Vertikalios vėjo turbinos

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Nors šiandien yra daug pažangesnių energijos gamybos būdų, anksčiau vėjo turbinos buvo naudojamos beveik visur. Žinoma, jie naudojami ir šiandien, tačiau jų gerokai sumažėjo. Norint suprasti, kaip jie veikia, svarbu žinoti, kad vėjas yra saulės energijos forma.

Bendras aprašymas

Vėjo turbinos veikia naudodamos vėjo sroves. Bet kodėl vėjas gali gaminti elektrą? Šis reiškinys atsiranda dėl to, kad vyksta netolygus žemės atmosferos įkaitimas, planetos paviršiaus struktūra netaisyklinga, taip pat dėl to, kad jis sukasi. Vėjo turbinos arba vėjo generatoriai gali paversti kinetinę vėjo energiją mechanine energija, kurią vėliau galima panaudoti kai kurioms kitoms užduotims.

Kaip tiksliai šie įrenginiai gamina elektros energiją naudojant įprastą vėją? Tiesą sakant, viskas yra gana paprasta. Tokios turbinos veikimo principas yra tiesiogiai priešingas ventiliatoriaus veikimui. Veikiant vėjo jėgai, vėjo turbinos mentės sukasi, o tai savo ruožtu priverčia suktis su generatoriumi prijungtą veleną, gaminantį elektros energiją.

Turbinų tipai

Yra kelių tipų įvairių turbinų. Inžinieriai išskiria dvi pagrindines šiuo metu naudojamas kategorijas. Pirmoji kategorija yra horizontali ašinė, o antroji kategorija yra vertikalios ašies. Pirmojo tipo vėjo turbinos yra labiausiai paplitusios konstrukcijos, kurią sudaro dvi arba trys mentės. Įrenginiai su trimis ašmenimis veikia „prieš vėją“principu. Patys elementai nustatyti taip, kad jie žiūrėtų į vėją.

Viena didžiausių turbinų pasaulyje yra GE Wind Energy. Šio įrenginio galia yra 3,6 megavatai. Čia verta paminėti, kad kuo didesnė turbina, tuo ji efektyvesnė. Be to, naudos ir kainos santykis taip pat gerėja didėjant suvestinių duomenų dydžiui.

Turbinos sumos

Pirmasis indikatorius, pagal kurį pasirenkamas įrenginys, yra galia. Jei imtume „tarnybines“turbinas, tai jų galia gali prasidėti nuo 100 kW ir siekti kelis MW. Taip pat svarbu pažymėti, kad tiek vertikalios, tiek horizontalios vėjo jėgainės gali būti grupuojamos. Tokios grupės dažniausiai vadinamos vėjo jėgainėmis. Tokių aikštelių paskirtis – didmeninis elektros energijos tiekimas norimam objektui.

Jeigu kalbėtume apie nedideles pavienes turbinas, kurių galia mažesnė nei 100 kW, jos dažniausiai naudojamos elektra tiekti privatiems namams, telekomunikacijų antenoms arba tiekti energiją vandens perdavimo siurbliams. Pažymėtina, kad mažos turbinos gali būti naudojamos ir kartu su dyzeliniais varikliais.generatoriai, baterijos ar saulės baterijos. Tokia sistema vadinama hibridine. Jie naudojami ten, kur nėra kitos galimybės prisijungti prie elektros tinklo.

Vertikalių turbinų privalumai

Šiuo metu daug dažniau naudojami vertikalaus tipo įrenginiai. Tai pateisinama tuo, kad vertikalus tipas turi daug pranašumų prieš horizontalųjį.

Vertikalaus tipo bokštuose apkrova veiks tolygiau, todėl bus lengviau sukurti didesnę jos matmenų konstrukciją. Be to, norint sumontuoti rotorių tokio tipo turbinoje, nereikia papildomos įrangos. Svarbus privalumas, didinantis darbo efektyvumą, yra tai, kad vertikalių turbinų mentės gali būti pagamintos susuktos – spiralės formos. Tai labai svarbu, nes tokiu atveju vėjo energija paveiks juos tiek prie įėjimo, tiek prie išėjimo, o tai, žinoma, padidina įrengimo efektyvumą.

Vienas iš svarbiausių vertikalių turbinų privalumų yra tas, kad jas sumontavus nėra prasmės reguliuoti ašies pagal vėjo srautą. Šio tipo įrenginys veiks, kai vėjas pučia iš abiejų pusių.

