Vėjo jėgainės: tipai, konstrukcijos, privalumai
Vėjo jėgainės: tipai, konstrukcijos, privalumai

Video: Vėjo jėgainės: tipai, konstrukcijos, privalumai

Video: Vėjo jėgainės: tipai, konstrukcijos, privalumai
Video: A Monk and His Freedom Desk 2024, Kovas
Anonim

Vėjo energija toli gražu nėra nauja energijos tiekimo šaka, tačiau dabartinėmis sąlygomis ji tampa vis ryškesnėmis perspektyvios tolesnio plėtros krypties bruožais. Kol kas sunku kalbėti apie universalias vėjo generatorių techninio įgyvendinimo koncepcijas, tačiau pažanga naudojant atskirus inžinerinius sprendimus leidžia manyti, kad artimiausiu metu atsiras vienas vieningas konstrukcijos modelis. Tuo pačiu metu pasaulyje naudojamos kelių tipų vėjo jėgainės, kurių kiekviena turi savo stipriąsias puses.

Bendras vėjo jėgainių veikimo principas

Vėjo generatoriai
Vėjo generatoriai

Kaip ir dauguma šiuolaikinių alternatyvių energijos š altinių, vėjo turbina veikia dėl jėgos, veikiančios kaip natūralaus proceso rezultatas. Kalbame apie vėjo srautus, atsirandančius dėl netolygaus šildymožemės paviršių saulės. Beveik visos vėjo jėgainės veikia tokiu principu: oro srautai suka ratą ant specialaus veleno su mentėmis, taip perduodami sukimo momentą į generatorių arba akumuliatorių bloką. Stabilumo ir pakankamos oro judėjimo jėgos sąlygomis elektrai gaminti vėjo malūnai gali užtikrinti 45-50% naudingumo koeficientą. Būtent vėjo kintamumas ir jo stiprumas lemia platų vėjo turbinų konstrukcijų įvairovę, kurios taip pat apskaičiuojamos atsižvelgiant į konkrečias naudojimo klimato sąlygas.

Kokie pagrindiniai vėjo turbinų privalumai?

Įvertinti vėjo jėgainių efektyvumą galima tiek lyginant su tradiciniais energijos š altiniais, tiek atsižvelgiant į generatorius, veikiančius naudojant atsinaujinančius nemokamus išteklius. Ryškiausi tokių sistemų pranašumai, suteikiantys viltį sėkmingam jų vystymuisi ateityje, yra šie veiksniai:

  • Pati vėjo energija yra ne tik atsinaujinanti, bet ir kaupiama bei apdorojama.
  • Ekonominė nauda. Vienareikšmiškų konkrečių ekonominių rodiklių vertinimų dar negali lemti sistemų, veikiančių skirtingu našumu, įvairovė. Tačiau galime kalbėti apie išskirtinius atskirų projektų rezultatus. Pavyzdžiui, kiek kainuoja kilovatas elektros energijos iš didelio vėjo malūno jūroje? Galime kalbėti apie 2-12 rublių diapazoną. už 1 kWh.
  • Ekologiška. Vėjo turbinų veikimas nenumato kenksmingo poveikiooro teršalų išmetimas.
  • Kompaktiškas. Vėjo turbinos įrengimas net pramoniniu formatu negali būti lyginamas su tradicinėmis elektrinėmis. Taip yra daugiausia dėl tokių sistemų savarankiškumo ir nepriklausomumo nuo pagalbinių ryšių ir išteklių.

Horizontalios ašies generatoriai

Vėjo turbinos dizainas
Vėjo turbinos dizainas

Tokių vėjo malūnų projektavimo schemoje numatytas elektros generatorius, pavarų dėžė, mentės ir bokštas su rėmu. Menčių konfigūracija įgyvendinama taip, kad oras tekėtų į piltuvą, kuris sukuria sukimo momentą. Svarbi tokių vėjo malūnų, gaminančių elektros energiją, veikimo sąlyga yra gebėjimas prisitaikyti prie srautų judėjimo ypatybių (krypties ir stiprumo). Tam konstrukcijose yra mechanizmai, skirti menčių pasukimui ir pakreipimui žemės paviršiaus atžvilgiu. Pažangiausiuose modeliuose taip pat naudojami valdikliai su automatiniu valdymu. Kalbant apie vėjo rato įgyvendinimą, trijų ašmenų konfigūracija dažniau naudojama horizontaliose schemose. Be to, siekdami padidinti generatorių našumą, inžinieriai linkę didinti funkcinės priimančiosios dalies dydį, o tai, pavyzdžiui, paaiškina dabartinę tendenciją konstrukcijų gamyboje pereiti nuo plastikinių ir lengvųjų metalų prie brangių kompozitinių elementų.

