Centralele eoliene sunt clasificate în funcție de două caracteristici principale: geometria roții eoliene și poziția acesteia față de direcția vântului.
Rezistența la curgerea vântului care se apropie este caracterizată printr-un parametru numit umplere geometrică și egal cu raportul dintre aria de proiecție a palelor pe un plan perpendicular pe flux pe zona pe care o mătură. Deci, de exemplu, cu lame identice, o roată cu patru lame are o umplutură geometrică de două ori mai mare decât una cu două lame.
Turbinele eoliene cu o umplere geometrică mare a roții eoliene dezvoltă o putere semnificativă în vânturi relativ slabe, iar puterea maximă este atinsă la viteze mici ale roții.
Turbinele eoliene cu umplere scăzută ating puterea maximă la viteze mari și durează mai mult până la acest mod. Prin urmare, primele instalații sunt folosite, de exemplu, ca pompe de apă și rămân în funcțiune chiar și în condiții de vânt slab, în timp ce cele doua sunt folosite ca generatoare electrice, unde sunt necesare viteze mari de rotație.
Principalele tipuri de turbine eoliene sunt prezentate în Fig. 15.
Ele sunt împărțite în două grupe:
Turbine eoliene cu palete cu axă orizontală de rotație (b ÷d);
Turbine eoliene cu axă verticală de rotație (rotative: cu lame (a) și ortogonale (e)).
Tipurile de turbine eoliene cu palete diferă doar prin numărul de pale.
Turbine eoliene cu palete. Pentru turbinele eoliene cu palete, a căror eficiență maximă se realizează atunci când fluxul de aer este perpendicular pe planul de rotație al palelor aripilor, este necesar un dispozitiv de rotire automată a axei de rotație. În acest scop, se folosește o aripă stabilizatoare. Turbinele eoliene carusel au avantajul că pot funcționa în orice direcție a vântului fără a-și schimba poziția.
Coeficientul de utilizare a energiei eoliene pentru turbinele eoliene cu palete este semnificativ mai mare decât pentru turbinele eoliene rotative. În același timp, caruselele au un cuplu mult mai mare. Este maxim pentru unitățile cu pale rotative la viteza relativă zero a vântului.
Răspândirea turbinelor eoliene cu rotor se explică prin mărimea vitezei de rotație a acestora. Ele pot fi conectate direct la un generator de curent electric fără multiplicator. Multiplicatorul este o cutie de viteze care mărește viteza de rotație a arborelui generatorului electric. Viteza de rotație a turbinelor eoliene cu palete este invers proporțională cu numărul de aripi, astfel încât unitățile cu mai mult de trei pale nu sunt practic utilizate.
Turbine eoliene carusel. Diferența de aerodinamică oferă turbinelor rotative un avantaj față de turbinele eoliene tradiționale. Pe măsură ce viteza vântului crește, acestea își măresc rapid forța de împingere, după care viteza de rotație se stabilizează. Turbinele eoliene carusel sunt de viteza redusa si acest lucru permite utilizarea unor circuite electrice simple, de exemplu, cu un generator asincron, fara riscul unui accident din cauza unei rafale accidentale de vant. Încetemea propune o cerință limitativă - utilizarea unui generator multipolar care funcționează la viteze mici. Astfel de generatoare nu sunt răspândite, iar utilizarea multiplicatorilor este ineficientă din cauza eficienței scăzute a acestora din urmă.
Un avantaj și mai important al designului caruselului a fost capacitatea sa de a monitoriza „unde bate vântul” fără trucuri suplimentare, ceea ce este foarte important pentru curgerile de suprafață. Turbina eoliană cu pale rotative este cea mai ușor de operat. Designul său asigură un cuplu maxim la pornirea turbinei eoliene și autoreglarea automată a vitezei maxime de rotație în timpul funcționării. Pe măsură ce sarcina crește, viteza de rotație scade și cuplul crește până la oprirea completă.
Turbine eoliene ortogonale. Turbinele eoliene ortogonale sunt cele mai promițătoare pentru energia la scară largă. Astăzi, la utilizarea turbinelor eoliene ortogonale, există anumite dificultăți, dintre care una este problema pornirii lor.
Instalațiile ortogonale folosesc același profil de aripă ca o aeronavă subsonică (vezi tip e, Fig. 15). Avionul, înainte de a se „apleca” pe forța de ridicare a aripii, trebuie să decoleze. La fel este și cazul instalării ortogonale. În primul rând, trebuie să îi furnizați energie - învârtiți-l și aduceți-l la anumiți parametri aerodinamici și abia atunci el însuși va trece de la modul motor la modul generator.
