Funkčné a konštrukčné vlastnosti moderných typov veterných elektrární

Článok rozoberá princíp činnosti a konštrukčné výkonové charakteristiky moderných veterných turbín pre priemysel a súkromný sektor.

Od pradávna sa ľudstvo snažilo skrotiť vietor a dávať ho do jeho služieb. Najprv to boli plachetnice, ktoré na svoj pohyb využívajú veternú energiu, potom sa v každodennom živote začali používať veterné mlyny, no teraz prišiel čas využiť veternú energiu vo veterných generátoroch na výrobu elektriny, ktorá slúži ľuďom.

V zahraničí pomerne veľkú časť elektriny vyrábajú veterné elektrárne (VVE), čo sa, úprimne povedané, nedá povedať o Rusku a krajinách postsovietskeho priestoru. Tu je zrejmé – patríme medzi zaostávajúcich.

Využitie veterných elektrární vo vyspelých krajinách sveta umožňuje riešiť nielen problémy s autonómnym napájaním víl, vidieckych domov, chatových komunít, ale aj problémy životného prostredia, pretože pri výrobe elektriny nedochádza k znečisťovaniu životného prostredia. z moderných parkov veterných turbín vôbec.

Pozrime sa na princíp fungovania a podrobnejšie na hlavné typy moderných veterných elektrární.

Princíp činnosti veterných generátorov

Akýkoľvek princíp konania veterná elektráreň (HPP) spočíva v premene kinetickej energie prúdu vzduchu pohybujúceho sa rovinou lopatiek alebo turbín na elektrickú energiu – pomocou elektrických generátorov. Najbežnejším typom moderných veterných elektrární sú lopatkové veterné elektrárne, ktoré kombinujú lopatkové veterné generátory s horizontálnou osou otáčania a rotačné generátory s karuselom, v ktorom - je os otáčania umiestnená vertikálne. Nižšie sa bližšie pozrieme na tieto typy veterných generátorov.

Návrh hlavných typov veterných turbín

Každý veterný generátor štrukturálne pozostáva zo základne, inak nazývanej stožiar, rotačného zariadenia s rotujúcimi lopatkami alebo veternej turbíny, elektriny generovanej generátorom a batérie. V každej veternej farme je tiež potrebná riadiaca a konverzná jednotka.

Čo sa týka počtu lopatiek, hydroelektrické turbíny môžu byť dvoj, troj a viaclopatkové. Najbežnejšie sú trojlopatkové turbíny.Aby sa predišlo predčasnému zlyhaniu veterných turbín, sú veterné elektrárne vybavené systémom aeromechanickej stabilizácie rýchlosti otáčania ich lopatiek.

Elektrický generátor, ktorý vyrába elektrinu vo veternej elektrárni, je priamo spojený s jej turbínou, keď os otáčania veternej turbíny a generátora je rovnaká, alebo prostredníctvom mechanického prevodu, ktorý prenáša rotačné pohyby lopatiek turbíny na generátor. Moderné veterné parky využívajú predovšetkým synchrónne viacpólové bezkomutátorové generátory s permanentnými magnetmi, ktoré sú konštrukčne vyrobené v úplne uzavretom kryte a zo štandardných prvkov.

V závislosti od smeru a "tlaku" prúdenia vzduchu na lopatky turbíny môže byť preorientovaná rotačným mechanizmom inštalácie v smere, ktorý je optimálny pre jej efektívnu prevádzku.

Funkčne je jednotka riadenia a premeny výkonu navrhnutá tak, aby ukladala elektrickú energiu vyrobenú veternou farmou do jej akumulátorov s následnou konverziou z 12V jednosmerného napätia na striedavé napätie 220V — pomocou „invertora“.

Riadiaca jednotka tiež umožňuje sledovať a riadiť proces nabíjania batérie, výkon elektrocentrály atď.

Rôzne možnosti dokončenia moderných veterných elektrární, a to ako na priemyselné použitie, tak aj na tie, ktoré sa používajú v súkromnom sektore, vám umožňujú vybrať si každú, najoptimálnejšiu možnosť pre každého používateľa.

V súčasnosti sú vo svete najrozšírenejšie veterné generátory lopatkového typu, ktorých os rotácie lopatiek je rovnobežná alebo horizontálna so smerom prúdenia vzduchu. V podstate si o týchto veterných turbínach povieme neskôr.

Lopatka veternej farmy s horizontálnou osou otáčania

Účinnosť využitia veternej energie pre tento typ veternej turbíny dosahuje 48 %, čo je oveľa viac ako u karuselových generátorov. Tento typ veterných generátorov môže byť s dvoma a tromi lopatkami.

Tu sa najefektívnejšia prevádzka zariadenia dosiahne, keď je vietor nasmerovaný kolmo na rovinu otáčania lopatiek generátora. Preto aj konštrukčne má tento typ «veternej turbíny» zariadenie, ktoré umožňuje automatické otáčanie generátora kolmo na smer vetra. Výroba energie tohto typu veternej farmy závisí priamo od rýchlosti vetra (jeho tlaku), ako aj od priemeru a plochy lopatiek samotnej veternej turbíny.

Kolotoč alebo rotujúce veterné elektrárne

Tento typ veternej turbíny má vertikálnu os otáčania, na ktorej je namontované a na nej pripevnené koleso, ktoré prijíma povrchy pre vietor. Významnou výhodou tohto typu veterných elektrární je, že môžu pracovať bez zmeny svojej polohy – v akomkoľvek smere prúdenia vzduchu. Tento typ veterných turbín je pomalý a tichý a ako generátory na výrobu energie sa používajú nízkorýchlostné viacpólové elektrické generátory.

Moderná veterná elektráreň s horizontálnou a vertikálnou osou rotácie

Iné typy moderných veterných elektrární

Okrem toho sa nedávno objavil najnovší vývoj veterných turbín so zásadne novými konštrukciami, ktoré štrukturálne pozostávajú z trojložiskovej základne umiestnenej na silnom základe. Na základni je namontovaný prstencový generátor so zabudovaným ložiskom a centrálnym rotorom. Prstenec takéhoto generátora môže mať priemer viac ako 100 metrov. Takéto veterné elektrárne sa využívajú na priemyselnú výrobu energie.

V prevádzke sú aj veterné parky pozostávajúce z niekoľkých desiatok malých veterných turbín - modulov, konštrukčne zjednotených v jedinom odlaďovacom systéme na výrobu elektriny.

Nedávno americkí špecialisti vyvinuli a uviedli do priemyselnej výroby malú turbínovú veternú elektráreň „Windgate“ určenú pre súkromný sektor. Turbínové koleso dosahuje priemer 1,8 metra a otáča sa na vodorovnej osi. Konce lopatiek takejto turbínovej inštalácie majú permanentné magnety, v dôsledku čoho máme vlastne veľký rotor - otáčajúci sa v integrálnom kryte statora inštalácie. Takéto veterné generátory Windgate môžu byť dokonca inštalované na streche súkromného domu alebo chaty a sú veľmi efektívne a ich cena je asi 4,5-5 tisíc dolárov.

Záver

Treba si uvedomiť, že konštrukcia veterných elektrární sa neustále zdokonaľuje a podľa toho sa zlepšujú aj ich technologické parametre, aerodynamika a čo je najdôležitejšie, cena týchto ekologicky čistých energetických blokov budúcnosti čoraz menej „hryzie“ pre jednoduchého spotrebiteľa.