Vjetroturbine daju šest puta više energije. Što je nova vjetroturbina i koje vrste dolazi? Novi vertikalni vjetrogeneratori

Energija vjetra aktivno se razvija diljem svijeta, a odavno nije tajna da je ovo jedno od najperspektivnijih područja Alternativna energija zasad. Do sredine 2014. ukupni kapacitet svih instaliranih vjetroturbina u svijetu bio je 336 gigavata, a najveća i najsnažnija vertikalna trokraka vjetroturbina Vestas-164 instalirana je i puštena u rad početkom 2014. u Danskoj. Njegova snaga doseže 8 megavata, a raspon lopatica je 164 metra.

Unatoč već odavno uhodanoj tehnologiji proizvodnje lopatičnih turbina i općenito vjetroturbina, mnogi entuzijasti nastoje poboljšati tehnologiju, povećati njezinu učinkovitost i smanjiti negativne čimbenike.

Kao što je poznato, koeficijent iskorištenja energije protoka vjetra doseže u najboljem slučaju 30%, oni su prilično bučni i remete prirodnu toplinsku ravnotežu obližnjih područja, povećavajući temperaturu prizemnog sloja zraka noću. Također su vrlo opasni za ptice i zauzimaju značajne površine.

Koje alternative postoje? Zapravo, kreativnost modernih izumitelja ne poznaje granice, a izumljeno je mnogo različitih alternativa.

Pogledajmo 5 najneobičnijih i najistaknutijih alternativnih dizajna vjetroturbina u industriji.

Od 2010. Američka tvrtka Tvrtka Altaeros Energies, osnovana na Massachusetts Institute of Research, razvija novu generaciju vjetroturbina. Novi tip vjetrogeneratora dizajniran je za rad na visinama do 600 metara, što konvencionalni vjetrogeneratori jednostavno ne mogu doseći. Upravo na tako velikim visinama stalno pušu najjači vjetrovi, koji su 5-8 puta jači od vjetrova blizu površine zemlje.

Generator je struktura na napuhavanje, slična zračnom brodu napuhanom helijem, u kojem je turbina s tri lopatice postavljena na vodoravnu os. Takav vjetrogenerator lansiran je 2014. godine na Aljasci na visini od oko 300 metara radi ispitivanja u trajanju od 18 mjeseci.

Programeri to tvrde ovu tehnologijuće proizvoditi električnu energiju po cijeni od 18 centi po kilovat-satu, što je pola uobičajene cijene energije vjetra na Aljasci. U budućnosti će takvi generatori moći zamijeniti dizelske elektrane, kao i pronaći primjenu u problematičnim područjima.

U budućnosti ovaj uređaj neće biti samo generator struje, već i dio meteorološke stanice i prikladno sredstvo za pružanje interneta u područjima daleko od odgovarajuće infrastrukture.

Jednom instaliran, takav sustav ne zahtijeva prisutnost osoblja, ne zauzima veliku površinu i gotovo je nečujan. Može se kontrolirati na daljinu i zahtijeva Održavanje samo jednom u 1-1,5 godina.

Još zanimljivo rješenje stvoriti neobičan dizajn vjetroelektrane provodi se u Sjedinjenim Državama Ujedinjeni Arapski Emirati. Nedaleko od Abu Dhabija gradi se grad Madsar, gdje planiraju izgraditi prilično neobičnu vjetroelektranu koju su programeri nazvali "Windstalk".

Osnivač njujorške dizajnerske tvrtke Atelier DNA, koja razvija dizajn za ovaj projekt, rekao je da je glavna ideja bila pronaći kinetički model u prirodi koji bi mogao poslužiti za proizvodnju električne energije, a takav je model i pronađen. 1203 stabljike od karbonskih vlakana, svaka visoka oko 55 metara, sa betonski temelji 20 metara širine, bit će instalirani na udaljenosti od 10 metara jedan od drugog.

Stabljike će biti ojačane gumom, a pri dnu će imati širinu oko 30 cm, a na vrhu sužavati se na 5 centimetara. Svaka stabljika sadržavat će izmjenične slojeve elektroda i keramičkih diskova izrađenih od piezoelektričnog materijala koji generira električnu struju kada je podvrgnut pritisku.

Dok se stabljike njišu na vjetru, diskovi će se stisnuti, generirajući električnu struju. Nema buke lopatica turbina na vjetar, nema žrtava ptica, ništa osim vjetra.

Ideja je nastala promatranjem trske koja se njiše u močvari.

Projekt Windstalk Ateliera DNA zauzeo je drugo mjesto na natjecanju Land Art Generator, koje sponzorira Madsar, za odabir najboljeg umjetničkog djela iz međunarodnog polja prijava koje bi moglo generirati energiju korištenjem obnovljivih izvora.

Površina koju će zauzimati ova neobična vjetrostanica pokrivat će 2,6 hektara, a snaga će odgovarati konvencionalnom vjetrogeneratoru koji zauzima sličnu površinu. Sustav je učinkovit zbog odsutnosti gubitaka zbog trenja svojstvenih tradicionalnim mehaničkim sustavima.

U podnožju svakog vretena nalazit će se generator koji pretvara okretni moment iz vretena pomoću sustava amortizera i cilindara, slično sustavu Levant Power razvijenom u Cambridgeu, Massachusetts.

Budući da vjetar nije konstantan, koristit će se sustav za pohranu energije kako bi se akumulirana energija mogla koristiti i kada nema vjetra, objašnjavaju djelatnici koji rade na projektu.

Na vrhu svake stabljike nalazit će se LED svjetlo čija će svjetlina izravno ovisiti o jačini vjetra i količini proizvedene električne energije u tom trenutku.

Windstalk će raditi na kaotičnom kretanju ljuljanja, što omogućuje postavljanje elemenata mnogo bliže jedan drugome nego što je to moguće s konvencionalnim generatorima vjetra s lopaticama.

Sličan projekt, Wavestalk, razvija se za pretvorbu energije oceanskih struja i valova, gdje bi sličan sustav bio naopako pod vodom.

Projekt koji je razvio Saphon Energy iz Tunisa, kao i Windstalk, je vjetrogenerator bez lopatica, ali ovaj put uređaj ima dizajn jedra.

Ovaj tihi generator, u obliku satelitske antene, zove se Safonski. Nema rotirajućih dijelova i potpuno je siguran za ptice. Rešetka generatora pomiče se naprijed-natrag pod utjecajem vjetra, stvarajući vibracije u hidrauličnom sustavu.

Cilj projekta je poboljšati učinkovitost vjetrogeneratora u pogledu korištenja struje vjetra. Vjetar je doslovno upregnut u jedro koje se pod njegovim utjecajem kreće naprijed-natrag, a nema ni lopatica, ni rotora, ni zupčanika. Ova interakcija omogućuje da se više kinetičke energije pretvori u mehaničku pomoću klipova.

Energija se može skladištiti u hidrauličkim akumulatorima, ili se pomoću generatora pretvara u električnu energiju, ili se uz njegovu pomoć neki mehanizam može pokrenuti na vrtnju. Ako konvencionalni vjetrogeneratori imaju učinkovitost od 30%, onda ovaj generator na jedra daje 80%. Njegova učinkovitost premašuje vjetrenjače s lopaticama za 2,3 puta.

Zbog nepostojanja skupih komponenti, kao što je to slučaj kod vjetroagregata (lopatice, glavčine, mjenjači), u slučaju Saphonian-a troškovi opreme su smanjeni do 45%.

