Mulți oameni sunt interesați de energia eoliană. Motivele acestui interes sunt diferite: pentru unii, aceasta este una dintre puținele oportunități de a asigura o casă cu energie electrică; cineva consideră o moară de vânt ca o sursă de energie de rezervă; alții doresc independență completă față de rețeaua centrală de energie. Până în prezent, există o astfel de oportunitate - este necesar să instalați un generator eolian și un echipament auxiliar nu foarte complex pe șantier. Cu toate acestea, există încă câteva nuanțe de care ar trebui să fii conștient în avans.
Energia cinetică a vântului poate fi transformată în energie electrică, mecanică sau termică. Astfel, cu ajutorul vântului, este posibilă nu numai asigurarea casei cu energie electrică, ci și, de exemplu, ridicarea apei dintr-o fântână, fără transformarea intermediară a energiei cinetice a fluxului vântului în energie electrică.
Într-un caz sau altul, veți avea nevoie de o centrală eoliană, care include o turbină eoliană, echipată cu un convertor de energie și o baterie. Convertorul de energie poate fi generatoare electrice, pompe hidraulice, compresoare. De exemplu, dacă centrala eoliană va servi doar pentru irigare, atunci nu are sens să primiți mai întâi energie electrică și apoi să o folosiți pentru a alimenta pompele electrice. O legătură suplimentară de transformare a energiei reduce eficiența unei turbine eoliene. În practica economică, se folosesc în principal doar două tipuri de convertoare - electrice și mecanice (pentru pomparea apei). În primul caz, vorbim despre acumularea de energie electrică, care este utilizată de consumatori; în al doilea despre pompele eoliene care asigură presiunea necesară în sistemele de irigare prin picurare, aspersoare, conducte de apă menajeră.
Tipuri de turbine eoliene
Orice turbină eoliană are pale care, având vânt, preiau o parte din energia cinetică a fluxului vântului. Forma acestor pale și designul turbinei eoliene pot fi diferite. Există trei tipuri principale de turbine eoliene: palete (asemănătoare cu o elice), rotative (carusel) și tambur. Cele mai comune sunt corpurile de lucru înaripate ale roții eoliene, a căror axă de rotație este situată orizontal. Ponderea acestora este de cel puțin 90% din numărul total de turbine eoliene.
Aceste „mori de vânt” sunt cele care pot fi găsite în număr mare în Europa, și mai ales în Țările de Jos. Proiectele de energie eoliană ale acestei țări, care au început la mijlocul secolului trecut, s-au plătit deja de multe ori. Contrar credinței populare că o turbină eoliană nu este capabilă să genereze suficientă energie electrică pentru a acoperi costul instalării și întreținerii acesteia, în Olanda, sate întregi sunt alimentate exclusiv de „turbine eoliene”. O centrală eoliană puternică este capabilă să furnizeze câteva sute (!) de cabane cu energie electrică în întregime. Turbina eoliană a unei astfel de instalații este instalată pe o structură foarte puternică și stabilă, care se bazează pe o placă masivă de beton armat îngropată la 15-20 de metri adâncime. Acesta, ca rădăcina unui copac, ține un turn înalt, în interiorul căruia se află o scară care permite întreținerea turbinei eoliene. Nu folosește nicio extensie.
Turbine eoliene cu palete Ele constau dintr-o roată de vânt, un cap, un mecanism de orientare (coada) și un turn (sau catarg, în funcție de dimensiune).
Roata eoliană poate fi echipată cu una până la opt sau mai multe pale. În funcție de numărul lor, turbinele eoliene sunt împărțite în viteză mare (până la 4 pale), viteză medie (4 ... 8 pale) și viteză mică (de la 8 pale).
Capul este proiectat astfel încât să se poată roti în jurul axei verticale a turnului. Forma sa depinde de puterea și scopul turbinei eoliene - la rândul lor, factorii care determină sistemul mecanismului de transmisie, proiectarea acestuia și numărul de pași.
Coada funcționează pe principiul unei giruete și își întoarce capul în vânt. Suprafața sa depinde de parametrii aerodinamici ai palelor turbinei eoliene.
Turnul ridică turbina eoliană deasupra tuturor obstacolelor, care reduc fluxul de vânt sub presiune și asigură, de asemenea, siguranța rotației palelor. Când viteza vântului depășește 35-45 m/s, sistemul de frânare este activat, oprind complet turbina eoliană.
