Вертикални вятърни турбини

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Докато днес има много по-усъвършенствани начини за генериране на енергия, вятърните турбини са били използвани почти навсякъде. Разбира се, те се използват и днес, но броят им е намалял значително. За да разберете как работят, важно е да знаете, че вятърът е форма на слънчева енергия.

Общо описание

Вятърните турбини работят с помощта на вятърни течения. Но защо вятърът е способен да генерира електричество? Това явление възниква поради факта, че има неравномерно нагряване на земната атмосфера, структурата на повърхността на планетата е неправилна, а също и защото се върти. Вятърните турбини или вятърните генератори са в състояние да преобразуват кинетичната енергия на вятъра в механична енергия, която по-късно може да се използва за някои други задачи.

Как точно тези устройства генерират електричество, използвайки нормален вятър? Всъщност всичко е доста просто. Принципът на работа на такава турбина е точно противоположен на работата на вентилатора. Под въздействието на силата на вятъра лопатките на вятърната турбина се въртят, което от своя страна кара вала, свързан към генератора, да произвежда електричество да се върти.

Типове турбини

Има няколко вида различни турбини. Инженерите разграничават две основни категории, използвани в момента. Първата категория е хоризонтално-аксиална, а втората категория е вертикално-аксиална. Първият тип вятърни турбини има най-често срещания дизайн, който включва две или три перки. Агрегатите с три остриета работят на принципа "срещу вятъра". Самите елементи са настроени така, че да гледат вятъра.

Една от най-големите турбини в света е GE Wind Energy. Мощността на това устройство е 3,6 мегавата. Тук си струва да се отбележи, че колкото по-голяма е турбината, толкова по-ефективна е тя. В допълнение, съотношението полза/цена също се подобрява с размера на агрегата.

Общо за турбината

Първият индикатор, по който се избира устройство, е мощността. Ако вземем "сервизни" турбини, тогава тяхната мощност може да започне от 100 kW и да достигне няколко MW. Също така е важно да се отбележи, че както вертикалните, така и хоризонталните вятърни турбини могат да бъдат групирани заедно. Такива групи най-често се наричат вятърни паркове. Целта на такива сайтове е доставката на едро с електричество до желания обект.

Ако говорим за малки единични турбини, чиято мощност е по-малка от 100 kW, те най-често се използват за захранване с електроенергия на частни къщи, телекомуникационни антени или за захранване с енергия на водопреносни помпи. Трябва да се отбележи, че малките турбини могат да се използват и в комбинация с дизелови двигатели.генератори, батерии или слънчеви панели. Такава система се нарича хибридна система. Използват се на места, където няма друга възможност за свързване към електрическата мрежа.

Предимства на вертикалните турбини

В момента вертикалният тип устройства се използва много по-често. Това е оправдано от факта, че вертикалният тип има редица предимства пред хоризонталните.

На кули от вертикален тип натоварването ще действа по-равномерно, което улеснява създаването на по-голяма конструкция по отношение на нейните размери. Освен това, за да инсталирате ротора на този тип турбина, няма нужда от допълнително оборудване. Важно предимство, което повишава ефективността на работа, е, че лопатките на вертикалните турбини могат да бъдат направени усукани - под формата на спирала. Това е много важно, тъй като в този случай вятърната енергия ще им въздейства както на входа, така и на изхода, което, разбира се, повишава ефективността на инсталацията.

Едно от най-важните предимства на вертикалните турбини е, че когато са инсталирани, няма смисъл да се регулира оста спрямо потока на вятъра. Този тип устройство ще работи с поток от вятър, духащ от двете страни.

