Vertikale vindturbiner

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

Selv om det er mange mer avanserte måter å generere energi på i dag, ble vindturbiner brukt nesten over alt. De brukes selvfølgelig fortsatt i dag, men antallet har gått betydelig ned. For å forstå hvordan de fungerer, er det viktig å vite at vind er en form for solenergi.

Generell beskrivelse

Vindturbiner fungerer ved hjelp av vindstrømmer. Men hvorfor er vinden i stand til å generere strøm? Dette fenomenet oppstår på grunn av det faktum at det er en ujevn oppvarming av jordens atmosfære, strukturen på overflaten av planeten er uregelmessig, og også fordi den roterer. Vindturbiner, eller vindgeneratorer, er i stand til å konvertere den kinetiske energien til vinden til mekanisk energi, som senere kan brukes til noen andre oppgaver.

Hvordan genererer disse enhetene elektrisitet med vanlig vind? Faktisk er alt ganske enkelt. Prinsippet for drift av en slik turbin er direkte motsatt av driften av en vifte. Under påvirkning av vindens kraft snur bladene på vindturbinen, som igjen får akselen koblet til generatoren til å produsere elektrisitet til å rotere.

Turbintyper

Det finnes flere typer forskjellige turbiner. Ingeniører skiller mellom to hovedkategorier som er i bruk. Den første kategorien er horisontal-aksial og den andre kategorien er vertikal-aksial. Den første typen vindturbiner har den vanligste utformingen, som inkluderer to eller tre blader. Enheter med tre blader fungerer etter prinsippet om "mot vinden". Selve elementene er satt slik at de ser mot vinden.

En av de største turbinene i verden er GE Wind Energy. Effekten til denne enheten er 3,6 megawatt. Her er det verdt å merke seg at jo større turbinen er, jo mer effektiv er den. I tillegg forbedres fordel-til-pris-forholdet med størrelsen på aggregatet.

Turbintotaler

Den første indikatoren som en enhet velges med, er strøm. Hvis vi tar "service" turbiner, kan kraften deres starte fra 100 kW og nå flere MW. Det er også viktig å merke seg at både vertikale og horisontale vindturbiner kan grupperes sammen. Slike grupper omtales oftest som vindparker. Formålet med slike nettsteder er engrosforsyning av elektrisitet til ønsket objekt.

Hvis vi snakker om små enkeltturbiner, hvis effekt er mindre enn 100 kW, brukes de oftest til å levere strøm til private hus, telekommunikasjonsantenner eller til å levere energi til vannoverføringspumper. Det skal bemerkes at små turbiner også kan brukes i kombinasjon med dieselmotorer.generatorer, batterier eller solcellepaneler. Et slikt system kalles et hybridsystem. De brukes på steder der det ikke er noen annen mulighet for å koble til det elektriske nettverket.

Fordeler med vertikale turbiner

For tiden brukes den vertikale typen enheter mye oftere. Dette begrunnes med at den vertikale typen har en rekke fordeler fremfor de horisontale.

På vertikale tårn vil lasten virke jevnere, noe som gjør det lettere å lage en større struktur med tanke på dimensjonene. I tillegg, for å installere rotoren på denne typen turbin, er det ikke behov for ekstra utstyr. En viktig fordel som øker arbeidseffektiviteten er at bladene til vertikale turbiner kan gjøres vridd – i form av en spiral. Dette er veldig viktig, for i dette tilfellet vil vindenergi påvirke dem både ved inngangen og ved utgangen, noe som selvfølgelig øker effektiviteten til installasjonen.

En av de viktigste fordelene med vertikale turbiner er at når de er installert, er det ingen vits i å tilpasse aksen til vindstrømmen. Denne typen enhet vil fungere med en vindstrøm som blåser fra begge sider.

