Pionowe turbiny wiatrowe

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Chociaż istnieje obecnie wiele bardziej zaawansowanych sposobów wytwarzania energii, turbiny wiatrowe były używane prawie wszędzie. Oczywiście nadal są używane, ale ich liczba znacznie spadła. Aby zrozumieć, jak działają, ważne jest, aby wiedzieć, że wiatr jest formą energii słonecznej.

Opis ogólny

Turbiny wiatrowe działają przy użyciu prądów wiatrowych. Ale dlaczego wiatr może wytwarzać energię elektryczną? Zjawisko to występuje ze względu na nierównomierne ogrzewanie ziemskiej atmosfery, nieregularną strukturę powierzchni planety, a także jej rotację. Turbiny wiatrowe lub generatory wiatrowe są w stanie przekształcić energię kinetyczną wiatru w energię mechaniczną, która może być później wykorzystana do innych zadań.

Jak dokładnie te urządzenia generują energię elektryczną przy użyciu normalnego wiatru? W rzeczywistości wszystko jest dość proste. Zasada działania takiej turbiny jest wprost przeciwna do działania wentylatora. Pod wpływem siły wiatru łopaty turbiny wiatrowej obracają się, co z kolei powoduje obrót wału podłączonego do generatora, który wytwarza energię elektryczną.

Typy turbin

Istnieje kilka typów różnych turbin. Inżynierowie wyróżniają obecnie dwie główne kategorie. Pierwsza kategoria jest poziomo-osiowa, a druga kategoria jest pionowo-osiowa. Pierwszy typ turbiny wiatrowej ma najbardziej powszechną konstrukcję, która zawiera dwie lub trzy łopaty. Jednostki z trzema łopatami działają na zasadzie „pod wiatr”. Same elementy są ustawione tak, że patrzą na wiatr.

Jedną z największych turbin na świecie jest GE Wind Energy. Moc tego urządzenia to 3,6 megawata. Warto tutaj zaznaczyć, że im większa turbina, tym jest bardziej wydajna. Ponadto stosunek korzyści do ceny również poprawia się wraz z wielkością kruszywa.

Suma turbin

Pierwszym wskaźnikiem wyboru urządzenia jest moc. Jeśli weźmiemy turbiny „serwisowe”, to ich moc może zaczynać się od 100 kW i sięgać kilku MW. Należy również zauważyć, że zarówno pionowe, jak i poziome turbiny wiatrowe mogą być grupowane razem. Takie grupy najczęściej określa się mianem farm wiatrowych. Celem takich witryn jest hurtowa dostawa energii elektrycznej do pożądanego obiektu.

Jeżeli mówimy o małych pojedynczych turbinach, których moc jest mniejsza niż 100 kW, to najczęściej są one wykorzystywane do zasilania domów prywatnych, anten telekomunikacyjnych lub do zasilania pomp wodnych. Należy zauważyć, że małe turbiny mogą być również stosowane w połączeniu z silnikami wysokoprężnymi.generatory, akumulatory lub panele słoneczne. Taki system nazywa się systemem hybrydowym. Stosowane są w miejscach, w których nie ma innej możliwości podłączenia do sieci elektrycznej.

Zalety turbin pionowych

Obecnie znacznie częściej stosuje się urządzenia typu pionowego. Jest to uzasadnione faktem, że typ pionowy ma szereg zalet w porównaniu z typami poziomymi.

W wieżach typu pionowego obciążenie będzie działać bardziej równomiernie, co ułatwia stworzenie większej konstrukcji pod względem jej wymiarów. Ponadto, aby zamontować wirnik na tego typu turbinie, nie ma potrzeby stosowania dodatkowego osprzętu. Istotną zaletą zwiększającą efektywność pracy jest to, że łopatki turbin pionowych mogą być skręcone – w formie spirali. To bardzo ważne, ponieważ w tym przypadku energia wiatru będzie oddziaływać na nie zarówno na wejściu, jak i na wyjściu, co oczywiście zwiększa wydajność instalacji.

Jedną z najważniejszych zalet turbin pionowych jest to, że po ich zainstalowaniu nie ma sensu dostosowywać osi do kierunku wiatru. Tego typu urządzenie będzie działać przy strumieniu wiatru wiejącym z obu stron.

