Vindkraftverk: typer, design, fordeler

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Vindenergi er langt fra en ny gren av energiforsyning, men under dagens forhold blir den mer og mer utt alt trekk ved en lovende retning for videre utvikling. Det er fortsatt vanskelig å snakke om universelle konsepter for teknisk implementering av vindgeneratorer, men fremskritt i bruken av individuelle tekniske løsninger antyder at en enkelt enhetlig strukturell modell vil dukke opp i nær fremtid. Samtidig brukes flere typer vindturbiner i verden, som hver har sine styrker.

Generelt prinsipp for drift av vindturbiner

Som de fleste moderne alternative energikilder, fungerer vindturbinen på grunn av kraften som virker som et resultat av en naturlig prosess. Vi snakker om vindstrømmer som følge av ujevn oppvarmingjordoverflaten av solen. Nesten alle vindturbiner fungerer etter følgende prinsipp: luftstrømmer roterer hjulet på en spesiell aksel med blader, og overfører dermed dreiemoment til generatoren eller batteripakken. Under forhold med stabilitet og tilstrekkelig kraft av luftbevegelse, er vindmøller for å generere elektrisitet i stand til å gi en effektivitet på 45-50%. Det er nettopp variasjonen til vinden og dens styrke som bestemmer det store utvalget av utforminger av vindturbiner, som også beregnes basert på spesifikke klimatiske bruksforhold.

Hva er de viktigste fordelene med vindturbiner?

Vurdere effektiviteten til vindturbiner kan være både sammenlignet med tradisjonelle energikilder, og på bakgrunn av generatorer som kjører på fornybare gratis ressurser. De mest utt alte fordelene med slike systemer, som gir håp om en vellykket utvikling i fremtiden, er følgende faktorer:

• Vindenergi i seg selv er ikke bare fornybar, men også tilgjengelig for akkumulering og prosessering.
• Økonomisk nytte. Entydige vurderinger angående spesifikke økonomiske indikatorer kan ennå ikke skyldes mangfoldet av systemer som opererer med ulik ytelse. Men vi kan snakke om de enestående resultatene demonstrert av individuelle prosjekter. Hvor mye koster for eksempel en kilowatt elektrisitet fra en stor vindmølle til havs? Vi kan snakke om området 2-12 rubler. for 1 kWh.
• Miljøvennlig. Driften av vindturbiner sørger ikke for skadeligutslipp av luftforurensende stoffer.
• Kompakt. Installasjon av en vindturbin, selv i industrielt format, kan ikke sammenlignes med tradisjonelle kraftstasjoner. Dette skyldes i stor grad autonomien og uavhengigheten til slike systemer fra hjelpekommunikasjon og -ressurser.

Horizontal Axis Generators

Designskjemaet til slike vindmøller sørger for tilstedeværelsen av en elektrisk generator, girkasse, kniver og et tårn med en ramme. Konfigurasjonen av bladene er implementert på en slik måte at luften strømmer inn i trakten, noe som skaper et torsjonsmoment. En viktig betingelse for driften av slike vindmøller for å generere elektrisitet er evnen til å tilpasse seg egenskapene til bevegelsen av strømmer (retning og styrke). For dette er konstruksjonene utstyrt med mekanismer for å dreie og vippe bladene i forhold til jordoverflaten. I de mest avanserte modellene brukes også kontrollere med automatisk styring. Når det gjelder implementeringen av vindhjulet, brukes trebladskonfigurasjonen oftere i horisontale ordninger. Dessuten, for å øke ytelsen til generatorer, har ingeniører en tendens til å øke størrelsen på den funksjonelle mottaksdelen, noe som for eksempel forklarer den nåværende trenden med overgang fra plast og lettmetaller til dyre komposittelementer ved produksjon av strukturer.

Vertikale aksegeneratorer

Slike generatorer har en betydelig fordel fremfor horisontale strukturer,som består i fravær av behov for ytterligere midler for overvåking og kontroll av installasjonen. Det vil si at en vindmølle med vertikal akse under drift ikke justerer seg på noen måte til strømningsbevegelsen. Denne funksjonen for interaksjon med luftmasser reduserer samtidig spenningen i vindgeneratorbladene og reduserer gyroskopiske belastninger. Den girede generatoren, som utgjør motoren til anlegget, kan plasseres ved bunnen av strukturtårnet uten risiko for skade eller svikt. Men hvorfor, med de beskrevne fordelene, erstattet ikke vertikale installasjoner helt horisontale vindmøller? Dessverre har disse modellene også betydelige ulemper. Siden vindhjulet ikke styres av vindstrømmer og alltid opererer i et sm alt område av energifangstområder, reduseres ytelsen til generatoren logisk. For å opprettholde tilstrekkelig kraft til vertikale vindmøller er det derfor nødvendig med massebruk som dekker store områder, noe som ikke alltid er mulig.

Design basert på Darrieus-rotoren

Vindturbingeneratorer med vertik alt løpehjul er basert på Savonius- eller Darrieus-rotordesign. Men denne gruppen har også sine egne variasjoner og moderne modifikasjoner. Den mest lovende nyere utviklingen er Gorlov-helikoidturbinen, opprettet i 2001. Det er en slags fortsettelse av Darrieus-rotorkonseptet, men i en mer optimalisert form. Spiral vertikale blader lar energi genereres fra vann- og luftstrømmer med minimal aktivitet. I dag er disse generatorenebrukes både i spesialiserte vindparker og som en del av vannkraftverk.

