Οι αιολικές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής ταξινομούνται σύμφωνα με δύο βασικά χαρακτηριστικά: τη γεωμετρία του τροχού ανέμου και τη θέση του σε σχέση με την κατεύθυνση του ανέμου.
Η αντίσταση στην επερχόμενη ροή ανέμου χαρακτηρίζεται από μια παράμετρο που ονομάζεται γεωμετρική πλήρωση και ίση με την αναλογία του εμβαδού της προβολής των πτερυγίων σε ένα επίπεδο κάθετο στη ροή στην περιοχή που σαρώνουν. Έτσι, για παράδειγμα, με πανομοιότυπες λεπίδες, ένας τροχός με τέσσερις λεπίδες έχει διπλάσιο γεωμετρικό γέμισμα από έναν δίλεπτο.
Οι ανεμογεννήτριες με μεγάλο γεωμετρικό γέμισμα του τροχού ανέμου αναπτύσσουν σημαντική ισχύ σε σχετικά ασθενείς ανέμους και η μέγιστη ισχύς επιτυγχάνεται σε χαμηλές ταχύτητες τροχών.
Οι ανεμογεννήτριες με χαμηλή πλήρωση επιτυγχάνουν μέγιστη ισχύ σε υψηλές ταχύτητες και χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να φτάσουν σε αυτή τη λειτουργία. Ως εκ τούτου, οι πρώτες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, ως αντλίες νερού και παραμένουν λειτουργικές ακόμη και σε χαμηλούς ανέμους, ενώ οι δεύτερες χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρογεννήτριες, όπου απαιτούνται υψηλές ταχύτητες περιστροφής.
Οι κύριοι τύποι ανεμογεννητριών φαίνονται στο Σχ. 15.
Χωρίζονται σε δύο ομάδες:
Ανεμογεννήτριες πτερυγίων με οριζόντιο άξονα περιστροφής (b ÷d).
Ανεμογεννήτριες με κατακόρυφο άξονα περιστροφής (περιστροφικό: πτερύγιο (α) και ορθογώνιο (ε)).
Οι τύποι των ανεμογεννητριών με πτερύγια διαφέρουν μόνο ως προς τον αριθμό των πτερυγίων.
Ανεμογεννήτριες με πτερύγια.Για ανεμογεννήτριες με πτερύγια, η μεγαλύτερη απόδοση των οποίων επιτυγχάνεται όταν η ροή του αέρα είναι κάθετη στο επίπεδο περιστροφής των πτερυγίων, απαιτείται συσκευή αυτόματης περιστροφής του άξονα περιστροφής. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται ένα φτερό σταθεροποίησης. Οι ανεμογεννήτριες καρουζέλ έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να λειτουργήσουν σε οποιαδήποτε κατεύθυνση ανέμου χωρίς να αλλάξουν τη θέση τους.
Ο συντελεστής χρήσης αιολικής ενέργειας για ανεμογεννήτριες με πτερύγια είναι σημαντικά υψηλότερος από ό,τι για τις περιστροφικές ανεμογεννήτριες. Ταυτόχρονα, τα καρουζέλ έχουν πολύ μεγαλύτερη ροπή. Είναι μέγιστο για μονάδες περιστροφικής λεπίδας με μηδενική σχετική ταχύτητα ανέμου.
Η εξάπλωση των ανεμογεννητριών με φτερωτή εξηγείται από το μέγεθος της ταχύτητας περιστροφής τους. Μπορούν να συνδεθούν απευθείας σε μια γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος χωρίς πολλαπλασιαστή. Ο πολλαπλασιαστής είναι ένα κιβώτιο ταχυτήτων που αυξάνει την ταχύτητα περιστροφής του άξονα της ηλεκτρικής γεννήτριας. Η ταχύτητα περιστροφής των ανεμογεννητριών με πτερύγια είναι αντιστρόφως ανάλογη με τον αριθμό των πτερυγίων, επομένως μονάδες με περισσότερα από τρία πτερύγια πρακτικά δεν χρησιμοποιούνται.
Ανεμογεννήτριες καρουζέλ.Η διαφορά στην αεροδυναμική δίνει στις περιστροφικές ανεμογεννήτριες ένα πλεονέκτημα έναντι των παραδοσιακών ανεμογεννητριών. Καθώς η ταχύτητα του ανέμου αυξάνεται, αυξάνουν γρήγορα τη δύναμη ώθησής τους, μετά την οποία η ταχύτητα περιστροφής σταθεροποιείται. Οι ανεμογεννήτριες καρουζέλ είναι χαμηλής ταχύτητας και αυτό επιτρέπει τη χρήση απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων, για παράδειγμα, με ασύγχρονη γεννήτρια, χωρίς κίνδυνο ατυχήματος λόγω τυχαίας ριπής ανέμου. Η βραδύτητα θέτει μια περιοριστική απαίτηση - τη χρήση μιας πολυπολικής γεννήτριας που λειτουργεί σε χαμηλές ταχύτητες. Τέτοιες γεννήτριες δεν είναι ευρέως διαδεδομένες και η χρήση πολλαπλασιαστών είναι αναποτελεσματική λόγω της χαμηλής απόδοσης των τελευταίων.
Ένα ακόμη σημαντικότερο πλεονέκτημα του σχεδιασμού καρουζέλ ήταν η ικανότητά του να παρακολουθεί «όπου φυσάει ο άνεμος» χωρίς πρόσθετα κόλπα, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για τις επιφανειακές ροές εκτροπής. Η ανεμογεννήτρια με περιστροφικό πτερύγιο είναι η πιο εύκολη στη λειτουργία. Ο σχεδιασμός του εξασφαλίζει μέγιστη ροπή κατά την εκκίνηση της ανεμογεννήτριας και αυτόματη αυτορύθμιση της μέγιστης ταχύτητας περιστροφής κατά τη λειτουργία. Καθώς το φορτίο αυξάνεται, η ταχύτητα περιστροφής μειώνεται και η ροπή αυξάνεται μέχρι να σταματήσει τελείως.
Ορθογώνιες ανεμογεννήτριες.Οι ορθογώνιες ανεμογεννήτριες είναι οι πιο υποσχόμενες για ενέργεια μεγάλης κλίμακας. Σήμερα, όταν χρησιμοποιούνται ορθογώνιες ανεμογεννήτριες, υπάρχουν ορισμένες δυσκολίες, μία από τις οποίες είναι το πρόβλημα της εκκίνησης τους.
Οι ορθογώνιες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούν το ίδιο προφίλ πτερυγίου με ένα υποηχητικό αεροσκάφος (βλ. τύπο e, Εικ. 15). Το αεροπλάνο, πριν «ακουμπήσει» στην ανυψωτική δύναμη του πτερυγίου, πρέπει να απογειωθεί. Το ίδιο συμβαίνει και με την ορθογώνια εγκατάσταση. Πρώτα, πρέπει να του παρέχετε ενέργεια - να το περιστρέψετε και να το φέρετε σε ορισμένες αεροδυναμικές παραμέτρους και μόνο τότε θα αλλάξει από τη λειτουργία κινητήρα στη λειτουργία γεννήτριας.
