Vindturbinklassen

Vindturbinklassen

Vindmølle Foto: Xavi Goya

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.


Konkurranseregler for vindturbinklassen

Konkurranseregler for vindturbinklassen

  • 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.
  • Presenter 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 med karabinkrok skal festes i toppen av fagverket for knekktest. En knekktest går ut på at en horisontal last blir gradvis påført fram til fagverket får første brudd i konstruksjonen.
  •  Fagverket veies og gjeldende dimensjoner kontrolleres.  

Deltakerne i denne klassen skal gjennom to tester.

 

1. Produsert effekt

Vindturbinen vil bli utsatt for vind i en hastighet på 6 m/s. Den produserte effekten vil bli målt, ved at en hastighetsregulert vifte vil sørge for at vinden ved testing 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.

2. Knekktest

Design 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».

Et tau skal festes i toppen av fagverket for knekktest.

En knekktest går ut på at en horisontal kraft blir gradvis påført som øker helt til fagverket knekker. Elevene får selv planlegge/bestemme hvordan de forankrer tauet til knekktesten. Fagverket blir veid.

Høyeste poengsum blir gitt til gruppen som har flest kilogram knekklast per kilogram konstruksjon.

Finish og kreativitet

Alle konkurranseklassene vil bli vurdert av juryen på kreativitet og finish.

Juryen vil gå rundt i Havbassenget og se på modellene (både båter, vindmøller, havmåling og åpen klasse) og gi poeng.

Det tildeles opp til 10 poeng.

 

En viktig del av konkurransen er rapporten. Her er informasjon om hva den bør inneholde og hvordan den skal sendes inn. Vi ønsker at lærerne sender inn rapportene.

Det vil komme lenke til innlevering av rapporten og bilde(r) her fra begynnelsen av januar.

Vi tenker også å lage forslag til en mal.

Hva rapporten må inneholde

  • Forsiden på rapporten skal ha:
    - Et passende forsidebilde
    - Navnet på gruppedeltakerne
    - Et gruppenavn eller navn på konstruksjonen
    - Skolens navn
    - År
  • Formatet på rapporten må være i PDF. Word godkjennes ikke! Ved forsinket innlevering av rapporten, vil det bli 2 poeng i trekk per dag på overtid.
  • Rapporten må
    - dokumentere hva dere har gjort
    - hva dere har ønsket å undersøke 
    - presentere resultater og
    - diskutere funnene.
  • Rapporten vil bli gjennomgått av juryen, en gruppe eksperter innen elektronikk og teknologi. 
  • Juryen vil ta en samtale om prosjektet med hvert lag på konkurransedagen. 

Leveringsfrist 

Lærerne skal sende inn elevenes rapporter. Leveringsfrist for rapporten er innen utgangen av mandag 21. februar.     

Dokumentasjon av prosessen og gruppebilder

Nytt av i år er at vi også ønsker at det sendes inn

  1. Godkjent(e) lagbilde(r).
  2. Bilde av bilde av båt/vindturbin/havbøye eller annen konstruksjon sendes sammen med rapporten, men separat. (Helt i orden om bildet også brukes i rapporten.)
  3. En kort film om prosessen med å lage enten skipet, vindturbinen, havbøya eller det man har laget i åpen klasse. Maks 20 sek.

Dette vil brukes til en åpningsfilm om alle lagene på konkurransedagen og i profileringen av Ocean Space Race.          

Hvordan skjer innleveringen

  • Rapport og lagbilder skal lastes opp av læreren på et nettskjema.
  • Når det gjelder film vil den ansvarlige læreren bli invitert inn i en Dropbox-mappe eller kan sende via WeTransfer til live.oftedahl@ntnu.no. 

NB: Bildene og rapporten må merkes med gruppenummer, konkurranseklasse og skolenavn. Eksempelvis: 9.vindtubin.Skienvgs. 

Er rapporten større enn 30 MB må den sendes til hillevi.strand@ntnu.no.

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. 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.  
     
  3. 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.    
     
  4. Effekttap:Identifiser hvor det er effekttap i en vindturbin og viktigheten dette har for bygging av modell.
     
  5. Testresultater fra forsøk på vindturbin:
    Optimal omdreiningshastighet, produsert effekt og virkningsgrad til turbin. Drøft resultatene.  
     
  6.  Teori fagverk: Teori som ligger til grunn for styrkeberegning på fagverk. Bør inneholde hvordan fagverk tar opp krefter og likevekt.
     
  7. Styrkeberegninger fagverk:Resultat fra kraftberegninger på fagverket.
     
  8. Presentasjon og referanserInnholdsliste, fine bilder, figurer og tabeller, oversiktlig bruk av formler og tall.
     
  9. Presentasjon av byggeprosessen
     
  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. Tips rapportskriving

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

Nyttige nettside til hjelp: 

Støttelitteratur

  • Generator og dioder kan sendes til dere, ta kontakt. Generatoren er av samme type som ved tidligere konkurranser.
  • Generatoren har to sett med viklinger som leverer vekselstrøm. Hver vikling likerettes for seg.
  • Dersom rør blir brukt som utgangspunkt for å lage turbinblader, skal diameteren på dette røret være minst 120 mm.
  • 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. 
  • Fagverket skal bygges av tre, dette kan være heltre, limtre eller finèr. Maksimum tverrsnitt på byggematerialene er 225 mm² og maksimum lengde på materialene er 45 cm. Sammenføyningen kan kun gjøres med tremateriale eller skruer. Lim tillates ikke.
  • Fagverk vil si at delene kun utsettes for trykk og strekk, ingen moment mot knutepunktene (fri dreiebevgelse).
  • Vindturbin og fagverk skal testes separat, og må derfor ikke være montert sammen på konkurransedagen.
  • Fagverket monteres på en finér plate. Denne skal være 30 x 30 cm og 12 mm tykk. I overgangen mellom fagverk og plate kan skruer, tremateriale og lim benyttes. Med hensyn på testgjennomføring er det viktig at hverken fagverk eller sammenføyning kommer på noe lavere nivå enn bunn av platen.
  • Toppen av fagverket utstyres med festeanordning slik at en karabinkrok fra knekkriggen enkelt kan kobles til. Dette kan for eksempel løses ved hjelp av tau utjevnet mot flere punkter. Gjeldende krav er at dette er montert på 90 cm høyde.
  • Fagverk og plate skal veies og merkes med vekt hver for seg. På konkurransedagen vil vekten av platen bli trukket fra.
  • Vedlagt følger en tegning som illustrerer et fagverk med plate i bunn og festeanordning i topp.
  • Vindturbin og fagverk skal testes separat, og må derfor ikke være montert sammen på konkurransedagen.