Numărul de pale ale roții eoliene înaripate depinde de viteza medie a vântului din zona în care este instalată turbina eoliană. În spații deschise, coastele mării și oceanice, se folosesc turbine eoliene cu palete mici, care necesită o viteză minimă a vântului de 5-8 m/s pentru pornire. Acestea sunt cele mai simple turbine eoliene în design, cu randament ridicat, dar creând mult zgomot.
În zonele în care viteza vântului depășește rar 5 m/s, de regulă, se recomandă instalarea de turbine eoliene cu palete multiple. Acestea funcționează aproape silențios, dar au și eficiență mai mică decât cele cu lamă joasă; în plus, fabricarea turbinelor eoliene cu palete multiple necesită mai multe materiale, deoarece. În timpul funcționării, acest tip de turbină eoliană suferă sarcini giroscopice crescute.
Turbine eoliene rotative(sunt si carusel) au si un design simplu, dar au o eficienta mult mai mica - maxim 18%. Problema utilizării lor constă și în faptul că folosesc generatoare electrice multipolare destul de rare. Turbinele eoliene rotative au o axă verticală de rotație și pale care funcționează ca o pânză. Unul dintre avantajele acestui tip de turbine eoliene este lipsa unui mecanism de orientare. Axa verticală de rotație face posibilă utilizarea în siguranță a roții rotorului cu o înălțime mică a turnului. Astfel de turbine eoliene pornesc la viteze reduse ale vântului și nu fac zgomot. Principalul dezavantaj al turbinelor eoliene rotative este coeficientul scăzut de utilizare a vântului, deoarece doar o parte a palelor este implicată în mod constant în lucru; restul fie depășesc rezistența vântului, fie sunt izolate de aceasta printr-o umbrelă (carcasa).
În ultimul deceniu, piața centralelor eoliene (turbine eoliene) a fost reînnoită semnificativ, în primul rând cu modele compacte care ar putea fi utilizate în gospodării și ferme. Sunt proiectate pentru o viteză inițială mică a vântului de 2,5…3 m/s și instalarea unei turbine eoliene la o înălțime de 6…17 m. Cantitatea nominală de energie electrică este deja generată la 6…8 m/s (rotația turbinei eoliene). viteza 250...300 rpm).
Turbinele eoliene la lucru
Viteza vântului nu este constantă și, prin urmare, este imposibil să obțineți energie electrică „curată” cu parametri stabili de la convertor. Generatorul, de regulă, produce o tensiune de 0 ... 56 V. Energia „murdară” generată este acumulată de bateriile cu care este echipată turbina eoliană, ceea ce asigură funcționarea neîntreruptă a sistemului. În perioada vântului puternic, instalația funcționează la limita puterii și stochează energie pentru viitor pentru a o da în vânt calm sau slab. Adesea, panourile solare sunt folosite împreună cu o turbină eoliană, care asigură încărcarea bateriei vara, când vânturile sunt deosebit de slabe.
Pentru a converti curentul continuu al bateriilor în curent alternativ cu parametrii de 220V / 50 Hz, turbinele eoliene sunt echipate cu invertoare.
Pentru a depăși sarcinile de vârf, turbinele eoliene sunt combinate cu surse auxiliare de energie electrică, cum ar fi generatoarele diesel și pe benzină, precum și (ca auxiliară) o rețea electrică centralizată.
Turbinele eoliene mici individuale devin treptat mai ieftine și mai eficiente. În același timp, sunt în creștere și perspectivele de utilizare a acestora pentru case și ferme private. De exemplu, pentru căsuțele din zonele îndepărtate, este important să existe o centrală eoliană autonomă cu o capacitate de 20-50 kW, care să garanteze funcționarea echipamentului electric principal în absența tuturor celorlalte surse.
Pompe de vant
Oamenii au învățat să ridice apa din adâncuri cu ajutorul vântului cu mult timp în urmă, dar această metodă nu este uitată astăzi, mai ales acolo unde sursele de energie electrică nu sunt disponibile. Ideea invenției este simplă - să folosești energia eoliană pentru a conduce o pompă de apă.
Pompele de vânt sunt cele mai utilizate pe scară largă în Statele Unite. Cândva au decis soarta economiei țării, iar astăzi au devenit, de asemenea, un fel de clădire emblematică a decorului tradițional al fermei americane.
