Evropska unija je v začetku leta 200 določila cilj, ki je znan kot 20-20-20. S tem ciljem se je zavzela, da bo do leta 2020 za 20% izboljšala energetsko učinkovitost, za 20% povečala izrabo obnovljivih virov energije in za 20% zmanjšala emisije ogljikovega dioksida. Cilj Evrope je postal tudi cilj Slovenije, s to razliko, da mora Slovenija do leta 2020 povečati izrabo obnovljivih virov energije za 25% v končni rabi energije. Eden virov obnovljivih virov energije je tudi veter, ki pa je pri nas precej zapostavljen, saj praktično nimamo postavljenega še nobenega večjega polja vetrnih elektrarn. Postavljene so le nekatere vzorčne vetrne elektrarne. Čeprav se Slovenija ne more primerjati z Dansko glede na vetrni potencial, pa bi lahko kljub temu imeli kar nekaj polj vetrnih elektrarn. Ker predvidevamo, da bo kinetična energija vetra imela v prihodnosti še vedno velik pomen, je naša ideja kako povečati maksimalni izkoristek vetrnice. Torej, osnovni namen projekta je modeliranje in izdelava novega tipa vertikalne vetrnice, pri čemer predvidevamo, da bo imela večji maksimalni izkoristek zaradi nove oblike lopatic, kot je sedaj pri horizontalnih vetrnicah.

Predstavitev praktičnega problema oz. aktualne potrebe

Vetrna turbina izkorišča kinetično energijo vetra. Instalirana moč posamezne vetrnice je odvisna od površine vetra, ki ga zajamemo, od gostote zraka in od hitrosti vetra. To je energetski potencial, ki je na razpolago. Ker vemo, da teoretično ni možno izkoristiti celotne energije vetra, ker je hitrost na izstopu vetrnice vedno večja kot nič, je teoretično razpoložljiva energije približno za 41 odstotkov manjša od celotne razpoložljive energije. Nato pa moramo upoštevati še posamezne izgube pri samem delovanju vetrnih turbin, kjer smo se v našem projektu osredotočili samo na aerodinamične izgube, pri obtekanju zraka okoli lopatic. Izgube zaradi konfiguracije terena ali izgub v generatorju v našem projektu nismo analizirali.

Omenjene izgube je možno analizirati na več načinov. Najbolj pogosto se v praksi uporabljajo metode računalniške dinamike tekočin, kjer je možno za zelo poljubne geometrijske oblike, določiti energetske karakteristike zelo natančno brez fizične izdelave modela.

Računalniška dinamika tekočin pri nekaterih posebnih fizikalnih pojavih ni dovolj natančna, zato je potrebno določene pojave analizirati eksperimentalno.

V našem primeru smo uporabili obe metodi. Najprej smo numerično analizirali različne vetrne turbine, nato pa smo v vetrovniku preverili nekatere karakteristike. Osnovna naloga projekta je bila z omenjenimi metodami pokazati in dokazati, katera oblika vetrne turbine nam omogoča bolj efektivno izrabo energije vetra.

Rezultati projekta

Rezultati projekta se lahko predstavijo po posameznih izvedenih fazah na projektu. Prvi rezultat predstavlja bazo podatkov 3-D CAD geometrij, ki smo jih dobili na osnovi teoretičnih študij različnih tipov vetrnih turbin. Rezultati so predstavljeni v različnih CAD formatih – IGS, STEP itd.

Drugi rezultat predstavljajo datoteke s kompletnimi porazdelitvami hitrosti v celotnem obravnavanem področju in porazdelitve tlaka po vseh površinah lopatic. Ti rezultati so dobljeni za različne obratovalne režime, pri različnih hitrostih vetra in pri različni vrtilnih hitrosti vetrnih turbin. Tako je bilo za vsako posamezno vetrno turbino ugotovljeno, kje ima maksimum izkoristka.
Zadnji rezultat predstavljajo fizično izdelane lopatice na 3-D tiskalniku.

Potencial uporabne vrednosti rezultatov/zaključkov projekta za podjetje

Do sedaj se je podjetje ukvarjalo z raziskavami na področju učinkovite rabe energije in uporabe sončne energije. V prihodnosti bi radi razširili dejavnost še na druge obnovljive vire energije, kot sta energija vetra in hidro-energija. S tem projektom so bili narejeni prvi koraki v smeri zgoraj omenjenih obnovljivih virov energije. Določene metode in postopki pri samem raziskovalnem delu so pri obeh energetskih virih zelo podobni, začeli pa smo z energijo vetra, ker je eksperimentalno delo na področju vetrnih turbin neprimerno bolj enostavno, kot v primeru vodnih turbin.