiintoista, että tunnet kuitenkin
alaa ainakin jonkin verran.
Tsemppiä.
JS
Heko-heko ! ei tätä ole aikomuskaan jatkaa
noistahan viännettiin rajusti jo ennen viimeistä ydinvoimalapäätöstä
yksi kesälomaviikko kaunista Tanskanmaata ristiin rastiin omalla autolla
ja kuka tahansa oppii rakastamaan tuulimyllyjä - vaikka olisi ollut
millaiset tahansa ennakko-luulot niitä kohtaan aikaisemmin
valitettavasti niillä ei Suomessa kyetä kattamaan sähköenergian suurta
tarvettamme
tuulimyllyt eivät pilaa maisemaa
tuulimyllyt eivät metelöi
tuulimyllyt eivät tapa lintuja
tuulimyllyjen rakentaminen on kannatettavaa puuhaa
En tässä tarkemmin tiedä kysymääsi, mutta yksi sukulainen pelle-peloton
olisi myymässä minulle "suunnilleen" täysin itse rakentamiaan
tuulivoimaloita useamman kappaleen. Ovat pyörineet toimintavarmasti lähes
säällä kuin säällä, vain pahimpia myrskyjä lukuunottamatta, jolloin ne on
saanut kaadettua ja myrskyn jälkeen taas nostettua. Tuulivoimaloiden huolto
ja korjaus tulee lähes ilmaiseksi, koska nikkaroituja osia löytyy pilvin
pimein tältä herralta. Muutenkaan voimalat eivät maksa paljon mitään, koska
melkein kaikki on siis itse edullisista materiaaleista kasattua.
En ole aivan päässyt selvyyteen tuotosta, kun en noita kW-juttuja ymmärrä,
mutta voisiko siiven lavoista jotain päätellä?
Pienimmän voimalan kolme lapaa ovat pituudeltaan 2 metriä, seuraavan 2,5
metriä, seuraavan 3 metriä, keskimmäisen 4 metriä ja suurimman 5 metriä.
Kaikki kolmilapaisia. Lavat ovat osassa puusta, käsittääkseni liimapuusta
tehtyjä ja osassa jotain metallia, mahdollisesti alumiinia. Tuulivoimalat
pyörivät lähes aina, vähätuulisina päivinäkin, kun olen maatilalla käynyt.
Tosin sukulais-peloton ottaa tällä hetkellä sähköä vain kahdesta, muut
pyörivät turhan panttina. Sähköverkkoon on pidempi matka, joten myydä tuota
sähköä ei ilman suurinvestointeja pysty, mutta omaan tarpeeseen sitä näyttää
tulevan tarpeeksi, vaikka hänellä on keskikokoinen kasvihuonekin.
Voimalat pysyvät tuulen suunnan mukana, tai kääntyvät, niin ainakin olen
ymmärtänyt. Ne ovat pitkien tuettujen mastojen päässä, ja itse "möykky" on
kohtalaisen pieni, ja kevyt kaikissa.
Muutaman kerran siipi on testausvaiheessa lähtenyt irti ja lentänyt
pitkälle. Täytyy myöntää että mukana olleena sydänkohtaus on ollut lähellä
odottaessa mihin mäjähtää. Nykyään kuitenkaan ei ole sattunut kuin yksi
siivenlähtö myrskyssä, ainakin kuullun mukaan.
Tuulivoimaloissa on kuulemma myös yksinkertainen jäätymisenesto, ja hyvin ne
ovat pyörineet talvellakin.
Maisema jossa voimalat ovat on aivan tavallista sisämaan
pelto-metsämaisemaa. Muutama jauhaa pellolla tai sen reunassa, ja muutama
kallioisen metsän korkeissa kohdissa.