Mulți oameni sunt interesați de energia eoliană. Motivele acestui interes sunt diferite: pentru unii, aceasta este una dintre puținele oportunități de a-și asigura locuința cu energie electrică; cineva consideră o moară de vânt ca o sursă de energie de rezervă; alții doresc să obțină independență completă față de rețelele centrale de energie. Astăzi există o astfel de oportunitate - este necesar să instalați un generator eolian și un echipament auxiliar nu foarte complex pe șantier. Cu toate acestea, există încă câteva nuanțe despre care ar trebui să le cunoașteți în avans.
Energia cinetică a vântului poate fi transformată în energie electrică, mecanică sau termică. Astfel, cu ajutorul vântului, este posibilă nu numai asigurarea unei case cu energie electrică, ci și, de exemplu, ridicarea apei dintr-o fântână, fără transformarea intermediară a energiei cinetice a fluxului vântului în energie electrică.
Într-un caz sau altul, veți avea nevoie de o centrală eoliană, care include o turbină eoliană echipată cu un convertor de energie și o baterie. Convertorul de energie poate fi generatoare electrice, pompe hidraulice, compresoare. De exemplu, dacă o centrală eoliană va servi doar pentru irigare, atunci nu are rost să primiți mai întâi energie electrică și apoi să o folosiți pentru a alimenta pompele electrice. O legătură suplimentară în transformarea energiei reduce eficiența unei centrale eoliene. În practica economică, se folosesc în principal doar două tipuri de convertoare - electrice și mecanice (pentru pomparea apei). În primul caz despre care vorbim despre acumulare energie electrica, care este folosit de consumatori; în a doua despre pompele eoliene care asigură presiunea necesară în sistemele de irigare prin picurare, sistemele de aspersoare și sistemele de alimentare cu apă menajeră.
Tipuri de turbine eoliene
Orice turbină eoliană are pale, care, având vânt, absorb o parte din energia cinetică a fluxului vântului. Forma acestor lame și designul roții eoliene pot fi diferite. Există trei tipuri principale de turbine eoliene: paletă (asemănătoare cu o elice), rotor (carusel) și tambur. Cele mai comune sunt părțile de lucru înaripate ale unei roți eoliene, a cărei axă de rotație este situată orizontal. Ponderea acestora este de cel puțin 90% din numărul total de turbine eoliene.
Acestea sunt „morile de vânt” din cantitati mari poate fi găsit în Europa, și mai ales în Țările de Jos. Proiectele de energie eoliană din această țară, care au început la mijlocul secolului trecut, s-au plătit deja de multe ori. Contrar credinței populare că o centrală eoliană nu este capabilă să genereze suficientă energie electrică pentru a egala costurile de instalare și întreținere, în Olanda sate întregi sunt alimentate exclusiv de turbine eoliene. O centrală eoliană puternică este capabilă să furnizeze energie electrică completă la câteva sute (!) de cabane. Turbina eoliană a unei astfel de instalații este instalată pe o structură foarte puternică și stabilă, care se bazează pe o placă masivă de beton armat îngropată la 15-20 de metri adâncime. Acesta, ca o rădăcină de copac, susține un turn înalt, în interiorul căruia se află o scară care permite întreținerea turbinei eoliene. Nu se folosesc vergeturi.
Turbine eoliene cu palete constau dintr-o roata de vant, un cap, un mecanism de orientare (coada) si un turn (sau catarg, in functie de marime).
O roată eoliană poate fi echipată cu una până la opt sau mai multe lame. În funcție de numărul lor, turbinele eoliene se împart în viteză mare (până la 4 pale), viteză medie (4...8 pale) și viteză mică (de la 8 pale).
Capul este proiectat astfel încât să se poată roti în jurul axei verticale a turnului. Forma sa depinde de puterea și scopul turbinei eoliene - la rândul lor, factori care determină sistemul mecanismului de transmisie, proiectarea acestuia și numărul de trepte.
Coada funcționează ca o giruetă și își întoarce capul în vânt. Suprafața sa depinde de parametrii aerodinamici ai palelor roții eoliene.
Turnul ridică turbina eoliană deasupra tuturor obstacolelor care reduc debitul de presiune al vântului și, de asemenea, asigură siguranța rotației palelor. Când viteza vântului depășește 35-45 m/s, sistemul de frânare este activat, oprind complet turbina eoliană.
Numărul de pale ale unei roți eoliene cu elice depinde de viteza medie a vântului din zona în care este instalată centrala eoliană. Pe spatii deschise, coastele maritime și oceanice folosesc motoare eoliene cu palete mici, care necesită o viteză minimă a vântului de 5-8 m/s pentru a porni. Acestea sunt cele mai simple turbine eoliene în design, având randament ridicat, dar creând mult zgomot.