Bolotovo vėjo turbina

Šis įrenginys išsiskiria iš kitų įrenginių. Normaliam turbinos darbui nereikia jos pritaikyti prie įvairių oro sąlygų. Šios konstrukcijos vėjo jėgos elementas gali suvokti vėją iš bet kurios pusės, be jokionustatymo operacijos. Be to, tokio tipo stotyse nereikalaujama, kad bokštas apsisuktų pasikeitus vėjo krypčiai. Dar vienas vertikalių vėjo jėgainių (VAWT – vėjo jėgainė su vertikalia generatoriaus velenu) privalumas yra tas, kad jos turi specialią konstrukciją, leidžiančią dirbti su bet kokios galios vėjo srautais. Galimas veikimas net per audras. Galima pasirinkti montavimo modulių skaičių. Turbinos išėjimo galia priklausys nuo jų skaičiaus. Tai yra, pakeisdami modulių skaičių, galite pakeisti įrenginio galią, o tai labai patogu. Kitas privalumas yra tai, kad vėjo jėgos elementas yra surinktas taip, kad būtų galima efektyviai konvertuoti kinetinę energiją į mechaninę energiją.

Biriukovo ir Blinovo vėjo turbinos matmenys

Šis įrenginys turi dviejų aukštų rotorių, kurio skersmuo 0,75 m. Šio elemento aukštis yra 2 m. Veikiant gaiviam vėjui, toks rotorius galėjo visiškai sukti asinchroninio rotorių velenas, kurio galia iki 1,2 kW. Turbina be gedimų galėtų atlaikyti vėjo jėgą iki 30 m/s.

Verta kalbėti apie tai, kodėl vėjo turbina laikoma dviejų mokslininkų pasiekimu. Reikalas tas, kad 60 m. SSRS mokslininkas Biriukovas užpatentavo karuselinį vėjo generatorių su KIEV 46 proc. Tačiau šiek tiek vėliau inžinierius Blinovas galėjo naudoti tą patį dizainą, bet su 58% KIEV rodikliu.

Turbinoshiperboloidinis tipas

Hiperboloidinio tipo vėjo turbinos buvo pagrįstos tokio inžinieriaus kaip Šuchovas Vladimiras Grigorjevičius idėjomis.

Šio tipo turbinos ypatybės apima tai, kad ji turi didesnį vėjo srauto darbinį plotą. Jei lygintume šį rodiklį su kitų kategorijų įrenginiais, tai hiperboloidinis tipas rodo 7-8% geresnius rezultatus, skaičiuojant nuo nušluoto ploto. Šis indikatorius galioja tiems tipams, kuriuose vėjo srauto darbo zona yra menka. Jei palyginsime šį tipą, pavyzdžiui, su Darrieus ir Savonius turbinomis, skirtumas bus 40-45%.

Ypatingos šios kategorijos įrenginių savybės taip pat apima tai, kad jie gali dirbti su aukštyn nukreiptais oro srautais. Tai labai produktyvu, jei įrengiate generatorių šalia ežero, pelkės, kalvos ir pan.

Tokių turbinų privalumai yra tai, kad aktyvaus oro sluoksnio, kuris plauna hiperboloidą, sąlyčio linija bus 1,6 karto ilgesnė nei panašaus cilindro, besisukančio kaip rotacinis vėjo generatorius. Natūralu, kad iš to galima daryti išvadą, kad efektyvumas bus toks pat didesnis.

Defektai

Nepaisant daugelio šių turbinų pranašumų ir savybių, jos turi ir trūkumų.

Neigiami veiksniai yra tai, kad generatoriaus mentėms besisukus prieš vėjo srovę, tokio tipo generatoriai patirs didelių nuostolių, o tai savo ruožtu lems darbo efektyvumo sumažėjimą maždaug per pusę. Šio rodiklio sumažėjimas labai pastebimas, jei lyginsime vertikalias turbinas su horizontaliomis, kurios neturi tokių nuostolių.

Kitas trūkumas yra tas, kad vertikali vėjo turbina turi būti labai ilga. Jei pastatysite jį arti žemės, kur vėjo greitis yra daug mažesnis nei dideliame aukštyje, gali kilti problemų paleidžiant rotorių, kurį reikia stumti, kad pradėtų veikti. Savaime jis visai neprasideda. Žinoma, galite sumontuoti specialius bokštelius, kad pakeltumėte ašmenis aukščiau, tačiau apatinė rotoriaus dalis vis tiek bus per žema.

Kiti trūkumai yra tai, kad žiemą ant vėjo jėgainių menčių susidarys varvekliai. Taip pat verta atkreipti dėmesį į didelį triukšmo kiekį, kurį eksploatacijos metu skleidžia turbinos. Kai kurie įrenginiai netgi gali skleisti žalingą infragarsą jų veikimo metu. Tai sukelia vibraciją, dėl kurios gali barškėti stiklai, langai, indai.

Įdomus faktas: „RimWorld“vėjo turbinos buvo naudojamos kaip energijos š altinis.