În spațiul post-sovietic, pompele de vânt sunt o raritate, deși în timpul boom-ului grădinăritului de la mijlocul anilor 80, popularitatea lor a crescut. Circumstanțele forțate. În zilele noastre apar și premisele pentru a apela la deja uitatele „Margarete” și „Vărsător”, deoarece ponderea energiei electrice în costul produselor vegetale crește de la an la an.
Unitatea mecanică eoliană „Romashka” a fost dezvoltată de NPO „Vetroen”. Pentru prima dată, desenele sale au fost publicate în revista „Model Designer” în 1988, care a stabilit un ghid pentru auto-fabricarea unei pompe eoliene.
Ambele unități au cel mai simplificat design. Sunt proiectate pentru a aspira apă de la o adâncime de până la 8 m și funcționează deja la o viteză a vântului de 3 m/s. Roata eoliană Romashki are 12 pale și antrenează diafragma pompei prin intermediul unui mecanism de pârghie cu came cu o legătură verticală care trece în interiorul suportului turbinei eoliene.
La o viteză a vântului de 5 m / s, pompa de vânt Romashka ridică o adâncime de 8 metri până la 300 de litri de apă pe oră și este capabilă să o livreze la o înălțime de până la 10 metri. Împreună cu un sistem de irigare prin picurare, această unitate oferă o posibilitate reală de cultivare a culturilor de grădină în zone îndepărtate, dacă există un rezervor sau o fântână de până la 8 metri adâncime.
Cele mai multe tipuri de turbine eoliene sunt cunoscute de atâta timp încât istoria tace cu privire la numele inventatorilor lor.
Tipuri de turbine eoliene:
Principalele tipuri de turbine eoliene sunt prezentate în figură. Ele sunt împărțite în două grupe:
turbine eoliene cu axă orizontală de rotație (tip paletă) (2...5);
turbine eoliene cu axă verticală de rotație (carusel: cu lame (1) și ortogonale (6)).
Tipurile de turbine eoliene cu palete diferă doar prin numărul de pale.
înaripat
Pentru turbinele eoliene cu palete, a căror eficiență maximă se obține atunci când fluxul de aer este perpendicular pe planul de rotație al palelor-aripi, este necesar un dispozitiv de rotire automată a axei de rotație.
În acest scop, se folosește o aripă stabilizatoare.
Turbinele eoliene carusel au avantajul ca pot lucra in orice directie a vantului fara a-si schimba pozitia.
Factorul de utilizare a energiei eoliene (vezi fig.) al turbinelor eoliene cu palete este mult mai mare decât cel al caruselelor.
În același timp, caruselele au un cuplu mult mai mare.
Este maxim pentru unitățile cu pale de carusel, la viteza relativă zero a vântului.
Răspândirea turbinelor eoliene cu aripi se explică prin mărimea vitezei de rotație a acestora.
Ele pot fi conectate direct la un generator de curent electric fără multiplicator.
Viteza de rotație a turbinelor eoliene cu palete este invers proporțională cu numărul de aripi, prin urmare, unitățile cu mai mult de trei pale nu sunt practic utilizate.
carusel
Diferența de aerodinamică oferă caruselelor un avantaj față de turbinele eoliene tradiționale.
Odată cu creșterea vitezei vântului, acestea cresc rapid forța de tracțiune, după care viteza de rotație se stabilizează.
Turbinele eoliene carusel sunt de viteza redusa si acest lucru permite utilizarea unor circuite electrice simple, de exemplu, cu un generator asincron, fara riscul unui accident in cazul unei rafale accidentale de vant.
Încetemea propune o cerință limitativă - utilizarea unui generator multipolar care funcționează la viteze mici.
Astfel de generatoare nu sunt utilizate pe scară largă, iar utilizarea multiplicatorilor (multiplicator [lat. Multiplicator - multiplicare] - cutie de viteze step-up) nu este eficientă, din cauza eficienței scăzute a acestora din urmă.
Un avantaj și mai important al designului caruselului a fost capacitatea sa, fără trucuri suplimentare, de a ține evidența „de unde bate vântul”, ceea ce este foarte important pentru fluxurile de curățare a suprafeței.
Turbinele eoliene de acest tip sunt construite în SUA, Japonia, Anglia, Germania, Canada.
Turbina eoliană cu pale de carusel este cea mai ușor de operat. Designul său oferă un cuplu maxim la pornirea turbinei eoliene și o autoreglare automată a vitezei maxime de rotație în timpul funcționării.
Odată cu creșterea sarcinii, viteza de rotație scade și cuplul crește până la o oprire completă.
