2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26
Vaikka energian tuottamiseen on nykyään monia kehittyneempiä tapoja, tuuliturbiineja käytettiin aiemmin melkein kaikkialla. Tietenkin niitä käytetään edelleen, mutta määrä on vähentynyt huomattavasti. Niiden toiminnan ymmärtämiseksi on tärkeää tietää, että tuuli on yksi aurinkoenergian muoto.
Yleinen kuvaus
Tuulivoimalat toimivat tuulivirtojen avulla. Mutta miksi tuuli pystyy tuottamaan sähköä? Tämä ilmiö johtuu siitä, että maapallon ilmakehä kuumenee epätasaisesti, planeetan pinnan rakenne on epäsäännöllinen, ja myös siksi, että se pyörii. Tuulivoimalat eli tuuligeneraattorit pystyvät muuttamaan tuulen liike-energian mekaaniseksi energiaksi, jota voidaan myöhemmin käyttää muihin tehtäviin.
Miten nämä laitteet tarkalleen tuottavat sähköä tavallisella tuulella? Itse asiassa kaikki on melko yksinkertaista. Tällaisen turbiinin toimintaperiaate on suoraan päinvastainen tuulettimen toiminnan kanssa. Tuulen voiman vaikutuksesta tuuliturbiinin siivet kääntyvät, mikä puolestaan saa generaattoriin liitetyn akselin tuottamaan sähköä pyörimään.
Turbiinityypit
On olemassa useita erilaisia turbiineja. Insinöörit erottavat kaksi tällä hetkellä käytössä olevaa pääluokkaa. Ensimmäinen luokka on vaaka-aksiaalinen ja toinen luokka on pystyaksiaalinen. Ensimmäisellä tuuliturbiinityypillä on yleisin rakenne, joka sisältää kaksi tai kolme siipeä. Kolmella terällä varustetut yksiköt toimivat "tuulta vastaan" -periaatteella. Itse elementit on asetettu niin, että ne katsovat tuuleen.
Yksi maailman suurimmista turbiineista on GE Wind Energy. Tämän laitteen teho on 3,6 megawattia. Tässä on syytä huomata, että mitä suurempi turbiini, sitä tehokkaampi se on. Lisäksi hyöty-hinta-suhde paranee myös aggregaatin koon myötä.
Turbiinien kokonaismäärät
Ensimmäinen ilmaisin, jolla laite valitaan, on teho. Jos otamme "huoltoturbiinit", niiden teho voi alkaa 100 kW: sta ja saavuttaa useita MW. On myös tärkeää huomata, että sekä pysty- että vaakatuuliturbiinit voidaan ryhmitellä yhteen. Tällaisia ryhmiä kutsutaan yleisimmin tuulipuistoiksi. Tällaisten paikkojen tarkoitus on sähkön tukkumyynti haluttuun kohteeseen.
Jos puhutaan pienistä yksittäisistä turbiineista, joiden teho on alle 100 kW, niitä käytetään useimmiten sähkön syöttämiseen omakotitaloihin, tietoliikenneantenneihin tai veden siirtopumppuihin. On huomattava, että pieniä turbiineja voidaan käyttää myös yhdessä dieselmoottoreiden kanssa.generaattorit, akut tai aurinkopaneelit. Tällaista järjestelmää kutsutaan hybridijärjestelmäksi. Niitä käytetään paikoissa, joissa ei ole muuta mahdollisuutta liittyä sähköverkkoon.
Pystyturbiinien edut
Tällä hetkellä pystysuuntaisia laitteita käytetään paljon useammin. Tämä on perusteltua sillä, että pystytyypillä on monia etuja vaakasuoraan verrattuna.
Pystytyyppisissä torneissa kuorma vaikuttaa tasaisemmin, mikä helpottaa mitoiltaan suuremman rakenteen luomista. Lisäksi roottorin asentaminen tämäntyyppiseen turbiiniin ei vaadi lisälaitteita. Tärkeä työtehokkuutta lisäävä etu on se, että pystyturbiinien siivet voidaan tehdä kierretyiksi - spiraalin muotoisiksi. Tämä on erittäin tärkeää, koska tässä tapauksessa tuulienergia vaikuttaa niihin sekä sisään- että uloskäyntiin, mikä tietysti lisää asennuksen tehokkuutta.
Yksi vertikaalisten turbiinien tärkeimmistä eduista on, että kun ne on asennettu, ei ole mitään järkeä säätää akselia tuulen virtauksen mukaan. Tämäntyyppinen laite toimii tuulen puh altaessa molemmilta puolilta.