În zonele în care viteza vântului depășește rar 5 m/s, se recomandă în general instalarea de turbine eoliene cu palete multiple. Acestea funcționează aproape silențios, dar au și eficiență mai mică decât cele cu lamă mică; În plus, producția de turbine eoliene cu palete multiple necesită mai multe materiale, deoarece În timpul funcționării, o turbină eoliană de acest tip suferă sarcini giroscopice crescute.
Turbine eoliene rotative(aka carusel) au și un design simplu, dar au o eficiență mult mai mică - maximum 18%. Problema cu utilizarea lor este, de asemenea, că folosesc generatoare electrice multipolare destul de rare. Turbinele eoliene rotative au o axă verticală de rotație și pale care funcționează ca o pânză. Unul dintre avantajele acestui tip de turbine eoliene este absența unui mecanism de orientare. Axa verticală de rotație permite utilizarea în siguranță a unei roți eoliene cu rotor la o înălțime mică a turnului. Astfel de turbine eoliene pornesc la viteze reduse ale vântului și nu fac zgomot. Principalul dezavantaj al turbinelor eoliene rotative este factorul scăzut de utilizare a vântului, deoarece doar o parte din palete sunt implicate în mod constant în funcționare; restul fie depășesc rezistența vântului, fie sunt izolate de aceasta printr-o umbrelă (carcasa).
În ultimul deceniu, piața centralelor eoliene (WPP) s-a extins semnificativ, în primul rând cu modele compacte care ar putea fi utilizate în gospodării și ferme. Sunt proiectate pentru o viteză inițială scăzută a vântului de 2,5...3 m/s și instalarea unei turbine eoliene la o înălțime de 6...17 m. Cantitatea nominală de energie electrică este generată deja la 6...8 m. /s (viteza de rotatie a turbinei eoliene 250...300 rpm).
Generatoare eoliene la lucru
Viteza vântului nu este constantă și, prin urmare, nu este posibilă obținerea de energie electrică „curată” cu parametri stabili de la convertor. Generatorul, de regulă, produce o tensiune de 0...56 V. Energia „murdară” generată este acumulată de bateriile care sunt echipate cu turbina eoliană, ceea ce asigură funcționarea neîntreruptă a sistemului. În perioadele de vânt puternic, instalația funcționează la putere maximă și stochează energie pentru utilizare ulterioară pentru a o elibera în condiții calme sau de vânt scăzut. Folosit adesea împreună cu o turbină eoliană panouri solare, care asigură încărcarea bateriei vara, când vânturile sunt deosebit de slabe.
Pentru a transforma curentul continuu al bateriilor în curent alternativ cu parametrii de 220V/50 Hz, turbinele eoliene sunt echipate cu invertoare.
Pentru a depăși sarcinile de vârf, turbinele eoliene sunt combinate cu surse auxiliare de energie electrică, cum ar fi generatoarele diesel și pe benzină, precum și (ca auxiliară) rețeaua electrică centralizată.
Instalatii individuale de energie eoliana putere redusă devenind treptat mai ieftine și mai eficiente. În același timp, perspectivele de utilizare a acestora pentru locuințe și ferme private sunt în creștere. De exemplu, pentru căsuțele din zonele îndepărtate, este important să existe o centrală eoliană autonomă cu o capacitate de 20-50 kW, care să garanteze funcționarea echipamentului electric principal în absența tuturor celorlalte surse.
Pompe de vant
Oamenii au învățat să ridice apa din adâncuri cu ajutorul vântului cu mult timp în urmă, dar această metodă nu este uitată astăzi, mai ales acolo unde sursele de energie electrică nu sunt disponibile. Ideea invenției este simplă - să folosești energia eoliană pentru a conduce o pompă de apă.
Pompele de vânt sunt cele mai răspândite în SUA. Cândva au decis soarta economiei țării, iar astăzi au devenit și un fel de clădire religioasă în cadrul tradițional al unei ferme americane.
În spațiul post-sovietic, pompele de vânt sunt o raritate, deși în timpul boom-ului grădinăritului de la mijlocul anilor 80 popularitatea lor a crescut. Circumstanțele au forțat-o. În zilele noastre, apar și premisele pentru a apela la „Margaretele” și „Vărsătorul” deja uitate, deoarece ponderea energiei electrice în costul produselor vegetale crește de la an la an.
Unitatea mecanică eoliană „Romashka” a fost dezvoltată de NPO Vetroen. Desenele sale au fost publicate pentru prima dată în revista „Modelist-Konstruktor” în 1988, care a subliniat liniile directoare pentru a face singur o pompă de vânt.
Ambele unități au cel mai simplificat design. Sunt proiectate pentru a aspira apa de la o adancime de pana la 8 m si functioneaza chiar si la viteza vantului de 3 m/s. Roata eoliană „Romashka” are 12 pale și antrenează diafragma pompei printr-un mecanism de pârghie cu came cu o tijă verticală care trece în interiorul suportului turbinei eoliene.