Ortogonală
Turbinele eoliene ortogonale, după cum cred experții, sunt promițătoare pentru energie la scară largă.
Astăzi, ventilatoarele de vânt ale structurilor ortogonale se confruntă cu anumite dificultăți. Printre acestea, în special, problema lansării.
În instalațiile ortogonale, se folosește același profil de aripă ca la o aeronavă subsonică (vezi Fig. 6).
Aeronava, înainte de a se „apleca” pe forța de ridicare a aripii, trebuie să alerge în sus. Același lucru este valabil și în cazul unei configurații ortogonale.
În primul rând, trebuie să-i aduceți energie - învârtiți-l și aduceți-l la anumiți parametri aerodinamici și numai atunci va trece de la modul motor la modul generator.
Priza de putere începe când viteza vântului este de aproximativ 5 m/s, iar puterea nominală este atinsă la o viteză de 14...16 m/s.
Calculele preliminare ale turbinelor eoliene prevăd utilizarea lor în intervalul de la 50 la 20.000 kW.
Într-o instalație realistă cu o putere de 2000 kW, diametrul inelului de-a lungul căruia se mișcă aripile va fi de aproximativ 80 de metri.
Turbina eoliană puternică are dimensiuni mari. Cu toate acestea, vă puteți descurca cu cele mici - luați un număr, nu o dimensiune.
Prin alimentarea fiecărui generator electric cu un convertor separat, este posibil să se însumeze puterea de ieșire generată de generatoare.
În acest caz, fiabilitatea și supraviețuirea turbinei eoliene crește.
Tipuri de turbine eoliene
Cele mai multe tipuri de turbine eoliene sunt cunoscute de atâta timp încât istoria tace cu privire la numele inventatorilor lor. Principalele tipuri de turbine eoliene sunt prezentate în fig. 13. Sunt împărțiți în două grupe:
1. turbine eoliene cu axă orizontală de rotație (tip paletă) (2-5);
2. turbine eoliene cu axă verticală de rotație (carusel: cu lame (1) și ortogonale (6)).
Tipurile de turbine eoliene cu palete diferă doar prin numărul de pale.
înaripat
Pentru turbinele eoliene cu palete, a căror eficiență maximă se atinge atunci când fluxul de aer este perpendicular pe planul de rotație al palelor aripilor, este necesar un dispozitiv de rotire automată a axei de rotație. În acest scop, se folosește o aripă stabilizatoare. Turbinele eoliene carusel au avantajul ca pot functiona in orice directie a vantului fara a-si schimba pozitia. Turbinele eoliene au un coeficient de utilizare a energiei eoliene mult mai mare decât caruselele. În același timp, caruselele au un cuplu mult mai mare. Este maxim pentru unitățile cu pale de carusel la viteză relativă zero a vântului. Răspândirea turbinelor eoliene cu aripi se explică prin mărimea vitezei de rotație a acestora. Ele pot fi conectate direct la un generator de curent electric fără multiplicator. Viteza de rotație a turbinelor eoliene cu palete este invers proporțională cu numărul de aripi, astfel încât unitățile cu mai mult de trei pale nu sunt practic utilizate.
carusel
Diferența de aerodinamică oferă caruselelor un avantaj față de morile de vânt tradiționale. Odată cu creșterea vitezei vântului, acestea cresc rapid forța de tracțiune, după care viteza de rotație se stabilizează. Turbinele eoliene carusel sunt de viteza redusa si acest lucru permite utilizarea unor circuite electrice simple, de exemplu, cu un generator asincron, fara riscul unui accident cu o rafala accidentala de vant. Încetemea propune o cerință limitativă - utilizarea unui generator multipolar care funcționează la viteze mici. Astfel de generatoare nu sunt utilizate pe scară largă, iar utilizarea multiplicatorilor - o cutie de viteze step-up nu este eficientă din cauza eficienței scăzute a acesteia din urmă. Un avantaj și mai important al designului caruselului a fost capacitatea sa de a urmări „de unde suflă vântul” fără trucuri suplimentare, ceea ce este foarte important pentru curgerile de suprafață. Turbinele eoliene de acest tip sunt construite în SUA, Japonia, Anglia, Germania, Canada. Turbina eoliană cu pale de carusel este cea mai ușor de operat. Designul său oferă un cuplu maxim la pornirea turbinei eoliene și o autoreglare automată a vitezei maxime de rotație în timpul funcționării. Odată cu creșterea sarcinii, viteza de rotație scade și cuplul crește până la o oprire completă.
