Funkční a konstrukční vlastnosti moderních typů větrných elektráren

Článek pojednává o principu činnosti a konstrukčních výkonových charakteristikách moderních větrných turbín pro průmysl i soukromý sektor.

Od pradávna se lidstvo snažilo zkrotit vítr a dát ho do jeho služeb. Nejprve to byly plachetnice, které ke svému pohybu využívají větrnou energii, poté se v každodenním životě začaly používat větrné mlýny, ale nyní nastal čas využít větrnou energii ve větrných generátorech k výrobě elektřiny, která slouží lidem.

V zahraničí poměrně velkou část elektřiny vyrábějí větrné elektrárny (VVE), což se, upřímně řečeno, o Rusku a zemích postsovětského prostoru říci nedá. Tady je to zřejmé – patříme mezi opozdilce.

Využití větrných elektráren ve vyspělých zemích světa umožňuje řešit nejen problémy s autonomním napájením vil, venkovských domů, chatových osad, ale také problémy životního prostředí, protože při výrobě elektřiny nedochází k žádnému znečištění životního prostředí. z moderních parků větrných turbín vůbec.

Podívejme se na princip fungování a podrobněji na hlavní typy moderních větrných elektráren.

Princip činnosti větrných generátorů

Jakýkoli princip jednání větrná elektrárna (HPP) spočívá v přeměně kinetické energie proudu vzduchu pohybujícího se rovinou lopatek nebo turbín na elektrickou energii — pomocí elektrických generátorů. Nejběžnějším typem moderních větrných elektráren jsou lopatkové větrné elektrárny, které kombinují lopatkové větrné generátory s horizontální osou otáčení a rotační generátory s karuselem, ve kterém - je osa otáčení umístěna vertikálně. Níže se na tyto typy větrných generátorů podíváme blíže.

Návrh hlavních typů větrných turbín

Každý větrný generátor se konstrukčně skládá ze základny, jinak nazývané stožár, rotačního zařízení s rotujícími lopatkami nebo větrné turbíny, elektřiny vyrobené generátorem a baterie. V každé větrné farmě je také vyžadována řídicí a konverzní jednotka.

Pokud jde o počet lopatek, hydroelektrické turbíny mohou být dvou, tří a vícelisté. Nejběžnější jsou třílopatkové turbíny.Aby se zabránilo předčasnému selhání větrných turbín, jsou větrné elektrárny vybaveny systémem pro aeromechanickou stabilizaci rychlosti otáčení jejich lopatek.

Elektrický generátor, který vyrábí elektřinu ve větrné elektrárně, je přímo připojen k její turbíně, kdy osa otáčení větrné turbíny a generátoru je stejná, nebo prostřednictvím mechanického převodu, který přenáší rotační pohyby lopatek turbíny na generátor. Moderní větrné elektrárny využívají především synchronní vícepólové bezkomutátorové generátory s permanentními magnety, které jsou konstrukčně vyrobeny v kompletně uzavřeném pouzdře a ze standardních prvků.

V závislosti na směru a "tlaku" proudění vzduchu na lopatky turbíny může být přeorientována rotačním mechanismem instalace do směru, který je optimální pro její efektivní provoz.

Funkčně je jednotka pro řízení a přeměnu výkonu navržena tak, aby ukládala elektrickou energii generovanou větrnou farmou do jejích akumulátorů s následnou konverzí z napětí 12V DC na napětí 220V AC — pomocí „střídače“.

Řídící jednotka dále umožňuje sledovat a řídit proces nabíjení baterie, výkon elektrocentrály atd.

Různé možnosti dokončení moderních větrných elektráren, jak pro průmyslové použití, tak pro ty, které se používají v soukromém sektoru, vám umožňují vybrat si každou, nejoptimálnější možnost pro každého uživatele.

V současnosti jsou ve světě nejrozšířenější větrné generátory lopatkového typu, jejichž osa otáčení lopatek je rovnoběžná nebo vodorovná se směrem proudění vzduchu. V podstatě si o těchto větrných turbínách povíme později.

Lopatka větrné farmy s horizontální osou otáčení

Účinnost využití větrné energie u tohoto typu větrných turbín dosahuje 48 %, což je mnohem více než u karuselových generátorů. Tento typ větrných generátorů může být se dvěma a třemi lopatkami.

Zde je nejúčinnějšího provozu zařízení dosaženo, když vítr směřuje kolmo k rovině otáčení lopatek generátoru. Proto i konstrukčně má tento typ «větrné turbíny» zařízení, které umožňuje automatické otáčení generátoru kolmo na směr větru. Výroba energie tohoto typu větrné farmy závisí přímo na rychlosti větru (jeho tlaku), jakož i na průměru a ploše lopatek samotné větrné turbíny.

Kolotoč nebo rotující větrné elektrárny

Tento typ větrné turbíny má svislou osu otáčení, na které je namontováno a upevněno kolo, které přijímá povrchy pro vítr. Významnou výhodou tohoto typu větrných elektráren je, že mohou pracovat bez změny své polohy – v libovolném směru proudění vzduchu. Tento typ větrných turbín je pomalý a tichý a nízkorychlostní vícepólové elektrické generátory se používají jako generátory pro výrobu energie.

Moderní větrná farma s horizontální a vertikální osou otáčení

Jiné typy moderních větrných elektráren

Kromě toho se velmi nedávno objevil nejnovější vývoj větrných turbín se zásadně novými konstrukcemi, které konstrukčně sestávají z tříložiskové základny umístěné na silném základu. Na základně je namontován prstencový generátor se zabudovaným ložiskem a centrálním rotorem. Prstenec takového generátoru může mít průměr přes 100 metrů. Takové větrné elektrárny se využívají k průmyslové výrobě energie.

V provozu jsou také větrné farmy, skládající se z několika desítek malých větrných turbín - modulů, konstrukčně sdružených do jediného odlaďovacího systému pro výrobu elektřiny.

Nedávno američtí specialisté vyvinuli a uvedli do průmyslové výroby malou turbínovou větrnou elektrárnu «Windgate» určenou pro soukromý sektor. Turbínové kolo dosahuje průměru 1,8 metru a otáčí se na vodorovné ose. Konce lopatek takové turbínové instalace mají permanentní magnety, v důsledku čehož máme vlastně velký rotor - rotující v integrální skříni statoru instalace. Takové větrné generátory Windgate lze dokonce instalovat na střechu soukromého domu nebo chaty a jsou velmi účinné a jejich cena je asi 4,5-5 tisíc amerických dolarů.

Závěr

Nutno podotknout, že konstrukce větrných elektráren se neustále zdokonaluje a podle toho se zlepšují i ​​jejich technologické parametry, aerodynamika a hlavně cena těchto ekologicky čistých energetických bloků budoucnosti je čím dál méně „kousavá“ pro jednoduchého spotřebitele.