La o viteză a vântului de 5 m/s, pompa eoliană Romashka ridică o adâncime de 8 metri până la 300 de litri de apă pe oră și este capabilă să o livreze la o înălțime de până la 10 metri. Împreună cu sistemul irigare prin picurare această unitate oferă o oportunitate reală de a cultiva culturi de grădinăîn zone îndepărtate, dacă există un rezervor sau un puț de până la 8 metri adâncime.
Principiul de funcționare al tuturor turbinelor eoliene este același: sub presiunea vântului, o roată eoliană cu palete se rotește, transmitând cuplul printr-un sistem de transmisie către arborele generatorului care generează electricitate, către pompa de apă. Cu cât diametrul roții eoliene este mai mare, cu atât debitul de aer captat este mai mare și cu atât unitatea produce mai multă energie.
Dispunerea tradițională a turbinelor eoliene este cu o axă orizontală de rotație (Fig. 3) este o soluție bună pentru unitățile de dimensiuni și putere mici. Când paletele au crescut, acest aranjament s-a dovedit a fi ineficient, deoarece la diferite înălțimi vântul suflă în direcții diferite. În acest caz, nu numai că nu este posibilă orientarea optimă a unității în vânt, dar există și riscul distrugerii lamei. În plus, capetele lamelor unei instalații mari, care se deplasează cu viteză mare, creează zgomot. Cu toate acestea, principalul obstacol în calea utilizării energiei eoliene este încă economic - puterea unității rămâne mică și ponderea costurilor pentru funcționarea acesteia se dovedește a fi semnificativă. Unitățile de putere redusă pot produce energie care este de aproximativ trei ori mai scumpă.
Figura 3 - Turbină eoliană cu palete
Sisteme de turbine eoliene existente în funcție de proiectarea roții eoliene și de poziția acesteia în fluxul vântului sunt separate pentru trei clase.
Clasa întâi include turbinele eoliene în care roata eoliană este amplasată într-un plan vertical; în acest caz, planul de rotație este perpendicular pe direcția vântului și, prin urmare, axa roții eoliene este paralelă cu fluxul. Astfel de turbine eoliene se numesc înaripat.
Viteza este raportul dintre viteza periferică (ωR) a vârfului lamei și viteza vântului V:
|
Turbinele eoliene cu palete, conform GOST 2656-44, în funcție de tipul de roată eoliană și de viteză, sunt împărțite în trei grupuri (Figura 4):
Ø turbine eoliene multipale, de viteza mica, cu viteza mare Zn 2 lire sterline;
Ø motoare eoliene cu pale mici, cu viteză mică, inclusiv mori de vânt, cu viteză mare Zn> 2;
Ø turbinele eoliene sunt cu pale mici, de mare viteză, Zn³3.
Figura.4 - Scheme de roți eoliene ale motoarelor eoliene cu palete: 1 – multilame; 2–4 – cu lame mici
Co. clasa a doua includ sisteme de turbine eoliene cu o axă verticală de rotaţie a roţii vântului . Conform schemei constructive, acestea sunt împărțite în grupuri:
- carusel, în care palele nefuncționale sunt fie acoperite cu un ecran, fie poziționate pe margine împotriva vântului (Figura 5, poz. 1);
- rotativ turbinele eoliene ale sistemului Savonius.
LA clasa a treia includ motoarele eoliene care funcționează pe principiul unei roți de moara de apă și numite tobe ( Figura 5, elementul 7 ) . Aceste turbine eoliene au o axă orizontală de rotație și perpendiculară pe direcția vântului.
Figura 5 - Tipuri de turbine eoliene: 1 – rotative; 2–3 multilobate; 4–5 – mic-lobate; 6 – ortogonală; 7 - tobă
Principalele dezavantaje ale turbinelor eoliene cu carusel și tambur rezultă din însuși principiul de aranjare a suprafețelor de lucru ale roții eoliene în fluxul vântului:
1. Deoarece paletele de lucru ale roții se mișcă în direcția fluxului de aer, sarcina vântului nu acționează simultan asupra tuturor palelor, ci una câte una. Ca urmare, fiecare lamă suferă o sarcină intermitentă, iar rata de utilizare a energiei eoliene este foarte scăzută și nu depășește 10%.
2. Mișcarea suprafețelor roții vântului în direcția vântului nu permite dezvoltarea unor viteze mari, deoarece suprafețele nu se pot deplasa mai repede decât vântul.
3. Dimensiunile părții utilizate a fluxului de aer (suprafața măturată) sunt mici în comparație cu dimensiunile roții în sine, ceea ce crește semnificativ greutatea acesteia pe unitatea de putere instalată a motorului eolian.
