E Fa'apefea Ona A'afia e le Wind Turbine Rotor le Fa'aleleia o le Malosiaga
E masani ona faigofie ona malamalama i ai o ta'avale matagi o ni "pinwheels" e liua ai le agi malosi o le matagi i le eletise. Peita'i, o le fatu o le faiga o lo'o i totonu o le rotor—o se vaega e aofia ai lau ma se ogatotonu (le ogatotonu o le rotor) e pu'eina le malosi o le matagi ma liua i le malosi fa'amekanika vili. O le lelei o le malosiaga o se ta'avale matagi e matua'i a'afia lava i le mamanu o le rotor, le auala e fa'agaoioia ai, ma lona talafeagai i tulaga o le matagi i le nofoaga e fa'apipi'i ai. O lenei tusiga e su'esu'eina ai le auala e a'afia ai e le rotor le lelei, mai manatu fa'ale-aerodynamic i itu fa'agaoioia ma tekinolosi pulea.
1. O le matafaioi a le rotor i le filifili o le liua o le malosi
E maua le malosi o le matagi mai le ea fealua'i. E galue le rotor e pei o se "apa'au va'alele" e feliuliua'i: o lau e faia ai le si'itia ona o le eseesega o le mamafa i le va o le pito i luga ma le pito i lalo o le lau. O lenei si'itia e gaosia ai le malosi i luga o le au o le turbine, ma fa'agaoioia ai se generator e gaosia ai le eletise.
E lē gata ina fuafua le lelei o le turbine e le generator po o le faiga eletise, ae fa’apea fo’i i le lelei o le "seleina" e le rotor o le malosi o le matagi. Afai e lē mafai e le rotor ona pu’eina lelei le malosi (mo se fa’ata’ita’iga, ona o le le sa’o o le mamanu o le lau po’o le le sa’o o le fetu’una’iga o le tulimanu o le lau), o le tele o le malosi o le matagi o le a fa’aumatia e pei o le turbulence ma le tete’e atu i le ea.
2. Tapula'a fa'ateorē: Tapula'a Betz ma le fua fa'atatau o le malosi (Cp)
I le fisiki o le turbine matagi, e iai se tapula'a maualuga fa'ateorētika i le malosi o le matagi e mafai ona pu'eina e se rotor, e ta'ua o le tapula'a Betz, e tusa ma le 59,3%. O lona uiga e o'o lava i le rotor sili ona lelei e le mafai ona liua le malosi uma o le matagi i le malosi fa'amekanika aua e tatau ona fa'aauau pea ona fealua'i le ea i totonu o le turbine; afai e "taofi" le matagi i le rotor, o le a poloka le tafe ma o le a leai se ea fou e ui atu.
O le lelei o le ea o se rotor e masani ona faʻaalia i le fua faʻatatau o le power coefficient (Cp), o le fua faʻatatau lea o le malosi e mafai e le rotor ona faʻaaogaina i le malosi atoa e maua i le matagi e ui atu i luga o le vaega ua ufitia ai le rotor. O le Cp o turbines faʻaonaponei e masani lava i le va o le 0,35–0,5 i lalo o tulaga faʻagaoioia lelei. O se rotor ua mamanuina lelei e faʻamoemoe e faʻatumauina se Cp maualuga i luga aʻe o le saoasaoa o le matagi e masani ona maua i le nofoaga.
3. Lapoa o le rotor ma le eria na saluina: aafiaga tuusa'o i le malosiaga na pu'eina
O le mea e sili ona manino o le lautele o le rotor. O le malosiaga e maua i le matagi e tutusa ma le eria ua sosolo i ai le rotor (A), ma e faʻateleina le A pe a faʻatafafa le radius (A = πR²). O lona uiga o se faʻaopoopoga laʻititi i le umi o le lau e mafai ona faʻateleina tele ai le malosiaga e mafai ona puʻeina.