Aerodinamični oblik Safonije ima prednost u tome što turbulentna strujanja vjetra malo utječu na tijelo jedra, a aerodinamička sila se samo povećava. Turbulencija je razlog zašto se vjetroturbine ne koriste u urbanim sredinama, ali Saphonian se i tamo može koristiti. Osim toga, štetni akustični i vibracijski čimbenici su svedeni na minimum. Saphon Energy dobio je nagradu od KPMG-a za svoje napore u razvoju inovacija.

Još jedan vrlo revolucionaran pristup korištenju energije vjetra implementirao je davne 2008. godine entuzijastični izumitelj iz Kalifornije. velika vjetrogeneratori za male gradove imaju veličine od 30 katnica, a njihove lopatice dosežu veličinu krila Boeinga 747.

Ovi divovski generatori sigurno proizvode mnogo energije, ali proizvodnja, transport i instaliranje takvih sustava su složeni i skupi. Unatoč tome, industrija svake godine raste za više od 40 posto. Upravo je to mislio Doug Selsam iz Kalifornije prije nego što je postavio svoj ambiciozni cilj. Odlučio je da je sasvim moguće dobiti više energije koristeći manje materijala.

Instaliranjem desetak ili nekoliko desetaka malih rotora na jednu osovinu spojenu na jedan generator, Doug je na kraju postigao svoj cilj. Spojio je jedan kraj duge osovine na generator, a drugi kraj lansirao u visine baloni s helijem. Sustav je radio prema očekivanjima.

Doug je u udžbenicima čitao da je turbina s jednim vijkom dovoljna da se postigne maksimum, ali Doug je sumnjao. On je mislio drugačije: što je više rotora, to je više energije vjetra dostupno za korištenje.

Ako je svaki rotor postavljen pod pravim kutom, tada će svaki rotor primati vlastiti vjetar, a to će povećati učinkovitost proizvodnje.

Naravno, to komplicira fiziku, jer sada smo morali paziti da svaki rotor hvata svoj tok, a ne samo tok iz rotora koji se nalazi pored njega. Trebalo je saznati optimalan kut za osovinu u odnosu na vjetar i idealan razmak između rotora. I, na kraju, dobici su postignuti korištenjem manje materijala.

Godine 2003. izumitelj je dobio potporu od 75.000 dolara od Komisije za energiju Kalifornije za razvoj turbine sa sedam rotora snage 3000 W. Izazov je uspješno obavljen, a Doug Selsam već je prodao više od 20 svojih turbina s dvostrukim rotorom od 2000 W nekolicini vlasnika kuća. Sagradio je te uređaje u svojoj garaži u predgrađu.

Dougova ideja bila je jedna od rijetkih ideja koje su zapravo imale potencijal postati velike u komercijalnom svijetu. Selsam kaže da su dva rotora samo početak. Vjerojatno će jednog dana vidjeti kako se njegove turbine s više rotora protežu milju preko neba.

Archimedes, čiji se ured nalazi u nizozemskom Rotterdamu, osmislio je vlastiti koncept neobičnih vjetroturbina koje se mogu postaviti izravno na krovove stambenih zgrada.

Prema autorima projekta, učinkovit dizajn niske razine buke može u potpunosti pružiti mala kuća električne energije, a kompleks takvih generatora, koji rade zajedno s, sposoban je potpuno svesti na nulu ovisnost velike zgrade o vanjski izvori struja. Nove vjetroturbine zovu se Liam F1.

Mala turbina, promjera 1,5 metara i težine oko 100 kilograma, može se postaviti na bilo koji zid ili krov stambene zgrade. Obično je visina terasastih krovova 10 metara, a vjetar u zemlji je gotovo uvijek jugozapadni. Ovi uvjeti su dovoljni za pravilno postavljanje turbine na krov i učinkovito korištenje energije vjetra.

Ovdje su riješena dva problema konvencionalnih turbina na vjetar: buka konvencionalnih turbina s lopaticama i visoki troškovi ugradnje glomazne opreme. S konvencionalnim vjetrogeneratorima troškovi instalacije često se ne nadoknađuju. Razina buke Liamove turbine je oko 45 dB, što je čak tiše od buke kiše (buka kiše u šumi je 50 dB).

Oblikovana poput puževe kućice, turbina se poput vjetrokaze okreće prema vjetru, hvatajući strujanje zraka, smanjujući njegovu brzinu i mijenjajući smjer. Direktor tvrtke Marinus Miremeta tvrdi da učinkovitost inovativne turbine doseže 80% maksimalne učinkovitosti koja je teoretski dostupna u energiji vjetra. I ovo je već sasvim dovoljno.

U Nizozemskoj prosječna obitelj godišnje potroši 3300 kWh električne energije. Prema programerima, polovicu te energije može osigurati jedna Liam F1 turbina pri brzini vjetra od najmanje 4,5 m/s.

Možete postaviti tri takve turbine na vrhove trokuta na krovu kuće, tada će svaka od turbina biti opskrbljena vjetrom i neće se miješati jedna s drugom, već će, naprotiv, pomoći jedna drugoj.

Ako govorimo o instalaciji u gradu gdje postoje turbulentni tokovi, tada proizvođač predlaže lagano podizanje vjetrogeneratora instaliranih na gradskim krovovima, montiranje na stupove tako da zidovi susjednih kuća ne ometaju tokove vjetra.

Procijenjeni trošak nove turbine uključujući ugradnju je 3.999 eura. Budući da je uređaj veći od jednog metra, može biti potrebna posebna dozvola za njegovu upotrebu, stoga, u krajnjem slučaju, tvrtka proizvodi i mini-Liam turbine promjera 0,75 metara.

Proizvođači planiraju koristiti svoje turbine ne samo za napajanje stambenih i stambenih objekata industrijske zgrade, ali i za napajanje pomorskih plovila.

Kao što vidite, proizvođači generatora vjetra imaju mnogo zanimljivih alternativa.

Stalna iscrpljenost prirodni resursi dovodi do činjenice da je čovječanstvo nedavno bilo zauzeto traženjem alternativni izvori energije. Danas se zna dovoljno veliki broj vrste alternativne energije, od kojih je jedna uporaba energije vjetra.

Energiju vjetra ljudi koriste od davnina, primjerice za rad vjetrenjača. Prvi vjetrogenerator (vjetroturbina) koji je služio za proizvodnju električne energije izgrađen je u Danskoj 1890. godine. Takvi uređaji počeli su se koristiti u slučajevima kada je bilo potrebno opskrbiti električnom energijom teško dostupna područja.

Princip rada generatora vjetra:

• Vjetar rotira kotač s lopaticama, koji preko mjenjača prenosi okretni moment na osovinu generatora.
• Pretvarač obavlja zadaću pretvaranja primljene istosmjerne električne struje u izmjeničnu.
• Baterija je dizajnirana za napajanje mreže bez vjetra.

Snaga vjetroturbine izravno ovisi o promjeru kotača vjetra, visini jarbola i snazi ​​vjetra. Trenutno se vjetrogeneratori proizvode s promjerom lopatica od 0,75 do 60 m ili više. Najmanja od svih modernih vjetroturbina je G-60. Promjer rotora koji ima pet lopatica je samo 0,75 m, pri brzini vjetra od 3-10 m/s može generirati snagu od 60 W, a težina mu je 9 kg. Ova instalacija se uspješno koristi za rasvjetu, punjenje baterija i rad komunikacijske opreme.