Πολλοί άνθρωποι ενδιαφέρονται για την αιολική ενέργεια. Οι λόγοι για αυτό το ενδιαφέρον είναι διαφορετικοί: για ορισμένους, αυτή είναι μια από τις λίγες ευκαιρίες να παρέχουν στο σπίτι τους ηλεκτρική ενέργεια. κάποιος θεωρεί έναν ανεμόμυλο ως εφεδρική πηγή ενέργειας. άλλοι θέλουν να αποκτήσουν πλήρη ανεξαρτησία από τα κεντρικά δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας. Σήμερα υπάρχει μια τέτοια ευκαιρία - είναι απαραίτητο να εγκαταστήσετε μια ανεμογεννήτρια και όχι πολύ περίπλοκο βοηθητικό εξοπλισμό στην τοποθεσία. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμα ορισμένες αποχρώσεις που πρέπει να γνωρίζετε εκ των προτέρων.
Η κινητική ενέργεια του ανέμου μπορεί να μετατραπεί είτε σε ηλεκτρική, σε μηχανική ή σε θερμική ενέργεια. Έτσι, με τη βοήθεια του ανέμου, είναι δυνατό όχι μόνο να παρέχεται ηλεκτρική ενέργεια σε ένα σπίτι, αλλά και, για παράδειγμα, να ανυψώνεται νερό από ένα πηγάδι, χωρίς ενδιάμεσο μετασχηματισμό της κινητικής ενέργειας της ροής του ανέμου σε ηλεκτρική ενέργεια.
Σε μια ή την άλλη περίπτωση, θα χρειαστείτε μια μονάδα αιολικής ενέργειας, η οποία περιλαμβάνει μια ανεμογεννήτρια εξοπλισμένη με μετατροπέα ενέργειας και μπαταρία. Ο μετατροπέας ενέργειας μπορεί να είναι ηλεκτρικές γεννήτριες, υδραυλικές αντλίες, συμπιεστές. Για παράδειγμα, εάν ένας αιολικός σταθμός θα χρησιμεύσει μόνο για άρδευση, τότε δεν έχει νόημα να λαμβάνει πρώτα ηλεκτρική ενέργεια και μετά να τη χρησιμοποιεί για την τροφοδοσία ηλεκτρικών αντλιών. Ένας επιπλέον σύνδεσμος στον ενεργειακό μετασχηματισμό μειώνει την απόδοση ενός αιολικού σταθμού. Στην οικονομική πρακτική, χρησιμοποιούνται κυρίως μόνο δύο τύποι μετατροπέων - ηλεκτρικοί και μηχανικοί (για άντληση νερού). Στην πρώτη περίπτωση μιλάμε γιασχετικά με τη συσσώρευση ηλεκτρική ενέργεια, το οποίο χρησιμοποιείται από τους καταναλωτές· στο δεύτερο σχετικά με τις αιολικές αντλίες που παρέχουν την απαραίτητη πίεση σε συστήματα στάγδην άρδευσης, συστήματα καταιονισμού και οικιακά συστήματα ύδρευσης.
Τύποι ανεμογεννητριών
Οποιαδήποτε ανεμογεννήτρια έχει πτερύγια, τα οποία, έχοντας άνεμο, απορροφούν μέρος της κινητικής ενέργειας της ροής του ανέμου. Το σχήμα αυτών των λεπίδων και η σχεδίαση του τροχού του ανέμου μπορεί να είναι διαφορετικά. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι ανεμογεννητριών: πτερύγιο (παρόμοιο με έλικα), ρότορας (καρουσέλ) και τύμπανο. Τα πιο συνηθισμένα είναι τα πτερωτά μέρη εργασίας ενός τροχού ανέμου, ο άξονας περιστροφής του οποίου βρίσκεται οριζόντια. Το μερίδιό τους είναι τουλάχιστον το 90% του συνολικού αριθμού των ανεμογεννητριών.
Αυτοί είναι οι «ανεμόμυλοι» μέσα μεγάλες ποσότητεςμπορεί να βρεθεί στην Ευρώπη και ιδιαίτερα στην Ολλανδία. Τα έργα αιολικής ενέργειας σε αυτή τη χώρα, που ξεκίνησαν στα μέσα του περασμένου αιώνα, έχουν ήδη εξοφληθεί πολλές φορές. Σε αντίθεση με τη δημοφιλή πεποίθηση ότι ένα εργοστάσιο αιολικής ενέργειας δεν είναι ικανό να παράγει αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για να καλύψει το κόστος εγκατάστασης και συντήρησής του, στην Ολλανδία ολόκληρα χωριά τροφοδοτούνται αποκλειστικά από ανεμογεννήτριες. Ένας ισχυρός αιολικός σταθμός μπορεί να παρέχει πλήρη ηλεκτρική ενέργεια σε αρκετές εκατοντάδες(!) εξοχικές κατοικίες. Η ανεμογεννήτρια μιας τέτοιας εγκατάστασης είναι εγκατεστημένη σε μια πολύ ισχυρή και σταθερή κατασκευή, η οποία βασίζεται σε μια ογκώδη πλάκα από οπλισμένο σκυρόδεμα θαμμένη σε βάθος 15-20 μέτρων. Σαν μια ρίζα δέντρου, συγκρατεί έναν ψηλό πύργο, στο εσωτερικό του οποίου υπάρχει μια σκάλα που επιτρέπει τη συντήρηση της ανεμογεννήτριας. Δεν χρησιμοποιούνται ραγάδες.
Ανεμογεννήτριες με πτερύγιααποτελούνται από έναν τροχό ανέμου, μια κεφαλή, έναν μηχανισμό προσανατολισμού (ουρά) και έναν πύργο (ή ιστό, ανάλογα με το μέγεθος).
Ένας τροχός ανέμου μπορεί να εξοπλιστεί με από μία έως οκτώ ή περισσότερες λεπίδες. Ανάλογα με τον αριθμό τους, οι ανεμογεννήτριες χωρίζονται σε υψηλής ταχύτητας (έως 4 πτερύγια), μεσαίας ταχύτητας (4...8 πτερύγια) και χαμηλής ταχύτητας (από 8 πτερύγια).
Η κεφαλή είναι σχεδιασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να περιστρέφεται γύρω από τον κατακόρυφο άξονα του πύργου. Το σχήμα του εξαρτάται από την ισχύ και τον σκοπό της ανεμογεννήτριας - με τη σειρά τους, παράγοντες που καθορίζουν το σύστημα του μηχανισμού μετάδοσης, το σχεδιασμό του και τον αριθμό των σταδίων.
Η ουρά λειτουργεί σαν ανεμοδείκτης και γυρίζει το κεφάλι της στον άνεμο. Το εμβαδόν της επιφάνειάς του εξαρτάται από τις αεροδυναμικές παραμέτρους των πτερυγίων των τροχών του ανέμου.
Ο πύργος υψώνει την ανεμογεννήτρια πάνω από όλα τα εμπόδια που μειώνουν τη ροή πίεσης του ανέμου και επίσης διασφαλίζει την ασφάλεια της περιστροφής των πτερυγίων. Όταν η ταχύτητα του ανέμου ξεπεράσει τα 35-45 m/s, ενεργοποιείται το σύστημα πέδησης, σταματώντας εντελώς την ανεμογεννήτρια.