Turbina wiatrowa Bołotow

To urządzenie wyróżnia się na tle innych urządzeń. Do normalnej pracy turbiny nie ma potrzeby dostosowywania jej do różnych warunków atmosferycznych. Element energetyki wiatrowej tego projektu jest w stanie dostrzec wiatr z dowolnej strony, bez żadnychoperacje ustawiania. Ponadto tego typu stacja nie wymaga obracania wieży, gdy zmienia się kierunek wiatru. Kolejną zaletą pionowych turbin wiatrowych (VAWT - elektrownia wiatrowa z pionowym wałem generatora) jest to, że mają specjalną konstrukcję, która pozwala na pracę z przepływami wiatru o dowolnej mocy. Praca nawet podczas burz jest możliwa. Istnieje możliwość wyboru ilości modułów instalacyjnych. Od ich liczby zależeć będzie moc wyjściowa turbiny. Oznacza to, że zmieniając liczbę modułów, możesz zmienić moc urządzenia, co jest bardzo wygodne. Kolejną zaletą jest to, że element siły wiatru jest zmontowany w taki sposób, aby umożliwiał wysokowydajną konwersję energii kinetycznej na energię mechaniczną.

Wymiary turbin wiatrowych Biryukov i Blinov

To urządzenie ma dwupiętrowy wirnik o średnicy 0,75 m. Wysokość tego elementu wynosi 2 m. Pod działaniem świeżego wiatru taki wirnik był w stanie całkowicie obrócić wirnik asynchronicznego wał o mocy do 1,2 kW. Turbina wytrzymywała bezawaryjnie siłę wiatru do 30 m/s.

Warto porozmawiać o tym, dlaczego turbina wiatrowa jest uważana za osiągnięcie dwóch naukowców. Rzecz w tym, że w latach 60-tych. w ZSRR naukowiec Biriukow opatentował karuzelowy generator wiatrowy z 46% KIJÓW. Jednak nieco później inżynier Blinov mógł użyć tego samego projektu, ale ze wskaźnikiem 58% KIJÓW.

Turbinytyp hiperboloidy

Turbiny wiatrowe typu hiperboloidalnego powstały w oparciu o pomysły takiego inżyniera jak Szuchow Władimir Grigoriewicz.

Cechą tego typu turbiny jest fakt, że ma ona większą powierzchnię roboczą przepływu wiatru. Jeśli porównamy ten wskaźnik z innymi kategoriami urządzeń, to typ hiperboloidalny pokazuje wyniki o 7-8% lepsze, jeśli liczyć od przemiatanego obszaru. Ten wskaźnik jest ważny dla tych typów, w których obszar roboczy przepływu wiatru jest ograniczony. Jeśli porównamy ten typ np. z turbinami Darrieus i Savonius, to różnica wyniesie 40-45%.

Do szczególnych właściwości tej kategorii jednostek należy również fakt, że mogą one pracować z przepływem powietrza w górę. Jest to bardzo wydajne, jeśli zainstalujesz generator w pobliżu jeziora, bagna, zbocza wzgórza itp.

Zaletą takich turbin jest fakt, że linia styku aktywnej warstwy powietrza, która myje hiperboloidę, będzie 1,6 razy dłuższa niż w przypadku podobnego cylindra obracającego się jak wirujący generator wiatrowy. Naturalnie stąd wniosek, że wydajność będzie większa o tę samą kwotę.

Wady

Pomimo wielu zalet i cech tych turbin, mają one również pewne wady.

Negatywne czynniki to fakt, że gdy łopatki generatora obracają się pod prąd wiatru, ten typ generatora poniesie znaczne straty, co z kolei doprowadzi do zmniejszenia wydajności pracy o około połowę. Spadek tego wskaźnika jest bardzo zauważalny, jeśli porównamy turbiny pionowe z turbinami poziomymi, które takich strat nie mają.

Kolejną wadą jest to, że pionowa turbina wiatrowa musi być bardzo długa. Jeśli umieścisz go blisko ziemi, gdzie prędkość wiatru jest znacznie mniejsza niż na dużej wysokości, mogą wystąpić problemy z uruchomieniem wirnika, który wymaga dociśnięcia, aby rozpocząć pracę. Samo w sobie wcale się nie zaczyna. Możesz oczywiście zainstalować specjalne wieże, aby podnieść łopaty wyżej, ale dolna część wirnika nadal będzie zbyt niska.

Inne wady to fakt, że zimą na łopatach turbin wiatrowych będą tworzyć się sople lodu. Warto również zwrócić uwagę na dużą ilość hałasu, jaki emitują turbiny podczas pracy. Niektóre instalacje są nawet zdolne do wytwarzania szkodliwych infradźwięków podczas swojej pracy. Powoduje wibracje, które mogą powodować grzechotanie szkła, okien, naczyń.

Ciekawostka: turbiny wiatrowe RimWorld były wykorzystywane jako źródło zasilania.