Svi vjetrogeneratori mogu se klasificirati prema nekoliko principa:

• Osi rotacije.
• Broj oštrica.
• Materijal od kojeg su napravljene oštrice.
• Korak vijka.

Klasifikacija po osi rotacije:

• Horizontalno.
• Okomito.

Najpopularniji su vodoravni generatori vjetra, čija je os rotacije paralelna s tlom. Ova vrsta se zove " vjetrenjača", čije se lopatice okreću protiv vjetra. Dizajn vodoravnih vjetrogeneratora predviđa automatsku rotaciju glave (u potrazi za vjetrom), kao i rotaciju lopatica za korištenje vjetra male snage.

Vertikalne vjetroturbine puno su manje učinkovite. Lopatice takve turbine rotiraju se paralelno s površinom zemlje u bilo kojem smjeru i jačini vjetra. Budući da se u bilo kojem smjeru vjetra polovica lopatica vjetrenjača uvijek okreće protiv njega, vjetrenjača gubi polovicu svoje snage, što znatno smanjuje energetsku učinkovitost instalacije. Međutim, ovu vrstu vjetroturbine lakše je instalirati i održavati, budući da se njezin prijenosnik i generator nalaze na tlu. Nedostaci vertikalnog generatora su: skupa instalacija, značajni operativni troškovi, a također i činjenica da ugradnja takve vjetroturbine zahtijeva puno prostora.

Horizontalni vjetrogeneratori prikladniji su za proizvodnju električne energije u industrijskim razmjerima, koriste se u slučaju stvaranja sustava vjetroelektrana. Vertikalni se često koriste za potrebe malih privatnih gospodarstava.

Klasifikacija prema broju oštrica:

• S dvije oštrice.
• Trokraki.
• Više oštrica (50 ili više oštrica).

Na temelju broja lamela sve instalacije se dijele na dvo- i tro- i više-lamele (50 i više lamela). Za proizvodnju potrebne količine električne energije nije potrebna činjenica rotacije, već postizanje potrebnog broja okretaja.

Svaka lopatica (dodatna) povećava ukupni otpor vjetrobrana, što otežava postizanje radne brzine generatora. Dakle, instalacije s više lopatica doista počinju rotirati pri nižim brzinama vjetra, ali se koriste u slučajevima kada je sama činjenica rotacije važna, kao, na primjer, kod pumpanja vode. Vjetrogeneratori s velikim brojem lopatica praktički se ne koriste za proizvodnju električne energije. Osim toga, ne preporučuje se ugradnja mjenjača na njih, jer to komplicira dizajn i čini ga manje pouzdanim.

Klasifikacija prema materijalu oštrice:

• Vjetrogeneratori s krutim lopaticama.
• Vjetrogeneratori za jedrenje.

Treba napomenuti da su lopatice jedra mnogo jednostavnije za proizvodnju i stoga jeftinije od krutog metala ili stakloplastike. Međutim, takve uštede mogu dovesti do neočekivanih troškova. Ako je promjer kotača vjetra 3 m, tada pri brzini generatora od 400-600 o/min vrh lopatice postiže brzinu od 500 km/h. Uzimajući u obzir činjenicu da zrak sadrži pijesak i prašinu, ova činjenica je ozbiljan test čak i za tvrde lopatice, koje u stabilnim uvjetima rada zahtijevaju godišnju zamjenu antikorozivnog filma nanesenog na krajeve lopatica. Ako ne ažurirate antikorozivni film, tvrda oštrica postupno će početi gubiti svoje karakteristike.

Lopatice tipa jedra zahtijevaju zamjenu ne jednom godišnje, već odmah nakon prvog ozbiljnog vjetra. Stoga autonomno napajanje, koje zahtijeva značajnu pouzdanost komponenti sustava, ne razmatra korištenje lopatica tipa jedra.

Klasifikacija prema koraku propelera:

• Fiksni korak propelera.
• Promjenjivi korak propelera.

Naravno, promjenjivi korak propelera povećava raspon efektivnih radnih brzina vjetrogeneratora. Međutim, provedba ovaj mehanizam dovodi do složenijeg dizajna lopatica, povećanja težine kotača vjetra, a također smanjuje ukupnu pouzdanost vjetroturbine. Posljedica toga je potreba za jačanjem strukture, što dovodi do značajnog povećanja troškova sustava ne samo tijekom nabave, već i tijekom rada.

Moderni vjetrogeneratori su proizvodi visoke tehnologije čija se snaga kreće od 100 do 6 MW. Vjetroturbine inovativnog dizajna omogućuju isplativo korištenje energije najslabijeg vjetra – od 2 m/s. Uz pomoć vjetrogeneratora danas je moguće uspješno rješavati probleme opskrbe električnom energijom otočnih ili lokalnih objekata bilo kojeg kapaciteta.

Vjetrenjače

Vrste vjetroturbina. Novi dizajni i tehnička rješenja

Energija vjetra zadivljuje svojom raznolikošću i neobičan dizajn dizajn vjetrogeneratora. Postojeći projekti vjetrogeneratora, kao i predloženi projekti, stavljaju energiju vjetra izvan konkurencije u pogledu originalnosti tehničkih rješenja u odnosu na sve ostale minienergetske komplekse koji rade na obnovljive izvore energije.

Trenutačno postoji mnogo različitih idejnih rješenja vjetrogeneratora, koji se mogu podijeliti u dvije glavne vrste na temelju vrste kotača vjetra (rotori, turbine, propeleri). To su vjetroturbine s vodoravnom osi vrtnje (krilne) i s okomitom osi (rotacijske, tzv. H-turbine).

Vjetroturbine s horizontalnom osi rotacije

Vjetroturbine s horizontalnom osi rotacije. U vjetrenjačama s vodoravnom osi rotacije osovina rotora i generatora nalaze se na vrhu, a sustav treba biti usmjeren prema vjetru. Male vjetroturbine se vode pomoću sustava vjetrokrilaca, dok veće (industrijske) instalacije imaju senzore vjetra i servo koji okreću os rotacije u vjetar. Većina industrijskih vjetroturbina opremljena je mjenjačima koji omogućuju prilagodbu sustava trenutnoj brzini vjetra. Zbog činjenice da jarbol stvara turbulentna strujanja iza sebe, kotač vjetra obično je usmjeren u smjeru suprotnom od strujanja zraka. Lopatice kotača vjetra su dovoljno jake da spriječe njihov kontakt s jarbolom od jakih naleta vjetra. Vjetroturbine ove vrste ne zahtijevaju ugradnju dodatnih mehanizama za orijentaciju vjetra.

Kotač vjetra s vodoravnom osi

Vjetrokotač može biti izrađen s različitim brojem lopatica: od jednokrakih vjetrogeneratora s protuutezima do višekrakih (s brojem lopatica do 50 ili više). Kotači vjetra s vodoravnom osi Rotacije se ponekad izvode u fiksnom smjeru, tj. ne mogu se okretati oko vertikalne osi okomite na smjer vjetra. Ovaj tip vjetrogeneratora koristi se samo kada postoji jedan dominantan smjer vjetra. U većini slučajeva sustav na koji je pričvršćen vjetrobran (tzv. glava) je rotirajući, orijentiran u smjeru vjetra. Mali vjetrogeneratori za tu svrhu koriste repne peraje, dok veliki koriste elektroniku za kontrolu orijentacije.

Kako bi se ograničila brzina vrtnje kotača vjetra pri velikim brzinama vjetra, koriste se brojne metode, uključujući ugradnju lopatica u perasti položaj, korištenje ventila koji stoje na lopaticama ili se okreću s njima, itd. Lopatice se mogu izravno fiksiran na osovinu generatora, ili se okretni moment može prenijeti s njegovog ruba preko sekundarne osovine na generator ili drugi radni stroj.

