Vjetroelektrane: vrste, dizajni, prednosti

Energija vjetra daleko je od nove grane energetske opskrbe, ali u trenutnim uvjetima stječe sve izraženije značajke obećavajućeg smjera za daljnji razvoj. Još je teško govoriti o univerzalnim konceptima tehničke implementacije generatora vjetra, ali uspjeh u korištenju zasebnih inženjerskih rješenja daje razlog za vjerovanje da će se u bliskoj budućnosti pojaviti jedinstveni jedinstveni strukturni model. Trenutno se u svijetu koristi nekoliko vrsta vjetroelektrana, od kojih svaka ima svoje prednosti.

Opće načelo rada generatora vjetra

Kao i većina današnjih alternativnih izvora energije, generator vjetra funkcionira silom koja proizlazi iz prirodnog prirodnog procesa. Govorimo o strujama vjetra koje nastaju kao rezultat neravnomjernog zagrijavanja Zemljine površine od strane Sunca. Gotovo sve vjetroelektrane rade na sljedećem principu: zračne struje okreću kotač na posebnom vratilu s lopaticama, emitirajući tako okretni moment na generator ili bateriju. U uvjetima stabilnosti i dovoljne sile kretanja zraka, vjetrenjače za proizvodnju električne energije mogu osigurati učinkovitost na razini od 45-50 %. Upravo je nedosljednost vjetra i njegove snage posljedica široke raznolikosti dizajna generatora vjetra, koji se izračunavaju, između ostalog, na temelju specifičnih klimatskih uvjeta primjene.

Koje su glavne prednosti vjetroelektrana?

Procijeniti učinkovitost rada vjetroagregati mogu biti u usporedbi s tradicionalnim izvorima energije i na pozadini generatora koji rade na obnovljivim besplatnim resursima. Najizraženije prednosti takvih sustava, koje daju nadu za njihov uspješan razvoj u budućnosti, su sljedeći čimbenici:

• Energija vjetra sama po sebi nije samo obnovljiva, već je dostupna i za skladištenje i obradu.
• Ekonomska korist. Nedvosmislene procjene specifičnih ekonomskih pokazatelja još ne mogu biti zbog raznolikosti sustava koji rade s različitim performansama. Ali možemo govoriti o izvanrednim rezultatima koje pokazuju pojedini projekti. Na primjer, koliko košta kilovat električne energije iz velike morske vjetrenjače? Možemo govoriti o rasponu od 2-12 rubalja. za 1 kilovat * h.
• Ekološka čistoća. Rad vjetroelektrana ne predviđa štetne emisije koje zagađuju atmosferu.
• Kompaktnost. Ugradnja vjetrenjače, čak i u industrijskom formatu, ne može se usporediti s tradicionalnim elektranama. To je uglavnom zbog autonomije i neovisnosti takvih sustava od pomoćnih komunikacija i resursa.

Horizontalno-aksijalni generatori

Strukturni dijagram takvih vjetrenjača predviđa prisutnost električnog generatora, mjenjača, lopatica i tornja s krevetom. Konfiguracija lopatica provodi se na takav način da zračne struje ulaze u lijevak stvarajući torzijski moment. Važan uvjet za rad takvih vjetroagregata za proizvodnju električne energije je sposobnost prilagođavanja karakteristikama kretanja protoka (smjer i sila). Za to su konstrukcije osigurane mehanizmima za okretanje i naginjanje lopatica u odnosu na Zemljinu površinu. U najrazvijenijim modelima koriste se i kontroleri s automatskim upravljanjem. Što se tiče implementacije vjetrovnog kotača, konfiguracija s tri oštrice češće se koristi u vodoravnim shemama. Štoviše, kako bi povećali produktivnost generatora, inženjeri nastoje povećati dimenzije funkcionalnog i prijemnog dijela, što, na primjer, objašnjava suvremeni trend prelaska s plastike i lakih metala na skupe kompozitne elemente u proizvodnji konstrukcija.

