Arktisen tuulivoimalaitoksen lapalämmitysjärjestelmän suunnittelu, kehitys ja toteutus

Translated title of the contribution: Blade heating system of arctic wind power plant; design, development and applications

Mauri Marjaniemi, Esa Peltola

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Arktisen tuulivoimalaitoksen lapojen jäätyminen voidaan estää varustamalla lavat sähkövastuksiin perustuvalla lapalämmitysjärjestelmällä. Julkaisussa esitetään lapalämmitysjärjestelmän kehitysvaiheet tuntureiden tuulisuustukimuksesta, jäätymisen teorian ja tietokonemallien kehitystyön sekä testilaitosten kautta kaupallisiin sovelluksiin, tuotteistamiseen ja tulevaisuudennäkymiin. Lapalämmityselementtien suunnittelussa käytetään kahta, VTT Energian toimesta kehitettyä tietokonemallia. TURBICE on virtauskenttää ja jäätävien pisaroiden törmäystehokkuutta pyörivään roottorinlapaan laskeva malli, jonka perusteella määritetään lapojen jäätymään pyrkivät eli lämmitystä tarvitsevat alueet. HEAT on lämmön- ja aineensiirtomalli, jolla määritetään lapalämmityselementtien pintatehojakaumat. Käytännön esimerkkeinä tarkastellaan sekä Pyhätunturin 220 kW:n testivoimalaitokselta että Lammasoaivin arktisesta, 2 x 450 kW:n tuulipuistosta saatuja mittaustuloksia ja käytännön kokemuksia. Mittaustulosten, mallinnusten ja kokemuksen pohjalta kehitettyä lapalämmitysjärjestelmää ja sen tuotteistamista käsitellään seikkaperäisesti. Lapalämmitystarpeeksi 200 - 500 kW:n arktisilla tuulivoimalaitoksilla on vakiintunut noin 5 % tuulivoimalaitoksen nimellistehosta, mikä vastaa 1 - 3 %:n osuutta vuotuisesta tuotannosta. Tuotteistamisen edetessä näyttää lapalämmitysjärjestelmän kokonaiskustannuksiksi muodostuvan runsaat 5 % tuulivoimalaitoksen hankintakustannuksista. Lapalämmitykseen kulutettava energia, samoin kuin lapalämmitysjärjestelmän kokonaiskustannukset tulevat suhteessa laskemaan rakennettaessa lapalämmitysjärjestelmiä suuremmissa sarjoissa yhä suurempiin tuulivoimalaitoksiin.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages55
ISBN (Print)951-38-5003-x, 951-38-5004-8
Publication statusPublished - 1998
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesVTT Julkaisuja - Publikationer
Number830
ISSN1235-0613

Fingerprint

Power Plants
Heating

Keywords

  • wind power generation
  • wind energy
  • wind turbines
  • turbine blades
  • blades (machine elements)
  • electric heating elements
  • deicing
  • ice prevention