Vertikalios ašies generatoriai

Vertikalios vėjo jėgainės
Vertikalios vėjo jėgainės

Tokie generatoriai turi didelį pranašumą prieš horizontalias konstrukcijas,Tai reiškia, kad nereikia papildomų įrenginio stebėjimo ir valdymo priemonių. Tai yra, veikimo metu vėjo malūnas su vertikalia ašimi niekaip nesiderina prie srautų judėjimo. Ši sąveikos su oro masėmis savybė vienu metu sumažina įtampą vėjo generatoriaus mentėse ir mažina giroskopines apkrovas. Generatorius su pavara, kuris sudaro gamyklos variklį, gali būti pastatytas konstrukcijos bokšto apačioje, nerizikuojant sugadinti ar sugesti. Tačiau kodėl su aprašytais pranašumais vertikalios instaliacijos nepakeitė visiškai horizontalių vėjo malūnų? Deja, šie modeliai turi ir didelių trūkumų. Kadangi vėjo ratas nėra valdomas vėjo srautų ir visada veikia siaurame energijos surinkimo diapazone, generatoriaus našumas logiškai sumažėja. Todėl norint išlaikyti pakankamą vertikalių vėjo malūnų galią, reikalingas masinis jų naudojimas, apimantis didelius plotus, o tai ne visada įmanoma.

Dizainas pagal Darrieus rotorių

Vėjo turbinų generatoriai su vertikalia sparnuote yra pagrįsti Savonius arba Darrieus rotoriaus konstrukcija. Tačiau ši grupė turi ir savo variantų bei modernių modifikacijų. Perspektyviausia pastarojo meto plėtra – 2001 m. sukurta Gorlovo sraigtinė turbina. Tai savotiškas Darrieus rotoriaus koncepcijos tęsinys, tačiau labiau optimizuota forma. Spiralinės vertikalios mentės leidžia generuoti energiją iš vandens ir oro srautų su minimaliu aktyvumu. Šiandien šie generatoriainaudojami tiek specializuotose vėjo jėgainėse, tiek kaip hidroelektrinių dalis.

Vėjo turbinos su Darrieus rotoriumi
Vėjo turbinos su Darrieus rotoriumi

Vėjo generatoriai su srauto stiprintuvais

Taip pat tam tikra prasme yra klasikinio vėjo malūnų dizaino tęsinys, tačiau pritaikytas dabartinėms aukštųjų technologijų eksploatavimo sąlygoms. Modifikacijos su srauto stiprintuvais išsiskiria tuo, kad yra vienas ar keli latakai, skirti koncentruoti oro srautus. Aerodinaminiai kūgio formos elementai tų pačių latakų pavidalu surenka srautus dideliame plote, nukreipdami juos į vieną krypties tašką ir taip padidindami menčių sistemos greitį. Vėjo turbinų su srauto stiprintuvais sunkumas yra tas, kad jiems reikia naudoti papildomą elementų grupę. Be to, pasiekti reikšmingą našumo padidėjimą tokiose sistemose galima tik prijungus pagalbinius energijos š altinius, o tai ne visada ekonomiškai pagrįsta.

Vėjo turbinos be pavarų

Atsižvelgiant į struktūrinio optimizavimo idėją, atsirado ir vėjo jėgainės variantas be pavarų dėžės. Vietoj to naudojamas žiedinis kanalas su vidiniu metaliniu strypu. Šis žiedas sumontuotas aplink rotoriaus ratlankį. Čia taip pat yra magnetų grupė, kuri sąveikauja su metaliniu strypu ir taip prisideda prie srovės generavimo. Vėjo turbinų be pavarų dėžės, kurios rotoriaus skersmuo yra apie 200 cm, našumas gali siekti 1500 kWhmetais. Pagrindinis šios konstrukcijos privalumas yra energijos nuostolių, natūraliai atsirandančių dirbant generatoriams su pavarų dėžėmis, sumažinimas. Tačiau už šį pranašumą reikia mokėti greičio apribojimais. Kad įrenginys veiktų optimaliai, reikalingas bent 2 m/s srauto greitis.