Ο αριθμός των πτερυγίων ενός τροχού ανέμου προπέλας εξαρτάται από τη μέση ταχύτητα ανέμου στην περιοχή όπου είναι εγκατεστημένη η αιολική μονάδα παραγωγής ενέργειας. Επί ανοιχτοί χώροι, οι ακτές της θάλασσας και των ωκεανών χρησιμοποιούν ανεμοκινητήρες με μικρά πτερύγια, οι οποίοι απαιτούν ελάχιστη ταχύτητα ανέμου 5-8 m/s για να ξεκινήσουν. Αυτές είναι οι απλούστερες ανεμογεννήτριες σε σχεδιασμό, που έχουν υψηλή απόδοση, αλλά δημιουργούν πολύ θόρυβο.
Σε περιοχές όπου οι ταχύτητες ανέμου σπάνια υπερβαίνουν τα 5 m/s, συνιστάται γενικά η εγκατάσταση ανεμογεννητριών πολλαπλών πτερυγίων. Λειτουργούν σχεδόν αθόρυβα, αλλά έχουν επίσης χαμηλότερη απόδοση από τα μικρά λεπίδα. Επιπλέον, η παραγωγή ανεμογεννητριών πολλαπλών πτερυγίων απαιτεί περισσότερα υλικά, γιατί Κατά τη λειτουργία, μια ανεμογεννήτρια αυτού του τύπου αντιμετωπίζει αυξημένα γυροσκοπικά φορτία.
Περιστροφικές ανεμογεννήτριες(γνωστός και ως καρουζέλ) έχουν επίσης απλό σχεδιασμό, αλλά έχουν πολύ χαμηλότερη απόδοση - το πολύ 18%. Το πρόβλημα με τη χρήση τους είναι επίσης ότι χρησιμοποιούν μάλλον σπάνιες πολυπολικές ηλεκτρικές γεννήτριες. Οι περιστροφικές ανεμογεννήτριες έχουν κάθετο άξονα περιστροφής και πτερύγια που λειτουργούν σαν πανί. Ένα από τα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου ανεμογεννήτριας είναι η απουσία μηχανισμού προσανατολισμού. Ο κατακόρυφος άξονας περιστροφής επιτρέπει την ασφαλή χρήση ενός τροχού ανέμου ρότορα σε χαμηλό ύψος πύργου. Τέτοιες ανεμογεννήτριες ξεκινούν με χαμηλές ταχύτητες ανέμου και δεν κάνουν θόρυβο. Το κύριο μειονέκτημα των περιστροφικών ανεμογεννητριών είναι ο χαμηλός συντελεστής χρήσης ανέμου, καθώς μόνο ένα μέρος των πτερυγίων εμπλέκεται συνεχώς σε λειτουργία. τα υπόλοιπα είτε ξεπερνούν την αντίσταση στον αέρα είτε απομονώνονται από αυτόν με μια ομπρέλα (περίβλημα).
Την τελευταία δεκαετία, η αγορά αιολικών σταθμών παραγωγής ενέργειας (WPP) έχει επεκταθεί σημαντικά, κυρίως με συμπαγή μοντέλα που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε αγροκτήματα και αγροκτήματα. Είναι σχεδιασμένα για χαμηλή αρχική ταχύτητα ανέμου 2,5...3 m/s και εγκατάσταση ανεμογεννήτριας σε ύψος 6...17 μ. Η ονομαστική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται ήδη στα 6...8 m. /s (ταχύτητα περιστροφής ανεμογεννήτριας 250...300 rpm).
Ανεμογεννήτριες στην εργασία
Η ταχύτητα του ανέμου δεν είναι σταθερή και επομένως δεν είναι δυνατό να ληφθεί «καθαρή» ηλεκτρική ενέργεια με σταθερές παραμέτρους από τον μετατροπέα. Η γεννήτρια, κατά κανόνα, παράγει τάση 0...56 V. Η παραγόμενη «βρώμικη» ενέργεια συσσωρεύεται από τις μπαταρίες που είναι εξοπλισμένες με την ανεμογεννήτρια, η οποία εξασφαλίζει την αδιάλειπτη λειτουργία του συστήματος. Σε περιόδους ισχυρών ανέμων, η εγκατάσταση λειτουργεί με τη μέγιστη ισχύ και αποθηκεύει ενέργεια για μελλοντική χρήση προκειμένου να την απελευθερώσει σε συνθήκες ήρεμου ή χαμηλού ανέμου. Συχνά χρησιμοποιείται μαζί με μια ανεμογεννήτρια ηλιακούς συλλέκτες, που παρέχουν φόρτιση μπαταρίας το καλοκαίρι, όταν οι άνεμοι είναι ιδιαίτερα αδύναμοι.
Για τη μετατροπή του συνεχούς ρεύματος των μπαταριών σε εναλλασσόμενο ρεύμα με παραμέτρους 220V/50 Hz, οι ανεμογεννήτριες είναι εξοπλισμένες με μετατροπείς.
Προκειμένου να ξεπεραστούν τα φορτία αιχμής, οι ανεμογεννήτριες συνδυάζονται με βοηθητικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας, όπως γεννήτριες ντίζελ και βενζίνης, καθώς και (ως βοηθητικό) κεντρικό ηλεκτρικό δίκτυο.
Μεμονωμένες εγκαταστάσεις αιολικής ενέργειας χαμηλή ενέργειαγίνεται σταδιακά φθηνότερο και πιο αποτελεσματικό. Παράλληλα, αυξάνονται οι προοπτικές χρήσης τους για ιδιωτικές κατοικίες και αγροκτήματα. Για παράδειγμα, για εξοχικές κατοικίες σε απομακρυσμένες περιοχές, είναι σημαντικό να υπάρχει μια αυτόνομη αιολική μονάδα ισχύος 20-50 kW, η οποία εγγυάται τη λειτουργία του κύριου ηλεκτρικού εξοπλισμού απουσία όλων των άλλων πηγών.
Ανεμικές αντλίες
Οι άνθρωποι έμαθαν να σηκώνουν νερό από τα βάθη με τη βοήθεια του ανέμου πριν από πολύ καιρό, αλλά αυτή η μέθοδος δεν έχει ξεχαστεί σήμερα, ειδικά όπου δεν υπάρχουν διαθέσιμες πηγές ηλεκτρισμού. Η ιδέα της εφεύρεσης είναι απλή - η χρήση της αιολικής ενέργειας για την κίνηση μιας αντλίας νερού.
Οι αιολικές αντλίες είναι πιο διαδεδομένες στις ΗΠΑ. Κάποτε αποφάσισαν την τύχη της οικονομίας της χώρας και σήμερα έχουν γίνει επίσης ένα είδος θρησκευτικού κτιρίου στο παραδοσιακό περιβάλλον ενός αμερικανικού ράντσο.
Στον μετασοβιετικό χώρο, οι αντλίες αέρα είναι σπανιότητα, αν και κατά τη διάρκεια της άνθησης της κηπουρικής στα μέσα της δεκαετίας του '80 η δημοτικότητά τους αυξήθηκε. Οι συγκυρίες το ανάγκασαν. Στις μέρες μας αναδεικνύονται και οι προϋποθέσεις για στροφή στις ήδη ξεχασμένες «Μαργαρίτες» και «Υδροχόοι», αφού το μερίδιο της ηλεκτρικής ενέργειας στο κόστος των φυτικών προϊόντων αυξάνεται χρόνο με το χρόνο.
