Tuulivoimalat: tyypit, mallit, edut

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Tuulienergia ei ole kaukana uudesta energiahuollon haarasta, mutta nykytilanteessa siitä on tulossa yhä selvemmin lupaavan jatkokehityssuunnan piirteitä. Yleisistä tuuligeneraattoreiden teknisen toteutuksen konsepteista on vielä vaikea puhua, mutta yksittäisten teknisten ratkaisujen käytön edistyminen viittaa siihen, että lähitulevaisuudessa ilmaantuu yksi yhtenäinen rakennemalli. Samaan aikaan maailmassa käytetään monenlaisia tuuliturbiineja, joista jokaisella on omat vahvuutensa.

Tuulivoimaloiden yleinen toimintaperiaate

Useimpien nykyaikaisten vaihtoehtoisten energialähteiden tapaan tuuliturbiini toimii luonnollisen prosessin seurauksena vaikuttavan voiman ansiosta. Puhumme epätasaisesta lämpenemisestä johtuvista tuulivirroistamaan pintaa auringossa. Lähes kaikki tuuliturbiinit toimivat seuraavan periaatteen mukaan: ilmavirrat pyörittävät pyörää erityisellä akselilla, jossa on siivet, siirtäen siten vääntömomentin generaattoriin tai akkupakkaukseen. Vakavissa olosuhteissa ja riittävän ilman liikkeen voiman olosuhteissa sähköä tuottavat tuulimyllyt pystyvät tarjoamaan 45-50% hyötysuhteen. Juuri tuulen vaihtelevuus ja voimakkuus määräävät tuuliturbiinien laajan rakenteen, joka myös lasketaan erityisten ilmasto-olosuhteiden perusteella.

Mitkä ovat tuuliturbiinien tärkeimmät edut?

Tuulivoimaloiden hyötysuhdetta voi arvioida sekä perinteisiin energialähteisiin verrattuna että uusiutuvilla ilmaisilla resursseilla toimivien generaattoreiden taustalla. Tällaisten järjestelmien selkeimmät edut, jotka antavat toivoa niiden menestyksekkäästä kehittämisestä tulevaisuudessa, ovat seuraavat tekijät:

• Tuulienergia itsessään ei ole vain uusiutuvaa, vaan se on myös saatavilla kertymiseen ja prosessointiin.
• Taloudellinen hyöty. Yksiselitteiset arviot yksittäisistä taloudellisista indikaattoreista eivät voi vielä johtua eri suorituskyvyllä toimivien järjestelmien moninaisuudesta. Mutta voimme puhua yksittäisten projektien osoittamista erinomaisista tuloksista. Kuinka paljon maksaa esimerkiksi kilowatti sähköä suuresta offshore-tuulimyllystä? Voimme puhua vaihteluvälistä 2-12 ruplaa. 1 kWh.
• Ekologinen. Tuulivoimaloiden toiminta ei sisällä haitallisia vaikutuksiailman epäpuhtauspäästöt.
• Kompakti. Tuuliturbiinin asennusta ei edes teollisessa muodossa voi verrata perinteisiin voimaloihin. Tämä johtuu suurelta osin tällaisten järjestelmien itsenäisyydestä ja riippumattomuudesta apuviestinnästä ja -resursseista.

Vaaka-akseligeneraattorit

Tällaisten tuulimyllyjen suunnittelussa on mukana sähkögeneraattori, vaihdelaatikko, siivet ja torni, jossa on runko. Terien kokoonpano on toteutettu siten, että ilma virtaa suppiloon, mikä luo vääntömomentin. Tärkeä edellytys tällaisten sähköntuotantoon tarkoitettujen tuulimyllyjen toiminnalle on kyky mukautua virtausten liikkeen ominaisuuksiin (suunta ja voimakkuus). Tätä varten rakenteet on varustettu mekanismeilla terien kääntämiseksi ja kallistamiseksi suhteessa maan pintaan. Edistyneimmissä malleissa käytetään myös automaattiohjattuja ohjaimia. Tuulipyörän toteutuksessa kolmen lavan kokoonpanoa käytetään useammin vaakasuuntaisissa järjestelmissä. Lisäksi generaattoreiden suorituskyvyn lisäämiseksi insinöörit pyrkivät kasvattamaan toiminnallisen vastaanottavan osan kokoa, mikä selittää esimerkiksi nykyisen suuntauksen siirtyä muovista ja kevytmetallista kalliisiin komposiittielementteihin rakenteiden valmistuksessa.

