Delovanje in konstrukcijske značilnosti sodobnih tipov vetrnih elektrarn

Članek obravnava princip delovanja in oblikovne značilnosti sodobnih vetrnih turbin za industrijo in zasebni sektor.

Že od antičnih časov je človeštvo poskušalo ukrotiti veter in ga postaviti v svojo službo. Sprva so bile jadrnice, ki so za svoje premikanje uporabljale energijo vetra, nato so se v vsakdanjem življenju začele uporabljati mline na veter, zdaj pa je prišel čas, da se energija vetra uporablja v vetrnih generatorjih za pridobivanje električne energije, ki služi ljudem.

V tujini precej velik del električne energije proizvedejo vetrne elektrarne (HE), česar, odkrito povedano, ne moremo reči za Rusijo in države postsovjetskega prostora. Tukaj je očitno - smo med zaostalimi.

Uporaba vetrnih elektrarn v razvitih državah sveta omogoča reševanje ne le težav z avtonomno oskrbo z električno energijo vil, podeželskih hiš, dacha skupnosti, ampak tudi okoljske probleme, saj med proizvodnjo električne energije ni onesnaževanja okolja. od sodobnih parkov vetrnih turbin sploh.

Oglejmo si načelo delovanja in podrobneje glavne vrste sodobnih vetrnih elektrarn.

Načelo delovanja vetrnih generatorjev

Vsako načelo delovanja vetrna elektrarna (HE) sestoji iz pretvorbe kinetične energije zračnega toka, ki se premika skozi ravnino lopatic ali turbin, v električno energijo - z uporabo električnih generatorjev. Najpogostejši tip sodobnih vetrnih elektrarn so vetrne elektrarne z lopaticami, ki združujejo vetrne generatorje z lopaticami z vodoravno osjo vrtenja in rotacijske generatorje z vrtiljakom, pri katerih je os vrtenja nameščena navpično. Spodaj si bomo podrobneje ogledali te vrste vetrnih generatorjev.

Zasnova glavnih tipov vetrnih turbin

Vsak vetrni generator je strukturno sestavljen iz podstavka, sicer imenovanega jambor, vrtljive naprave z vrtečimi se lopaticami ali vetrne turbine, električne energije, ki jo proizvaja generator, in baterije. Poleg tega je v vsaki vetrni elektrarni potrebna enota za krmiljenje in pretvorbo.

Kar zadeva število lopatic, so hidroelektrične turbine lahko dvo-, tri- in večkrake. Najpogostejše so trikrake turbine.Za preprečitev predčasne odpovedi vetrnih turbin so vetrne elektrarne opremljene s sistemom za aeromehansko stabilizacijo hitrosti vrtenja njihovih lopatic.

Električni generator, ki proizvaja električno energijo v vetrni elektrarni, je neposredno povezan z njeno turbino, kadar sta osi vrtenja vetrne turbine in generatorja enaki, ali preko mehanskega prenosa, ki prenaša vrtilna gibanja lopatic turbine na generator. V sodobnih vetrnih elektrarnah se uporabljajo predvsem sinhroni večpolni brezkrtačni generatorji s trajnimi magneti, ki so konstrukcijsko izdelani v popolnoma zaprtem ohišju in iz standardnih elementov.

Odvisno od smeri in "pritiska" zračnega toka na lopatice turbine, ga je mogoče z vrtilnim mehanizmom naprave preusmeriti v smer, ki je optimalna za njeno učinkovito delovanje.

Funkcionalno je enota za krmiljenje in pretvorbo moči zasnovana tako, da shranjuje električno energijo, ki jo proizvede vetrna elektrarna, v svojih akumulatorjih za shranjevanje z njeno naknadno pretvorbo iz 12 V enosmerne napetosti v 220 V izmenične napetosti — s pomočjo "inverterja".

Krmilna enota omogoča tudi spremljanje in kontrolo procesa polnjenja baterije, moči električnega generatorja itd.

Različne možnosti za dokončanje sodobnih vetrnih elektrarn, tako za industrijsko uporabo kot za tiste, ki se uporabljajo v zasebnem sektorju, vam omogočajo, da izberete vsako najbolj optimalno možnost za vsakega uporabnika.

Trenutno so v svetu najbolj razširjeni vetrni generatorji tipa lopatic, katerih os vrtenja lopatic je vzporedna ali vodoravna s smerjo zračnega toka. V bistvu bomo o teh vetrnih turbinah govorili kasneje.

Lopatica vetrne elektrarne z vodoravno osjo vrtenja

Učinkovitost izkoriščanja vetrne energije za to vrsto vetrne turbine doseže 48%, kar je veliko več kot pri vrtiljakih. Ta vrsta vetrnih generatorjev je lahko z dvema in tremi rezili.

Pri tem je najučinkovitejše delovanje naprave doseženo, ko je veter usmerjen pravokotno na ravnino vrtenja lopatic generatorja. Zato ima ta tip "vetrne turbine" tudi konstrukcijsko napravo, ki omogoča samodejno vrtenje generatorja pravokotno na smer vetra. Proizvodnja energije te vrste vetrne elektrarne je neposredno odvisna od hitrosti vetra (njenega pritiska), pa tudi od premera in površine lopatic same vetrne turbine.

Vrtiljak ali vrtljive vetrne elektrarne

Ta vrsta vetrne turbine ima navpično os vrtenja, na njej pa je nameščeno in pritrjeno kolo, ki sprejema površine za veter. Bistvena prednost tovrstnih vetrnih elektrarn je, da lahko delujejo brez spreminjanja položaja – v kateri koli smeri zračnega toka. Ta vrsta vetrnih turbin je počasna in tiha, kot generatorji za proizvodnjo električne energije pa se uporabljajo nizkohitrostni večpolni električni generatorji.

Sodobna vetrna elektrarna z vodoravno in navpično osjo vrtenja

Druge vrste sodobnih vetrnih elektrarn

Poleg tega so se pred kratkim pojavili najnovejši razvoj vetrnih turbin s popolnoma novimi zasnovami, ki so strukturno sestavljene iz trinožne podlage, nameščene na močnem temelju. Na podnožju je nameščen generator v obliki obroča, z vgrajenim ležajem in centralnim rotorjem. Obroč takega generatorja ima lahko premer več kot 100 metrov. Takšne vetrne elektrarne se uporabljajo za industrijsko proizvodnjo energije.

Delujejo tudi vetrne elektrarne, ki jih sestavlja več deset majhnih vetrnih turbin - modulov, strukturno združenih v en sam sistem za odpravljanje napak za proizvodnjo električne energije.

Pred kratkim so ameriški strokovnjaki razvili in uvedli v industrijsko proizvodnjo majhno turbinsko vetrno elektrarno Windgate, namenjeno zasebnemu sektorju. Turbinsko kolo doseže premer 1,8 metra in se vrti okoli vodoravne osi. Konci lopatic takšne turbinske naprave imajo trajne magnete, zaradi česar imamo pravzaprav velik rotor - vrteč se v integralnem ohišju statorja naprave. Takšne vetrne generatorje Windgate je mogoče namestiti celo na streho zasebne hiše ali koče in so zelo učinkovite, njihova cena pa je približno 4,5-5 tisoč ameriških dolarjev.

Zaključek

Treba je opozoriti, da se konstrukcija vetrnih elektrarn nenehno izboljšuje in temu primerno se izboljšujejo njihovi tehnološki parametri, aerodinamika, predvsem pa je cena teh ekološko čistih energetskih blokov prihodnosti vse manj "grizeča" za preprostega potrošnika.