Ortogonală
Turbinele eoliene ortogonale, după cum cred experții, sunt promițătoare pentru energie la scară largă. Astăzi, ventilatoarele de vânt ale structurilor ortogonale se confruntă cu anumite dificultăți. Printre acestea, în special, problema lansării. În instalațiile ortogonale, se folosește același profil de aripă ca la o aeronavă subsonică (vezi Fig. 13. (6)). Aeronava, înainte de a se „apleca” pe forța de ridicare a aripii, trebuie să alerge în sus. Același lucru este valabil și în cazul unei configurații ortogonale. În primul rând, trebuie să îi furnizați energie - rotiți-l și aduceți-l la anumiți parametri aerodinamici și abia apoi va trece de la modul motor la modul generator.Priza de putere începe la o viteză a vântului de aproximativ 5 m / s, iar puterea nominală se atinge cu viteza de 14-16 m /Cu. Calculele preliminare ale turbinelor eoliene prevăd utilizarea lor în intervalul de la 50 la 20.000 kW. Într-o instalație realistă cu o putere de 2000 kW, diametrul inelului de-a lungul căruia se mișcă aripile va fi de aproximativ 80 de metri. Turbina eoliană puternică are dimensiuni mari. Cu toate acestea, vă puteți descurca cu cele mici - luați un număr, nu o dimensiune. Prin alimentarea fiecărui generator electric cu un convertor separat, este posibil să se însumeze puterea de ieșire generată de generatoare. În acest caz, fiabilitatea și supraviețuirea turbinei eoliene crește.
Probleme de funcționare a turbinelor eoliene industriale
Un generator eolian industrial este construit pe un șantier pregătit în 7-10 zile. Obținerea aprobărilor de reglementare pentru construirea unui parc eolian poate dura un an sau mai mult.Construcția necesită un drum către șantier, un loc pentru a plasa nodurile în timpul instalării, echipamente de ridicare grele cu o rază de acțiune de peste 50 de metri, deoarece gondolele sunt instalate la o înălțime de aproximativ 50 de metri.În timpul funcționării turbinelor eoliene industriale apar diverse probleme:
Aranjarea incorectă a fundației. Dacă fundația turnului nu este calculată corect sau drenajul fundației nu este aranjat corespunzător, turnul poate cădea de la o rafală puternică de vânt.
· Înghețarea lamelor și a altor părți ale generatorului. Glazura poate crește masa palelor și poate reduce eficiența turbinei eoliene. Pentru funcționarea în regiunile arctice, părțile turbinei eoliene trebuie să fie realizate din materiale speciale rezistente la îngheț. Fluidele utilizate în generator nu trebuie să înghețe. Echipamentul care măsoară viteza vântului poate îngheța. În acest caz, eficiența generatorului eolian poate fi serios redusă. Din cauza înghețului, instrumentele pot prezenta o viteză scăzută a vântului, iar rotorul va rămâne staționar.
· Fulgera. Fulgerele pot provoca un incendiu. Sistemele de deviere a fulgerelor sunt instalate pe turbinele eoliene moderne.
· Închide. Cu fluctuații bruște ale vitezei vântului, se activează protecția electrică a dispozitivelor incluse în sistem, ceea ce reduce eficiența sistemului în ansamblu. De asemenea, pentru fermele eoliene mari, există o probabilitate mare de funcționare a protecției pe liniile electrice de ieșire.
· Instabilitatea generatorului. Datorită faptului că în majoritatea instalațiilor industriale eoliene sunt instalate generatoare asincrone, funcționarea stabilă a acestora depinde de constanța tensiunii din linia de alimentare.
· Incendii. Incendiile pot fi cauzate de frecarea intre piesele rotative din interiorul nacelei, scurgerile de ulei din sistemele hidraulice, cablurile rupte etc. Incendiile turbinelor eoliene sunt rare, dar greu de stins din cauza distantei parcurilor eoliene si a altitudinii mari la care se produce incendiul. . Sistemele de stingere a incendiilor sunt instalate pe turbinele eoliene moderne
Turbinele eoliene sunt clasificate în funcție de două caracteristici principale: geometria roții eoliene și poziția acesteia față de direcția vântului.