Pystyakseligeneraattorit

Tällaisilla generaattoreilla on merkittävä etu vaakasuuntaisiin rakenteisiin verrattuna,mikä tarkoittaa sitä, ettei laitoksen valvontaa ja valvontaa varten tarvita lisäkeinoja. Eli toimintaprosessissa pystyakselilla varustettu tuulimylly ei mukaudu millään tavalla virtausten liikkeisiin. Tämä ilmamassojen vuorovaikutuksen ominaisuus vähentää samanaikaisesti tuuligeneraattorin siipien jännitettä ja vähentää gyroskooppisia kuormia. Laitoksen moottorin muodostava vaihdegeneraattori voidaan sijoittaa rakennetornin juurelle ilman vaurio- tai vikariskiä. Mutta miksi pystysuorat asennukset eivät kuvatuilla eduilla korvanneet täysin vaakasuuntaisia tuulimyllyjä? Valitettavasti näissä malleissa on myös merkittäviä haittoja. Koska tuulipyörää ei ohjaa tuulivirrat ja se toimii aina kapealla energian t alteenottoalueella, generaattorin suorituskyky heikkenee loogisesti. Siksi pystysuuntaisten tuulimyllyjen riittävän tehon ylläpitämiseksi tarvitaan niiden massakäyttöä laajoilla alueilla, mikä ei aina ole mahdollista.

Darrieus-roottoriin perustuvat mallit

Pystysiipipyörällä varustetut tuuliturbiinigeneraattorit perustuvat Savonius- tai Darrieus-roottorimalliin. Mutta tällä ryhmällä on myös omat muunnelmansa ja modernit muunnelmansa. Lupaavin viimeaikainen kehitys on Gorlovin helikoiditurbiini, joka luotiin vuonna 2001. Se on eräänlainen jatko Darrieus-roottorikonseptille, mutta optimoidussa muodossa. Spiraaliset pystyterät mahdollistavat energian tuottamisen vedestä ja ilmavirroista vähäisellä aktiivisuudella. Nykyään nämä generaattoritkäytetään sekä erikoistuvissa tuulipuistoissa että osana vesivoimaloita.

Tuuligeneraattorit vuovahvistimilla

Myös tavallaan jatkoa tuulimyllyjen klassisille malleille, mutta mukautettuna nykyisiin huipputeknisiin käyttöolosuhteisiin. Virtausvahvistimilla tehdyt muutokset erottuvat yhden tai useamman kourujen läsnäolosta, jotka on suunniteltu keskittämään ilmavirtoja. Aerodynaamiset kartiomaiset elementit samojen kourujen muodossa keräävät virtauksia suurelta alueelta, suuntaavat ne yhteen suuntaan ja lisäävät siten siipijärjestelmän nopeutta. Vuovahvistimilla varustettujen tuuliturbiinien käytön vaikeus on se, että ne edellyttävät ylimääräisen alkuaineryhmän käyttöä. Lisäksi tällaisissa järjestelmissä on mahdollista saavuttaa merkittävä tuottavuuden lisäys vain yhdistämällä apuenergialähteitä, mikä ei aina ole taloudellisesti perusteltua.

Vaihteettomat tuuliturbiinit

Rakenteellisen optimoinnin ajatuksen mukaisesti on ilmaantunut myös muunnelma tuulivoimalaitoksesta ilman vaihteistoa. Sen sijaan käytetään rengasmaista kanavaa, joka on varustettu sisäisellä metallitangolla. Tämä rengas on asennettu roottorin vanteen ympärille. Täällä sijaitsee myös ryhmä magneetteja, jotka ovat vuorovaikutuksessa metallitangon kanssa, mikä myötävaikuttaa virran muodostumiseen. Tuuliturbiinien suorituskyky ilman vaihdelaatikkoa, jonka roottorin halkaisija on noin 200 cm, voi olla 1500 kWhvuonna. Tämän rakenteen pääasiallisena etuna on vaihteistolla varustettujen generaattoreiden käytössä luonnollisesti esiintyvien energiahäviöiden vähentäminen. Mutta sinun on maksettava tästä edusta nopeusrajoituksilla. Jotta yksikkö pääsisi optimaaliseen työnkulkuun, virtausnopeuden on oltava vähintään 2 m/s.

