Značajke funkcioniranja i konstrukcije suvremenih tipova vjetroelektrana

U članku se raspravlja o principu rada i konstrukcijskim karakteristikama suvremenih vjetroturbina za industriju i privatni sektor.

Čovječanstvo je od davnina pokušavalo ukrotiti vjetar stavljajući ga sebi u službu. Prvo su postojali jedrenjaci koji su za svoje kretanje koristili energiju vjetra, zatim su se u svakodnevnom životu počele koristiti vjetrenjače, no sada je došlo vrijeme da se energija vjetra koristi u vjetrogeneratorima za proizvodnju električne energije koja služi ljudima.

U inozemstvu, prilično velik dio električne energije proizvode vjetroelektrane (HE), što se, iskreno, ne može reći za Rusiju i zemlje post-sovjetskog prostora. Ovdje je očito - mi smo među zaostalima.

Korištenje vjetroelektrana u razvijenim zemljama svijeta omogućuje rješavanje ne samo problema autonomnog napajanja vila, seoskih kuća, vikend zajednica, već i ekoloških problema, budući da tijekom proizvodnje električne energije nema zagađenja okoliša. od modernih parkova vjetroturbina uopće.

Pogledajmo princip rada i detaljnije glavne vrste modernih vjetroelektrana.

Princip rada vjetrogeneratora

Bilo koji princip djelovanja vjetroelektrana (HE) sastoji se u pretvaranju kinetičke energije protoka zraka koji se kreće kroz ravninu lopatica ili turbina u električnu energiju — korištenjem električnih generatora. Najčešći tip suvremenih vjetroelektrana su vjetroelektrane s lopaticama, koje kombiniraju lopatične vjetrogeneratore s horizontalnom osi rotacije i rotacijske generatore s vrtuljkom, kod kojih je - os rotacije smještena okomito. U nastavku ćemo pobliže pogledati ove vrste vjetrogeneratora.

Projektiranje glavnih tipova vjetroturbina

Svaki vjetrogenerator strukturno se sastoji od postolja, inače zvanog jarbol, rotirajućeg uređaja s rotirajućim lopaticama ili vjetroturbine, električne energije proizvedene generatorom i baterije. Također, u svakoj vjetroelektrani potrebna je jedinica za upravljanje i konverziju.

Što se tiče broja lopatica, turbine hidroelektrana mogu biti s dvije, tri i više lopatica. Turbine s tri lopatice su najčešće.Kako bi se spriječio prijevremeni otkaz vjetroturbina, vjetroelektrane su opremljene sustavom za aeromehaničku stabilizaciju brzine vrtnje njihovih lopatica.

Električni generator koji proizvodi električnu energiju u vjetroelektrani izravno je povezan s njezinom turbinom, kada je os vrtnje vjetroturbine i generatora ista, ili putem mehaničkog prijenosnika koji prenosi rotacijska kretanja lopatica turbine na generator. Suvremene vjetroelektrane uglavnom koriste sinkrone višepolne besčetkičke generatore s permanentnim magnetima koji su konstrukcijski izvedeni u potpuno zatvorenom kućištu i od standardnih elemenata.

Ovisno o smjeru i "pritisku" strujanja zraka na lopatice turbine, ona se može preusmjeriti rotacijskim mehanizmom instalacije u smjeru koji je optimalan za njezin učinkovit rad.

Funkcionalno, jedinica za kontrolu i pretvorbu snage dizajnirana je za pohranjivanje električne energije koju generira vjetroelektrana u svojim akumulatorima s naknadnom pretvorbom iz 12V DC napona u 220V AC napona — pomoću "invertera".

Upravljačka jedinica također omogućuje praćenje i kontrolu procesa punjenja baterije, snage elektrogeneratora itd.

Različite mogućnosti završne obrade modernih vjetroelektrana, kako za industrijsku upotrebu tako i za one koje se koriste u privatnom sektoru, omogućuju vam da odaberete svaku, najoptimalnije opcije za svakog korisnika.

Trenutno su u svijetu najrasprostranjeniji vjetrogeneratori tipa lopatica, čija je os rotacije lopatica paralelna ili vodoravna sa smjerom strujanja zraka. Uglavnom, o ovim vjetroturbinama ćemo govoriti kasnije.

Lopatica vjetroelektrane s vodoravnom osi rotacije

Učinkovitost korištenja energije vjetra za ovu vrstu vjetroagregata doseže 48%, što je mnogo više od one kod karusel generatora. Ovaj tip vjetrogeneratora može biti s dvije i tri lopatice.

Ovdje se najučinkovitiji rad uređaja postiže kada je vjetar usmjeren okomito na ravninu rotacije lopatica generatora. Stoga, čak i konstrukcijski, ova vrsta «vjetroturbine» ima uređaj koji omogućuje automatsko okretanje generatora okomito na smjer vjetra. Proizvodnja energije ove vrste vjetroelektrana izravno ovisi o brzini vjetra (njegovom pritisku), kao i o promjeru i površini lopatica same vjetroturbine.

Karusel ili rotirajuće vjetroelektrane

Ovaj tip vjetroagregata ima okomitu os rotacije, na koju je montiran i fiksiran kotač koji prima površine za vjetar. Značajna prednost ove vrste vjetroelektrana je što mogu raditi bez promjene položaja – u bilo kojem smjeru strujanja zraka. Ova vrsta vjetroturbina je spora i tiha, a kao generatori za proizvodnju energije koriste se višepolni električni generatori male brzine.

Moderna vjetroelektrana s horizontalnom i vertikalnom osi rotacije

Ostale vrste modernih vjetroelektrana

Osim toga, nedavno su se pojavili najnoviji razvoji vjetroturbina s temeljno novim dizajnom, koji se strukturno sastoji od tri nosive baze smještene na snažnom temelju. Na postolje je montiran prstenasti generator s ugrađenim ležajem i središnjim rotorom. Prsten takvog generatora može biti promjera preko 100 metara. Takve vjetroelektrane koriste se za industrijsku proizvodnju energije.

U pogonu su i vjetroelektrane koje se sastoje od nekoliko desetaka malih vjetroturbina - modula, strukturno ujedinjenih u jedan sustav za otklanjanje grešaka za proizvodnju električne energije.

Nedavno su američki stručnjaci razvili i pustili u industrijsku proizvodnju malu vjetroelektranu Windgate namijenjenu privatnom sektoru. Turbinski kotač doseže 1,8 metara u promjeru i okreće se oko horizontalne osi. Krajevi lopatica takve turbinske instalacije imaju permanentne magnete, zbog čega zapravo imamo veliki rotor - koji se okreće u integralnom kućištu statora instalacije. Takvi vjetrogeneratori Windgate mogu se postaviti čak i na krov privatne kuće ili vikendice i vrlo su učinkoviti, a cijena im je oko 4,5-5 tisuća američkih dolara.

Zaključak

Valja napomenuti da se konstrukcija vjetroelektrana stalno unapređuje te se sukladno tome poboljšavaju njihovi tehnološki parametri, aerodinamika, a što je najvažnije, cijena ovih ekološki čistih energetskih blokova budućnosti sve manje "grize" za jednostavnog potrošača.