Η αιολική-μηχανική μονάδα «Romashka» αναπτύχθηκε από την NPO Vetroen. Τα σχέδιά του δημοσιεύτηκαν για πρώτη φορά στο περιοδικό "Modelist-Konstruktor" το 1988, το οποίο περιείχε οδηγίες για να φτιάξετε μόνοι σας μια ανεμογεννήτρια.
Και οι δύο μονάδες έχουν τον πιο απλοποιημένο σχεδιασμό. Είναι σχεδιασμένα να αναρροφούν νερό από βάθος έως και 8 m και λειτουργούν ακόμη και με ταχύτητα ανέμου 3 m/s. Ο τροχός ανέμου "Romashka" έχει 12 πτερύγια και οδηγεί το διάφραγμα της αντλίας μέσω ενός μηχανισμού εκκεντροφόρου μοχλού με μια κατακόρυφη ράβδο που περνά μέσα από το στήριγμα της ανεμογεννήτριας.
Με ταχύτητα ανέμου 5 m/s, η ανεμοαντλία Romashka ανεβάζει βάθος 8 μέτρων έως και 300 λίτρα νερού την ώρα και είναι ικανή να το μεταφέρει σε ύψος έως και 10 μέτρα. Συνδυάζεται με το σύστημα στάγδην άρδευσηαυτή η μονάδα παρέχει μια πραγματική ευκαιρία για καλλιέργεια καλλιέργειες κήπουσε απομακρυσμένες περιοχές, εάν υπάρχει δεξαμενή ή πηγάδι βάθους έως 8 μέτρα.
Η αρχή λειτουργίας όλων των ανεμογεννητριών είναι η ίδια: υπό την πίεση του ανέμου, περιστρέφεται ένας ανεμογεννήτης με πτερύγια, μεταδίδοντας ροπή μέσω ενός συστήματος μετάδοσης στον άξονα της γεννήτριας που παράγει ηλεκτρική ενέργεια, στην αντλία νερού. Όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος του τροχού ανέμου, τόσο μεγαλύτερη είναι η ροή αέρα που συλλαμβάνει και τόσο περισσότερη ενέργεια παράγει η μονάδα.
Η παραδοσιακή διάταξη των ανεμογεννητριών είναι με οριζόντιο άξονα περιστροφής (Εικ. 3) είναι μια καλή λύση για μονάδες μικρού μεγέθους και ισχύος. Όταν τα ανοίγματα των λεπίδων μεγάλωσαν, αυτή η διάταξη αποδείχθηκε αναποτελεσματική, καθώς σε διαφορετικά ύψη ο άνεμος φυσά σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Σε αυτήν την περίπτωση, όχι μόνο δεν είναι δυνατός ο βέλτιστος προσανατολισμός της μονάδας στον άνεμο, αλλά υπάρχει και κίνδυνος καταστροφής της λεπίδας. Επιπλέον, τα άκρα των λεπίδων μιας μεγάλης εγκατάστασης, που κινούνται με μεγάλη ταχύτητα, δημιουργούν θόρυβο. Ωστόσο, το κύριο εμπόδιο στη χρήση της αιολικής ενέργειας εξακολουθεί να είναι οικονομικό - η ισχύς της μονάδας παραμένει μικρή και το μερίδιο του κόστους για τη λειτουργία της αποδεικνύεται σημαντικό. Οι μονάδες χαμηλής κατανάλωσης μπορούν να παράγουν ενέργεια που είναι περίπου τρεις φορές πιο ακριβή.
Εικόνα 3 - Ανεμογεννήτρια πτερυγίων
Υφιστάμενα συστήματα ανεμογεννητριών σύμφωνα με τη σχεδίαση του τροχού ανέμου και τη θέση του στη ροή του ανέμου χωρίζονται για τρεις τάξεις.
Πρώτη τάξηπεριλαμβάνει ανεμογεννήτριες στις οποίες ο τροχός του ανέμου βρίσκεται σε κατακόρυφο επίπεδο· Στην περίπτωση αυτή, το επίπεδο περιστροφής είναι κάθετο προς την κατεύθυνση του ανέμου και, επομένως, ο άξονας του τροχού του ανέμου είναι παράλληλος με τη ροή. Τέτοιες ανεμογεννήτριες ονομάζονται φτερωτός.
Ταχύτητα είναι ο λόγος της περιφερειακής ταχύτητας (ωR) της άκρης του πτερυγίου προς την ταχύτητα του ανέμου V:
|
Οι ανεμογεννήτριες πτερυγίων, σύμφωνα με το GOST 2656-44, ανάλογα με τον τύπο του τροχού του ανέμου και την ταχύτητα, χωρίζονται σε τρεις ομάδες (Εικόνα 4):
Ø Ανεμογεννήτριες πολλαπλών πτερυγίων, χαμηλής ταχύτητας, με υψηλή ταχύτητα Zn£2;
Ø ανεμοκινητήρες μικρής λεπίδας, χαμηλής ταχύτητας, συμπεριλαμβανομένων των ανεμόμυλων, με υψηλή ταχύτητα Zn> 2;
Ø οι ανεμογεννήτριες είναι μικρού πτερυγίου, υψηλής ταχύτητας, Zn³3.
Σχήμα 4 - Σχέδια ανεμοτροχών ανεμοκινητήρων πτερυγίων: 1 – πολλαπλών πτερυγίων. 2–4 – με μικρή λεπίδα
Co. Δευτέρα δημοτικούπεριλαμβάνουν συστήματα ανεμογεννητριών με κατακόρυφο άξονα περιστροφής του τροχού ανέμου . Σύμφωνα με το εποικοδομητικό σχήμα, χωρίζονται σε ομάδες:
- καρουζέλ, στις οποίες οι λεπίδες που δεν λειτουργούν είτε καλύπτονται με σήτα είτε τοποθετούνται προς τα άκρα ενάντια στον άνεμο (Εικόνα 5, στοιχείο 1).
- περιστροφικόανεμογεννήτριες του συστήματος Savonius.
ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΤΡΙΤΗ ταξηπεριλαμβάνουν αιολικές μηχανές που λειτουργούν με την αρχή ενός τροχού νερόμυλου και καλούνται ντραμς (Εικόνα 5, στοιχείο 7 ) . Αυτές οι ανεμογεννήτριες έχουν οριζόντιο άξονα περιστροφής και κάθετο προς την κατεύθυνση του ανέμου.
Εικόνα 5 - Τύποι ανεμογεννητριών: 1 – περιστροφικές; 2–3 πολύλοβοι; 4–5 – μικρολοβωτοί. 6 – ορθογώνιο; 7 - τύμπανο
Τα κύρια μειονεκτήματα των ανεμογεννητριών καρουζέλ και τυμπάνωνακολουθήστε την ίδια την αρχή της διάταξης των επιφανειών εργασίας του τροχού ανέμου στη ροή του ανέμου:
1. Εφόσον οι λεπίδες εργασίας του τροχού κινούνται προς την κατεύθυνση της ροής του αέρα, το φορτίο του ανέμου δεν δρα ταυτόχρονα σε όλα τα πτερύγια, αλλά ένα προς ένα. Ως αποτέλεσμα, κάθε λεπίδα υφίσταται ένα διακοπτόμενο φορτίο και ο ρυθμός χρήσης της αιολικής ενέργειας είναι πολύ χαμηλός και δεν υπερβαίνει το 10%.