Teollisten tuuliturbiinien ominaisuudet

Teollisissa tuulimyllyissä on kaksi perustavanlaatuista eroa - suuri koko ja suuri teho. Sekä tämäntyyppisten asemien edut että haitat johtuvat näistä ominaisuuksista. Rakenteen os alta riittää, kun sanotaan, että nykyaikaisten teollisuustuulimyllyjen korkeus voi olla 150-200 metriä ja siipien jänneväli voi olla yli 100 metriä. Suuri teho vaatii myös toiminnallisen infrastruktuurin monimutkaisuutta. Joten energian muunnosprosessin ohjaamiseen käytetään tuuligeneraattorin ohjaimia, jotka varmistavat, että akun nykyinen lataus otetaan huomioon. Lisäksi tällaisten asennusten sähkötäyttöön kuuluu invertterit ja oikosulkusuojajärjestelmät.

Kotitalouksien tuuliturbiinien ominaisuudet

Yksinkertaisimpia tuulimyllyjä ei voi käyttää vain kotona, vaan ne voidaan myös koota käsin. Yleensä nämä ovat pienikokoisia asennuksia, joiden korkeus on enintään 10 m ja jotka pystyvät toimimaan 0,5-5 kW teholla. Kodinkoneiden passiivisena energialähteenätai yksittäisiä sähkölaiteryhmiä, tämä vaihtoehto oikeuttaa itsensä. Pienet tuuliturbiinit käyttävät kuitenkin nykyään suuria määriä suuria määriä tuotantolaitosten sähkönlähteenä. Minituulimyllytilojen pohj alta muodostuu riittävän tuottavia ja luotettavia järjestelmiä, jotka voivat kilpailla suuritehoisten yksittäisten generaattoreiden kanssa.

Avomeren tuulivoimaloiden ominaisuudet

Tällaisten tuulimyllyjen suosio johtuu useista eduista maalla sijaitseviin asemiin verrattuna. Kyse on lähinnä vakaammista työoloista, koska tuulen virtaukset eivät ole esteettä poispäin rannikolta. Samaan aikaan offshore-tuuliturbiinien rakenteet on jaettu kahteen ryhmään - tukeviin ja kelluviin. Ensimmäiset asennetaan matalaan veteen klassisella tuella maahan veden alla. Kelluvilla asemilla on oma kelluva alusta, joka on kiinnitetty ankkureilla ja muilla merenkulkulaitteilla.

Tuulivoimalarakenteiden yhdistelmä rakennusten rungoilla

On myös erittäin lupaava ryhmä tuulimyllyjä, jotka on kirjaimellisesti integroitu korkeiden rakennusten runkoihin. Tällä ratkaisulla on kaksi etua - suotuisat olosuhteet virtojen "vastaanotolle" ja sähkön toimitusreitin lyheneminen, koska lopullinen toimituslähde on yleensä rakennuksen sisällä olevat kuluttajat. Tällä hetkellä tämän tyyppisten tuuliturbiinien integrointi tehdään useammin käyttämälläerityiset aerodynaamiset sylinterit, jotka asennetaan pilvenpiirtäjien katoille. Myös minipotkurikonseptia kehitetään, jotka voidaan sijoittaa mihin tahansa korkean rakennustyömaan osaan. Laitteet on kirjaimellisesti integroitu seiniin, minkä jälkeen ne liitetään yleiseen sähköverkkoon, jolloin ne luovuttavat pienen mutta vakaan määrän energiaa.

Johtopäätös

Viime vuosina kiinnostus tuuliturbiineja kohtaan on lisääntynyt merkittävästi Venäjällä. Suuria, jopa 30-50 MW:n tehoasemia otetaan käyttöön määräajoin eri alueilla. Maallemme tuulimyllyt ovat erityisen hyödyllisiä, koska niiden avulla voimme toimittaa energiaa syrjäisille alueille, joilla ei tällä hetkellä ole mahdollisuutta järjestää muita energiantoimituksia. Myös pienten tuulivoimalaitosten segmentti kehittyy aktiivisesti. Venäjällä yksittäiset sähköjärjestelmät, joiden teho on 1-5 kW, ovat tulleet erittäin suosituiksi. Samaan aikaan kehittäjät eivät kieltäydy yhdistämästä tuulimyllyjen toimintaperiaatteita polttomoottoreihin. Menestystä tähän suuntaan osoittavat erityisesti tuulidieselmallit. Vielä on vaikea sanoa, kuinka paljon tuulivoimalla on kysyntää Venäjällä tulevina vuosikymmeninä, sillä perinteisten energialähteiden asemat ovat edelleen vahvat. Mutta vaihtoehtoiseen energiaan siirtymisen suuntaukset ympäri maailmaa saavat todennäköisesti Venäjän teollisuuden tutkimaan aktiivisesti tällaisia alueita.