Centrale eoliene: tipuri, modele, avantaje

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Energia eoliană este departe de a fi o nouă ramură a furnizării de energie, totuși, în condițiile actuale, ea devine din ce în ce mai pronunțată trăsături ale unei direcții promițătoare de dezvoltare ulterioară. Este încă dificil să vorbim despre concepte universale pentru implementarea tehnică a generatoarelor eoliene, dar progresul în utilizarea soluțiilor individuale de inginerie sugerează că un singur model structural unificat va apărea în viitorul apropiat. În același timp, în lume sunt folosite mai multe tipuri de turbine eoliene, fiecare dintre ele având propriile puncte forte.

Principiul general de funcționare al turbinelor eoliene

La fel ca majoritatea surselor alternative moderne de energie, turbina eoliană funcționează datorită forței care acționează ca urmare a unui proces natural. Vorbim despre fluxurile de vânt rezultate din încălzirea neuniformăsuprafața pământului de către soare. Aproape toate turbinele eoliene funcționează după următorul principiu: fluxurile de aer rotesc roata pe un arbore special cu palete, transmitând astfel cuplul generatorului sau bateriei. În condiții de stabilitate și forță suficientă de mișcare a aerului, morile de vânt pentru generarea de energie electrică sunt capabile să asigure o eficiență de 45-50%. Tocmai variabilitatea vântului și puterea lui determină marea varietate de modele de turbine eoliene, care sunt calculate și pe baza condițiilor climatice specifice de utilizare.

Care sunt principalele avantaje ale turbinelor eoliene?

Evaluarea eficienței turbinelor eoliene poate fi atât în comparație cu sursele tradiționale de energie, cât și pe fundalul generatoarelor care funcționează pe resurse regenerabile gratuite. Cele mai pronunțate avantaje ale unor astfel de sisteme, care dau speranță pentru dezvoltarea lor cu succes în viitor, sunt următorii factori:

• Energia eoliană în sine nu este doar regenerabilă, ci și disponibilă pentru acumulare și procesare.
• Beneficiu economic. Evaluările neechivoce cu privire la indicatorii economici specifici nu pot fi încă datorate varietății sistemelor care funcționează cu performanțe diferite. Dar putem vorbi despre rezultatele deosebite demonstrate de proiectele individuale. De exemplu, cât costă un kilowatt de electricitate de la o moară eoliană mare din larg? Putem vorbi despre intervalul de 2-12 ruble. pentru 1 kWh.
• Ecologic. Funcționarea turbinelor eoliene nu prevede efecte nociveemisii de poluanți în aer.
• Compact. Instalarea unei turbine eoliene, chiar și în format industrial, nu poate fi comparată cu centralele tradiționale. Acest lucru se datorează în mare măsură autonomiei și independenței unor astfel de sisteme față de comunicațiile și resursele auxiliare.

Generatoare de axe orizontale

Schema de proiectare a unor astfel de mori de vânt prevede prezența unui generator electric, cutie de viteze, lame și un turn cu un cadru. Configurația palelor este implementată în așa fel încât aerul să curgă în pâlnie, ceea ce creează un moment de torsiune. O condiție importantă pentru funcționarea unor astfel de mori de vânt pentru generarea de energie electrică este capacitatea de a se adapta la caracteristicile mișcării fluxurilor (direcție și putere). Pentru aceasta, structurile sunt prevăzute cu mecanisme de întoarcere și înclinare a lamelor în raport cu suprafața pământului. În cele mai avansate modele se folosesc și controlere cu control automat. În ceea ce privește implementarea roții eoliene, configurația cu trei lame este mai des folosită în schemele orizontale. Mai mult, pentru a crește performanța generatoarelor, inginerii tind să mărească dimensiunea părții funcționale de recepție, ceea ce, de exemplu, explică tendința actuală de tranziție de la plastic și metale ușoare la elemente compozite scumpe în fabricarea structurilor.

