Dospel Dragon 1000+ hit czy kit?

Materiał stał się bardzo dobrym punktem wyjścia, aby powiedzieć „sprawdzamy” i podzielić się z Wami własnymi przemyśleniami na ten temat. Na szczęście dla nas, w ramach tego odcinka, pan Jakub opublikował również „excela”, który stał się bazą do przeprowadzenia analizy tej właśnie turbiny, i to bez konieczności przeprowadzania testów w tunelu aerodynamicznym. Zaczynajmy!

Poniżej informacje dostępne na stronie producenta – Specyfikacja Turbiny:

Producent oferuje w karcie katalogowej tę turbinę w pakiecie Dragon 3000+

Dodatkowo w ofercie dostępna jest większa turbina 1.5 x 2.4 o mocy 1500 W w trójpaku jako Dragon 4500+ oraz w czteropaku jako Dospel Dragon 6000+. Tymi wariantami nie będziemy się zajmować, ponieważ są zbudowane na większej turbinie 1.5 x 2.4 m o mocy 1500 W, a w zaprezentowanym materiale mowa jest o testach modelu Dragon 1000+.

Na podstawie charakterystyki pakietu Dragon 3000+ ustalmy krzywą mocy dla pojedynczej turbiny. Załóżmy, że moc pojedynczej turbiny to 1/3 mocy zestawu. Jest to pewne uproszczenie, ponieważ turbiny zainstalowane w zestawie w niewielkiej odległości od siebie mogą zakłócać wzajemną pracę, zasłaniając sobie nawzajem wiatr, co łącznie obniża ich moc.

Zbierzmy punkty pomiarowe dla tego zestawu – można do tego użyć darmowego narzędzia WebPlotDigitizer.

Diagram 1: Charakterystyka mocy zestawu Dospel Dragon 3000+ (3 x 1000W)

Turbina Dragon 1000+ ma powierzchnie przekroju S = 1.7 m2 . Przyjmując, że gęstość powietrza to ρ=1.225 kg/m3 oraz moc wiatru zależy od prędkości wiatru v i określana jest formułą

, to możemy obliczyć moc wiatru Pwiatru jaka trafia na wirnik turbiny Dospel, a także moc turbiny idealnej PBetza (wyznaczonej jako 59.3% mocy wiatru) oraz sprawność turbiny Dospel

Dane prezentowane w karcie katalogowej są niewiarygodne w przedziale prędkości wiatrów od 1 do 6 m/s – jest to zakres wietrzności, która najczęściej występują na terenie Polski. Z treści filmu wiemy również, że producent wykrył wadę w swoich produktach i wprowadził usprawnienia, które zmieniają charakterystykę turbiny. W filmie została zamieszczona nieco inna krzywa mocy, tym razem w przedziale od 1 do 17 m/s.

Wykonajmy ponowny zestaw analogicznych obliczeń, aby sprawdzić, czy wartości przedstawione w materiale różnią się od danych z karty katalogowej.

Dla zobrazowania – obliczmy jaką powierzchnie musiałaby mieć teoretyczna turbina, aby przy prędkości 1 m/s mogła wygenerować moc 7 W, gdyby była turbiną doskonałą?

A więc potrzebowalibyśmy coś o powierzchni ~12 turbin Dospel 1000+ ze sprawnością 59,3%, aby zrealizować obietnicę 7 W przy wietrze wiejącym z prędkością 1m/s. Moc wiatru w porównaniu do mocy turbiny idealnej i Dospel Dragon 1000+ dla strumienia wiatru o przekroju 1.7 m2 przedstawia wykres poniżej w przedziale prędkości od 0 do 17 m/s.

Przyjrzyjmy się dokładniej, bo na pierwszy rzut oka może to wyglądać dobrze, a nie do końca tak jest.

Dla przedziału prędkości wiatru od 0 do 6 m/s zauważamy anomalię turbiny Dospela.

Turbina Dospel Dragon 1000+ w zakresie do 3.5 m/s osiąga moc wyższą niż moc samego wiatru, a w przedziale do 5.5 m/s osiąga moc większą niż turbina doskonała Betza. Obszar szary wyznacza zakres prędkości, dla których parametry turbiny Dragon 1000+ są nieprawdziwe.

W materiale YouTube przytoczono również oszacowanie produkcji energii na podstawie danych o wietrzności w Gliwicach dla zestawu sześciu turbin o mocy 1 kW. Nie jest znane kryterium wyboru przedziałów wietrzności na wartości 2.65, 6, 8.3, 13 i 16 m/s.