Вятърна турбина на Болотов

Този уред се откроява от другите устройства. За нормална работа на турбината не е необходимо да я адаптирате към различни метеорологични условия. Ветроенергийният елемент на този дизайн е в състояние да възприема вятъра от всяка страна, без никаквиоперации за настройка. Освен това този тип станции не изисква кулата да се завърта при промяна на посоката на вятъра. Друго предимство на вертикалните вятърни турбини (VAWT - вятърна електроцентрала с вертикален генераторен вал) е, че те имат специален дизайн, който ви позволява да работите с вятърни потоци от всякаква мощност. Възможна е работа дори по време на бури. Възможно е да изберете броя на инсталационните модули. Изходната мощност на турбината ще зависи от техния брой. Тоест, като промените броя на модулите, можете да промените мощността на устройството, което е много удобно. Друго предимство е, че вятърният елемент е сглобен по такъв начин, че позволява високоефективно преобразуване на кинетичната енергия в механична енергия.

Размери на вятърната турбина Бирюков и Блинов

Това устройство има двуетажен ротор с диаметър 0,75 м. Височината на този елемент е 2 м. Под действието на свеж вятър такъв ротор е успял напълно да завърти ротора на асинхронен вал с мощност до 1,2 kW. Турбината може да издържи сила на вятъра до 30 m/s без отказ.

Заслужава си да поговорим защо вятърната турбина се смята за постижение на двама учени. Работата е там, че през 60-те години. в СССР ученият Бирюков патентова въртележка ветрогенератор с КИЕВ 46%. Въпреки това, малко по-късно, инженер Блинов успя да използва същия дизайн, но с индикатор от 58% КИЕВ.

Турбинихиперболоиден тип

Вятърните турбини от хиперболоиден тип са базирани на идеите на такъв инженер като Шухов Владимир Григориевич.

Характеристиките на този тип турбина включват факта, че има по-голяма работна площ на ветровия поток. Ако сравним този индикатор с други категории устройства, тогава хиперболоидният тип показва резултати със 7-8% по-добри, ако броим от пометената област. Този индикатор е валиден за тези типове, при които работната зона на ветровия поток е лопатка. Ако сравним този тип, например, с турбините на Darrieus и Savonius, тогава разликата ще бъде 40-45%.

Специалните свойства на тази категория модули включват и факта, че те могат да работят с въздушни потоци нагоре. Много е продуктивно, ако инсталирате генератора близо до езеро, блато, хълм и др.

Предимствата на такива турбини включват факта, че линията на контакт на активния слой въздух, който измива хиперболоида, ще бъде 1,6 пъти по-дълга от тази на подобен цилиндър, въртящ се като ротационен вятърен генератор. Естествено, оттук и заключението, че ефективността ще бъде по-голяма със същото количество.

Недостатъци

Въпреки многото предимства и характеристики на тези турбини, те имат и някои недостатъци.

Отрицателните фактори включват факта, че когато лопатките на генератора се въртят срещу вятърни течения, този тип генератор ще понесе значителни загуби, което от своя страна ще доведе до намаляване на ефективността на работа с около половината. Намаляването на този показател е много забележимо, ако сравним вертикалните турбини с хоризонталните, които нямат такива загуби.

Друг недостатък е, че вертикалната вятърна турбина трябва да е много дълга. Ако го поставите близо до земята, където скоростта на вятъра е много по-ниска, отколкото на голяма надморска височина, тогава може да има проблеми със стартирането на ротора, който се нуждае от тласък, за да започне да работи. Само по себе си изобщо не започва. Можете, разбира се, да инсталирате специални кули, за да повдигнете лопатките по-високо, но долната част на ротора все още ще бъде твърде ниска.

Други недостатъци включват факта, че през зимата ще се образуват ледени висулки върху лопатките на вятърните турбини. Струва си да се отбележи и голямото количество шум, който турбините излъчват по време на работа. Някои от инсталациите дори са способни да произвеждат вреден инфразвук по време на работа. Това причинява вибрации, които могат да предизвикат тракане на стъкло, прозорци, съдове.

Забавен факт: вятърните турбини на RimWorld бяха използвани като източник на енергия.