Trenutno visina jarbola industrijskog generatora vjetra varira od 60 do 90 m. Kotač vjetra čini 10-20 okretaja u minuti. Neki sustavi imaju preklopni mjenjač koji omogućuje vjetrobranu da se okreće brže ili sporije ovisno o brzini vjetra, uz održavanje proizvodnje energije. Svi moderni vjetrogeneratori opremljeni su sustavom za eventualno automatsko gašenje u slučaju prejakog vjetra.

Glavne prednosti horizontalne osi su sljedeće: promjenjivi nagib lopatica turbine, što omogućuje maksimalno korištenje energije vjetra ovisno o atmosferskim uvjetima; visoki jarbol omogućuje vam "dostizanje" jačih vjetrova; visoka učinkovitost zbog smjera kotača vjetra okomito na vjetar.

Istodobno, vodoravna os ima niz nedostataka. Među njima su visoki jarboli do 90 m visine i dugačke lopatice koje je teško transportirati, masivnost jarbola, potreba za usmjeravanjem osi prema vjetru itd.

Vjetromotori s okomitom osi rotacije. Glavna prednost ovakvog sustava je što nema potrebe za usmjeravanjem osi prema vjetru, budući da vjetroturbina koristi vjetar koji dolazi iz bilo kojeg smjera. Osim toga, dizajn je pojednostavljen i žiroskopska opterećenja su smanjena, što uzrokuje dodatno naprezanje u lopaticama, sustavu zupčanika i drugim elementima instalacija s horizontalnom osi rotacije. Takve instalacije su posebno učinkovite u područjima s promjenjivim vjetrovima. Vertikalno-aksijalne turbine rade na niske brzine vjetar i bilo koji od njegovih smjerova bez orijentacije prema vjetru, ali imaju nisku učinkovitost.

Autor ideje o stvaranju turbine s vertikalnom osi rotacije (turbina u obliku slova H) je francuski inženjer George Jean Marie Darius (Jean Marie Darier). Ovaj tip vjetrogeneratora patentiran je 1931. Za razliku od turbina s horizontalnom osi, turbine u obliku slova H "hvataju" vjetar dok mijenja smjer bez promjene položaja samog rotora. Stoga vjetrogeneratori ove vrste nemaju "rep" i izgledaju poput bačve. Rotor ima okomitu os rotacije i sastoji se od dvije do četiri zakrivljene lopatice.

Lopatice tvore prostornu strukturu koja se okreće pod djelovanjem podiznih sila koje nastaju na lopaticama od strujanja vjetra. U rotoru Daria koeficijent iskorištenja energije vjetra doseže vrijednosti od 0,300,35. Nedavno je obavljen razvoj Darrieusovog rotacijskog motora s ravnim lopaticama. Sada se vjetrogenerator Darrieus može smatrati glavnim konkurentom vjetrogeneratorima tipa lopatica.

Instalacija ima prilično visoku učinkovitost, ali stvara ozbiljna opterećenja na jarbolu. Sustav također ima veliki startni moment, koji je teško generirati vjetrom. Najčešće se to čini vanjskim utjecajem.

Druga vrsta kotača vjetra je Savoniusov rotor, koji je stvorio finski inženjer Sigurt Savonius 1922. godine. Zakretni moment nastaje kada zrak struji oko rotora zbog različitog otpora konveksnih i konkavnih dijelova rotora. Kotač je jednostavan, ali ima vrlo nizak faktor iskorištenja energije vjetra - samo 0,1-0,15.

Glavna prednost vertikalnih vjetrogeneratora je da im nije potreban mehanizam za usmjeravanje vjetra. Njihov generator i drugi mehanizmi nalaze se na niskoj visini u blizini baze. Sve to značajno pojednostavljuje dizajn. Radni elementi su smješteni blizu tla, što olakšava njihovo održavanje. Niska minimalna radna brzina vjetra (2-2,5 m/s) proizvodi manje buke.

Međutim, ozbiljan nedostatak ovih vjetroturbina je značajna promjena uvjeta strujanja oko krila tijekom jedne rotacije rotora, koja se ciklički ponavlja tijekom rada. Zbog rotacijskih gubitaka protiv strujanja zraka, većina vjetroturbina s okomitom osi rotacije gotovo je upola manje učinkovita od onih s vodoravnom osi.

Potraga za novim rješenjima u energiji vjetra se nastavlja, a već postoje originalni izumi, primjerice turbojedro. Vjetrogenerator je montiran u obliku dugog okomita cijev 100 m visine, u kojoj se, zbog temperaturnog gradijenta između krajeva cijevi, javlja snažno strujanje zraka. Sam električni generator, zajedno s turbinom, predlaže se ugraditi u cijev, pri čemu će protok zraka osigurati rotaciju turbine. Kao što pokazuje praksa rada takvih vjetrogeneratora, nakon vrtnje turbine i posebnog zagrijavanja zraka na donjem rubu cijevi, čak i pri tihom vjetru (i mirnom), u cijevi se uspostavlja snažan i stabilan protok zraka. . To čini takve vjetroturbine obećavajućim, ali samo u nenaseljenim područjima (kada radi, takvo postrojenje usisava ne samo male predmete, već i velike životinje u cijev). Ove instalacije su ograđene posebnom zaštitnom mrežom, a upravljački sustav je smješten na dovoljnoj udaljenosti.

Turbo jedro

Stručnjaci rade na izradi posebnog uređaja za zbijanje vjetra - difuzora (kompaktora energije vjetra). Tijekom godine dana ovakva vjetroturbina uspije “uhvatiti” 4-5 puta više energije od klasične. Visoka brzina vrtnje vjetrobrana postiže se pomoću difuzora. U njegovom uskom dijelu strujanje zraka je posebno brzo, čak i uz relativno slab vjetar.

Vjetrogenerator sa difuzorom

Kao što je poznato, brzina vjetra raste s visinom, što stvara povoljnije uvjete za korištenje vjetrogeneratora. Zmajevi su izumljeni u Kini prije otprilike 2300 godina. Ideja o korištenju zmaja za podizanje vjetrogeneratora na visinu postupno se ostvaruje.

Švicarski dizajneri iz tvrtke Etra predstavili su novi dizajn zmajeva na napuhavanje koji mogu podići do 100 kg s težinom krila od 2,5 kg. Mogu se koristiti za ugradnju na brodove i podizanje vjetroturbina na velike visine (do 4 km). 2008. godine sličan je sustav testiran tijekom putovanja kontejnerskog broda Beluga SkySails iz Njemačke u Venezuelu (ušteda goriva iznosila je preko 1000 dolara dnevno).

Primjerice, u Hamburgu je tvrtka Beluga Shipping postavila takav sustav na dizelski brod za rasuti teret Beluga SkySails. Zmaj u obliku paraglajdera veličine 160 m2 podiznom silom vjetra diže se u zrak do visine do 300 m. Paraglajder je podijeljen na pretince u koje se, na naredbu računala, kroz elastične cijevi dovodi zrak. potisnut zrak. Tvrtka Beluga SkySails planira do 2013. godine takvim sustavom opremiti oko 400 teretnih brodova.