Rotor tetele:
– Pu'eina atili le malosi, aemaise lava i le saoasaoa o le matagi maualalo ma le feololo.
– Fa'ateleina le gafatia (le pasene o le gaosiga moni o le eletise i le gafatia masani) aua e mafai e le turbine ona gaosia le eletise i taimi uma.
Ae o rotors tetele e faʻaopoopo atu foʻi i luʻitau:
– Avega tele o le fausaga (faʻateleina le malosi o le punou i luga o lau ma ʻolo).
– Ua fa’atupula’ia le tau o meafaitino ma felauaiga o lau.
– E faʻateleina le lamatiaga o le pisa ma le aafiaga o le vaʻai pe a le pulea lelei.
E tāua le paleni i le va o le telē o le rotor ma le fua faatatau o le generator: o se rotor e “tele tele” mo le generator e mafai ona mafua ai ona oʻo soo le turbine i lona tulaga gafatia o le malosi ma faʻatapulaʻaina ai le gaosiga (curtailment), ae o se rotor e “laʻititi tele” e faʻaitiitia ai le gaosiga o le turbine i matagi maulalo.
4. Fuafuaga o le lau: fa'asologa o le airfoil, milo, ma le fa'a'ofuofu
E matuā aʻafia lava le lelei o le rotor i le foliga o lau. E lē tutusa lau o le matagi mai le pito i lalo i le pito i luga; e masani lava ona i ai:
– Fa'a'olo'olo: E suia le tulimanu o le lau i lona umi e fa'amautinoa ai o vaega ta'itasi o le lau e galue i lona tulimanu sili ona lelei e osofa'i ai. Talu ai ona e eseese le saoasaoa o le ea i le radius atoa (e vave atu le fe'avea'i o le pito i luga nai lo le fa'avae), e fesoasoani le fa'a'olo'olo e fa'atumauina ai le lelei o le aerodynamics.
– Taper (fa'aitiitia o le chord): e lapo'a le lautele o le lau i le fa'avae ma fa'aitiitia agai i le pito. O lenei mea e fa'atonutonuina ai le tufatufaina o le si'itia ma fa'aitiitia ai le avega ma le fenumia'i i le pito o le lau.
– Fa'atulagaga fa'apitoa o le eafoil: e masani ona fa'aogaina e le fa'avae se fa'atulagaga mafiafia mo le malosi o le fausaga, ae o le vaega ogatotonu o le pito i luga e fa'aogaina se fa'atulagaga manifinifi mo le lelei o le ea.
Afai e le fetaui le mamanu o le lau, e maualalo le Cp e maua mai i le rotor, e pisapisao, ma e faigofie ona taofi (leai se sii ona o le tele naua o le tulimanu e osofaʻi ai).
5. Fua fa'atatau o le saoasaoa o le pito (TSR): e galue le loka o le rotor i le tulaga sili ona lelei.
O le Tip Speed Ratio (TSR) o le fua faatatau lea o le saoasaoa o le pito o le lau i le saoasaoa o le matagi. O le rotor e iai se TSR sili ona lelei faapitoa lea e ausia ai le maualuga o le Cp. Afai e telegese le feliuliuai o le rotor, e le maua ai le si'itia maualuga; afai e vave tele le feliuliuai, e fa'ateleina le toso ma e mafai ona mafua ai le pisa ma avega fa'agaoioi.
E masani ona fa'aogaina e turbine fa'aonaponei ni faiga e fesuisuia'i ai le saoasaoa e fa'atumauina ai le TSR e toetoe lava a sili ona lelei pe a suia le saoasaoa o le matagi. O se tasi lea o mafua'aga e sili atu ai le lelei o turbine fa'aonaponei nai lo mamanu tuai ma le saoasaoa mautu.