Bolotov vindturbin

Denne enheten skiller seg ut fra andre enheter. For normal drift av turbinen er det ikke nødvendig å tilpasse den til ulike værforhold. Vindkraftelementet i dette designet er i stand til å oppfatte vinden fra alle sider, uten noeninnstillingsoperasjoner. I tillegg krever ikke denne typen stasjoner at tårnet snur når vindretningen endres. En annen fordel med vertikale vindturbiner (VAWT - vindkraftverk med vertikal generatoraksel) er at de har en spesiell design som lar deg jobbe med vindstrømmer av enhver kraft. Drift selv under stormer er mulig. Det er mulig å velge antall installasjonsmoduler. Utgangseffekten til turbinen vil avhenge av antallet. Det vil si at ved å endre antall moduler kan du endre kraften til enheten, noe som er veldig praktisk. En annen fordel er at vindkraftelementet er satt sammen på en slik måte at det tillater høyeffektiv konvertering av kinetisk energi til mekanisk energi.

Dimensjoner på Biryukov- og Blinov-vindturbinen

Denne enheten har en to-etasjers rotor med en diameter på 0,75 m. Høyden på dette elementet er 2 m. Under påvirkning av en frisk vind var en slik rotor i stand til å snurre rotoren til en asynkron aksel med en effekt på opptil 1,2 kW. Turbinen tålte vindstyrke opp til 30 m/s uten feil.

Verdt å snakke om hvorfor vindturbinen regnes som en prestasjon av to forskere. Saken er at på 60-tallet. i USSR patenterte forskeren Biryukov en karusellvindgenerator med KIEV 46 %. Men litt senere kunne ingeniør Blinov bruke samme design, men med en indikator på 58 % KIEV.

Turbinerhyperboloid type

Vindturbinene av hyperboloidtypen var basert på ideene til en slik ingeniør som Shukhov Vladimir Grigoryevich.

Funksjonene til denne typen turbiner inkluderer det faktum at den har et større arbeidsområde for vindstrømmen. Hvis vi sammenligner denne indikatoren med andre kategorier av enheter, viser hyperboloidtypen resultater 7-8% bedre, hvis vi teller fra det feide området. Denne indikatoren er gyldig for de typene der arbeidsområdet til vindstrømmen er vaned. Hvis vi sammenligner denne typen for eksempel med Darrieus- og Savonius-turbiner, vil forskjellen være 40-45%.

De spesielle egenskapene til denne kategorien enheter inkluderer også at de er i stand til å arbeide med luftstrømmer oppover. Det er veldig produktivt hvis du installerer generatoren nær en innsjø, sump, åsside osv.

Fordelene med slike turbiner inkluderer det faktum at kontaktlinjen til det aktive luftlaget, som vasker hyperboloiden, vil være 1,6 ganger lengre enn for en lignende sylinder som roterer som en roterende vindgenerator. Naturligvis derfor konklusjonen om at effektiviteten vil være like mye større.

Flaws

Til tross for de mange fordelene og egenskapene til disse turbinene, har de også noen ulemper.

De negative faktorene inkluderer det faktum at når generatorbladene roterer mot vindstrømmer, vil denne typen generatorer pådra seg betydelige tap, som igjen vil føre til en reduksjon i arbeidseffektiviteten med omtrent det halve. Nedgangen i denne indikatoren er veldig merkbar hvis vi sammenligner vertikale turbiner med horisontale, som ikke har slike tap.

En annen ulempe er at den vertikale vindturbinen må være veldig lang. Hvis du plasserer den nær bakken, hvor vindhastigheten er mye lavere enn i stor høyde, kan det være problemer med å starte rotoren, som trenger et dytt for å begynne å virke. Av seg selv starter den ikke i det hele tatt. Du kan selvfølgelig installere spesielle tårn for å heve bladene høyere, men den nedre delen av rotoren vil fortsatt være for lav.

Andre ulemper inkluderer det faktum at det om vinteren vil danne istapper på bladene til vindturbiner. Det er også verdt å merke seg den store mengden støy som turbiner avgir under drift. Noen av installasjonene er til og med i stand til å produsere skadelig infralyd under drift. Det forårsaker vibrasjoner, som kan få glass, vinduer, tallerkener til å rasle.

Fun fact: RimWorlds vindturbiner ble brukt som strømkilde.