Glave vjetra "Windcatcher"

Dizajn vjetroelektrane “Vetrolov” ima zanimljivo rješenje. Rotirajuće kućište generatora je prilično dugo (oko 0,5 m), u srednjem dijelu (u intervalu od prirubnice generatora do lopatica) nalazi se mehanizam za preklapanje lopatica. Po principu rada sličan je mehanizmu za otvaranje automatskog kišobrana, a lopatice podsjećaju na krilo zmaja. Kako bi se osiguralo da se oštrice ne oslanjaju jedna na drugu tijekom preklapanja, njihove pričvrsne osi su malo pomaknute. Četiri oštrice (kroz jednu) idu prema unutra, a četiri prema van. Nakon sklapanja, površina otpora vjetrenjače smanjena je za gotovo četiri puta, a koeficijent aerodinamičkog otpora za gotovo dva.

U gornjem dijelu nosača vjetrenjača ugrađen je "jaram" s okomitom osi rotacije. Na jednom kraju je vjetrogenerator, na drugom je protuuteg. Pri slabom vjetru vjetrogenerator se pomoću protuutega podiže iznad gornje razine nosača, a os vjetroturbine je vodoravna. Kako se vjetar pojačava, pritisak na kotač vjetra raste i on počinje padati okrećući se oko horizontalne osi. Tako funkcionira još jedan sustav “bijega” od jakog vjetra. Dizajn omogućuje izvlačenje klackalica tako da se vjetrogeneratori postavljaju jedan iza drugog. Ispada da je to neka vrsta vijenca identičnih modula, koji pri slabom vjetru stoje jedan iznad drugog, a pri jakom vjetru se spuštaju, "skrivajući" se u "sjeni vjetra" kotača vjetra. To također uključuje sposobnost sustava da se prilagodi vanjskom opterećenju.

Vjetrogenerator Eolic

Dizajneri Marcos Madia, Sergio Oashi i Juan Manuel Pantano razvili su prijenosni vjetrogenerator Eolic. Za proizvodnju uređaja korišteni su samo materijali od aluminija i karbonskih vlakana. Kada je sklopljena, Eolic turbina ima duljinu od oko 170 cm. Da bi se Eolic doveo iz sklopljenog u radno stanje, trebat će 2-3 osobe, a ovaj proces će trajati 15-20 minuta. Ovaj vjetrogenerator se može sklopiti za nošenje.

Dizajnerski vjetrogenerator Revolution Air

Danas postoji mnogo dizajnerskih projekata i razvoja. Tako je francuski dizajner Philippe Starck kreirao vjetrogenerator Revolution Air. Projekt dizajna vjetrenjača nazvan je “Demokratska ekologija”.

Generator vjetra Energy Ball

Međunarodna skupina dizajnera i inženjera Home-energy predstavila je svoj proizvod – vjetrogenerator Energy Ball. Glavna značajka novog proizvoda je raspored lopatica na njemu poput kugle. Svi su na oba kraja spojeni na rotor. Kada vjetar prolazi kroz njih, puše paralelno s rotorom, što povećava učinkovitost generatora. Energy Ball može raditi čak i pri vrlo niskim brzinama vjetra i proizvodi mnogo manje buke od konvencionalnih vjetroturbina.

Tretjakov generator vjetra

Jedinstvenu vjetroturbinu kreirali su dizajneri iz Samare. Kada se koristi u urbanoj sredini, jeftiniji je, ekonomičniji i snažniji od svojih europskih pandana. Vjetrogenerator Tretyakov je usisnik zraka koji hvata čak i relativno slabe protoke zraka. Novi proizvod počinje generirati korisnu energiju već pri brzini od 1,4 m/s. Osim toga, nije potrebna skupa instalacija: instalacija se može postaviti na zgradu, jarbol, most itd. Ima visinu od 1 m i dužinu od 1,4 m. Učinkovitost je konstantna - oko 52%. Snaga industrijskog uređaja je 5 kW. Na udaljenosti od 2 m buka vjetroelektrane je manja od 20 dB (za usporedbu: buka ventilatora je od 30 do 50 dB).

Američka tvrtka Wind Tronics iz Michigana razvila je kompaktnu vjetroturbinu za korištenje u privatnim kućanstvima. Razvoj tehnologije je Wind Tronics, a proizvodni div Honeywell započeo je s proizvodnjom vjetroturbina. Dizajn uključuje nultu štetu za okoliš.

Ova instalacija koristi impeler turbine Blade Tip Power System (BTPS), koji omogućuje vjetrogeneratoru da radi u puno širem rasponu brzina vjetra, a istovremeno smanjuje mehanički otpor i težinu turbine. Wind Tronics počinje rotirati pri brzini vjetra od samo 0,45 m/s i operativan je do brzine od 20,1 m/s! Izračuni pokazuju da takva turbina proizvodi električnu energiju u prosjeku 50% češće i dulje nego tradicionalni vjetrogeneratori. Inače, automatika s anemometrom koji je stalno povezan prati brzinu i smjer vjetra. Kada se postigne maksimalna radna brzina, turbina se jednostavno okreće prema vjetru aerodinamičnom stranom. Automatizacija sustava odmah reagira na ledenu kišu koja može uzrokovati poledicu. Tehnologija je već patentirana u više od 120 zemalja.

Interes za male vjetroturbine raste diljem svijeta. Mnoge tvrtke koje rade na rješavanju ovog problema bile su prilično uspješne u stvaranju vlastitih originalnih rješenja.

Tvrtka Optiwind proizvodi originalne vjetroturbine Optiwind 300 (300 kW, cijena – 75 tisuća eura) i Optiwind 150 (150 kW, cijena – 35 tisuća eura). Dizajnirani su za zajedničku uštedu energije u selima i farmama (Sl. 12). Glavna ideja je prikupljanje energije vjetra pomoću naslaganih struktura od nekoliko turbina na pristojnoj visini. Optiwind 300 opremljen je tornjem od 61 metra, akceleratorska platforma je promjera 13 m, a promjer svake turbine je 6,5 m.

Dizajn GEDAYC turbine ima neobičan izgled (slika 13). Mala težina omogućuje turbini da učinkovito okreće električni generator pri brzini vjetra od 6 m/s. Novi dizajn oštrice koristi princip sličan "sustavu" zmaja. GEDAYC turbine već su instalirane na tri vjetroturbine snage 500 kW koje opskrbljuju rudnike energijom. Ugradnja GEDAYC turbina i njihov probni rad pokazali su da zahvaljujući novi dizajn turbine su lakše, pogodnije za transport i lakše za održavanje.

Earth Tronics je razvio novu vrstu "kućnih" vjetroturbina iz Honeywella. Sustav omogućuje generiranje električne energije na vrhovima lopatica, a ne na osi (kao što je poznato, brzina rotacije vrhova lopatica mnogo je veća od brzine rotacije osi). Dakle, Honeywell turbina ne koristi mjenjač i generator, kao kod konvencionalnih vjetrogeneratora, što pojednostavljuje dizajn, smanjuje njenu težinu i prag brzine vjetra pri kojem vjetrogenerator počinje proizvoditi električnu energiju.

U Kini je napravljen pilot projekt vjetrogeneratora s magnetskom levitacijom. Magnetski ovjes omogućio je smanjenje početne brzine vjetra na 1,5 m/s i, sukladno tome, povećanje ukupne proizvodnje generatora tijekom godine za 20%, što bi trebalo smanjiti troškove proizvedene električne energije.