6. Puleaina o le pitch ma le stall control: fetu'una'i le tulimanu o le lau mo le lelei ma le saogalemu.
E lē gata ina faalagolago le rotor i le foliga o lau, ae fa’apea fo’i i le auala e fa’atulaga ai lau i le taimi o le fa’agaoioiga. O manatu autū e lua o:
– Puleaina o le pi'o: E mafai ona fa'ata'amilomilo lau (e mafai ona suia le tulimanu) e fa'atonutonu ai le si'itia. A maualalo le matagi, e fetu'una'i le tulimanu e pu'eina ai le malosi aupito maualuga; a maualuga le matagi ma ua latalata le malosi i le tulaga fa'atapula'aina, e "fulufulua" lau (e fa'aitiitia le tulimanu o le osofa'iga) e fa'atumauina ai le mautu o le malosi ma puipuia ai le tele o avega. O le pulea o le pi'o e fa'ateleina ai le lelei a'o puipuia vaega.
– Pulea o le Stoll: Ua mamanuina le rotor ina ia mafai e lau o le rotor ona pulea lelei le stall i le saoasaoa o le matagi, ma taofia ai le faʻateleina pea o le malosi. E faigofie atu lenei faiga, ae e masani lava e le faigofie ona fetuutuunaʻi ma e mafai ona faʻateleina le mamafa ma le pisa nai lo le pitch control.
I le faʻatinoina, o le puleaina o le pitch faʻatasi ai ma le saoasaoa fesuisuiaʻi e fesoasoani i le turbine e faatumauina se Cp maualuga i se lautele lautele o galuega, ma faʻateleina ai le faʻaogaina o le malosiaga faʻaletausaga.
7. Numera o lau: 2 vs 3 lau ma aafiaga o le lelei
O le tele o turbine eletise e fa'aaogaina lau e tolu aua latou te ofoina atu le paleni sili i le va o le lelei, mautu, pisa, ma avega fa'agaoioi. O turbine lau e lua e mafai ona mama ma taugofie, ae e masani ona mana'omia ni saoasaoa fa'ata'amilosaga maualuga atu e pu'eina ai le malosi tutusa, lea e mafai ona fa'ateleina ai le pisa ma le vaivai o meafaitino. E seasea fa'aaogaina lau e tasi ona o lu'itau o le paleni.
O le aofaʻi o lau e aʻafia ai le "so'otaga lelei" o le malosi ma le fegalegaleaiga aerodynamic. E masani ona maua e lau e tolu le tele o le mautu o le viliina, faʻaleleia atili ai le lelei o le faiga o felauaiga ma faʻaitiitia ai le mamafa o le avega e mafai ona faʻaitiitia ai le umi e ola ai le vaega.
8. Mea leiloa o le ea: leiloa o le pito i luga, ala, ma le vevesi
E faʻaitiitia le lelei o le rotor i le lalolagi moni ona o ni nai mea taua e leiloa ai le aerodynamic:
– Leiloa o le pito o le lau: I le pito o le lau, e masani ona "masalo" le ea mai le itu e maualuga le mamafa i le itu e maualalo le mamafa, ma fausia ai se vortex e faʻaitiitia ai le siʻitia lelei. O le mamanu o le pito o le lau ma le fuafuaga faʻaoga e fesoasoani e faʻaitiitia ai lenei leiloa.
– Aafiaga o le ala: e tu'ua e le rotor se ala o le tafega fenumiai ma le saoasaoa o le matagi maualalo i tua atu. I fa'ato'aga matagi, o le ala mai le turbine pito i luma e mafai ona fa'aitiitia ai le gaosiga o le turbine pito i tua. O le fa'atulagaga o le turbine ma le pulea o le fa'agaoioiga o le ala (fa'atonutonuina o le yaw turning) e mafai ona fa'aleleia atili ai le lelei atoa o le fa'ato'aga.