Cite this

Marjaniemi, M., & Peltola, E. (1998). Arktisen tuulivoimalaitoksen lapalämmitysjärjestelmän suunnittelu, kehitys ja toteutus. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Julkaisuja - Publikationer, No. 830
Marjaniemi, Mauri ; Peltola, Esa. / Arktisen tuulivoimalaitoksen lapalämmitysjärjestelmän suunnittelu, kehitys ja toteutus. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1998. 55 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer; No. 830).
@book{50bbd1ef8ca24a04a738ffd3362918d6,
title = "Arktisen tuulivoimalaitoksen lapal{\"a}mmitysj{\"a}rjestelm{\"a}n suunnittelu, kehitys ja toteutus",
abstract = "Arktisen tuulivoimalaitoksen lapojen j{\"a}{\"a}tyminen voidaan est{\"a}{\"a} varustamalla lavat s{\"a}hk{\"o}vastuksiin perustuvalla lapal{\"a}mmitysj{\"a}rjestelm{\"a}ll{\"a}. Julkaisussa esitet{\"a}{\"a}n lapal{\"a}mmitysj{\"a}rjestelm{\"a}n kehitysvaiheet tuntureiden tuulisuustukimuksesta, j{\"a}{\"a}tymisen teorian ja tietokonemallien kehitysty{\"o}n sek{\"a} testilaitosten kautta kaupallisiin sovelluksiin, tuotteistamiseen ja tulevaisuudenn{\"a}kymiin. Lapal{\"a}mmityselementtien suunnittelussa k{\"a}ytet{\"a}{\"a}n kahta, VTT Energian toimesta kehitetty{\"a} tietokonemallia. TURBICE on virtauskentt{\"a}{\"a} ja j{\"a}{\"a}t{\"a}vien pisaroiden t{\"o}rm{\"a}ystehokkuutta py{\"o}riv{\"a}{\"a}n roottorinlapaan laskeva malli, jonka perusteella m{\"a}{\"a}ritet{\"a}{\"a}n lapojen j{\"a}{\"a}tym{\"a}{\"a}n pyrkiv{\"a}t eli l{\"a}mmityst{\"a} tarvitsevat alueet. HEAT on l{\"a}mm{\"o}n- ja aineensiirtomalli, jolla m{\"a}{\"a}ritet{\"a}{\"a}n lapal{\"a}mmityselementtien pintatehojakaumat. K{\"a}yt{\"a}nn{\"o}n esimerkkein{\"a} tarkastellaan sek{\"a} Pyh{\"a}tunturin 220 kW:n testivoimalaitokselta ett{\"a} Lammasoaivin arktisesta, 2 x 450 kW:n tuulipuistosta saatuja mittaustuloksia ja k{\"a}yt{\"a}nn{\"o}n kokemuksia. Mittaustulosten, mallinnusten ja kokemuksen pohjalta kehitetty{\"a} lapal{\"a}mmitysj{\"a}rjestelm{\"a}{\"a} ja sen tuotteistamista k{\"a}sitell{\"a}{\"a}n seikkaper{\"a}isesti. Lapal{\"a}mmitystarpeeksi 200 - 500 kW:n arktisilla tuulivoimalaitoksilla on vakiintunut noin 5 {\%} tuulivoimalaitoksen nimellistehosta, mik{\"a} vastaa 1 - 3 {\%}:n osuutta vuotuisesta tuotannosta. Tuotteistamisen edetess{\"a} n{\"a}ytt{\"a}{\"a} lapal{\"a}mmitysj{\"a}rjestelm{\"a}n kokonaiskustannuksiksi muodostuvan runsaat 5 {\%} tuulivoimalaitoksen hankintakustannuksista. Lapal{\"a}mmitykseen kulutettava energia, samoin kuin lapal{\"a}mmitysj{\"a}rjestelm{\"a}n kokonaiskustannukset tulevat suhteessa laskemaan rakennettaessa lapal{\"a}mmitysj{\"a}rjestelmi{\"a} suuremmissa sarjoissa yh{\"a} suurempiin tuulivoimalaitoksiin.",
keywords = "wind power generation, wind energy, wind turbines, turbine blades, blades (machine elements), electric heating elements, deicing, ice prevention",
author = "Mauri Marjaniemi and Esa Peltola",
year = "1998",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-5003-x",
series = "VTT Julkaisuja - Publikationer",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "830",
address = "Finland",

}

Marjaniemi, M & Peltola, E 1998, Arktisen tuulivoimalaitoksen lapalämmitysjärjestelmän suunnittelu, kehitys ja toteutus. VTT Julkaisuja - Publikationer, no. 830, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Arktisen tuulivoimalaitoksen lapalämmitysjärjestelmän suunnittelu, kehitys ja toteutus. / Marjaniemi, Mauri; Peltola, Esa.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1998. 55 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer; No. 830).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Arktisen tuulivoimalaitoksen lapalämmitysjärjestelmän suunnittelu, kehitys ja toteutus