Vindgeneratorer med fluksforsterkere

Også, på en eller annen måte, en fortsettelse av de klassiske designene til vindmøller, men justert for dagens høyteknologiske driftsforhold. Modifikasjoner med strømningsforsterkere kjennetegnes ved tilstedeværelsen av en eller flere takrenner, som er designet for å konsentrere luftstrømmer. Aerodynamiske kjegleformede elementer i form av de samme rennene samler strømmer over et stort område, orienterer dem til ett retningspunkt og øker dermed hastigheten til bladsystemet. Vanskeligheten med å bruke vindturbiner med fluksforsterkere er at de krever bruk av en ekstra elementær gruppe. Dessuten er det mulig å oppnå en betydelig økning i produktiviteten i slike systemer bare ved å koble til hjelpeenergikilder, noe som ikke alltid er økonomisk forsvarlig.

Gearløse vindturbiner

I tråd med ideen om strukturell optimalisering har det også dukket opp en variant av et vindkraftverk uten girkasse. I stedet brukes en ringformet kanal, forsynt med en innvendig metallstang. Denne ringen er installert rundt rotorfelgen. En gruppe magneter er også lokalisert her, som samhandler med en metallstang, og dermed bidrar til generering av strøm. Ytelsen til vindturbiner uten girkasse med en rotordiameter på ca. 200 cm kan nå 1500 kWhi år. Den viktigste fordelen med denne konstruksjonen er reduksjonen av energitap som naturlig forekommer ved drift av generatorer utstyrt med girkasser. Men du må betale for denne fordelen med fartsgrenser. For at enheten skal komme inn i en optimal arbeidsflyt, kreves det en strømningshastighet på minst 2 m/s.

Funksjoner ved industrielle vindturbiner

Industrielle vindmøller har to grunnleggende forskjeller - stor størrelse og høy effekt. Både fordeler og ulemper med stasjoner av denne typen kommer fra disse funksjonene. Når det gjelder strukturen, er det nok å si at høyden på moderne industrielle vindmøller kan nå 150-200 m, og bladspennet kan være mer enn 100 m. Høy effekt krever også kompleksiteten til den funksjonelle infrastrukturen. Så, for å kontrollere prosessen med energikonvertering, brukes vindgeneratorkontrollere, som sikrer at den nåværende ladningen til batteripakken tas i betraktning. I tillegg inkluderer den elektriske fyllingen av slike installasjoner invertere og kortslutningsbeskyttelsessystemer.

Funksjoner ved husholdningsvindturbiner

De enkleste vindmøllene kan ikke bare brukes hjemme, men også settes sammen for hånd. Som regel er dette små installasjoner med en høyde på ikke mer enn 10 m, i stand til å operere med en effekt på 0,5-5 kW. Som en passiv energikilde for husholdningsapparatereller individuelle grupper av elektriske enheter, dette alternativet rettferdiggjør seg selv. Imidlertid brukes kompakte vindturbiner i stort antall i dag av store selskaper for å drive produksjonsanlegg. På grunnlag av minivindmølleparker dannes det tilstrekkelig produktive og pålitelige systemer som kan konkurrere med enkeltgeneratorer med høy effekt.

Funksjoner ved vindmøller til havs

Populariteten til denne typen vindmøller skyldes flere fordeler fremfor stasjoner som er plassert på land. Dette handler i hovedsak om mer stabile arbeidsforhold, siden vindstrømmene ikke hindres bort fra kystlinjen. Samtidig er strukturene til havvindmøller delt inn i to grupper - støttende og flytende. De første er installert på grunt vann med en klassisk støtte i bakken under vann. Henholdsvis flytende stasjoner har en egen flytende plattform med fiksering ved hjelp av ankre og andre marine innretninger.

Kombinasjon av vindturbinkonstruksjoner med bygningsrammer

Det er også en meget lovende gruppe vindmøller som bokstavelig t alt er integrert i skrogene til høyhus. Denne løsningen har to fordeler - gunstige forhold for "mottak" av strømmer og en reduksjon i leveringsveien for elektrisitet, siden den endelige forsyningskilden vanligvis er forbrukerne inne i bygningen. For øyeblikket gjøres integrasjonen av vindturbiner av denne typen oftere ved hjelp avspesielle aerodynamiske sylindre som er montert på taket til skyskrapere. Konseptet med minipropeller er også under utvikling, som kan plasseres i alle deler av en høy byggeplass. Enhetene er bokstavelig t alt integrert i veggene, deretter kobles de til det generelle strømforsyningssystemet, og gir ut en liten, men stabil mengde energi.

Konklusjon

De siste årene har interessen for vindturbiner økt betydelig i Russland. Store stasjoner med en kapasitet på opptil 30-50 MW settes i drift med jevne mellomrom i ulike regioner. For vårt land er vindmøller spesielt nyttige fordi de lar oss levere energi til fjerntliggende regioner der det for øyeblikket ikke er noen mulighet for å organisere andre energiforsyningsmidler. Segmentet med små vindkraftverk utvikler seg også aktivt. I Russland har individuelle kraftsystemer med en kapasitet på 1-5 kW blitt veldig populære. Samtidig nekter ikke utviklere å kombinere prinsippene for drift av vindmøller med forbrenningsmotorer. Suksesser i denne retningen demonstreres spesielt av vind-diesel-design. Det er fortsatt vanskelig å si hvor mye vindenergi som vil etterspørres i Russland de neste tiårene, siden posisjonene til tradisjonelle energikilder fortsatt er sterke. Men trendene i overgangen til alternativ energi rundt om i verden vil sannsynligvis anspore den russiske industrien til aktivt å utforske slike områder.