Как работи вятърната турбина

Постоянното изчерпване на природните ресурси води до факта, че напоследък човечеството е заето с търсене на алтернативни източници на енергия. Към днешна дата са известни доста голям брой видове алтернативна енергия, една от които е използването на вятърна енергия.

Вятърната енергия се използва от хората от древността, например при работата на вятърни мелници. Първият вятърен генератор (вятърна турбина), който служи за производство на електричество, е построен в Дания през 1890 г. Такива устройства започват да се използват в случаите, когато е необходимо да се осигури електричество във всяка труднодостъпна зона.

Принципът на работа на вятърния генератор:

Вятърът върти колело с лопатки, което предава въртящия момент към вала на генератора чрез скоростна кутия.
Инверторът изпълнява задачата да преобразува получения постоянен електрически ток в променлив ток.
Батерията е предназначена да подава напрежение към мрежата при липса на вятър.

Мощността на вятърната турбина е в пряка зависимост от диаметъра на вятърното колело, височината на мачтата и силата на вятъра. В момента се произвеждат вятърни турбини с диаметър на лопатките от 0,75 до 60 m и повече. Най-малката от всички съвременни вятърни турбини е G-60. Диаметърът на ротора, който има пет лопатки, е само 0,75 m, при скорост на вятъра 3-10 m / s той може да генерира мощност от 60 W, а теглото му е 9 kg. Такава инсталация се използва успешно за осветление, зареждане на батерии и комуникации.

Всички вятърни генератори могат да бъдат класифицирани според няколко принципа:

Оси на въртене.
Броят на остриетата.
Материалът, от който са направени остриетата.
Стъпка на винта.

Класификация по оста на въртене:

Хоризонтална.
Вертикална.

Най-популярни са хоризонталните вятърни турбини, чиято ос на въртене е успоредна на земята. Този тип се нарича "вятърна мелница", чиито остриета се въртят срещу вятъра. Конструкцията на хоризонталните вятърни генератори осигурява автоматично въртене на главата (в търсене на вятър), както и въртене на лопатките, за да се използва вятърът с ниска сила.

Вертикалните вятърни турбини са много по-малко ефективни. Лопатките на такава турбина се въртят успоредно на повърхността на земята във всяка посока и сила на вятъра. Тъй като във всяка посока на вятъра половината от лопатките на вятърното колело винаги се върти срещу него, вятърната мелница губи половината от мощността си, което значително намалява енергийната ефективност на инсталацията. Въпреки това, този тип вятърна турбина е по-лесна за инсталиране и поддръжка, тъй като нейната скоростна кутия и генератор са поставени на земята. Недостатъците на вертикалния генератор са: скъпа инсталация, значителни експлоатационни разходи и фактът, че е необходимо много място за инсталиране на такава вятърна турбина.

Вятърните турбини от хоризонтален тип са по-подходящи за производство на електроенергия в индустриален мащаб, те се използват в случай на създаване на система за вятърни паркове. Вертикалните често се използват за нуждите на малки частни домакинства.

Класификация по броя на остриетата:

Двулопатен.
Трилопатен.
Много остриета (50 или повече остриета).

Според броя на лопатките всички инсталации се делят на дву- и три- и многолопаткови (50 или повече лопатки). За да се генерира необходимото количество електроенергия, не е необходим фактът на въртене, а постигането на необходимия брой обороти.

Всяко гребло (по избор) увеличава общата сумасъпротивление на вятърното колело, което затруднява достигането на работната скорост на генератора. По този начин инсталациите с много лопатки започват да се въртят при по-ниски скорости на вятъра, но се използват, когато самият факт на въртене има значение, като например при изпомпване на вода. Вятърните турбини с голям брой лопатки практически не се използват за производство на електроенергия. Освен това не се препоръчва да се монтира скоростна кутия върху тях, защото това усложнява дизайна и го прави по-малко надежден.

Класификация на материала на острието:

Вятърни генератори с твърди лопатки.
Ветроходни вятърни генератори.

Трябва да се отбележи, че ветрилните лопатки са много по-лесни за производство и следователно по-евтини от твърдите метални или фибростъкло. Тези спестявания обаче могат да дойдат с неочаквани разходи. Ако диаметърът на вятърното колело е 3 m, тогава при скорост на генератора 400-600 rpm върхът на перката достига скорост от 500 km/h. Предвид факта, че въздухът съдържа пясък и прах, този факт е сериозен тест дори за твърди лопатки, които при стабилна работа изискват годишна смяна на антикорозионния филм, положен върху краищата на лопатките. Ако антикорозионният филм не се актуализира, тогава твърдото острие постепенно ще започне да губи своята производителност.

Лопатките от ветроходен тип изискват подмяна не веднъж годишно, а веднага след появата на първия сериозен вятър. Следователно автономното електрозахранване, което изисква значителна надеждност на компонентите на системата, не отчита използването на лопатки тип платно.

Класификация на терена:

Фиксирана стъпка на винта.
Променлива стъпка на винта.

Разбира се, променливата стъпка на витлото увеличава обхвата на ефективните работни скорости на вятърния генератор. Въвеждането на този механизъм обаче води до усложняване на дизайна на лопатките, до увеличаване на теглото на вятърното колело и също така намалява общата надеждност на вятърната турбина. Последицата от това е необходимостта от укрепване на конструкцията, което води до значително увеличение на цената на системата не само по време на придобиване, но и по време на експлоатация.

Съвременните вятърни турбини са високотехнологични продукти с мощност от 100 до 6 MW. Вятърните турбини с новаторски дизайн позволяват рентабилно използване на енергията на най-слабия вятър - от 2 m/s. С помощта на вятърни турбини днес е възможно успешно да се решат проблемите с електрозахранването на островни или местни съоръжения с всякакъв капацитет.