– Le vāvāō ma le sele o le matagi: o fesuia’iga o le saoasaoa o le matagi fa’atasi ai ma le maualuga fa’apea fo’i ma le vāvāō i le lotoifale e a’afia ai le tulimanu o le osofa’iga a lau ma faigata ai ona tausia le rotor i le tulaga sili ona lelei.
O le lelei o le taulimaina e le rotor ma le faiga faʻatonutonu o nei tulaga, o le maualuga foi lea o le malosiaga faʻaletausaga e mafai ona gaosia.
9. Tulaga o le siosiomaga: palapala, aisa, ma le soloia o le pito i luma
E mafai ona fa'aitiitia le lelei o le rotor i le aluga o taimi ona o le fa'aleagaina o le fogāeleele o le lau:
– O le soloia o le pito i luma ona o le timu, pefu, po'o ni vaega ninii e mafai ona suia ai le fa'asologa o le ea, fa'aitiitia ai le si'itia ma fa'ateleina ai le toso.
– E fa'aopoopo atu le palapala ma iniseti i le ma'a'a o le fogā'ele'ele, ma mafua ai le micro-turbulence.
– O le aisa (fa'atupuina o le aisa) i tau malulu e suia ai le foliga o le lau ma fa'aopoopoina ai le mamafa, fa'aitiitia ai le lelei ma fa'ateleina ai le lamatiaga.
O le mea lea, o tausiga e pei o ufiufi puipui, asiasiga masani, faamamaina o lau, ma faiga e tetee atu ai i le aisa po o le aveeseina o le aisa e mafai ona i ai se aafiaga tele i le faʻaaogaina faaletausaga o le malosiaga.
10. Fouga fou o le rotor mo le sili atu ona lelei
O atina'e talu ai nei e taula'i i le fa'ateleina o le gaosiga e aunoa ma le fa'ateleina tele o le avega, mo se fa'ata'ita'iga:
– O lau uumi atu ma mea fa'apipi'i fa'aonaponei mo le mama ae malosi le fa'atinoga.
– O le mamanu ea foil e tete'e atu i le palapala ma le soloia ina ia umi ai le tumau o le Cp.
– Pulea ta'itasi o le pitch (fetu'una'iga tuto'atasi o le tulimanu o lau ta'itasi) e fa'aitiitia ai le mamafa o le fenumia'i ma fa'ateleina ai le lelei.
– Fa'alelei le rotor mo nofoaga fa'apitoa: o turbine mo matagi maualalo e masani ona fa'aogaina rotor tetele atu pe a fa'atusatusa i le fua fa'atatau o le generator (le manatu o le "turbine matagi maualalo").
I'uga
O le rotor o le vaega aupito tāua lea i le faʻaaogaina lelei o le malosiaga o se turbine matagi auā e avea o se "nofoaga e ulufale ai" mo le liua o le malosiaga—mai le matagi i le faʻataʻamilosaga faʻamekanika. O le lautele o le rotor, le mamanu o le lau (profile, twist, taper), tulaga faʻagaoioia (TSR, variable speed, pitch control), numera o lau, ma aafiaga tau siʻosiʻomaga e pei o le soloia ma le aisa e aʻafia ai le latalata o le turbine e mafai ona faʻagaoioia i tulaga lelei o le aerodynamic. O le malamalama ma le faʻaleleia atili o le rotor e le gata ina faʻateleina ai le malosiaga vave, ae iu ai ina faʻateleina ai le gaosiga o le malosiaga faʻaletausaga, faʻalauteleina le ola o vaega, ma faʻaitiitia ai le tau o le eletise mai le malosiaga o le matagi.
Afai e te manaʻo ai, e mafai ona ou fetuʻunaʻia lenei tusiga mo se aofia faʻapitoa (tamaiti aʻoga, tagata lautele, poʻo tagata tomai faapitoa), pe faʻaopoopo se faʻataʻitaʻiga faigofie o le fuafuaga o le sootaga i le va o le lautele o le rotor ma le malosi na puʻeina.