Olisiko tuollaisia voimaloita järkevää pikkurahalla ostaa omalle tilalleni,
ja minkä verran niistä saisi sähköä? Kun katsoo yleisesti tuulivoimaloilla
tuotetun sähkön hintaa, se tuntuu olevan korkealla. Onko kyseessä se että
pieniä eriä tekevät valmistajat haluavat rokottaa mahdollisimman paljon
huippumateriaaleista, tuotetutkimuksesta, työstä jne. Mitä olen
sukulaismiehen puheita ymmärtänyt niin hänen laskelmissaan energia on lähes
ilmaista, vaikka rakennusmateriaalit, huolto ja mahdolliset korjaukset
otetaan mukaan. Työn hintaa harrastukselle tuskin kannattaa lisätä.
Tuossa tulikin jo teoriaa kivasti, tuo teoria on se _HELPPO_ osa.
Pienten voimaloiden tehokäyrät jäävät yleensä selvästi alle 30%
mitattuja tai laskettuja isojen voimaloiden käyriä mm. osoitteessa:
Pienten hyötysuhteet ovat pienempiä (toimivat pienemmillä reynoldsin luvun
arvoilla, eli ilma on pienelle potkurille tahmeampaa)
http://euwinet.iset.uni-kassel.de/ sieltä product information ja edelleen
WTG Catalog, osassa voimaloista on 'power curve', läheskään kaikista ei.
Nykyisin myytävien isojen voimaloiden esitteistä se tosin poikkeuksetta
löytyy.
-----
Harrasteprojektista:
Työmäärä kasvaa ainakin halkaisijan kuutiossa, ja suurehkon 10..15m
voimalan rakentaminen on jo täyspäivähommaa monen vuoden ajan. Työtunteja
kuluu helposti 5000...10000
Kohtuullisten pientenkin myllyjen rakentamisessa tulee hiki
miettiessä ihan käytännön ratkaisuja. Joillekin harrastelijoille on toki
sattunut noita lapojen katkeamisia, mutta sitä ei voida pitää
hyväksyttävänä. Tilanne on silloin aina vaarallinen. Yleensä se johtuu
siitä että voimalan myrskysuojaus on suunniteltu väärin tai sitä ei ole
lainkaan. Helpoimpia tapoja suojaukseen pienissä voimaloissa on voimalan
kääntäminen potkuriin kohdistuvan paineen voimasta helikopteriasentoon
jolloin tuuleen kohdistuva pinta-ala pienenee. Sopivasti vaimennettuna
temppu on voimalalle turvallinen. Kun mennäään isompiin halkaisijoihin
(karkeasti 2m) pitää myrskysuojaus tehdä jo tarkemmin, tapoja on silloin
joko sakata koko potkuri (eli lapakulma menee nollille tai negatiiviselle,
edelleen tuon staattisen voiman vuoksi), tai sitten kulmiksi laitetaan
hyvin suuri arvi 45..90astetta, jo hieman hankalampaa tai sitten
voimalassa on erittäin voimakas myrskyjarru joka pysäyttää potkurin
väkisin.
Jos asia edelleen kiinnostaa niin aktiivisiin rakentajiin saa yhteyttä
tuulivoimayhdistyksen itserakentajaryhmän kautta. Ryhmä järjestää varsin
säännöllisesti tapahtumia joissa asioita selvitetään joukolla.
www.tuulivoimayhdistys.fi ja sieltä linkit ja itserakentajalista
On myös olemassa "itserakentajakansio" johon on kerätty varsin paljon
materiaalia jolla pääsee alkuun.
-- Risto
Kiintoisaa tietoa, varsinkin kun yksi projekti on suunnitteilla.
Voisitko kertoa mistä tästä tukimuodosta saa peremmin infoa ja voit
tietenkin itsekin tarkemmin kertoa jos viitsit. Kaikki tieto asiasta
on tervetullutta.
Petri JJ
Kauppa ja teollisuusministeriö, energiatuki.
http://www.ktm.fi/3/3_9.htm
Tosin tuo 35% saa vain hankkeet jotka soveltavat jotain uutta tekniikkaa
tai ovat muuten innovatiivisia. 25% on lähempänä totuutta silloin kun
tehdään jo olemassaolevilla tekniikoilla laitoksia.
--Pauli--