Wind Energie Prasant Djewan InhoudsOpgave • • • • • • • • • • Inleiding Wind Energie Wind Turbine Van Wind naar Electriciteit Het principe van bernoulli De werking van generator De werking van transformator Voor- en Nadelen Kosten Bronvermelding Wind Energie • Hoe ontstaat wind? De zon schijnt op de aarde. Verwarmt het aardoppervlak en daardoor ontstaat warme lucht en warme lucht stijgt op. Op de plek onder de warme lucht ontstaat een lage luchtdruk gebied, er blijven minder deeltjes over. • Naast deze gebied heb je gebieden met meerdere deeltjes (de hoge luchtdruk gebieden), deze stromen dan naar de gebieden met minder deeltjes. • Door de temperatuurverschillen blijft de lucht voortdurend in beweging. Wat is de geschiedenis van wind? • Ongeveer 5000 jaar geleden ontdekte de mens dat je met een klein bootje door er een zeil op te doen van boomschors of van dierenhuiden, het bootje te laten voortbewegen. • Meer dan 2000 jaar geleden ontdekte de mens dat wind op het land en op zee handig was. • Ongeveer 200 voor Christus in Perzië werden de eerste windmolens gebruikt voor het malen van graan. Wind Turbine Van wind naar electriciteit De werking van de rotor • De werking van de bladen van een rotor is gebaseerd op de werking van een vliegtuigvleugel. • Een vliegtuig vliegt doordat de zwaartekracht gecompenseerd wordt door een verticaal omhoog gerichte kracht genaamd liftkracht. • De rotorbladen of wieken hebben dan ook een vergelijkbaar profiel met dat van een vliegtuigvleugel. • De rotorbladen van een windmolen zijn onder een hoek van 18 graden geplaatst ten opzichte van wind. • Deze hoek wordt ook aanstroomhoek genoemd. Deze hoek is de hoek die de middenlijn van een dwarsdoorsnede van een vleugel maakt met de windrichting. De windrichting ten opzichte van het rotorblad (rode pijl is de windrichting). Het principe van Bernoulli. • De natuurkundige Bernoulli beschreef in de 18 eeuw dat een toename in de snelheid van een vloeistof of gas gepaard gaat met een verlaging van de druk in die vloeistof of dat gas. • Formules: De formules die een rol spelen bij het opwekken van kracht op de rotorbladen zijn als volgt: P=½.m.v2 Hierin is: P - het vermogen in Nm/s of in watt m - de massa van de lucht in kg v - de snelheid van de lucht in m/s De massa van de lucht door de rotor wordt als volgt beschreven: m= ρ.A.v Hierin is: m - de massa van de lucht in kg ρ - de dichtheid van de lucht in kg/m3 (=1,23) A - het rotoroppervlak in m2 (2ϖr) v - de snelheid van de lucht in m/s Als we deze formules combineren krijgen we de volgende formule voor het vermogen die de wind maximaal levert: P=½.ρ.A.v3 • De formule voor de liftkracht van een vleugel, dus ook voor een wiek van de windturbine, aangezien deze dezelfde vorm heeft, is de volgende formule: • • Hierin is:FL - de liftkrachtV - de luchtsnelheid ten opzichte van de wiekñ - de dichtheid van lucht (1,23 kg/m3)A - het oppervlak van de wiek CL - Liftcoëfficiënt. De werking van een generator • Inductie spanning ontstaat wanneer een geleider zich in een magnetisch veld bevindt van wisselende sterkte, het magnetisch veld verandert dus van sterkte. • Door het wisselen van de sterkte van het magnetische veld, wordt er een spanning over de geleider opgewekt, naarmate de sterkte van het veld veranderd, veranderd ook de spanning over de geleider. • De opgewekte spanning is dus altijd een wisselspanning. Dit verschijnsel is het bekend als “De wet van Faraday”. De wet van Faraday: • Als de door een spoel omvatte magnetische flux verandert, ontstaat over de uiteinden van die spoel een spanning. Hierin in N het aantal windingen van de spoel en van de door de spoel omvatte flux de verandering De werking van een transformator • Het doel van een transformator is om een hoge spanning om te zetten in een lage spanning of omgekeerd. Een transformator bestaat uit een weekijzeren kern, waarom 2 spoelen met een verschillend aantal wikkelingen gewikkeld zijn. De spoelen worden de primaire en secundaire spoel genoemd De wet van Lenz: • De inductiestroom heeft een zodanige richting dat hij de oorzaak van zijn ontstaan tegenwerkt. • De verhouding van de spanning over de primaire spoel en de spanning over de secundaire spoel is gelijk aan de verhouding van het aantal windingen van de primaire spoel ten opzichte van de secundaire spoel In formule vorm: Waarin: U p = Spanning over de primaire spoel. U s = Spanning over de secundaire spoel. N p = Aantal windingen primaire spoel. N s = Aantal windingen secundaire spoel. Voor- en nadelen Windturbine Voordelen Nadelen • Wind zal er altijd zijn en is dus een duurzame energiebron. • Bij de productie van windenergie komen geen broeikasgassen zoals CO2 vrij. • Windenergie maakt ons minder afhankelijk van olieproducerende landen • Windenergie is er niet altijd evenveel: soms waait het hard, soms waait het zacht. Het is dus minder betrouwbaar. • Het maken van windturbines zelf is duur en veroorzaakt CO2-uitstoot. • Voor vogels en vleermuizen zijn windturbines gevaarlijk. Zeedieren lijken weinig last te hebben van windturbines op zee. • De windturbines veroorzaken geluidsoverlast en volgens sommige mensen verstoring van het landschap (horizonvervuiling). Wat zijn de kosten van een windturbine • De kosten van een windturbine zijn ongeveer 1.500.000€ tot 2.500.000€, dit is sterk afhankelijk van de hoogte van een turbine. Per meter kost de windmolen bij benadering 25.000€. Een windturbine met een ashoogte van 60 m kost dus 60 x 25.000€ = 1.500.000€. • Hoeveel huishoudens kan één windmolen van elektriciteit voorzien? Wind energie is tot nu toe de meest winstgevende en schone manier van energie productie. Een moderne windmolen produceert rond de 750 kW. Deze windmolens produceren per jaar 1 tot 1,5 miljoen kWh. • Dat is genoeg om 300 tot 500 huishoudens een jaar lang van duurzame energie te voorzien. • Het enige nadeel van een windmolen is: als er geen wind is wordt er geen energie geproduceerd. Veel mensen, boeren, kopen een windmolen om in hun energie behoefte te voorzien. Bronvermelding • • • • https://www.natuurkunde.nl/opdrachten/1775/windenergie-havo-1-2004-ii https://www.energievergelijken.nl/nl/groene-energie/windenergie https://www.energiegenie.nl/energie-en-bronnen/begrijp-energie/windenergie https://www.google.com/search?biw=1366&bih=608&tbm=isch&sa=1&ei=rMPY XKKUOsKu5wKL06u4CQ&q=windturbine+natuurlunde&oq=windturbine+natuurlu nde&gs_l=img.3...11364.14234..14299...0.0..0.180.1723.0j11......1....1..gws-wizimg.......0j0i67j0i8i30j0i24.7G09ok8QOUI#imgrc=Sk3AzJtWLLo8bM: • https://www.natuurkunde.nl/artikelen/3329/de-hoogste-dynamos-ter-wereld • https://www.dgem.nl/nl/windenergie/windturbines-de-techniek • http://members.home.nl/jangiesen68/de_theorie_achter_de_windturbine.html