Vertikalno-aksijalni generatori

Takvi generatori imaju značajnu prednost u odnosu na horizontalne konstrukcije, što je nedostatak potrebe za dodatnim sredstvima za kontrolu i kontrolu instalacije. Odnosno, u procesu rada vjetrenjača s okomitom osi ni na koji način se ne prilagođava kretanju potoka. Ovaj značajka interakcije s zračnim masama istovremeno smanjuje stres u lopaticama generatora vjetra i smanjuje žiroskopska opterećenja. Generator s reduktorom, instalacije koje tvore motor, mogu se nalaziti u podnožju tornja konstrukcije bez rizika od oštećenja ili kvara. Ali zašto, s opisanim prednostima, vertikalne instalacije nisu zamijenile potpuno vodoravne vjetrenjače? Nažalost, takvi modeli imaju značajne nedostatke. Budući da se kotač vjetra ne fokusira na tokove vjetra i uvijek radi u uskom spektru raspona hvatanja energije, performanse generatora također se logično smanjuju. Stoga je za održavanje dovoljne snage vertikalnih vjetroagregata potrebna njihova masovna uporaba s pokrivanjem velikih površina, što nije uvijek moguće.

Dizajni temeljeni na Darierovom rotoru

Vjetroelektrični generatori s vertikalnim uređajem rotora temelje se na shemi rotora Savonius ili Darier. Ali čak i ova skupina ima svoje varijacije i moderne modifikacije. Helikoidna turbina Gorlov, stvorena 2001. godine, smatra se najperspektivnijim razvojem novijeg vremena. Ona je svojevrsni nastavak Darierovog koncepta rotora, ali na optimiziraniji način. Spiralne okomite oštrice omogućuju proizvodnju energije iz protoka vode i zraka uz minimalnu aktivnost. Danas se takvi generatori koriste i na specijaliziranim vjetroelektranama i kao dio hidroelektrana.

Generatori vjetra s pojačivačima struje

Također na neki način nastavak klasičnih dizajna vjetrenjača, ali prilagođen trenutnim visokotehnološkim radnim uvjetima. Izmjene s pojačivačima protoka razlikuju se po prisutnosti jednog ili nekoliko oluka koji su dizajnirani za koncentriranje strujanja zraka. Aerodinamični elementi u obliku konusa u obliku samih žljebova skupljaju tokove na velikom području, usmjeravajući ih u jednu točku smjera i na taj način povećavajući brzinu sustava lopatica. Poteškoća u korištenju vjetroelektrana s pojačivačima protoka leži u činjenici da zahtijevaju upotrebu dodatne elementarne skupine. Štoviše, moguće je postići značajno povećanje performansi u takvim sustavima samo povezivanjem pomoćnih izvora energije, što nije uvijek ekonomski opravdano.

Generatori vjetra bez zupčanika

U skladu s idejom optimizacije dizajna pojavila se i opcija vjetroelektrane, lišena mjenjača. Umjesto toga koristi se prstenasti kanal opremljen unutarnjom metalnom šipkom. Ovaj prsten je postavljen oko ruba rotora. Ovdje se nalazi i skupina magneta koja stupa u interakciju s metalnom šipkom, pridonoseći tako stvaranju struje. Kapacitet vjetroelektrana bez reduktora promjera rotora reda 200 cm može doseći 1500 kilovata * h godišnje. Temeljna prednost ovog dizajna može se nazvati smanjenjem potrošnje energije koja se prirodno javlja u radu generatora opremljenih mjenjačima. Ali za ovu prednost morate platiti ograničenjima ograničenja brzine. Da bi instalacija ušla u optimalan tijek rada, potrebna je brzina protoka od najmanje 2 m / s.

