Jednym z popularnych rozwiązań jest turbina Savoniusa charakteryzująca się prostą konstrukcją oraz bardzo szerokim zakresem pracy. Celem pracy jest przedstawienie koncepcji konstrukcji turbiny Savoniusa dla zastosowań dydaktyczno-badawczych oraz ocena aspektów ekonomiczno-środowiskowych.

Cechy charakterystyczne turbiny Savoniusa:

-korzysta z darmowej i czystej energii,
-prosta i niezawodna konstrukcja,
-praca niezależna od kierunku wiatru,
-szeroki zakres działania (2-60 m/s),
-cicha praca turbiny,
-niski koszt produkcji,
-możliwość instalacji bezpośrednio na dachach budynków,
-niska prędkość obwodowa wirnika i jego kształt nie stanowią niska prędkość obwodowa wirnika i jego kształt nie stanowią.

Połączenie turbin Savoniusa

Turbina Savoniusa - świderkowa

Turbina Savoniusa-Darrieusa

Elementy konstrukcyjne turbiny:

1. Mechanizm obrotowy:

2. Łopaty turbiny

3. Prowadnica suwna służąca do regulacji położenia względem siebie łopat turbiny

Tunel aerodynamiczny do badań turbin wiatrowych na wyposażeniu Instytutu Inżynierii Rolniczej Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.

Aspekt ekonomiczno – ekologiczny

Ile rocznie można zaoszczędzić dzięki turbinie Savoniusa?

Założenia projektowo-obliczeniowe:

Sprawność η = 20%
Prędkość nominalna dla pracy turbiny 10 m/s
Powierzchnia turbiny A = 1m × 2m = 2m2
Gęstość powietrza dla temperatury 20˚C ρpow = 1,2 kg/m3
Cena jednostkowa energii elektrycznej sieci 63 gr/kWh
Stopień wykorzystania energii wiatru W = 25%
Stąd moc turbiny:
N = η ×A × v3  × ρpow = 0,2 × 2 m2 × (10 m/s)3 × 1,2 kg/m3 =  480 W

Ile rocznie możemy zaoszczędzić pieniędzy użytkując turbinę Savoniusa?

Ndzienna = 0,48 kW × 24h/dobe × 0,25 = 2,88 kWh/dobe
Nroczna  = 2,88 kWh/dobe × 365 doba/rok = 1051,2 kWh/rok
Przy cenie 0,63 zł za 1 kWh zaoszczędzimy 662,25 zł
O ile zredukujemy emisję CO2?
Instalacja podczas roku dostarcza nam 438 kWh energii elektrycznej
1051,2 kWh = Q = 3784,3 MJ
Wartość opałowa węgla Qd = 22,5 MJ/kg
Zawartość pierwiastka węgla w węglu = 82%
Sprawność elektrociepłowni ƞel = 35%

Obliczenie masy węgla potrzebnej do spalenia celem uzyskania takiej samej ilości energii elektrycznej:

Q = Qd × mw  × ƞel
mw = Q/(Qd × ƞel) = 3784,3 MJ/kg / (22,5 MJ/kg × 0,35)  = 480,5 kg
Ilość wyemitowanego CO2 podczas spalenia 200 kg węgla:
Eco2 = 3,66 kgCO2/kgC × 0,82 kgC/kgpal × 480,5 kgpal =
= 1442 kg CO2

Wnioski:

-zastosowanie turbiny Savoniusa jest interesującą alternatywą do produkcji energii elektrycznej przez gospodarstwa domowe,
-wykorzystanie energii wiatru przynosi korzyści ekologiczne w postaci ograniczenia emisji CO2 do atmosfery,
-praca siłowni wiatrowej może pozwolić także na uzyskanie efektów ekonomicznych.

Rafał Sulikowski i Krystian Łysyganicz