Ponieważ na załączonym zestawieniu liczba godzin w roku sumuje się jedynie do 7188, to zakładamy, że brakujące przez 1572 godziny wiatr po prostu nie wiał. Taki komplet danych umieszczamy w tabeli poniżej. Na tej podstawie wyliczamy średnią roczną prędkość w przedstawionej lokalizacji.

O samej lokalizacji testowej wiemy jedynie, że są to Gliwice (44-102). Wytypujmy z wykorzystaniem mapy Targeo potencjalne lokalizacje testowej turbiny.

Sprawdźmy zatem gdzie według Global Wind Atlas w obszarze wskazanym przez Targeo może wiać średniorocznie z prędkości 4.36 m/s. Tu link do wybranego obszaru. Model GWA udostępnia oszacowania dla wysokości 10 m i 50 m nad poziomem gruntu. Ponieważ Dospel celuje w przydomowe turbiny instalowane na dachach domów jednorodzinnych, to sprawdźmy model dla wysokości 10m.

Porównajmy pomiary z lokalizacji w Gliwicach z innymi rzeczywistymi pomiarami w lokalizacjach o bardzo dobrej wietrzności:

1. Lubin, woj. zachodniopomorskie, dom jednorodzinny na wyspie Wolin nad Zalewem Szczecińskim
2. Klaudyny 4, Warszawa, woj. mazowieckie – wieżowiec ~ 50 m wysokości
3. Świeradów-Zdrój, woj. dolnośląskie – wieża widokowa SkyWalk o wysokości 62m

Lubin, wyspa Wolin, dom jednorodzinny (wysokość do 10 m)

• Stacja pomiarowa – ILUBIN38
• Średnia prędkość w/g GWA na wysokości 10 m – 5.49 m/s
• Średnia prędkość na podstawie pomiarów ze stacji pogodowej – 3.47 m/s
• Łączna roczna liczba godzin wietrzności powyżej 2.65 m/s – 5429 godzin

Klaudyny 4, Warszawa – wieżowiec (wysokość 42m)

• Stacja pomiarowa – IWARSA174
• Średnia prędkość w/g GWA na wysokości 50 m – 5.29 m/s
• Średnia prędkość na podstawie pomiarów ze stacji pogodowej – 3.2 m/s
• Łączna roczna liczba godzin wietrzności powyżej 2.65 m/s – 4701 godzin

Świeradów Zdrój , Dolnośląskiw – SkyWalk Park (wysokość 62m)

• Stacja pomiarowa – IWIERA4
• Średnia prędkość w/g GWA na wysokości 50 m – 5.3 m/s
• Średnia prędkość na podstawie pomiarów ze stacji pogodowej (62m) – 5.63 m/s
• Łączna roczna liczba godzin wietrzności powyżej 2.65 m/s – 6033 godzin

Do kalkulacji rocznej produkcji energii stosuje się zmierzone i zweryfikowane danych o charakterystyce turbiny i wietrzności. Wynik produkcji energii należałoby potwierdzić testami w warunkach rzeczywistych zbliżonych do warunków instalacyjnych u docelowej grupy odbiorców. Ponieważ przytaczana przez producenta krzywa mocy i dane wietrzność wyglądają na wartości nieprawdopodobne, to nie ma sensu weryfikować poprawności obliczeń energetycznych, przy błędnych danych wejściowych. Możemy natomiast porównać jak dla rzeczywistej lokalizacji (Lubin, woj. zachodniopomorskie) i wyglądałaby roczna produkcja energii Dospel 1000+ oraz porównać ją do turbiny teoretycznej o sprawności liniowej 30%. Przy czym liniowa sprawność 30% to bardzo optymistyczne założenie, ponieważ realnie turbiny małej mocy często osiągają do 25% i to w wąskim zakresie prędkości.