Rezistența la curgerea vântului care se apropie este caracterizată printr-un parametru numit umplere geometrică și este egală cu raportul dintre aria de proiecție a palelor pe un plan perpendicular pe flux pe zona măturată de acestea. Deci, de exemplu, cu lame identice, o roată cu patru lame are o umplutură geometrică de două ori mai mare decât una cu două lame.
Turbinele eoliene cu o umplere geometrică mare a roții eoliene dezvoltă o putere semnificativă în vânturi relativ slabe, iar puterea maximă este atinsă la viteze mici ale roții.
Turbinele eoliene cu umplere scăzută ating puterea maximă la viteze mari și durează mai mult până ajunge la acest mod. Prin urmare, primele instalații sunt folosite, de exemplu, ca pompe de apă și rămân operaționale chiar și cu un vânt slab, a doua - ca generatoare electrice, unde este necesară o viteză mare.
Principalele tipuri de turbine eoliene sunt prezentate în fig. 15.
Ele sunt împărțite în două grupe:
Turbine eoliene cu palete cu axă orizontală de rotație (b ÷ d);
Turbine eoliene cu axă verticală de rotație (carusel: cu lame (a) și ortogonale (e)).
Tipurile de turbine eoliene cu palete diferă doar prin numărul de pale.
Turbine eoliene înaripate. Pentru turbinele eoliene cu palete, a căror eficiență maximă se obține atunci când fluxul de aer este perpendicular pe planul de rotație al palelor-aripi, este necesar un dispozitiv de rotire automată a axei de rotație. În acest scop, se folosește o aripă stabilizatoare. Turbinele eoliene carusel au avantajul ca pot functiona in orice directie a vantului fara a-si schimba pozitia.
Coeficientul de utilizare a energiei eoliene în turbinele eoliene cu palete este mult mai mare decât cel al caruselelor. În același timp, caruselele au un cuplu mult mai mare. Este maxim pentru unitățile cu pale de carusel la viteză relativă zero a vântului.
Răspândirea turbinelor eoliene cu aripi se explică prin mărimea vitezei de rotație a acestora. Ele pot fi conectate direct la un generator de curent electric fără multiplicator. Multiplicatorul este o cutie de viteze care mărește viteza de rotație a arborelui generatorului. Viteza de rotație a turbinelor eoliene cu palete este invers proporțională cu numărul de aripi, astfel încât unitățile cu mai mult de trei pale nu sunt practic utilizate.
Turbine eoliene carusel. Diferența de aerodinamică oferă caruselelor un avantaj față de morile de vânt tradiționale. Odată cu creșterea vitezei vântului, acestea cresc rapid forța de tracțiune, după care viteza de rotație se stabilizează. Turbinele eoliene carusel sunt de viteza redusa si acest lucru permite utilizarea unor circuite electrice simple, de exemplu, cu un generator asincron, fara riscul unui accident cu o rafala accidentala de vant. Încetemea propune o cerință limitativă - utilizarea unui generator multipolar care funcționează la viteze mici. Astfel de generatoare nu sunt utilizate pe scară largă, iar utilizarea multiplicatorilor este ineficientă din cauza eficienței scăzute a acestora din urmă.
Un avantaj și mai important al designului caruselului a fost capacitatea sa de a urmări, fără trucuri suplimentare, „de unde bate vântul”, ceea ce este foarte important pentru curgerile de suprafață. Turbina eoliană cu pale de carusel este cea mai ușor de operat. Designul său oferă un cuplu maxim la pornirea turbinei eoliene și o autoreglare automată a vitezei maxime de rotație în timpul funcționării. Odată cu creșterea sarcinii, viteza de rotație scade și cuplul crește până la o oprire completă.
Turbine eoliene ortogonale. Turbinele eoliene ortogonale sunt cele mai promițătoare pentru generarea de energie la scară largă. Astăzi, la utilizarea turbinelor eoliene ortogonale, există anumite dificultăți, dintre care una este problema lansării lor.
În instalațiile ortogonale se folosește același profil de aripă ca la o aeronavă subsonică (vezi tip e, Fig. 15). Aeronava, înainte de a se „apleca” pe forța de ridicare a aripii, trebuie să alerge în sus. Același lucru este valabil și în cazul unei configurații ortogonale. În primul rând, trebuie să-i aduceți energie - rotiți-l și aduceți-l la anumiți parametri aerodinamici și abia atunci va trece de la modul motor la modul generator.