2. Η κίνηση των επιφανειών του τροχού ανέμου προς την κατεύθυνση του ανέμου δεν επιτρέπει την ανάπτυξη υψηλών ταχυτήτων, αφού οι επιφάνειες δεν μπορούν να κινηθούν πιο γρήγορα από τον άνεμο.
3. Οι διαστάσεις του χρησιμοποιούμενου τμήματος της ροής αέρα (η επιφάνεια σάρωσης) είναι μικρές σε σύγκριση με τις διαστάσεις του ίδιου του τροχού, γεγονός που αυξάνει σημαντικά το βάρος του ανά μονάδα εγκατεστημένης ισχύος του ανεμοκινητήρα.
Ανεμογεννήτριες καρουζέλέχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να εργαστούν σε οποιαδήποτε κατεύθυνση ανέμου χωρίς να αλλάξουν τη θέση τους.
Οι ανεμογεννήτριες με ρότορα του συστήματος Savonius έχουν το υψηλότερο ποσοστό χρήσης αιολικής ενέργειας 18%.
Οι ανεμογεννήτριες με πτερύγια είναι απαλλαγμένες από τα παραπάνω μειονεκτήματα των περιστροφικών και τυμπάνων ανεμογεννητριών. Οι καλές αεροδυναμικές ιδιότητες των ανεμογεννητριών με πτερύγια, η σχεδιαστική ικανότητα κατασκευής τους για υψηλή ισχύ, σχετικά μικρό βάρος ανά μονάδα ισχύος είναι τα κύρια πλεονεκτήματα των ανεμογεννητριών αυτής της κατηγορίας
Η εμπορική χρήση ανεμογεννητριών με πτερύγια ξεκίνησε το 1980. Τα τελευταία 14 χρόνια, η ισχύς των ανεμογεννητριών έχει αυξηθεί 100 φορές: από 20...60 kW με διάμετρο ρότορα περίπου 20 m στις αρχές της δεκαετίας του 1980 σε 5000 kW με διάμετρο ρότορα άνω των 100 m έως το 2003 (Εικ. 7.6).
Οι τύποι των ανεμογεννητριών με πτερύγια διαφέρουν μόνο ως προς τον αριθμό των πτερυγίων.
Για ανεμογεννήτριες με πτερύγια, η μεγαλύτερη απόδοση της οποίας επιτυγχάνεται όταν η ροή του αέρα είναι κάθετη στο επίπεδο περιστροφής των πτερυγίων, απαιτείται συσκευή αυτόματης περιστροφής του άξονα περιστροφής. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται ένα φτερό σταθεροποίησης.
Ο συντελεστής χρήσης αιολικής ενέργειας (Εικόνα 4) για τις ανεμογεννήτριες με πτερύγια είναι πολύ υψηλότερος από ό,τι για τις περιστροφικές ανεμογεννήτριες. Ταυτόχρονα, τα καρουζέλ έχουν πολύ μεγαλύτερη ροπή. Είναι μέγιστο για μονάδες περιστροφικής λεπίδας με μηδενική σχετική ταχύτητα ανέμου.
Η εξάπλωση των ανεμογεννητριών με φτερωτή εξηγείται από το μέγεθος της ταχύτητας περιστροφής τους. Μπορούν να συνδεθούν απευθείας σε μια γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος χωρίς πολλαπλασιαστή. Η ταχύτητα περιστροφής των ανεμογεννητριών με πτερύγια είναι αντιστρόφως ανάλογη με τον αριθμό των πτερυγίων, επομένως μονάδες με περισσότερα από τρία πτερύγια πρακτικά δεν χρησιμοποιούνται.
Η διαφορά στην αεροδυναμική δίνει στις περιστροφικές εγκαταστάσεις ένα πλεονέκτημα έναντι των παραδοσιακών ανεμογεννητριών (Εικόνα 7). Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα του ανέμου, αυξάνουν γρήγορα τη δύναμη έλξης τους, μετά την οποία η ταχύτητα περιστροφής σταθεροποιείται. Οι ανεμογεννήτριες καρουζέλ είναι χαμηλής ταχύτητας και αυτό επιτρέπει τη χρήση απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων, για παράδειγμα, με ασύγχρονη γεννήτρια, χωρίς κίνδυνο ατυχήματος λόγω τυχαίας ριπής ανέμου. Η βραδύτητα θέτει μια περιοριστική απαίτηση - τη χρήση μιας πολυπολικής γεννήτριας που λειτουργεί σε χαμηλές ταχύτητες. Τέτοιες γεννήτριες δεν χρησιμοποιούνται ευρέως και η χρήση πολλαπλασιαστών (Πολλαπλασιαστής [λατ. πολλαπλασιαστής] - αυξανόμενο γρανάζι) δεν είναι αποτελεσματική λόγω της χαμηλής απόδοσης του τελευταίου.
Ένα ακόμη σημαντικότερο πλεονέκτημα του σχεδιασμού καρουζέλ είναι η ικανότητά του να παρακολουθεί «όπου φυσάει ο άνεμος» χωρίς πρόσθετα κόλπα, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για τις επιφανειακές ροές εκτροπής. Ανεμογεννήτριες αυτού του τύπου κατασκευάζονται στις ΗΠΑ, την Ιαπωνία, την Αγγλία, τη Γερμανία και τον Καναδά.
Η ανεμογεννήτρια με περιστροφικά πτερύγια είναι η πιο εύκολη στη λειτουργία. Ο σχεδιασμός του εξασφαλίζει μέγιστη ροπή κατά την εκκίνηση της ανεμογεννήτριας και αυτόματη αυτορύθμιση της μέγιστης ταχύτητας περιστροφής κατά τη λειτουργία. Καθώς το φορτίο αυξάνεται, η ταχύτητα περιστροφής μειώνεται και η ροπή αυξάνεται μέχρι να σταματήσει τελείως.
Όταν η ροή αλληλεπιδρά με τη λεπίδα, συμβαίνουν τα εξής:
1) δύναμη αντίστασης παράλληλη με το διάνυσμα σχετικής ταχύτητας της επερχόμενης ροής.
2) δύναμη ανύψωσης κάθετη στη δύναμη οπισθέλκουσας.
3) δίνη της ροής γύρω από τη λεπίδα.
4) στροβιλισμός της ροής, δηλαδή χαοτικές διαταραχές της ταχύτητάς της σε μέγεθος και κατεύθυνση.
5) ένα εμπόδιο στην επερχόμενη ροή.
Το εμπόδιο στην επερχόμενη ροή χαρακτηρίζεται από μια παράμετρο που ονομάζεται γεωμετρική πλήρωση και ίση με την αναλογία του εμβαδού της προβολής των λεπίδων σε ένα επίπεδο κάθετο στη ροή προς την περιοχή που σαρώνουν.
Τα κύρια χαρακτηριστικά ταξινόμησης των εγκαταστάσεων αιολικής ενέργειας μπορούν να καθοριστούν με τα ακόλουθα κριτήρια:
1. Εάν ο άξονας περιστροφής του τροχού ανέμου είναι παράλληλος με τη ροή του αέρα, η εγκατάσταση θα είναι οριζόντια-αξονική, εάν ο άξονας περιστροφής του τροχού ανέμου είναι κάθετος στη ροή αέρα - κατακόρυφο-αξονικό.