Značajke industrijskih generatora vjetra

Vjetrenjače industrijske namjene imaju dvije temeljne razlike – veliku veličinu i visoku energetsku snagu. Iz ovih značajki proizlaze i prednosti i nedostaci ove vrste stanica. Što se tiče dizajna, dovoljno je reći da visina modernih industrijskih vjetrenjača može doseći 150-200 m, a zamah lopatica-više od 100 m. Da bi se zadržala tako masivna konstrukcija, izvode se građevinski radovi velikih razmjera na izgradnji temeljne platforme. Velika snaga također zahtijeva složenost funkcionalne infrastrukture. Dakle, kontroleri generatora vjetra koriste se za kontrolu procesa pretvorbe energije, osiguravajući da se uzme u obzir trenutno punjenje baterije. Osim toga, u električnom punjenju takvih instalacija predviđeni su pretvarači i sustavi zaštite od kratkih spojeva.

Značajke kućanskih generatora vjetra

Najjednostavnije vjetrenjače ne mogu se koristiti samo kod kuće, već i ručno sastaviti. U pravilu su to male instalacije visine ne veće od 10 m, sposobne za rad na kapacitetu od 0,5-5 kilovata. Kao pasivni izvor energije za kućanske aparate ili određene skupine električnih uređaja, ova se opcija u potpunosti opravdava. Međutim, kompaktne vjetroelektrane danas u velikim količinama koriste velike tvrtke za napajanje proizvodnih kapaciteta. Na temelju farmi mini vjetroagregata formiraju se prilično produktivni i pouzdani sustavi koji se mogu natjecati s pojedinačnim generatorima velike snage.

Značajke generatora vjetra na moru

Popularnost ove vrste vjetrenjača posljedica je nekoliko prednosti u odnosu na stanice koje se nalaze na kopnu. Uglavnom govorimo o stabilnijim radnim uvjetima, jer na udaljenosti od obale struje vjetra ne nailaze na prepreke. Istodobno, konstrukcije vjetroelektrana morskog tipa podijeljene su u dvije skupine – potporne i plutajuće. Prvi su instalirani u plitkoj vodi s klasičnom potporom u tlu pod vodom. Plutajuće stanice, odnosno, imaju vlastitu plutajuću platformu s fiksacijom pomoću sidara i drugih pomorskih uređaja.

Kombinacija dizajna generatora vjetra s okvirima zgrada

Postoji i vrlo obećavajuća skupina vjetroagregata koji su doslovno integrirani u zgrade visokih zgrada. Ovo rješenje ima dvije prednosti-povoljne uvjete za" primanje " tokova i smanjenje načina isporuke električne energije, budući da je krajnji izvor opskrbe obično potrošači unutar zgrade. Za sada integracija vjetroelektrana ove vrste češće se proizvodi pomoću posebnih aerodinamičkih cilindara koji su montirani na krovove nebodera. Također se razvija koncept mini propelera, koji se čak mogu postaviti u bilo koji dio visokog građevinskog objekta. Uređaji su doslovno integrirani u zidove, nakon čega su spojeni na zajednički sustav napajanja, dajući malu, ali stabilnu količinu energije.

Zaključak

Posljednjih godina interes za generatore vjetra značajno se povećao u Rusiji. Povremeno se u različitim regijama puštaju u rad velike stanice s kapacitetom do 30-50 MVT. Vjetrenjače su posebno korisne za našu zemlju iz razloga što vam omogućuju pružanje energije udaljenim regijama u kojima trenutno nije moguće organizirati druga sredstva opskrbe energijom. Segment malih vjetroelektrana također se aktivno razvija. U Rusiji su pojedinačni elektroenergetski sustavi kapaciteta 1-5 kilovata postali vrlo popularni. Istodobno, programeri ne odbijaju kombinirati načela rada vjetrenjače s motorima s unutarnjim izgaranjem. Uspjesi u tom smjeru pokazuju, između ostalog, dizajn vjetroelektrana. Koliko će vjetroelektrana u načelu biti tražena u Rusiji u narednim desetljećima, još uvijek je teško reći, jer su pozicije tradicionalnih izvora energije još uvijek jake. Ali trendovi prijelaza na alternativna energija u cijelom svijetu, najvjerojatnije, ruska industrija će biti potaknuta da aktivno ovlada takvim područjima.