Generatoare cu axe verticale

Astfel de generatoare au un avantaj semnificativ față de structurile orizontale,care constă în absenţa necesităţii unor mijloace suplimentare de monitorizare şi control al instalaţiei. Adică, în procesul de funcționare, o moară de vânt cu axă verticală nu se adaptează în niciun fel la mișcarea fluxurilor. Această caracteristică de interacțiune cu masele de aer reduce simultan tensiunea din palele generatorului eolian și reduce sarcinile giroscopice. Generatorul cu angrenaje, care formează motorul centralei, poate fi amplasat la baza turnului structurii fără riscul de deteriorare sau defecțiune. Dar de ce, cu avantajele descrise, instalațiile verticale nu au înlocuit morile de vânt complet orizontale? Din păcate, aceste modele au și dezavantaje semnificative. Deoarece roata eoliană nu este ghidată de fluxurile vântului și funcționează întotdeauna într-o gamă restrânsă de domenii de captare a energiei, performanța generatorului este redusă în mod logic. Prin urmare, pentru a menține o putere suficientă a morilor de vânt verticale, este necesară utilizarea lor în masă pe suprafețe mari, ceea ce nu este întotdeauna posibil.

Designuri bazate pe rotorul Darrieus

Generatoarele de turbine eoliene cu rotor vertical sunt bazate pe designul rotorului Savonius sau Darrieus. Dar acest grup are și propriile sale variații și modificări moderne. Cea mai promițătoare dezvoltare recentă este turbina elicoidă Gorlov, creată în 2001. Este un fel de continuare a conceptului de rotor Darrieus, dar într-o formă mai optimizată. Lamele verticale spiralate permit generarea energiei din fluxurile de apă și aer cu activitate minimă. Astăzi aceste generatoaresunt utilizate atât în parcuri eoliene specializate, cât și ca parte a centralelor hidroelectrice.

Generatoare de vânt cu amplificatoare de flux

De asemenea, într-un fel, o continuare a design-urilor clasice ale morilor de vânt, dar ajustate pentru condițiile actuale de funcționare high-tech. Modificările cu amplificatoare de flux se disting prin prezența unuia sau mai multor jgheaburi, care sunt concepute pentru a concentra fluxurile de aer. Elementele aerodinamice în formă de con, sub forma acelorași jgheaburi, colectează fluxurile pe o suprafață mare, orientându-le într-un singur punct de direcție și crescând astfel viteza sistemului de lame. Dificultatea utilizării turbinelor eoliene cu amplificatoare de flux este că necesită utilizarea unui grup elementar suplimentar. Mai mult, este posibil să se realizeze o creștere semnificativă a productivității în astfel de sisteme doar prin conectarea surselor auxiliare de energie, ceea ce nu este întotdeauna justificat din punct de vedere economic.

Turbine eoliene fără angrenaje

În conformitate cu ideea de optimizare structurală, a apărut și o variantă de centrală eoliană fără cutie de viteze. În schimb, se folosește un canal inelar, prevăzut cu o tijă metalică internă. Acest inel este instalat în jurul jantei rotorului. Aici se află și un grup de magneți, care interacționează cu o tijă metalică, contribuind astfel la generarea de curent. Performanța turbinelor eoliene fără cutie de viteze cu un diametru al rotorului de aproximativ 200 cm poate ajunge la 1500 kWhin an. Principalul avantaj al acestui design este reducerea pierderilor de energie care apar în mod natural în funcționarea generatoarelor prevăzute cu cutii de viteze. Dar trebuie să plătiți pentru acest avantaj cu limite de viteză. Pentru ca unitatea să intre într-un flux de lucru optim, este necesară o viteză de curgere de cel puțin 2 m/s.