2. Οι εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν δύναμη αντίστασης (μηχανές έλξης) ως περιστροφική δύναμη, κατά κανόνα περιστρέφονται με γραμμική ταχύτητα χαμηλότερη από την ταχύτητα του ανέμου και οι εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν ανυψωτική δύναμη (μηχανές ανελκυστήρων) έχουν γραμμική ταχύτητα στα άκρα του πτερύγια που είναι σημαντικά υψηλότερη ταχύτητα ανέμου.
3. Για τις περισσότερες εγκαταστάσεις, το γεωμετρικό γέμισμα του τροχού ανέμου καθορίζεται από τον αριθμό των πτερυγίων. Οι ανεμογεννήτριες με μεγάλο γεωμετρικό γέμισμα του τροχού ανέμου αναπτύσσουν σημαντική ισχύ σε σχετικά ασθενείς ανέμους και η μέγιστη ισχύς επιτυγχάνεται σε χαμηλές ταχύτητες τροχών. Οι ανεμογεννήτριες με χαμηλή πλήρωση επιτυγχάνουν μέγιστη ισχύ σε υψηλές ταχύτητες και χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να φτάσουν σε αυτή τη λειτουργία. Ως εκ τούτου, οι πρώτες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, ως αντλίες νερού και παραμένουν λειτουργικές ακόμη και σε χαμηλούς ανέμους, ενώ οι δεύτερες χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρογεννήτριες, όπου απαιτούνται υψηλές ταχύτητες περιστροφής.
4. Οι εγκαταστάσεις για την άμεση εκτέλεση μηχανικών εργασιών ονομάζονται συχνά ανεμόμυλος ή στρόβιλος· οι εγκαταστάσεις για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή ένας συνδυασμός τουρμπίνας και ηλεκτρικής γεννήτριας, ονομάζονται γεννήτριες αιολικής ενέργειας, γεννήτριες αέρα και επίσης μετατροπή ενέργειας εγκαταστάσεις.
5. Για γεννήτριες αέρα που συνδέονται απευθείας σε ένα ισχυρό ενεργειακό σύστημα, η ταχύτητα περιστροφής είναι σταθερή λόγω του φαινομένου ασυγχρονισμού, αλλά τέτοιες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούν την αιολική ενέργεια λιγότερο αποδοτικά από εγκαταστάσεις με μεταβλητή ταχύτητα περιστροφής.
6. Ο αιολικός τροχός μπορεί να συνδεθεί με την ηλεκτρική γεννήτρια απευθείας (σκληρός σύνδεσμος) ή μέσω ενός ενδιάμεσου μετατροπέα ενέργειας που λειτουργεί ως buffer. Η παρουσία ενός buffer μειώνει τις συνέπειες των διακυμάνσεων στην ταχύτητα περιστροφής του τροχού ανέμου, επιτρέποντας την αποτελεσματικότερη χρήση της αιολικής ενέργειας και της ισχύος της ηλεκτρικής γεννήτριας. Επιπλέον, υπάρχουν μερικώς αποσυνδεδεμένα σχήματα για τη σύνδεση του τροχού με τη γεννήτρια, που ονομάζονται soft-coupled. Έτσι, η μη άκαμπτη σύνδεση, μαζί με την αδράνεια του τροχού ανέμου, μειώνει την επίδραση των διακυμάνσεων της ταχύτητας του ανέμου στις παραμέτρους εξόδου της ηλεκτρικής γεννήτριας. Αυτή η επίδραση μπορεί επίσης να μειωθεί με την ελαστική σύνδεση των πτερυγίων στον άξονα του τροχού ανέμου, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μεντεσέδες με ελατήριο.
Ανεμοδρόχος με οριζόντιο άξονα.Ας εξετάσουμε τους ανέμους τύπου έλικα οριζόντιου άξονα. Η κύρια περιστροφική δύναμη για τροχούς αυτού του τύπου είναι η ανύψωση. Όσον αφορά τον άνεμο, ο τροχός ανέμου στη θέση εργασίας μπορεί να βρίσκεται μπροστά ή πίσω από τον πύργο στήριξης.
Οι ανεμογεννήτριες συνήθως χρησιμοποιούν ανεμογεννήτριες δύο και τριών λεπίδων· οι τελευταίοι χαρακτηρίζονται από πολύ ομαλή οδήγηση. Η ηλεκτρική γεννήτρια και το κιβώτιο ταχυτήτων που τη συνδέει με τον τροχό ανέμου βρίσκονται συνήθως στην κορυφή του πύργου στήριξης στην περιστρεφόμενη κεφαλή.
Τροχοί πολλαπλών πτερυγίων, οι οποίοι αναπτύσσουν υψηλή ροπή σε χαμηλούς ανέμους, χρησιμοποιούνται για την άντληση νερού και άλλους σκοπούς που δεν απαιτούν υψηλή ταχύτητα περιστροφής του τροχού ανέμου.
Αιολικές γεννήτριες με κατακόρυφο άξονα (Εικόνα 7). Οι ανεμογεννήτριες με κατακόρυφο άξονα περιστροφής, λόγω της γεωμετρίας τους, βρίσκονται σε θέση λειτουργίας σε οποιαδήποτε κατεύθυνση ανέμου. Επιπλέον, αυτό το σχήμα επιτρέπει, απλώς επιμηκύνοντας τον άξονα, να εγκαταστήσετε ένα κιβώτιο ταχυτήτων με γεννήτριες στο κάτω μέρος του πύργου.
Τα θεμελιώδη μειονεκτήματα τέτοιων εγκαταστάσεων είναι: η πολύ μεγαλύτερη ευαισθησία τους σε αστοχία κόπωσης λόγω των συχνότερων διεργασιών αυτοταλάντωσης σε αυτές και παλμούς ροπής, που οδηγούν σε ανεπιθύμητους παλμούς στις παραμέτρους εξόδου της γεννήτριας. Εξαιτίας αυτού, η συντριπτική πλειονότητα των γεννητριών αιολικής ενέργειας σχεδιάζονται χρησιμοποιώντας σχεδιασμό οριζόντιου άξονα, αλλά έρευνα διάφοροι τύποιοι εγκαταστάσεις κατακόρυφου άξονα βρίσκονται σε εξέλιξη.
Οι πιο συνηθισμένοι τύποι εγκαταστάσεων κάθετου άξονα είναι:
1. Κύπελλο ρότορα (ανεμόμετρο).Ένας τροχός ανέμου αυτού του τύπου περιστρέφεται με δύναμη αντίστασης. Το σχήμα της λεπίδας σε σχήμα μπολ εξασφαλίζει μια σχεδόν γραμμική εξάρτηση της ταχύτητας του τροχού από την ταχύτητα του ανέμου.
2.Ρότορας Savonius.Αυτός ο τροχός περιστρέφεται επίσης με αντίσταση. Οι λεπίδες του είναι φτιαγμένες από λεπτά κυρτά φύλλα ορθογώνιου σχήματος, είναι δηλαδή απλές και φθηνές. Η ροπή δημιουργείται λόγω της διαφορετικής αντίστασης που παρέχεται στη ροή του αέρα από τα κοίλα και καμπύλα πτερύγια του ρότορα σε σχέση με αυτήν. Λόγω της μεγάλης γεωμετρικής πλήρωσης, αυτός ο άνεμος τροχός έχει μεγάλη ροπή και χρησιμοποιείται για την άντληση νερού.