Din punct de vedere istoric, prima unitate staționară care folosea energia eoliană a fost moara de vant, care era ghidat manual de vânt. Corpul său principal de lucru era o roată cu mai multe lame cu o axă orizontală de rotație, instalată în direcția vântului. Astfel de turbine eoliene au fost utilizate pe scară largă în Evul Mediu și mai târziu pentru măcinarea cerealelor, ridicarea și pomparea apei, precum și pentru conducerea unor industrii. Morile de vânt mari fabricate din fabrică la viteze mari ale vântului ar putea dezvolta o putere de până la 60 kW. În secolul al XIX-lea, numărul de mori de vânt din Rusia a depășit 200 de mii, capacitatea lor totală a fost de aproximativ 1,3 milioane kW, iar în 1930 erau peste 800 de mii în URSS.
Roțile eoliene ale turbinelor eoliene cu rotor: 1 - cu palete multiple, 2 - cu trei pale, 3 - cu două pale, 4 - cu o singură paletă cu contragreutate
Cunoscut în prezent multe tipuri diferite de mori de vânt - turbine eoliene(). Turbinele eoliene cu roți eoliene înaripate și o axă orizontală de rotație sunt utilizate pe scară largă. Dintre acestea, turbinele eoliene cu două și trei pale au primit cea mai mare dezvoltare. Cuplul roții eoliene este creat de forța de ridicare generată atunci când fluxul de aer curge în jurul profilului palelor. Ca urmare, energia cinetică a fluxului de aer din zona măturată de palete este convertită în energie mecanică de rotație a roții eoliene.
mori de vânt
mori de vânt
Puterea dezvoltată pe axa roții vântului este proporțională cu pătratul diametrului acesteia și cu cubul vitezei vântului. Conform teoriei clasice a lui N.E. Jukovski pentru o roată eoliană ideală, factorul de utilizare a energiei eoliene £ = 0,593. Adică unul ideal (cu un număr infinit de lame) poate extrage 59,3% din energia care trece prin secțiunea sa transversală. În realitate, în practică, pentru cele mai bune roți de mare viteză, valoarea maximă a factorului de utilizare a energiei eoliene ajunge la 0,45-0,48, iar pentru roțile de viteză mică, până la 0,36-0,38.
O caracteristică importantă a roții eoliene este viteza sa Z, care este raportul dintre viteza capătului lamei și viteza fluxului vântului. Capătul lamei se mișcă de obicei în planul roții vântului cu o viteză care este de câteva ori mai mare decât viteza vântului. Valorile optime de viteză pentru o roată cu două lame sunt 5-7, pentru una cu trei lame - 4-5, pentru una cu șase lame - 2,5-3,5. mori de vânt
Dintre caracteristicile de proiectare, puterea unei roți eoliene este influențată în principal de diametrul acesteia, precum și de forma și profilul paletelor. Puterea depinde puțin de numărul de lame. Frecvența de rotație a roții vântului este proporțională cu viteza și viteza vântului și invers proporțională cu diametrul. Înălțimea centrului roții afectează și cantitatea de putere, deoarece viteza vântului depinde de înălțime.
Puterea, după cum sa menționat, este proporțională cu viteza vântului și cu cea de-a treia putere. La viteza proiectată a vântului și peste, se asigură funcționarea turbinei eoliene cu puterea nominală. La viteze ale vântului sub capacitatea de proiectare a unei turbine eoliene, aceasta poate fi de 20-30% din valoarea nominală sau mai puțin.
În astfel de condiții de funcționare, la generatoare apar pierderi mari de energie din cauza eficienței scăzute a acestora. la sarcini mici, iar la generatoarele asincrone, în plus, apar curenți reactivi mari, care trebuie compensați. Pentru a elimina acest neajuns, unele turbine eoliene folosesc 2 generatoare cu o putere nominală de 100 și 20 - 30% din puterea nominală a turbinei eoliene. În vânt slab, primul generator este oprit. În unele turbine eoliene, un generator mic oferă, de asemenea, capacitatea de a opera instalația la viteze scăzute ale vântului la viteze mici, cu o valoare mare a factorului de utilizare a energiei eoliene. mori de vânt
Instalarea unei roți de vânt în vânt, de ex. perpendicular pe direcția vântului, se produce în unități de putere foarte mică cu ajutorul unei cozi (cozi), în unități de putere mică și medie - prin intermediul unui mecanism de trandafiri, iar în instalațiile mari moderne - printr-un dispozitiv special. sistem de orientare care primește un impuls de control de la un senzor de direcție a vântului (giroută) instalat în partea de sus a nacelei turbinei eoliene. Mecanismul de trandafiri este una sau două roți de vânt mici, al căror plan de rotație este perpendicular pe planul de rotație al roții principale, lucrând pentru a antrena un vierme care întoarce platforma capului turbinei eoliene până când rozele de vânt se află într-un plan paralel. spre direcția vântului.