Bolotov-tuuliturbiini
Tämä laite erottuu muista laitteista. Turbiinin normaalia toimintaa varten sitä ei tarvitse mukauttaa erilaisiin sääolosuhteisiin. Tämän mallin tuulivoimaelementti pystyy havaitsemaan tuulen miltä tahansa puolelta, ilman mitäänasetustoiminnot. Lisäksi tämäntyyppinen asema ei vaadi tornin kääntymistä tuulen suunnan muuttuessa. Toinen pystysuuntaisten tuuliturbiinien (VAWT - tuulivoimala, jossa on pystysuora generaattoriakseli) etu on, että niillä on erityinen muotoilu, jonka avulla voit työskennellä minkä tahansa tehon tuulivirtojen kanssa. Käyttö jopa myrskyn aikana on mahdollista. On mahdollista valita asennusmoduulien lukumäärä. Turbiinin lähtöteho riippuu niiden lukumäärästä. Eli muuttamalla moduulien määrää voit muuttaa yksikön tehoa, mikä on erittäin kätevää. Toinen etu on se, että tuulivoimaelementti on koottu siten, että se mahdollistaa liike-energian tehokkaan muuntamisen mekaaniseksi energiaksi.
Birjukov- ja Blinov-tuuliturbiinin mitat
Tässä laitteessa on kaksikerroksinen roottori, jonka halkaisija on 0,75 m. Tämän elementin korkeus on 2 m. Tuoreen tuulen vaikutuksesta tällainen roottori pystyi pyörittämään täysin asynkronisen roottorin akseli, jonka teho on jopa 1,2 kW. Turbiini kesti tuulen voimaa jopa 30 m/s ilman vikaa.
Kannattaa puhua siitä, miksi tuuliturbiinia pidetään kahden tiedemiehen saavutuksena. Asia on siinä, että 60-luvulla. Neuvostoliitossa tiedemies Biryukov patentoi karusellituuligeneraattorin Kievillä 46%. Kuitenkin hieman myöhemmin insinööri Blinov pystyi käyttämään samaa mallia, mutta indikaattorilla 58 % KIEV.
Turbiinithyperboloidityyppi
Hyperboloidityyppiset tuuliturbiinit perustuivat sellaisen insinöörin kuin Shukhov Vladimir Grigorjevitšin ideoihin.
Tämäntyyppisen turbiinin ominaisuuksiin kuuluu se, että sillä on suurempi tuulen työskentelyalue. Jos vertaamme tätä indikaattoria muihin laiteluokkiin, niin hyperboloidityyppi näyttää tulokset 7-8% paremmin, jos lasketaan pyyhkäisyalueelta. Tämä osoitin on voimassa niille tyypeille, joissa tuulen virtauksen työalue on siipi. Jos vertaamme tätä tyyppiä esimerkiksi Darrieus- ja Savonius-turbiineihin, niin ero on 40-45%.
Tämän luokan yksiköiden erityisominaisuuksiin kuuluu myös se, että ne pystyvät toimimaan ylöspäin suuntautuvien ilmavirtojen kanssa. On erittäin tuottavaa, jos asennat generaattorin lähelle järveä, suota, rinnettä jne.
Tällaisten turbiinien etuja ovat se, että hyperboloidia pesevän aktiivisen ilmakerroksen kosketuslinja on 1,6 kertaa pidempi kuin vastaavan, pyörivän tuuligeneraattorin tavoin pyörivän sylinterin. Tästä luonnollisesti päätelmä, että tehokkuus on saman verran suurempi.
Epäkohdat
Näiden turbiinien monista eduista ja ominaisuuksista huolimatta niillä on myös joitain haittoja.
Negatiivisia tekijöitä ovat muun muassa se, että kun generaattorin siivet pyörivät tuulivirtoja vastaan, tämän tyyppiselle generaattorille syntyy merkittäviä häviöitä, mikä puolestaan johtaa työn tehokkuuden laskuun noin puoleen. Tämän indikaattorin lasku on hyvin havaittavissa, jos vertaamme pystysuuntaisia turbiineja vaakasuuntaisiin turbiineihin, joissa ei ole tällaisia häviöitä.
Toinen haittapuoli on, että pystysuoran tuuliturbiinin on oltava hyvin pitkä. Jos sijoitat sen lähelle maata, missä tuulen nopeus on paljon pienempi kuin korkealla, roottorin käynnistämisessä voi olla ongelmia, mikä vaatii työnnön käynnistyäkseen. Itsestään se ei käynnisty ollenkaan. Voit tietysti asentaa erikoistorneja siipien nostamiseksi korkeammalle, mutta roottorin alaosa on silti liian matala.
Muita haittoja ovat se, että talvella jääpuikkoja muodostuu tuuliturbiinien siipille. On myös syytä huomata suuri määrä melua, jota turbiinit lähettävät käytön aikana. Jotkut laitteistot voivat jopa tuottaa haitallista infraääntä toimintansa aikana. Se aiheuttaa tärinää, joka voi aiheuttaa lasien, ikkunoiden ja astioiden kolinaa.
Hauska tosiasia: RimWorldin tuuliturbiinit käytettiin virtalähteenä.