Turbine eoliene carusel au avantajul ca pot lucra in orice directie a vantului fara a-si schimba pozitia.
Turbinele eoliene cu rotor ale sistemului Savonius au cea mai mare rată de utilizare a energiei eoliene de 18%.
Turbinele eoliene cu palete nu prezintă dezavantajele de mai sus ale turbinelor eoliene rotative și cu tambur. Calitățile aerodinamice bune ale turbinelor eoliene cu palete, capacitatea de proiectare de a le fabrica pentru putere mare, greutatea relativ ușoară pe unitatea de putere sunt principalele avantaje ale turbinelor eoliene din această clasă
Utilizarea comercială a turbinelor eoliene cu palete a început în 1980. În ultimii 14 ani, puterea turbinelor eoliene a crescut de 100 de ori: de la 20...60 kW cu un diametru al rotorului de aproximativ 20 m la începutul anilor 1980 la 5000 kW cu un diametru al rotorului de peste 100 m până în 2003 (Fig. 7.6).
Tipurile de turbine eoliene cu palete diferă doar prin numărul de pale.
Pentru turbinele eoliene cu palete, a cărui eficiență maximă se realizează atunci când fluxul de aer este perpendicular pe planul de rotație al palelor aripilor, este necesar un dispozitiv de rotire automată a axei de rotație. În acest scop, se folosește o aripă stabilizatoare.
Coeficientul de utilizare a energiei eoliene (Figura 4) pentru turbinele eoliene cu palete este mult mai mare decât pentru turbinele eoliene rotative. În același timp, caruselele au un cuplu mult mai mare. Este maxim pentru unitățile cu pale rotative la viteza relativă zero a vântului.
Răspândirea turbinelor eoliene cu rotor se explică prin mărimea vitezei de rotație a acestora. Ele pot fi conectate direct la un generator de curent electric fără multiplicator. Viteza de rotație a turbinelor eoliene cu palete este invers proporțională cu numărul de aripi, astfel încât unitățile cu mai mult de trei pale nu sunt practic utilizate.
Diferența de aerodinamică oferă instalațiilor rotative un avantaj față de turbinele eoliene tradiționale (Figura 7). Pe măsură ce viteza vântului crește, acestea își măresc rapid forța de tracțiune, după care viteza de rotație se stabilizează. Turbinele eoliene carusel sunt de viteza redusa si acest lucru permite utilizarea unor circuite electrice simple, de exemplu, cu un generator asincron, fara riscul unui accident din cauza unei rafale accidentale de vant. Încetemea propune o cerință limitativă - utilizarea unui generator multipolar care funcționează la viteze mici. Astfel de generatoare nu sunt utilizate pe scară largă, iar utilizarea multiplicatorilor (Multiplicator [lat. multiplicator] - creșterea angrenajului) nu este eficientă din cauza eficienței scăzute a acestora din urmă.
Un avantaj și mai important al designului caruselului este capacitatea sa de a monitoriza „unde bate vântul” fără trucuri suplimentare, ceea ce este foarte important pentru curgerile de suprafață. Turbinele eoliene de acest tip sunt construite în SUA, Japonia, Anglia, Germania și Canada.
Turbina eoliană cu pale rotative este cea mai ușor de utilizat. Designul său asigură un cuplu maxim la pornirea turbinei eoliene și autoreglarea automată a vitezei maxime de rotație în timpul funcționării. Pe măsură ce sarcina crește, viteza de rotație scade și cuplul crește până când se oprește complet.
Când fluxul interacționează cu lama, se întâmplă următoarele:
1) forță de rezistență paralelă cu vectorul viteză relativă a fluxului care se apropie;
2) forța de ridicare perpendiculară pe forța de tracțiune;
3) vortexul fluxului în jurul lamei;
4) turbulizarea fluxului, adică perturbări haotice ale vitezei sale în mărime și direcție;
5) un obstacol în calea fluxului care se apropie.
Obstacolul în calea curgerii care se apropie este caracterizat de un parametru numit umplere geometrică și egal cu raportul dintre aria proiecției paletelor pe un plan perpendicular pe flux pe zona măturată de acestea.
Principalele caracteristici de clasificare ale instalațiilor eoliene pot fi determinate de următoarele criterii:
1. Dacă axa de rotație a roții eoliene este paralelă cu fluxul de aer, instalația va fi orizontal-axială, dacă axa de rotație a roții eoliene este perpendiculară pe fluxul de aer - vertical-axial.
2. Instalațiile care folosesc forța de rezistență (mașini de tragere) ca forță de rotație, de regulă, se rotesc cu o viteză liniară mai mică decât viteza vântului, iar instalațiile care folosesc forța de ridicare (mașini de lift) au o viteză liniară a capetelor pale cu viteză semnificativ mai mare a vântului.