3. RotorDarye.Η ροπή δημιουργείται από τη δύναμη ανύψωσης που εμφανίζεται σε δύο ή τρεις λεπτές καμπύλες επιφάνειες εδράνων που έχουν αεροδυναμικό προφίλ. Η ανυψωτική δύναμη είναι μέγιστη τη στιγμή που η λεπίδα διασχίζει την εισερχόμενη ροή αέρα με υψηλή ταχύτητα. Ο ρότορας Daria χρησιμοποιείται σε γεννήτριες αιολικής ενέργειας. Κατά κανόνα, ο ρότορας δεν μπορεί να περιστραφεί από μόνος του, επομένως μια γεννήτρια που λειτουργεί σε λειτουργία κινητήρα χρησιμοποιείται συνήθως για την εκκίνηση του.
4.Musgroove Rotor.Τα πτερύγια αυτού του τροχού ανέμου σε κατάσταση λειτουργίας βρίσκονται κατακόρυφα, αλλά έχουν τη δυνατότητα να περιστρέφονται ή να διπλώνουν γύρω από έναν οριζόντιο άξονα όταν είναι απενεργοποιημένα. Υπάρχει διάφορες επιλογέςρότορες Musgrove, αλλά όλοι σβήνουν σε δυνατούς ανέμους.
5.Ρότορας Evans.Τα πτερύγια αυτού του ρότορα είναι κατάσταση έκτακτης ανάγκηςκαι όταν ελέγχεται, περιστρέψτε γύρω από έναν κατακόρυφο άξονα.
Εικόνα 7 - Αιολικές γεννήτριες με κατακόρυφο άξονα
Κόμβοι.Η ισχύς μιας ανεμογεννήτριας εξαρτάται από την αποτελεσματικότητα της χρήσης της ενέργειας της ροής του αέρα. Ένας από τους τρόπους αύξησης του είναι η χρήση ειδικών συμπυκνωτών ροής αέρα (ενισχυτές). Διάφορες εκδόσεις τέτοιων συγκεντρωτών έχουν αναπτυχθεί για γεννήτριες αιολικής ενέργειας οριζόντιου άξονα. Αυτά μπορεί να είναι διαχυτές ή σύγχυση (εκτροπείς), που κατευθύνουν τη ροή του αέρα στον τροχό του ανέμου από μια περιοχή μεγαλύτερη από την περιοχή σάρωσης του ρότορα και ορισμένες άλλες συσκευές. Οι συγκεντρωτές δεν έχουν ακόμη χρησιμοποιηθεί ευρέως σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις.
Με βάση τον σχεδιασμό του ανεμογεννήτη και τη θέση του στη ροή του ανέμου, τα υπάρχοντα συστήματα ανεμογεννητριών χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες. Στο Σχ. Το 5.4 παρουσιάζει τα βασικά σχέδια των κύριων τύπων ρότορων και ανεμογεννητριών.
Πρώτη τάξηπεριλαμβάνει ανεμογεννήτριες στις οποίες ο τροχός του ανέμου βρίσκεται σε κατακόρυφο επίπεδο· Στην περίπτωση αυτή, το επίπεδο περιστροφής είναι κάθετο προς την κατεύθυνση του ανέμου και, επομένως, ο άξονας του τροχού του ανέμου είναι παράλληλος με τη ροή. Τέτοιες ανεμογεννήτριες ονομάζονται φτερωτές.
Ο λόγος της ταχύτητας κορυφής του πτερυγίου προς την ταχύτητα του ανέμου: ονομάζεται ταχύτητα
Οι ανεμογεννήτριες πτερυγίων, σύμφωνα με το GOST 2656-44, ανάλογα με τον τύπο του τροχού του ανέμου και την ταχύτητα, χωρίζονται σε τρεις ομάδες:
· Ανεμοκινητήρες με πολλά πτερύγια, χαμηλής ταχύτητας με ταχύτητα Zn ≤ 2.
· Ανεμοκινητήρες μικρής λεπίδας, χαμηλής ταχύτητας, συμπεριλαμβανομένων των ανεμόμυλων, με ταχύτητα Zn > 2.
· Οι ανεμογεννήτριες είναι μικρού πτερυγίου, υψηλής ταχύτητας, Zn ≥ 3.
Co. Δευτέρα δημοτικούπεριλαμβάνουν συστήματα ανεμογεννητριών με κατακόρυφο άξονα περιστροφής του τροχού ανέμου. Σύμφωνα με το εποικοδομητικό σχήμα, χωρίζονται σε ομάδες:
· λεπίδες καρουζέλ, στις οποίες οι λεπίδες που δεν λειτουργούν είτε καλύπτονται με σήτα είτε τοποθετούνται άκρα ενάντια στον άνεμο.
· περιστροφικοί ανεμοκινητήρες του συστήματος Savonius.
l-sub">
Όταν δημιουργείται ατμός σε μια ροή αερίου, το νερό ψύχεται στη θερμοκρασία της θερμοδυναμικής ισορροπίας, η οποία είναι σημαντικά χαμηλότερη από τη θερμοκρασία κορεσμού στην ίδια μέση πίεση. Αυτό καθιστά δυνατή τη σημαντική αύξηση της διαφοράς θερμοκρασίας του νερού, ...
η πείνα για καύσιμα, καθώς και η παγκόσμια ρύπανση περιβάλλονκαι το γεγονός ότι η αύξηση της ζήτησης ενέργειας ξεπερνά σημαντικά την αύξηση της παραγωγής της αναγκάζει πολλές χώρες να δώσουν προσοχή...
Οι μονάδες αντλίας θερμότητας ταξινομούνται σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας και τον τύπο του ρευστού θέρμανσης. Με βάση την αρχή της λειτουργίας, υπάρχουν οι HPI συμπίεσης (συμπιεστής αέρα και ατμού), προσρόφησης (απορρόφησης) και πίδακας (εκτοξευτής). Συμπιεστής ατμού HPI σε σύγκριση με αέρα...