Maglev Wind Turbine Technologies sa sjedištem u Arizoni namjerava proizvoditi Maglev Turbine vjetroturbine s vertikalnom osi maksimalnog kapaciteta od 1 GW. Ovaj egzotični model vjetroturbine izgleda kao visoka zgrada, ali je malen u odnosu na svoju snagu. Jedna Maglev turbina može opskrbiti energijom 750 tisuća domova i pokriva područje (uključujući zonu isključenja) od oko 40 hektara. Ovu turbinu izumio je izumitelj Ed Mazur, osnivač MWTT-a. Maglev turbina lebdi na magnetskoj levitaciji. Glavne komponente nove instalacije nalaze se na razini tla, što ih čini lakšim za održavanje. U teoriji, nova turbina radi normalno i pri izrazito slabim vjetrovima i pri vrlo jakim (preko 40 m/s). Tvrtka namjerava otvoriti znanstvene i obrazovne centre u blizini svojih turbina.

Proučavajući kreativno nasljeđe briljantnog ruskog inženjera Vladimira Šuhova (1853-1939), stručnjaci iz Inbitek-TI LLC skrenuli su pozornost na njegove ideje o korištenju hiperboloida čelične šipke u arhitekturi i građevinarstvu.

Vjetroturbina hiperboloidnog tipa

Potencijal takvih struktura danas nije u potpunosti proučen niti istražen. Također je poznato da je Šuhov svoj rad s hiperboloidima nazvao “istraživanjem”. Na temelju njegovih ideja nastao je razvoj rotorskih vjetrogeneratora potpuno novog dizajna. Ovaj dizajn će omogućiti proizvodnju električne energije čak i pri vrlo niskim brzinama vjetra. Za start iz mirovanja potrebna je brzina vjetra od 1,4 m/s. To se postiže korištenjem efekta levitacije rotora vjetrogeneratora. Vjetrogenerator ove vrste može početi raditi čak iu uzlaznim zračnim strujama, što se obično događa uz rijeku, jezero ili močvaru.

Mobilna vjetroturbina

Još jedan zanimljiv projekt - vjetrogenerator Mobile Wind Turbine - razvili su dizajneri studija Pope Design (slika 17). Ovo je mobilni vjetrogenerator smješten na bazi kamiona. Za upravljanje Mobilnom vjetroturbinom potreban je samo operater-vozač. Ovaj vjetrogenerator može se koristiti u zonama prirodnih katastrofa, tijekom hitnih intervencija i prilikom obnove infrastrukture.

Sadašnje stanje energije vjetra, predloženi dizajni i tehnička rješenja vjetrogeneratora i "kompaktora vjetra" omogućuju stvaranje mini vjetroelektrana za privatnu upotrebu gotovo posvuda. Prag brzine za pokretanje vjetrogeneratora značajno je smanjen zahvaljujući tehničkom razvoju, a smanjuju se i pokazatelji težine i veličine vjetroturbina. To omogućuje rad vjetroelektrana u "kućnim" uvjetima.

Vrste vjetroturbina

Regionalni centar za energetsku učinkovitost Krima federalno sveučilište nazvan po V. I. Vernadskom. Centar kompetencija za uštedu energije

Nakon osamnaest mjeseci priprema, projekt vrijedan 1,3 milijuna dolara, nazvan Altaeros Buoyant Airborne Turbine (BAT), radit će na 1000 stopa iznad zemlje.

Projekt, djelomično financiran od strane Emerging Energy Technology Fund Alaska Energy Authority, bit će prva dugoročna demonstracija zračne turbine ovog tipa i trenutno se nalazi južno od Fairbanksa u središnjoj Aljasci.

Stojeći na nadmorskoj visini od 1000 stopa, pilot-projekt industrijske razmjere bit će više od 275 stopa viši od trenutnog rekordera za najviši položaj vjetroturbine, Vestas V164-8.0-MW. Vestas je nedavno instalirao svoj prvi prototip u danskom Nacionalnom ispitnom centru za velike vjetroturbine u Østerildu, koji ima visinu osovine vjetroturbine od 460 stopa (140 metara) i lopatice koje se protežu više od 720 stopa (220 metara).

Turbina Altaeros ima izlaznu snagu od 30kW, što je dovoljno za napajanje 12 domova. No prema tvrtki, ovo je tek početak. Također može podići komunikacijsku opremu poput mobilnih radio odašiljača, meteoroloških instrumenata ili druge osjetljive opreme. Tvrtka uvjerava da dodatna oprema ne utječe na performanse turbine.

Altaeros je dizajnirao svoju turbinu kako bi osigurao konzistentnu, jeftinu energiju za 17 milijardi USD vrijedno tržište udaljenih lokacija i lokalnih mikromreža izvan mreže. električna mreža, koji trenutno potpuno ovise o skupim dizel generatori. Ciljani klijenti također uključuju otočne i udaljene zajednice, tvrtke za naftu i plin, minerale i rudarstvo, telekomunikacijske tvrtke, spasilačke organizacije i vojne baze.

Podići se na velike visine pri jakim i dugotrajnim vjetrovima nedostižnim kopnenim i offshore instalacija,BAT koristi nezapaljivu školjku na napuhavanje punjenu helijem. Konopci visoke čvrstoće osiguravaju stabilnost turbine i provodnici su generirane energije. Tehnologija podizanja prilagođena je specifičnim primjenama i slična je onoj koja se koristi u balonima, industrijskim rođacima zračnih brodova koji su desetljećima nosili tešku komunikacijsku opremu. Otporni su na uragane i opremljeni tehnologijom koja osigurava glatko slijetanje u većini neočekivanih i hitnih situacija.

U 2013. Altaeros je uspješno testirao prototip BAT-a pri brzini vjetra od 72 km/h na nadmorskoj visini od 150 metara na svom poligonu u Maineu. No budući da je tehnologija slična balonima, turbina može izdržati i više jak vjetar. Tehnološki gledano, plutajuća turbina može se pustiti u pogon unutar 24 sata, jer ne zahtijeva dizalice niti izlijevanje temelja. Zemaljska elektrana upravlja vitlima koja drže turbinu, a također pretvara električnu energiju prije slanja u lokalnu mrežu.

Čini se da je novi krug razvoja vjetroenergije vrlo blizu i uskoro ćemo moći promatrati “jata” divova u nesreći koji nam pružaju udobnost doma, komunikaciju, proizvodnju i sve ono što je nemoguće bez električne energije.

web stranica temeljena na materijalima altaerosenergies.com

Energija vjetra je besplatna, obnovljiva, sigurna energija. Instalacija koja pretvara energiju strujanja zraka u električnu energiju

ili toplinski naziva se vjetrogenerator. Većina modernih vjetroturbina ima relativno nisku učinkovitost (do 30%) i visoke troškove proizvodnje.

Projekt vjetroagregata

Glavni zadaci svih znanstvenika koji se bave problemima energije vjetra su smanjenje troškova proizvodnje vjetroturbina i povećanje njihove učinkovitosti i snage.

Klasifikacija

Vjetrogeneratori se prema položaju osi rotacije dijele na strukture s:

• okomita os (okomita na tlo);
• horizontalna os (paralelna s tlom).

Na temelju materijala od kojih su izrađene lopatice, vjetrenjače se dijele na:

• krute oštrice;
• jedrenje

Prema broju lopatica dijeli se na:

• generatori s 2 lopatice;
• generatori s 3 lopatice;
• generatori s više lopatica, s brojem lopatica od 50.

Turbinski vjetrogeneratori spadaju u kategoriju nove generacije, postavljam ih na krov u obliku ventilatora i ne smetaju susjedima bukom

Prema vrsti zavojnog koraka, generatori se razlikuju po:

• stalni korak;
• promjenjivi korak.