Caracteristici ale turbinelor eoliene industriale

Morile de vânt industriale au două diferențe fundamentale - dimensiuni mari și putere mare. Atât avantajele, cât și dezavantajele stațiilor de acest tip provin din aceste caracteristici. În ceea ce privește structura, este suficient să spunem că înălțimea morilor de vânt industriale moderne poate ajunge la 150-200 m, iar deschiderea palelor poate fi mai mare de 100 m. Puterea mare necesită și complexitatea infrastructurii funcționale. Deci, pentru a controla procesul de conversie a energiei, se folosesc controlere pentru generatoare eoliene, care asigură că se ia în considerare încărcarea curentă a acumulatorului. În plus, umplutura electrică a unor astfel de instalații include invertoare și sisteme de protecție la scurtcircuit.

Caracteristici ale turbinelor eoliene de uz casnic

Cele mai simple mori de vânt nu pot fi folosite doar acasă, ci și asamblate manual. De regulă, acestea sunt instalații de dimensiuni mici, cu o înălțime de cel mult 10 m, capabile să funcționeze la o putere de 0,5-5 kW. Ca sursă de energie pasivă pentru aparatele de uz casnicsau grupuri individuale de dispozitive electrice, această opțiune se justifică. Cu toate acestea, turbinele eoliene compacte sunt folosite în număr mare astăzi de companiile mari pentru a alimenta instalațiile de producție. Pe baza fermelor de mini-mori de vânt, se formează sisteme suficient de productive și fiabile care pot concura cu generatoarele individuale de mare putere.

Caracteristici ale turbinelor eoliene offshore

Popularitatea acestui tip de mori de vânt se datorează mai multor avantaje față de stațiile care sunt situate pe uscat. Este vorba în principal despre condiții de lucru mai stabile, deoarece fluxurile de vânt nu sunt obstrucționate departe de coasta. În același timp, structurile turbinelor eoliene offshore sunt împărțite în două grupe - de susținere și plutitoare. Primele sunt instalate in ape putin adanci cu un suport clasic in pamant sub apa. Stațiile plutitoare, respectiv, au propria lor platformă plutitoare cu fixare prin ancore și alte dispozitive marine.

Combinație de structuri de turbine eoliene cu cadre de clădire

Există, de asemenea, un grup foarte promițător de mori de vânt care sunt literalmente integrate în corpurile clădirilor în alte. Această soluție are două avantaje - condiții favorabile pentru „recepția” fluxurilor și o reducere a traseului de livrare a energiei electrice, întrucât sursa finală de alimentare sunt de obicei consumatorii din interiorul clădirii. În prezent, integrarea turbinelor eoliene de acest tip se face mai des folosindcilindri aerodinamici speciali care sunt montați pe acoperișurile zgârie-norilor. Se dezvoltă și conceptul de mini-elice, care poate fi amplasat în orice parte a unui șantier în alt. Dispozitivele sunt literalmente integrate în pereți, după care sunt conectate la sistemul general de alimentare cu energie electrică, oferind o cantitate mică, dar stabilă de energie.

Concluzie

În ultimii ani, interesul pentru turbinele eoliene a crescut semnificativ în Rusia. Stații mari cu o capacitate de până la 30-50 MW sunt puse în funcțiune periodic în diferite regiuni. Pentru țara noastră, morile de vânt sunt deosebit de utile pentru că ne permit să furnizăm energie în regiunile îndepărtate unde momentan nu există posibilitatea de a organiza alte mijloace de alimentare cu energie. Segmentul centralelor eoliene mici este, de asemenea, în dezvoltare activă. În Rusia, sistemele individuale de alimentare cu o capacitate de 1-5 kW au devenit foarte populare. În același timp, dezvoltatorii nu refuză să combine principiile de funcționare a morilor de vânt cu motoarele cu ardere internă. Succesele în această direcție sunt demonstrate, în special, de modelele eoliene-diesel. Este încă greu de spus cât de multă energie eoliană va fi solicitată în Rusia în următoarele decenii, deoarece pozițiile surselor de energie tradiționale sunt încă puternice. Dar tendințele de tranziție la energia alternativă din întreaga lume vor încuraja industria rusă să exploreze activ astfel de zone.