Z wykresu wynika, że uzyski energetyczne turbiny Dragon 1000+ są największe w przedziałach wiatrów od 0 do 7 m/s w porównaniu do optymistycznej turbiny ze sprawnością 30%, przy czym nie zapominajmy, że w przedziale do 5.5 m/s parametry mocy turbiny Dragon są niewiarygodne – tzn. wyższe niż możliwości Turbiny doskonałej i mocy wiatru dla strumienia o przekroju 1.7 m2. Energia możliwa do uzyskania przez pojedynczą teoretyczną turbinę o sprawności 30% i wymiarach identycznych jak analizawana turbina w lokalizacji Lubin o wybitnych korzystnych warunkach energetycznych to 226 kWh w skali roku, przy czym jedynie  33 kWh produkcji przypada dla  prędkości wiatru od 1 do 4 m/s (czyli przedział z poza zakresu roboczego turbin o poziomej osi obrotu).  Należy zwrócić dodatkowo uwagę na następujący fakty:

• znacząca część obszaru kraju nie leży w strefie wybitnie korzystnej, a więc roczne uzyski będą zazwyczaj dużo mniejsze.
• produkcja energii np. przez zestaw 3 turbin zainstalowanych na dachu nie zwiększy się trzykrotnie. Wynika to z faktu, że w zależności od kierunku wiatru, turbiny mogą wzajemnie zasłaniać sobie wietrzność.

Prawdopodobne jest zatem, że turbina Dospel Dragon 1000+ produkowałaby w wybitnie korzystnej lokalizacji poniżej 200 kWh w skali roku, a w lokalizacjach o słabszej wietrzności wynik ten może być znacząco mniejszy.

Na podstawie dostępnych danych dokonaliśmy porównania parametrów ze specyfikacji turbiny Dospel 1000+ z teoretycznymi wartościami mocy wiatru i turbiny doskonałej według prawa Betza. Sprawdziliśmy także przytoczone parametry wietrzności stanowiska testowego w Gliwicach i porównaliśmy te dane z rzeczywistymi lokalizacjami o wysokiej wietrzności. Oszacowaliśmy roczną produkcję energii dla teoretycznej turbiny o sprawności 30% w wybitnie korzystnej lokalizacji.

Wnioski są jednoznaczne – parametry przedstawione przez producenta są nieprawdziwe. Istnienie turbiny o takich parametrach zaprzeczałoby prawom fizyki, w szczególności zasadzie zachowania energii. Bez rzetelnych testów tej turbiny w rzeczywistych warunkach (zamontowanej u któregoś z klientów) nie dowiemy się jakie parametry sprawności ma ta konstrukcja.

Testowa lokalizacja w Gliwicach, mimo że możliwa do uzyskania np. na bardzo wysokich wzniesieniach czy wieżowcach, wydaje się nieprawdopodobna w porównaniu do zmierzonych wyników wietrzności w innych rzeczywistych lokalizacjach, w tym na najwyższej wieży widokowej w Polsce (SkyWalk). W histogramie przedstawionym w materiale zauważalne są próby uśrednienia spektrum prędkości jedynie do pięciu wartości, co wydaje się być błędem metodologicznym.

Należy pamiętać, że grupa docelowa dla tej turbiny to właściciele domów jednorodzinnych, gdzie wysokość instalacji często nie będzie przekraczać 10 m, a więc kalkulacja energetyczna powinna opierać się właśnie na danych wietrzności mierzonych na takich wysokościach.

Dla przykładowej rzeczywistej lokalizacji (Lubin na wyspie Wolin, Zachodniopomorskie) o wybitnie korzystnych warunkach energetycznych pojedyncza turbina prawdopodobnie nie wyprodukuje więcej niż 200 kWh w skali roku, a dla większości lokalizacji na terenie kraju będzie to znacząco gorszy wynik. Nie podejmujemy się natomiast oszacowania produkcji energii dla zestawów kilku turbin, ponieważ tu kluczowe staje się rozmieszczenie turbin na dachu w taki sposób, aby wszystkie turbiny były dobrze wyeksponowane i nie zasłaniały sobie wzajemnie wiatru.

Czy przytoczone tu wartości rocznej produkcji na podstawie optymistycznych oszacowań są duże czy też małe? To już oddzielny temat kalkulacji, który zależy od kosztów instalacji, realnych potrzeb, możliwości lub też braku możliwości skorzystania z sieci energetycznej – nie będziemy tego rozstrzygać.

Widząc marketingowe wartości produkcji, nie jest nam wcale do śmiechu. Obawiamy się, że część klientów, która została „zaczarowana” pięknymi wynikami z Excela i zachęcona dotacjami, zainwestowała w tę turbinę, ale dopiero po pewnym czasie przejrzy na oczy. Odczarowanie może być jednak i bolesne i przykre, co wybitnie pokazał głośny przypadek pewnego pana, który zainwestował w fotowoltaikę i się zdziwił.

Mam nadzieję, że Wam się podoba takie opracowanie i analiza (mimo, że oparta na niewielkiej ilości danych od producenta).

Do zobaczenia w kolejnym odcinku z tego cyklu…