Po vrsti konstrukcije:

• režnjevit;
• turbina

Po namjeni:

• kućanstvo;
• komercijalni;
• industrijski.

Industrijske vjetroturbine izgrađene su uglavnom s vodoravnom osi rotacije i krutim lopaticama.

Vjetroturbina Liam F1 Urban proizvodi 80% učinkovitosti

Jedrenjačke vjetroturbine i generatori s okomitim osima rotacije često se postavljaju za opskrbu energijom privatnih kuća i malih zgrada.

Instalacija vjetroturbine je vjetrogenerator čija je turbina cilindričnog oblika s lopaticama ugrađenim unutar nje. U biti, radi se o vjetrenjači s vodoravnom osi rotacije, čiji su rubovi lopatica zaštićeni cilindrom. Ima jednostavan, pouzdan dizajn i visoku učinkovitost u usporedbi s vjetrenjačama s lopaticama.

Temeljna razlika

Vjetroturbina je cilindričnog kruga. Rotirajući noževi nalaze se unutar kruga. Struktura se sastoji od:

• turbine;
• vanjska ili unutarnja obloga;
• oplata sklopa turbinskog generatora;
• gondole;
• generator;
• inverter;
• modul za pohranu;
• Kontrolna jedinica;
• dinamička jedinica za pričvršćivanje.

Vjetrenjače ovog tipa karakteriziraju nepostojanje nezaštićenih rotacijskih lopatica, kao i sustav za njihovu regulaciju i usmjeravanje prema smjeru vjetra. To povećava pouzdanost i sigurnost strukture. Cilindrični oblik oplate samostalno se razvija, hvatajući vjetar, a oplata, koja radi kao mlaznica, povećava snagu instalacije.

Ovisno o potrebnoj snazi ​​i namjeni, dizajn može imati mnogo izmjena. Na primjer, u proizvodnji turbina može se koristiti raznih materijala. Može se razlikovati geometrijske dimenzije, način postavljanja (na nosaču, nosaču itd.). Moguća dodatna oprema solarnim baterijskim modulima.

Prototip vjetrogeneratora turbinskog tipa za poslovanje

Vjetroturbine se proizvode za kućne i industrijske potrebe.

Princip rada instalacije

Za normalna operacija Vjetroturbinska instalacija zahtijeva vjetar koji puše brzinom od 2 m/s do 60 m/s. Princip rada instalacije je sljedeći. Jedinica samostalno osjeća smjer vjetra i okreće se u željenom smjeru. Protok zraka udara u oštrice i okreće ih. Zračne mase prenose kinetičku energiju kretanja na lopatice, gdje se ona pretvara u mehaničku energiju koja rotira rotor.

Turbina vjetroturbine razvijena u Rusiji se testira

Rotacija rotora proizvodi trofaznu struju koja se dovodi u generator. Odatle struja ide do regulatora, gdje se ispravlja, zatim teče kroz baterije, puni ih i zatim odlazi u pretvarač. Pretvarač proizvodi jednofazni naizmjenična struja, njegova frekvencija osciliranja je 50 Hertza za mreže s naponom od 220 V ili trofaznom strujom s naponom od 380 V, potrebnom za industrijska poduzeća, kao i za napajanje opterećenja.

Prednosti turbine vjetroturbine

Vjetrogenerator s turbinskim dizajnom ima značajne prednosti u odnosu na vjetroturbine drugih dizajna.

1. Visoka osjetljivost na vjetar. Minimalna brzina vjetra za pogon lopatica je od 2 m/s; Vjetroturbine drugih tipova zahtijevaju brzinu vjetra od 4 m/s.
2. Generator je sposoban raditi na orkanskim brzinama vjetra (do 60 m/s). Većina drugih vjetroturbina radi do 25-30 m/s.
3. Učinkovitost generatora vjetroturbine gotovo je dvostruko veća od učinkovitosti vjetroturbine s nezaštićenim lopaticama. Zbog dizajna mlaznice obloge, turbinska vjetrenjača je mnogo snažnija od jedinica drugih dizajna.
4. Turbinska jedinica sigurna je za ptice i šišmiše. Vjetrenjače s otvorenim lopaticama često uzrokuju smrt letećih životinja koje ne mogu odrediti granice opasne zone. Šišmiši i ptice identificiraju vjetroturbinu turbine kao jednu prepreku i uspješno je obilaze.
5. Vjetrenjače većine izvedbi proizvode veliku buku, a pri određenim brzinama vjetra generiraju i infrazvuk, pa se ne mogu postavljati u blizini stambenih zgrada, farmi ili šumarstva. Turbinske instalacije ne proizvode infrazvuk koji je štetan za ljude i životinje. Mogu se postaviti u blizini stambene zgrade. Turbine vjetroturbine ne izazivaju umjetnu migraciju životinja.
6. Niži troškovi proizvodnje u usporedbi s onima s oštricama. Proizvodnja slobodnih oštrica je složen i skup proces. Njihov nedostatak značajno smanjuje troškove i pojednostavljuje proizvodnju instalacije.
7. Jednostavna i brza montaža. Komponente turbogeneratora proizvode se u tvornici; Tamo se sastavljaju glavni blokovi. Instalacija uključuje samo raspored, spajanje blokova i njihovo pričvršćivanje na nosač. Instalacija se odvija pomoću standardnih dizala.
8. Lakoća održavanja. Održavanje turbinskih vjetroagregata puno je jednostavnije i jeftinije od onih s lopaticama. Uz ispravan rad instalacije, povremeno kompetentan servis nakon prodaje, životni vijek doseže 50 godina.
9. Vjetroelektrana turbinskog tipa, za razliku od klasičnih vjetroturbina, ne ometa pilote i dispečere leta, ne detektira se radarima protuzračne obrane i ne predstavlja prijetnju nacionalnoj sigurnosti.

Područje primjene

Generator vjetroturbine postiže svoju maksimalnu učinkovitost u blizini prirodnih vodenih tijela zahvaljujući gotovo cjelogodišnjem kretanju zraka i visokoj osjetljivosti na vjetar. Također je instaliran u gradovima i mjestima. Dizajn instalacije omogućuje korištenje generatora za autonomnu ili kombiniranu rasvjetu privatnih kuća i vikendica.

Vjetrogenerator je koristan u naseljima koja se nalaze daleko od gradova i regionalnih središta, gdje se često javljaju nestanci struje. Instalacija vjetroturbine može se koristiti u blizini aerodroma i vojnih poligona. Iako je nevidljiv radaru, ne predstavlja prijetnju pilotima ili nacionalnim sigurnosnim sustavima.

Iako danas postoji mnogo naprednijih načina za proizvodnju energije, vjetroturbine su se u prošlosti koristile gotovo posvuda. Naravno, koriste se i danas, ali se broj znatno smanjio. Da bismo razumjeli kako rade, važno je znati da je vjetar oblik sunčeve energije.

Opći opis

Vjetroturbine rade pomoću strujanja vjetra. Ali zašto je vjetar sposoban proizvoditi električnu energiju? Ova pojava nastaje zbog neravnomjernog zagrijavanja zemljine atmosfere, nepravilne strukture površine planeta te zbog toga što se on rotira. Vjetroturbine, odnosno vjetrogeneratori, sposobni su pretvarati kinetičku mehaničku energiju, koja se kasnije može koristiti za neke druge zadaće.

