Vindturbin

Problemstilling

Norge har et stort behov for energi, og har et av de høyeste energiforbrukene per innbygger i verden. I tråd med det grønne skiftet er det viktig at mest mulig av energibehovet blir dekket av fornybare energikilder. En fornybar ressurs vi har mye av i Norge er vind, og en av fremtidens måter å utnytte energien i vinden på er å plassere vindturbiner til havs. Det finnes både flytende og bunnfaste vindturbiner på havet, og det er stadig forskning på å utvikle bedre vindturbiner.

 

Formålet med dette prosjektet er at dere skal designe og utforme en mest mulig effektiv modell av en offshore vindturbin.

 

Konkurransekrav

  • Design en turbin som kan produsere mest mulig energi innenfor gitt begrensninger/kravspesifikasjon
  • Design et fundament i bestemt materiale som kan tåle belastningen vinden vil påvirke vindturbinen med.
  • Presentere prosjektet i en oversiktlig rapport

 

 

Designkrav vindturbin:

  • Diameteren på rotoren må være 80 cm, overstiger diameteren 80 cm er det ikke mulig å teste den og det blir poengtrekk.
  • Valgfritt materiale.
  • Oppkobling i henhold til beskrivelse under «utforming av modellen».

 

Testoppsett

  • Vindturbinen skal designes for en vindhastighet på 6 m/s.
  • En hastighetsregulert vifte vil sørge for at vinden ved test er på 6 m/s inntil vindturbinen.
  • Dere stiller med en last med selvvalgt effektmotstand. Målet er å finne optimal motstand som gir høyest effektuttak.
  • Vindturbinen blir lagt oppå en flat plattform og presset fast ved hjelp av skrutvinger. Plattformen er 300 mm lang og 95 mm bred. Bredden på vindturbinen bør derfor være (95 ± 10) mm, dette for enklest montering.

     

     

    Designkrav fagverk:
  • Fagverket skal være 1,5 m høyt. Avvik fra dette gir poengtrekk.

  • Fagverket må være montert på en plate som beskrevet under «utforming av modellen»

  • Materialvalg må være i henhold til beskrivelse under «utforming av modellen».



    Testoppsett:

  • Et tau skal festes i toppen av fagverket for knekktest. En knekktest går ut på at en horisontal last blir gradvis påført fram til fagverket knekker.
  • Elevene får selv planlegge / bestemme hvordan de forankrer tauet til knekktesten.
  • Fagverket veies.  

 

Konkurranse om beste design ved Marinteknisk Senter (MTS)

Et design kan oppnå maksimalt 70 poeng, som fordeles etter følgende kriterium:

 

  • Maksimal effekt (20p): Vindhastigheten ved vindturbinen vil være 6 m/s og produsert effekt vil bli målt.
  • Styrke/vekt (20p): Fagverket vil bli utsatt for store horisontale krefter. Fagverket bør designes for å tåle mest mulig kraft med lavest mulig vekt.
  • Finish / kreativitet (10p): Alle deltakende modeller, med rapporter, skal stilles ut for publikum på forhånd. Både modellens fysiske utførelse og grad av kreative / konstruktive løsninger vil bli vurdert.
  • Rapport (20p): Rapportens faglige innhold og skriftlige framstilling vil bli vurdert av en fagjury ut i fra følgende punkt (maks 2 poeng per punkt): 
  1. Fornybar energi:
    Diskuter fornybare energikilder og deres fordeler og ulemper. Bør inneholde økonomisk vurdering av offshore vindkraft i forhold til alternative fornybare energikilder i Norge. 1-2 sider. 
  2. Presentasjon av design:

    Arbeidstegninger av brolikeretter, vindturbin, vingeprofil og fagverk. Tabell med størrelse, antall blader, vindturbinens teoretisk optimale omdreiningshastighet. Drøfting rundt hvilke valg som er tatt, hvorfor designet er blitt sånn som det er blitt. Gjerne bilde av endelig resultat.    

  3. Effekttap:

    Identifiser hvor det er effekttap i en vindturbin og viktigheten dette har for bygging av modell.

  4. Teori vindturbin:

    Formålet med brolikeretter.

    Foilteori, hvilke krefter som virker på en foil, tegning av foil med kraftkomponenter og vindkomponenter.  
    Bernoullis prinsipp.  
    Teoretisk horisontal kraft for gitt vindhastighet på 6 m/s.  

  5. Teori fagverk:

    Teori som ligger til grunn for styrkeberegning på fagverk. Bør inneholde hvordan fagverk tar opp krefter og likevekt.

  6. Testresultater fra forsøk på vindturbin:

    Optimal omdreiningshastighet, produsert effekt og virkningsgrad til turbin. Drøft resultatene.  

  7. Styrkeberegninger fagverk:

    Resultat fra kraftberegninger på fagverket.

  8. Referanser:

    Kildeliste og referanser

  9. Presentasjon:

    Innholdsliste, fine bilder, figurer og tabeller, oversiktlig bruk av formler og tall.

  10. Faglig:

Er det gått i dybden? Drøfting rundt valg som er tatt. Kvalitet i konklusjon. Helhetlig inntrykk. 

 

Tips: Hjelp til rapportskriving finnes på NTNU sine nettsider. 

 

Kontroll: Modellen vil bli sjekket før konkurransen. Modeller som ikke overholder reglene vil få poengtrekk, eventuelt bli diskvalifisert.

 

Leveringsfrist for rapporten er innen utgangen av søndag 18. februar, kontaktperson kommer senere. Gruppenummer og skolenavn må stå på forsiden av rapporten og formatet må være i PDF, Word godkjennes ikke!

Ved forsinket innlevering av rapporten, vil det bli to poeng i trekk per dag på overtid.

 

Nyttige nettsider til hjelp: 

Design av vindturbinblad

Støttelitteratur

 

Utforming av modellen

  • Generator og dioder kan sendes til dere, ta kontakt. Generatoren er av samme type som ved tidligere konkurranser.
  • Motoren har to sett med viklinger som leverer vekselstrøm. Hver vikling likerettes for seg.
  • Dere må stille med en last med selvvalgt effektmotstand. Målet er å finne optimal last for høyest effektuttak for vindturbinen.
  • Det er viktig at kraftoverføring mellom turbinblad og generator er godt opprettet, og at platen dette er montert på er rigid. 

     

  • Fagverk skal bygges av tre, dette kan være heltre, limtre eller finèr. Maksimum tverrsnitt på byggematerialene er 100 mm². Sammenføyning kan kun gjøres med trematerial.
  • Vindturbin og fagverk skal testes separat og må derfor ikke være montert på hverandre på konkurransedagen.
  • Fagverket skal ha en plattform som vist på figur under. Dette for å forenkle innrigging, samt å oppnå høyere kvalitet under testing.
  • Plattformen skal ikke overstige 20mm i høyden (tykkelse). Kryssfiner anbefales. Plattform og fagverk vil bli veid som en enhet
  • Mål på plattformen er vist nedenfor. Hullene er forbeholdt montering i testrigg og har en diameter på 10 mm. Fagverket kan monteres fritt innenfor platen, såfremt at det er tilkomst til en skrumaskin på alle de fire hullene. Lim kan brukes som bindingsmiddel mellom fagverk og plattform om ønskelig.