AU - Marjaniemi, Mauri

AU - Peltola, Esa

PY - 1998

Y1 - 1998

N2 - Arktisen tuulivoimalaitoksen lapojen jäätyminen voidaan estää varustamalla lavat sähkövastuksiin perustuvalla lapalämmitysjärjestelmällä. Julkaisussa esitetään lapalämmitysjärjestelmän kehitysvaiheet tuntureiden tuulisuustukimuksesta, jäätymisen teorian ja tietokonemallien kehitystyön sekä testilaitosten kautta kaupallisiin sovelluksiin, tuotteistamiseen ja tulevaisuudennäkymiin. Lapalämmityselementtien suunnittelussa käytetään kahta, VTT Energian toimesta kehitettyä tietokonemallia. TURBICE on virtauskenttää ja jäätävien pisaroiden törmäystehokkuutta pyörivään roottorinlapaan laskeva malli, jonka perusteella määritetään lapojen jäätymään pyrkivät eli lämmitystä tarvitsevat alueet. HEAT on lämmön- ja aineensiirtomalli, jolla määritetään lapalämmityselementtien pintatehojakaumat. Käytännön esimerkkeinä tarkastellaan sekä Pyhätunturin 220 kW:n testivoimalaitokselta että Lammasoaivin arktisesta, 2 x 450 kW:n tuulipuistosta saatuja mittaustuloksia ja käytännön kokemuksia. Mittaustulosten, mallinnusten ja kokemuksen pohjalta kehitettyä lapalämmitysjärjestelmää ja sen tuotteistamista käsitellään seikkaperäisesti. Lapalämmitystarpeeksi 200 - 500 kW:n arktisilla tuulivoimalaitoksilla on vakiintunut noin 5 % tuulivoimalaitoksen nimellistehosta, mikä vastaa 1 - 3 %:n osuutta vuotuisesta tuotannosta. Tuotteistamisen edetessä näyttää lapalämmitysjärjestelmän kokonaiskustannuksiksi muodostuvan runsaat 5 % tuulivoimalaitoksen hankintakustannuksista. Lapalämmitykseen kulutettava energia, samoin kuin lapalämmitysjärjestelmän kokonaiskustannukset tulevat suhteessa laskemaan rakennettaessa lapalämmitysjärjestelmiä suuremmissa sarjoissa yhä suurempiin tuulivoimalaitoksiin.

AB - Arktisen tuulivoimalaitoksen lapojen jäätyminen voidaan estää varustamalla lavat sähkövastuksiin perustuvalla lapalämmitysjärjestelmällä. Julkaisussa esitetään lapalämmitysjärjestelmän kehitysvaiheet tuntureiden tuulisuustukimuksesta, jäätymisen teorian ja tietokonemallien kehitystyön sekä testilaitosten kautta kaupallisiin sovelluksiin, tuotteistamiseen ja tulevaisuudennäkymiin. Lapalämmityselementtien suunnittelussa käytetään kahta, VTT Energian toimesta kehitettyä tietokonemallia. TURBICE on virtauskenttää ja jäätävien pisaroiden törmäystehokkuutta pyörivään roottorinlapaan laskeva malli, jonka perusteella määritetään lapojen jäätymään pyrkivät eli lämmitystä tarvitsevat alueet. HEAT on lämmön- ja aineensiirtomalli, jolla määritetään lapalämmityselementtien pintatehojakaumat. Käytännön esimerkkeinä tarkastellaan sekä Pyhätunturin 220 kW:n testivoimalaitokselta että Lammasoaivin arktisesta, 2 x 450 kW:n tuulipuistosta saatuja mittaustuloksia ja käytännön kokemuksia. Mittaustulosten, mallinnusten ja kokemuksen pohjalta kehitettyä lapalämmitysjärjestelmää ja sen tuotteistamista käsitellään seikkaperäisesti. Lapalämmitystarpeeksi 200 - 500 kW:n arktisilla tuulivoimalaitoksilla on vakiintunut noin 5 % tuulivoimalaitoksen nimellistehosta, mikä vastaa 1 - 3 %:n osuutta vuotuisesta tuotannosta. Tuotteistamisen edetessä näyttää lapalämmitysjärjestelmän kokonaiskustannuksiksi muodostuvan runsaat 5 % tuulivoimalaitoksen hankintakustannuksista. Lapalämmitykseen kulutettava energia, samoin kuin lapalämmitysjärjestelmän kokonaiskustannukset tulevat suhteessa laskemaan rakennettaessa lapalämmitysjärjestelmiä suuremmissa sarjoissa yhä suurempiin tuulivoimalaitoksiin.

KW - wind power generation

KW - wind energy

KW - wind turbines

KW - turbine blades

KW - blades (machine elements)

KW - electric heating elements

KW - deicing

KW - ice prevention

M3 - Report

SN - 951-38-5003-x

SN - 951-38-5004-8

T3 - VTT Julkaisuja - Publikationer

BT - Arktisen tuulivoimalaitoksen lapalämmitysjärjestelmän suunnittelu, kehitys ja toteutus

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Marjaniemi M, Peltola E. Arktisen tuulivoimalaitoksen lapalämmitysjärjestelmän suunnittelu, kehitys ja toteutus. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1998. 55 p. (VTT Julkaisuja - Publikationer; No. 830).