Kako točno ti uređaji proizvode električnu energiju pomoću običnog vjetra? Zapravo je vrlo jednostavno. Princip rada takve turbine je upravo suprotan od rada ventilatora. Pod utjecajem snage vjetra, lopatice vjetroturbine se okreću, što zauzvrat uzrokuje rotaciju osovine spojene na generator, proizvodeći električnu energiju.

Vrste turbina

Postoji nekoliko različitih vrsta turbina. Inženjeri razlikuju dvije glavne kategorije koje se koriste u dano vrijeme. Prva kategorija je horizontalno-aksijalna, a druga kategorija je vertikalno-aksijalna. Prvi tip vjetroturbine ima najčešći dizajn, uključujući dvije ili tri lopatice. Jedinice s tri lopatice rade na principu "protiv vjetra". Sami elementi postavljaju se tako da su okrenuti prema vjetru.

Jedna od najvećih turbina na svijetu je GE Wind Energy. Snaga ovog uređaja je 3,6 megavata. Ovdje je vrijedno napomenuti da što je veća turbina, to je učinkovitija. Osim toga, omjer koristi i cijene također se poboljšava s povećanjem veličine jedinice.

Opći učinak turbine

Prvi pokazatelj po kojem se odabire uređaj je snaga. Ako uzmemo “servisne” turbine, njihova snaga može početi od 100 kW i doseći nekoliko MW. Također je važno napomenuti da se i vertikalne i horizontalne vjetroturbine mogu sastaviti u grupe. Takve skupine se najčešće nazivaju vjetroelektrane. Namjena ovakvih stranica je veleprodajna opskrba željenog objekta električnom energijom.

Ako govorimo o malim pojedinačnim turbinama, čija je snaga manja od 100 kW, one se najčešće koriste za opskrbu električnom energijom privatnih kuća, telekomunikacijskih antena ili za opskrbu energijom pumpi za vodu. Vrijedno je napomenuti da se male turbine također mogu koristiti u kombinaciji s baterijama ili solarni paneli. Ovaj sustav se naziva hibridni. Koriste se na mjestima gdje ne postoji drugi način spajanja na električnu mrežu.

Prednosti vertikalnih turbina

Trenutno se mnogo češće koristi vertikalni tip uređaja. To je opravdano činjenicom da vertikalni tip ima niz prednosti u odnosu na horizontalne.

Do tornjeva vertikalni tip opterećenje će djelovati ravnomjernije, što omogućuje lakše stvaranje veće strukture. Osim toga, za ugradnju rotora na ovu vrstu turbine nema potrebe za dodatnom opremom. Važna prednost koja povećava učinkovitost rada je da se lopatice vertikalnih turbina mogu uvijati – u obliku spirale. Ovo je vrlo važno, jer će u ovom slučaju energija vjetra djelovati na njih i na ulazu i na izlazu, što, naravno, povećava učinkovitost instalacije.

Jedna od najvažnijih prednosti vertikalnih turbina je ta što kod njihove ugradnje nema smisla prilagođavati os strujanju vjetra. Ova vrsta uređaja radit će s strujanjem vjetra koji puše iz bilo kojeg smjera.

Bolotov vjetroturbina

Ova instalacija se izdvaja od ostalih uređaja. Za normalan rad turbine nema potrebe prilagođavati je raznim vrstama vremenski uvjeti. Element snage vjetra ovog dizajna može primati vjetar iz bilo kojeg smjera, bez ikakvih operacija podešavanja. Osim toga, ova vrsta postaje ne zahtijeva da se toranj okreće kada se smjer vjetra promijeni. Još jedna prednost vertikalnih vjetroturbina (VAWT - vjetroelektrana s vertikalnom osovinom generatora) je da imaju poseban dizajn koji im omogućuje rad s strujama vjetra bilo koje snage. Rad je moguć i za vrijeme olujnih udara. Moguće je odabrati broj instalacijskih modula. O njihovom broju ovisit će izlazna snaga turbine. Odnosno, promjenom broja modula možete promijeniti snagu jedinice, što je vrlo zgodno. Još jedna prednost je što je vjetroelektrični element konstrukcije sastavljen na takav način da omogućuje preinaku sa visoka efikasnost kinetička energija u mehaničku energiju.

Dimenzije vjetroturbine Biryukov i Blinov

Ovaj uređaj ima dvokatni rotor promjera 0,75 m. Visina ovog elementa je 2 m. Kada je bio izložen svježem vjetru, takav je rotor mogao potpuno okretati rotor asinkrone osovine snagom do 1,2 kW. Turbina je mogla izdržati snagu vjetra do 30 m/s bez kvara.

Vrijedno je govoriti o tome zašto se vjetroturbina smatra postignućem dvojice znanstvenika. Stvar je u tome što je 60-ih. u SSSR-u je znanstvenik Biryukov patentirao vrtuljak s KIJEV 46%. Međutim, malo kasnije, inženjer Blinov je mogao koristiti isti dizajn, ali s pokazateljem od 58% KIJEV.

Hiperboloidne turbine

Vjetroturbine hiperboloidnog tipa temelje se na idejama inženjera poput Vladimira Grigorijeviča Šuhova.

Značajke ove vrste turbine uključuju činjenicu da ima veće radno područje strujanja vjetra. Usporedimo li ovaj pokazatelj s drugim kategorijama uređaja, hiperboloidni tip pokazuje rezultate koji su 7-8% bolji, na temelju prekrivene površine. Ovaj pokazatelj vrijedi za one vrste za koje radna zona wind flow vane. Ako usporedimo ovaj tip, na primjer, s Darrieus i Savonius turbinama, razlika će biti 40-45%.

Posebna svojstva ove kategorije jedinica također uključuju činjenicu da mogu raditi s strujanjem zraka prema gore. Vrlo je produktivno ako generator postavite u blizini jezera, močvare, brda itd.

Prednosti takvih turbina uključuju činjenicu da će kontaktna linija aktivnog sloja zraka koji ispire hiperboloid biti 1,6 puta duža od one sličnog cilindra koji se okreće poput rotorskog vjetrogeneratora. Naravno, to dovodi do zaključka da će učinkovitost biti veća za isto toliko.

Mane

Unatoč brojnim prednostima i karakteristikama ovih turbina, one također imaju niz nedostataka.

Negativni čimbenici uključuju činjenicu da kada se lopatice generatora okreću protiv strujanja vjetra, ova vrsta generatora će imati značajne gubitke, što će zauzvrat dovesti do smanjenja radne učinkovitosti za otprilike polovicu. Smanjenje ovog pokazatelja vrlo je vidljivo kada se uspoređuju vertikalne turbine s horizontalnim, koje nemaju takve gubitke.

Još jedan nedostatak je da vertikalni generator vjetra mora biti vrlo dugačak. Postavite li ga blizu tla, gdje je brzina vjetra mnogo manja nego na velikoj nadmorskoj visini, mogli biste imati problema s pokretanjem rotora, koji treba gurati da bi počeo raditi. Neće krenuti sam od sebe. Možete, naravno, instalirati posebne tornjeve za podizanje lopatica više, ali donji dio rotora će i dalje biti prenizak.

Drugi nedostaci uključuju činjenicu da će se zimi na lopaticama vjetrogeneratora formirati ledenice. Također je vrijedno istaknuti veliku količinu buke koju turbine emitiraju tijekom rada. Neke od instalacija čak su u stanju proizvesti štetan infrazvuk tijekom rada. Uzrokuje vibracije koje mogu uzrokovati zveckanje stakla, prozora i posuđa.

Zabavna činjenica: Vjetroturbine u RimWorldu korištene su kao izvor energije.