συσκευή που μετατρέπει την αιολική ενέργεια σε ενέργεια περιστροφική κίνηση. Το κύριο μέρος εργασίας μιας ανεμογεννήτριας είναι μια περιστρεφόμενη μονάδα - ένας τροχός που κινείται από τον άνεμο και συνδέεται άκαμπτα με έναν άξονα, η περιστροφή του οποίου οδηγεί εξοπλισμό που εκτελεί χρήσιμη εργασία. Ο άξονας μπορεί να εγκατασταθεί οριζόντια ή κάθετα. Οι ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούνται συνήθως για την παραγωγή ενέργειας που καταναλώνεται περιοδικά: κατά την άντληση νερού σε δεξαμενή, την άλεση σιτηρών, σε προσωρινά, έκτακτα και τοπικά δίκτυα τροφοδοσίας. Ιστορική αναφορά. Αν και οι επιφανειακοί άνεμοι δεν φυσούν πάντα, αλλάζουν κατεύθυνση και η ισχύς τους δεν είναι σταθερή, η ανεμογεννήτρια είναι ένα από τα παλαιότερα μηχανήματα για την απόκτηση ενέργειας από φυσικές πηγές. Λόγω της αμφισβητήσιμης αξιοπιστίας των αρχαίων γραπτών μαρτυριών για τις ανεμογεννήτριες, δεν είναι απολύτως σαφές πότε και πού εμφανίστηκαν για πρώτη φορά τέτοιες μηχανές. Όμως, αν κρίνουμε από κάποιες καταγραφές, υπήρχαν ήδη πριν από τον 7ο αιώνα. ΕΝΑ Δ Είναι γνωστό ότι στην Περσία χρησιμοποιήθηκαν τον 10ο αιώνα, και σε Δυτική Ευρώπη Οι πρώτες συσκευές αυτού του τύπου εμφανίστηκαν στα τέλη του 12ου αιώνα. Κατά τον 16ο αιώνα. Ο σκηνοθετημένος τύπος του ολλανδικού ανεμόμυλου σχηματίστηκε τελικά. Δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές αλλαγές στο σχεδιασμό τους μέχρι τις αρχές του 20ου αιώνα, όταν, ως αποτέλεσμα της έρευνας, τα σχήματα και οι επικαλύψεις των φτερών του μύλου βελτιώθηκαν σημαντικά. Δεδομένου ότι τα μηχανήματα χαμηλής ταχύτητας είναι δυσκίνητα, στο δεύτερο μισό του 20ού αιώνα. άρχισε να κατασκευάζει ανεμογεννήτριες υψηλής ταχύτητας, δηλ. εκείνων των οποίων οι ανεμογεννήτριες μπορούν να κάνουν μεγάλο αριθμό στροφών ανά λεπτό με υψηλή απόδοση της αιολικής ενέργειας. Σύγχρονοι τύποι ανεμογεννητριών. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται τρεις κύριοι τύποι ανεμογεννητριών - τύμπανο, πτερύγιο (τύπος βίδας) και ρότορας (με προφίλ απωθητή σε σχήμα S). Τύμπανο και πτερύγιο. Αν και ο αιολικός τροχός τύπου τυμπάνου έχει το χαμηλότερο ποσοστό χρήσης αιολικής ενέργειας σε σύγκριση με άλλους σύγχρονους απωθητές, είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος. Πολλές φάρμες το χρησιμοποιούν για την άντληση νερού εάν για κάποιο λόγο δεν υπάρχει ηλεκτρικό δίκτυο. Ένα τυπικό σχήμα ενός τέτοιου τροχού με λεπίδες από λαμαρίνα φαίνεται στο Σχ. 1. Οι άνεμοι τροχοί τύπου τυμπάνου και πτερυγίων περιστρέφονται σε οριζόντιο άξονα, επομένως πρέπει να μετατραπούν σε άνεμο για να έχουν την καλύτερη απόδοση. Για να γίνει αυτό, τους δίνεται ένα πηδάλιο - μια λεπίδα που βρίσκεται σε κατακόρυφο επίπεδο, το οποίο διασφαλίζει ότι ο τροχός του ανέμου μετατρέπεται σε άνεμο. Η διάμετρος του τροχού της μεγαλύτερης ανεμογεννήτριας τύπου πτερυγίου στον κόσμο είναι 53 μ., το μέγιστο πλάτος της λεπίδας της είναι 4,9 μ. Ο ανεμογεννήτης συνδέεται απευθείας με μια ηλεκτρική γεννήτρια ισχύος 1000 kW, η οποία αναπτύσσεται με άνεμο ταχύτητα τουλάχιστον 48 km/h. Τα πτερύγια του ρυθμίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε η ταχύτητα περιστροφής του τροχού του ανέμου να παραμένει σταθερή και ίση με 30 rpm στο εύρος ταχυτήτων ανέμου από 24 έως 112 km/h. Λόγω του γεγονότος ότι οι άνεμοι πνέουν αρκετά συχνά στην περιοχή όπου βρίσκονται τέτοιες ανεμογεννήτριες, η ανεμογεννήτρια παράγει συνήθως το 50% της μέγιστης ισχύος της και τροφοδοτεί το δημόσιο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Οι ανεμογεννήτριες με πτερύγια χρησιμοποιούνται ευρέως σε απομακρυσμένες αγροτικές περιοχές για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε αγροκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της φόρτισης των μπαταριών των συστημάτων ραδιοεπικοινωνίας. Χρησιμοποιούνται επίσης σε εποχούμενα συστήματα πρόωσης αεροσκαφών και κατευθυνόμενων πυραύλων. Ρότορας σχήματος S. Ένας ρότορας σχήματος S τοποθετημένος σε έναν κατακόρυφο άξονα (Εικ. 2) είναι καλός επειδή μια ανεμογεννήτρια με τέτοιο απωθητή δεν χρειάζεται να εισαχθεί στον άνεμο. Αν και η ροπή στον άξονά του ποικίλλει από το ελάχιστο έως το ένα τρίτο της μέγιστης ανά μισή στροφή, δεν εξαρτάται από την κατεύθυνση του ανέμου. Όταν ένας λείος κυκλικός κύλινδρος περιστρέφεται υπό την επίδραση του ανέμου, μια δύναμη κάθετη προς την κατεύθυνση του ανέμου δρα στο σώμα του κυλίνδρου. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φαινόμενο Magnus, από το όνομα του Γερμανού φυσικού που το μελέτησε (1852). Το 1920-1930, ο A. Flettner χρησιμοποίησε περιστρεφόμενους κυλίνδρους (στροφείς Flettner) και ρότορες σχήματος S αντί για τροχούς ανέμου με πτερύγια, καθώς και ως προωθητές ενός πλοίου που έκανε τη μετάβαση από την Ευρώπη στην Αμερική και πίσω. Ποσοστό αξιοποίησης αιολικής ενέργειας. Η ισχύς που λαμβάνεται από τον άνεμο είναι συνήθως μικρή - λιγότερο από 4 kW αναπτύσσεται από έναν απαρχαιωμένο τύπο ολλανδικού ανεμόμυλου με ταχύτητα ανέμου 32 km/h. Η ισχύς της ροής ανέμου, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί, σχηματίζεται από την κινητική ενέργεια των μαζών αέρα που σαρώνουν ανά μονάδα χρόνου κάθετα σε μια περιοχή δεδομένου μεγέθους. Σε μια ανεμογεννήτρια, αυτή η περιοχή καθορίζεται από την προσήνεμη επιφάνεια του απωθητήρα. Λαμβάνοντας υπόψη το υψόμετρο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, την πίεση του αέρα σε αυτό και τη θερμοκρασία του, η διαθέσιμη ισχύς N (σε kW) ανά μονάδα επιφάνειας προσδιορίζεται από την εξίσωση N = 0,0000446 V3 (m/s). Ο συντελεστής χρήσης αιολικής ενέργειας ορίζεται συνήθως ως ο λόγος της ισχύος που αναπτύσσεται στον άξονα της ανεμογεννήτριας προς τη διαθέσιμη ισχύ της ροής ανέμου που ενεργεί στην προσήνεμη επιφάνεια του τροχού ανέμου. Αυτός ο συντελεστής γίνεται μέγιστος σε μια ορισμένη αναλογία μεταξύ της ταχύτητας του εξωτερικού άκρου του πτερυγίου του τροχού του ανέμου w και της ταχύτητας του ανέμου u. η τιμή αυτού του λόγου w/u εξαρτάται από τον τύπο της ανεμογεννήτριας. Ο συντελεστής αξιοποίησης της αιολικής ενέργειας εξαρτάται από τον τύπο του αιολικού τροχού και κυμαίνεται από 5-10% ( Ολλανδικό μύλομε επίπεδα φτερά, w/u = 2,5) έως 35-40% (προφίλ απωθητής φτερών, 5 ? w/u ? 10).