3. Pentru majoritatea instalațiilor, umplerea geometrică a roții eoliene este determinată de numărul de pale. Turbinele eoliene cu o umplere geometrică mare a roții eoliene dezvoltă o putere semnificativă în vânturi relativ slabe, iar puterea maximă este atinsă la viteze mici ale roții. Turbinele eoliene cu umplere scăzută ating puterea maximă la viteze mari și durează mai mult până la acest mod. Prin urmare, primele instalații sunt folosite, de exemplu, ca pompe de apă și rămân în funcțiune chiar și în condiții de vânt slab, în timp ce cele doua sunt folosite ca generatoare electrice, unde sunt necesare viteze mari de rotație.
4. Instalațiile pentru efectuarea directă a lucrărilor mecanice sunt adesea numite o moară de vânt sau turbină; instalațiile pentru producerea de energie electrică, adică o combinație între o turbină și un generator electric, sunt numite generatoare de energie eoliană, generatoare de aer și, de asemenea, conversie de energie. instalatii.
5. Pentru generatoarele de aer conectate direct la un sistem energetic puternic, viteza de rotație este constantă datorită efectului de asincronizare, dar astfel de instalații folosesc energia eoliană mai puțin eficient decât instalațiile cu viteză de rotație variabilă.
6. Roata eoliană poate fi conectată la generatorul electric direct (cuplaj dur) sau printr-un convertor intermediar de energie care acționează ca tampon. Prezența unui tampon reduce consecințele fluctuațiilor vitezei de rotație a roții eoliene, permițând o utilizare mai eficientă a energiei eoliene și a puterii generatorului electric. În plus, există scheme parțial decuplate pentru conectarea roții la generator, numite cuplaj moale. Astfel, conexiunea nerigidă, împreună cu inerția roții eoliene, reduce influența fluctuațiilor vitezei vântului asupra parametrilor de ieșire ai generatorului electric. Această influență poate fi redusă și prin conectarea elastică a palelor la axa roții eoliene, de exemplu, folosind balamale cu arc.
Roata de vant cu axa orizontala. Să luăm în considerare roțile eoliene de tip elice cu ax orizontal. Forța principală de rotație pentru roțile de acest tip este liftul. Față de vânt, roata vântului în poziție de lucru poate fi amplasată în fața turnului de sprijin sau în spatele acestuia.
Generatoarele de energie eoliană folosesc de obicei roți eoliene cu două și trei pale; acestea din urmă sunt caracterizate printr-o deplasare foarte lină. Generatorul electric și cutia de viteze care îl conectează la roata eoliană sunt de obicei situate în partea de sus a turnului de sprijin în capul rotativ.
Roțile cu mai multe lame, care dezvoltă un cuplu mare la vânturi scăzute, sunt utilizate pentru pomparea apei și în alte scopuri care nu necesită rotația la viteză mare a roții eoliene.
Generatoare eoliene cu axă verticală (Figura 7). Generatoarele eoliene cu axă verticală de rotație, datorită geometriei lor, se află în poziție de funcționare în orice direcție a vântului. În plus, această schemă permite, prin simpla lungire a arborelui, instalarea unei cutii de viteze cu generatoare în partea de jos a turnului.
Dezavantajele fundamentale ale unor astfel de instalații sunt: susceptibilitatea lor mult mai mare la defecțiunea prin oboseală din cauza proceselor auto-oscilante care apar mai frecvent în ele și pulsația cuplului, ducând la pulsații nedorite în parametrii de ieșire ai generatorului. Din acest motiv, marea majoritate a generatoarelor de energie eoliană sunt proiectate folosind un design cu axă orizontală, dar cercetare tipuri variate instalațiile pe axă verticală sunt în desfășurare.
Cele mai comune tipuri de instalații cu axe verticale sunt:
1. Rotor cupa (anemometru). O roată eoliană de acest tip se rotește prin forță de rezistență. Forma lamei în formă de bol asigură o dependență aproape liniară a vitezei roții de viteza vântului.
2.Rotor Savonius. Această roată se rotește și prin rezistență. Lamele sale sunt realizate din foi subțiri curbate de formă dreptunghiulară, adică sunt simple și ieftine. Cuplul este creat datorită rezistenței diferite oferite fluxului de aer de către paletele rotorului concave și curbate în raport cu acesta. Datorita umpluturii geometrice mari, aceasta roata de vant are un cuplu mare si este folosita pentru pomparea apei.
3. RotorDarye. Cuplul este creat de forța de ridicare care are loc pe două sau trei suprafețe subțiri de rulment curbate cu profil aerodinamic. Forța de ridicare este maximă în momentul în care lama traversează fluxul de aer care se apropie cu viteză mare. Rotorul Daria este utilizat la generatoarele de energie eoliană. De regulă, rotorul nu se poate învârti singur, așa că pentru a-l porni se folosește de obicei un generator care funcționează în modul motor.
4.Rotor cu caneluri. Paletele acestei roți eoliene în stare de funcționare sunt amplasate vertical, dar au capacitatea de a se roti sau de a se plia în jurul unei axe orizontale atunci când sunt oprite. Exista diverse opțiuni Rotoarele Musgrove, dar toate se opresc la vânturi puternice.
5.Rotor Evans. Paletele acestui rotor sunt situație de urgență iar când este controlat, rotiți în jurul unei axe verticale.
Figura 7 - Generatoare eoliene cu axă verticală
Huburi. Puterea unei turbine eoliene depinde de eficiența utilizării energiei fluxului de aer. Una dintre modalitățile de a-l crește este utilizarea concentratoarelor speciale de flux de aer (amplificatoare). Diverse versiuni ale unor astfel de concentratoare au fost dezvoltate pentru generatoarele de energie eoliană pe axă orizontală. Acestea pot fi difuzoare sau confuze (deflectoare), care direcționează fluxul de aer către roata eoliană dintr-o zonă mai mare decât zona măturată a rotorului și alte dispozitive. Concentratoarele nu au devenit încă utilizate pe scară largă în instalațiile industriale.
Pe baza designului roții eoliene și a poziției sale în fluxul vântului, sistemele de turbine eoliene existente sunt împărțite în trei clase. În fig. 5.4 prezintă proiectele de bază ale principalelor tipuri de rotoare și turbine eoliene.
Clasa întâi include turbinele eoliene în care roata eoliană este amplasată într-un plan vertical; în acest caz, planul de rotație este perpendicular pe direcția vântului și, prin urmare, axa roții eoliene este paralelă cu fluxul. Astfel de turbine eoliene se numesc înaripate.
Raportul dintre viteza de vârf a palei și viteza vântului: numit viteză
Turbinele eoliene cu palete, conform GOST 2656-44, în funcție de tipul de roată eoliană și de viteză, sunt împărțite în trei grupuri:
· motoare eoliene cu palete multiple, cu viteză mică, cu turație Zn ≤ 2.
· motoare eoliene cu pale mici, cu viteză mică, inclusiv mori de vânt, cu viteză Zn > 2.
· turbinele eoliene sunt cu pale mici, de mare viteză, Zn ≥ 3.
Co. clasa a doua includ sisteme de turbine eoliene cu o axă verticală de rotație a roții eoliene. Conform schemei constructive, acestea sunt împărțite în grupuri:
· pale de carusel, în care palele nefuncționale sunt fie acoperite cu un paravan, fie poziționate pe margine împotriva vântului;
· motoare eoliene rotative ale sistemului Savonius.
l-sub">
Când se generează abur într-un flux de gaz, apa este răcită la temperatura de echilibru termodinamic, care este semnificativ mai mică decât temperatura de saturație la aceeași presiune medie. Acest lucru face posibilă creșterea semnificativă a diferenței de temperatură a apei, ...
foamea de combustibil, precum și poluarea globală mediu inconjurator iar faptul că creșterea cererii de energie depășește semnificativ creșterea producției sale obligă multe țări să acorde atenție...
Pompele de căldură sunt clasificate în funcție de principiul de funcționare și tipul de fluid de încălzire. Pe baza principiului de funcționare, există compresie (compresor de aer și abur), sorbție (absorbție) și jet (ejector). Compresor de abur HPI comparativ cu aer...
dispozitiv care transformă energia eoliană în energie mișcare de rotație. Partea principală de lucru a unei turbine eoliene este o unitate rotativă - o roată antrenată de vânt și conectată rigid la un arbore, a cărei rotație antrenează echipamente care efectuează lucrări utile. Arborele poate fi instalat orizontal sau vertical. Turbinele eoliene sunt de obicei folosite pentru a genera energie consumată periodic: la pomparea apei într-un rezervor, la măcinarea cerealelor, în rețelele temporare, de urgență și de alimentare cu energie electrică locală. Referință istorică. Deși vânturile de suprafață nu bat întotdeauna, își schimbă direcția și puterea lor nu este constantă, turbina eoliană este una dintre cele mai vechi utilaje pentru obținerea energiei din surse naturale. Datorită fiabilității îndoielnice a relatărilor scrise antice despre turbinele eoliene, nu este complet clar când și unde au apărut pentru prima dată astfel de mașini. Dar, judecând după unele înregistrări, ele existau deja înainte de secolul al VII-lea. ANUNȚ Se știe că în Persia au fost folosite în secolul al X-lea, iar în Europa de Vest Primele dispozitive de acest tip au apărut la sfârșitul secolului al XII-lea. Pe parcursul secolului al XVI-lea. În cele din urmă s-a format tipul de cort de moara de vânt olandeză. Nu s-au observat modificări semnificative în designul lor până la începutul secolului al XX-lea, când, în urma cercetărilor, formele și acoperirile aripilor morii au fost semnificativ îmbunătățite. Deoarece mașinile cu viteză mică sunt greoaie, în a doua jumătate a secolului XX. a început să construiască turbine eoliene de mare viteză, adică. cei ale căror roți eoliene pot face un număr mare de rotații pe minut cu o eficiență ridicată a utilizării energiei eoliene. Tipuri moderne de turbine eoliene. În prezent, sunt utilizate trei tipuri principale de turbine eoliene - tambur, aripă (tip șurub) și rotor (cu profil de respingere în formă de S). Tambur și paletă. Deși roata eoliană de tip tambur are cea mai mică rată de utilizare a energiei eoliene în comparație cu alte respingătoare moderne, este cea mai utilizată. Multe ferme îl folosesc pentru a pompa apă dacă dintr-un motiv oarecare nu există energie electrică de la rețea. O formă tipică a unei astfel de roți cu lame din tablă este prezentată în Fig. 1. Roțile de vânt de tip tambur și paletă se rotesc pe un arbore orizontal, așa că trebuie să fie transformate în vânt pentru a obține cele mai bune performanțe. Pentru a face acest lucru, li se oferă o cârmă - o lamă situată într-un plan vertical, care asigură că roata vântului se transformă în vânt. Diametrul roții celei mai mari turbine eoliene cu palete din lume este de 53 m, lățimea maximă a palei sale este de 4,9 m. Roata eoliană este conectată direct la un generator electric cu o putere de 1000 kW, care se dezvoltă la un vânt. viteza de minim 48 km/h. Paletele sale sunt reglate astfel încât viteza de rotație a roții eoliene să rămână constantă și egală cu 30 rpm în intervalul de viteză al vântului de la 24 la 112 km/h. Datorită faptului că vânturile bat destul de des în zona în care sunt amplasate astfel de turbine eoliene, turbina eoliană produce de obicei 50% din puterea sa maximă și alimentează rețeaua publică de electricitate. Turbinele eoliene cu palete sunt utilizate pe scară largă în zonele rurale îndepărtate pentru a furniza energie electrică fermelor, inclusiv pentru încărcarea bateriilor sistemelor de comunicații radio. Ele sunt, de asemenea, utilizate în sistemele de propulsie la bord ale aeronavelor și rachetelor ghidate. Rotor în formă de S. Un rotor în formă de S montat pe un arbore vertical (Fig. 2) este bun deoarece o turbină eoliană cu un astfel de respingător nu trebuie adusă în vânt. Deși cuplul pe arborele său variază de la minim la o treime din maxim pe jumătate de tură, nu depinde de direcția vântului. Când un cilindru circular neted se rotește sub influența vântului, asupra corpului cilindrului acționează o forță perpendiculară pe direcția vântului. Acest fenomen se numește efectul Magnus, după fizicianul german care l-a studiat (1852). În 1920-1930, A. Flettner a folosit cilindri rotativi (rotoare Flettner) și rotoare în formă de S în locul roților eoliene cu pale, precum și ca propulsoare ale unei nave care a făcut tranziția din Europa în America și înapoi. Rata de utilizare a energiei eoliene. Puterea obținută din vânt este de obicei mică - mai puțin de 4 kW este dezvoltată de un tip învechit de moară de vânt olandeză la o viteză a vântului de 32 km/h. Puterea fluxului vântului, care poate fi utilizată, este formată din energia cinetică a maselor de aer care se mătura pe unitatea de timp perpendiculară pe o zonă de o dimensiune dată. Într-o turbină eoliană, această zonă este determinată de suprafața vântului a respingerii. Luând în considerare altitudinea deasupra nivelului mării, presiunea aerului asupra acesteia și temperatura acestuia, puterea disponibilă N (în kW) pe unitatea de suprafață este determinată de ecuația N = 0,0000446 V3 (m/s). Coeficientul de utilizare a energiei eoliene este de obicei definit ca raportul dintre puterea dezvoltată pe arborele turbinei eoliene și puterea disponibilă a fluxului de vânt care acționează pe suprafața vântului a roții eoliene. Acest coeficient devine maxim la un anumit raport între viteza marginii exterioare a palei roții eoliene w și viteza vântului u; valoarea acestui raport w/u depinde de tipul de turbină eoliană. Coeficientul de utilizare a energiei eoliene depinde de tipul de roată eoliană și variază între 5-10% ( moara olandeza cu aripi plate, w/u = 2,5) până la 35-40% (repeler cu aripi profilate, 5 ? w/u ? 10).