Înaripată cu o axă orizontală de rotație poate fi amplasată în fața turnului și în spatele acestuia. În acest ultim caz, lama este supusă unei acțiuni constante repetate a forțelor variabile în timp ce trece prin umbra turnului, ceea ce în același timp crește semnificativ nivelul de zgomot. O serie de metode sunt utilizate pentru a controla puterea și a limita viteza de rotație a roții eoliene, inclusiv rotația palelor sau părților acestora în jurul axei lor longitudinale, precum și clapetele, supapele de pe pale și alte metode. mori de vânt
Principalele avantaje ale turbinelor eoliene cu axa orizontală de rotație a roții eoliene este că condițiile pentru fluxul de aer în jurul palelor sunt constante, nu se schimbă atunci când roata eoliană se rotește, ci sunt determinate doar de viteza vântului. Datorită acestui fapt, precum și valorii destul de ridicate a factorului de utilizare a energiei eoliene, turbinele eoliene cu palete sunt în prezent cele mai utilizate.
Rotor Savonius: a) cu două pale, b) cu patru paleUn alt tip de turbină eoliană este rotorul Savonius.
Cuplul apare atunci când rotorul Savonius curge în jurul rotorului datorită rezistenței diferite a părților convexe și concave. rotorul Savonius. Roata este simplă, dar are un factor de utilizare a energiei eoliene foarte scăzut - doar 0,1 - 0,15. mori de vânt
Centrale eoliene () cu rotor vertical: a - în formă de F, b - în formă de L, c - cu palete drepte. 1 - turn (arbore), 2 - rotor, 3 - prelungiri, 4 - suport, 5 - transmisie cuplului
În ultimii ani, într-o serie de țări străine, în special în Canada, au început să dezvolte o turbină eoliană cu rotor Darrieus, propusă în Franța în 1920. Acest rotor Darrieus are o axă verticală de rotație și este format din două până la patru pale curbe. .
Palele formează o structură spațială care se rotește sub acțiunea forțelor de ridicare care apar asupra palelor din fluxul vântului. În rotorul Darrieus, factorul de utilizare a energiei eoliene atinge valori de 0,30 - 0,35. Recent, a fost realizată dezvoltarea unui motor rotativ Darrieus cu lame drepte.
Mori de vant cu tip vertical
Principalul avantaj al turbinelor eoliene Darrieus (rotoare) este că nu au nevoie de un mecanism de orientare a vântului. Au un generator și alte mecanisme plasate la o înălțime ușoară lângă bază. Toate acestea simplifică foarte mult designul. Cu toate acestea, un dezavantaj organic grav al acestor turbine eoliene este o schimbare semnificativă a condițiilor de curgere în jurul aripii în timpul unei rotații a rotorului Darrieus, care se repetă ciclic în timpul funcționării.
Acest lucru poate provoca fenomene de oboseală și poate duce la distrugerea elementelor rotorului Darrieus și la accidente grave, de care trebuie luate în considerare la proiectarea rotorului Darrieus (în special la turbinele eoliene de mare putere). În plus, pentru a începe, acestea trebuie să fie dezrăucite.
Dependențe ale factorului de utilizare a energiei eoliene £, de viteza Z pentru diverse mori de vânt prezentat în figură.
Dependențe tipice ale factorului de utilizare a energiei eoliene £ de viteza roții eoliene Z: 1 - o roată eoliană ideală; 2,3 și 4 - turbine eoliene cu rotor cu două, trei și mai multe pale; 5 - rotor Darier; 6 - rotor Savonius; 7 – roată de vânt cu patru pale a unei mori daneze
Se poate observa că roțile cu două și trei lame cu axă orizontală de rotație au cea mai mare valoare a lui ξ. Pentru ei, £ mare este păstrată într-o gamă largă de viteze Z. Aceasta din urmă este esențială, deoarece turbinele eoliene trebuie să funcționeze la viteze ale vântului care variază în limite largi. De aceea instalatiile de acest tip au primit cea mai mare distributie in ultimii ani.
Se încarcă...