Pramoninių vėjo turbinų savybės

Pramoninis vėjo generatorius
Pramoninis vėjo generatorius

Pramoniniai vėjo malūnai turi du esminius skirtumus – didelį dydį ir didelę galią. Šio tipo stočių privalumai ir trūkumai atsiranda dėl šių savybių. Kalbant apie konstrukciją, pakanka pasakyti, kad šiuolaikinių pramoninių vėjo malūnų aukštis gali siekti 150-200 m, o ašmenų tarpatramis – daugiau nei 100 m. Didelė galia taip pat reikalauja funkcinės infrastruktūros sudėtingumo. Taigi, norint valdyti energijos konvertavimo procesą, naudojami vėjo generatorių valdikliai, kurie užtikrina, kad būtų atsižvelgiama į esamą akumuliatoriaus bloko įkrovą. Be to, tokių įrenginių elektrinis užpildas apima keitiklius ir trumpojo jungimo apsaugos sistemas.

Buitinių vėjo turbinų ypatybės

Paprasčiausius vėjo malūnus galima ne tik naudoti namuose, bet ir surinkti rankomis. Paprastai tai yra mažo dydžio įrenginiai, kurių aukštis ne didesnis kaip 10 m, galintys veikti 0,5–5 kW galia. Kaip pasyvus buitinės technikos energijos š altinisarba atskiros elektros prietaisų grupės, tokia galimybė pasiteisina. Tačiau kompaktiškas vėjo turbinas šiandien daug naudoja didelės įmonės gamybiniams įrenginiams maitinti. Minimaliųjų vėjo malūnų fermų pagrindu formuojamos pakankamai našios ir patikimos sistemos, galinčios konkuruoti su didelės galios pavieniais generatoriais.

Jūros vėjo turbinų ypatybės

Jūros vėjo turbinos
Jūros vėjo turbinos

Šio tipo vėjo malūnų populiarumą lemia keli pranašumai, palyginti su stotimis, esančiomis sausumoje. Tai daugiausia susiję su stabilesnėmis darbo sąlygomis, nes vėjo srautai nėra trukdomi nuo kranto linijos. Tuo pačiu metu jūrinių vėjo jėgainių konstrukcijos skirstomos į dvi grupes – laikančiąsias ir plaukiojančias. Pirmieji montuojami sekliame vandenyje su klasikine atrama žemėje po vandeniu. Plaukiojančios stotys atitinkamai turi savo plūduriuojančią platformą su fiksavimu inkarais ir kitais jūriniais įtaisais.

Vėjo turbinų konstrukcijų derinys su pastato karkasais

Taip pat yra labai perspektyvi vėjo malūnų grupė, kuri tiesiogine prasme integruota į daugiaaukščių pastatų korpusus. Šis sprendimas turi du privalumus – palankias sąlygas „priimti“srautus ir sumažinti elektros tiekimo kelią, nes galutinis tiekimo š altinis dažniausiai yra vartotojai pastato viduje. Šiuo metu tokio tipo vėjo jėgainių integracija dažniau atliekama naudojantspecialūs aerodinaminiai cilindrai, kurie montuojami ant dangoraižių stogų. Taip pat kuriama mini sraigtų koncepcija, kurią galima pastatyti bet kurioje aukštos statybvietės vietoje. Įrenginiai tiesiogine prasme yra integruoti į sienas, po to jie prijungiami prie bendros maitinimo sistemos, išleidžiant nedidelį, bet stabilų energijos kiekį.

Išvada

Buitinė vėjo turbina
Buitinė vėjo turbina

Pastaraisiais metais susidomėjimas vėjo turbinomis Rusijoje labai išaugo. Periodiškai skirtinguose regionuose pradedamos eksploatuoti didelės, iki 30-50 MW galios stotys. Mūsų šaliai vėjo malūnai ypač naudingi, nes leidžia aprūpinti energija atokesnius regionus, kuriuose šiuo metu nėra galimybės organizuoti kitų energijos tiekimo būdų. Aktyviai vystosi ir mažųjų vėjo jėgainių segmentas. Rusijoje labai išpopuliarėjo individualios 1-5 kW galios elektros sistemos. Tuo pačiu kūrėjai neatsisako vėjo malūnų veikimo principų derinti su vidaus degimo varikliais. Sėkmę šia kryptimi visų pirma demonstruoja vėjo ir dyzelino konstrukcijos. Vis dar sunku pasakyti, kiek per ateinančius dešimtmečius Rusijoje bus paklausa vėjo energijos, nes tradicinių energijos š altinių pozicijos vis dar tvirtos. Tačiau perėjimo prie alternatyvios energijos tendencijos visame pasaulyje greičiausiai paskatins Rusijos pramonę aktyviai tyrinėti tokias sritis.

Rekomenduojamas: