Függőleges szélturbinák

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Míg manapság sokkal fejlettebb módjai vannak az energiatermelésnek, a szélturbinákat korábban szinte mindenhol használták. Természetesen ma is használják, de számuk jelentősen csökkent. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan működnek, fontos tudni, hogy a szél a napenergia egyik formája.

Általános leírás

A szélturbinák széláramokkal működnek. De miért képes a szél áramot termelni? Ez a jelenség abból adódik, hogy a föld légköre egyenetlenül melegszik, a bolygó felszínének szerkezete szabálytalan, és azért is, mert forog. A szélturbinák vagy szélgenerátorok képesek a szél mozgási energiáját mechanikai energiává alakítani, amelyet később más feladatokra is felhasználhatnak.

Pontosan hogyan termelnek áramot ezek az eszközök normál szél használatával? Valójában minden nagyon egyszerű. Az ilyen turbina működési elve közvetlenül ellentétes a ventilátor működésével. A szél erejének hatására a szélturbina lapátjai elfordulnak, ami viszont a generátorhoz csatlakoztatott elektromos áramot termelő tengely forgását idézi elő.

Turbinatípusok

Többféle turbina létezik. A mérnökök jelenleg két fő kategóriát különböztetnek meg. Az első kategória vízszintes-axiális, a második kategória függőleges-axiális. Az első típusú szélturbina a legelterjedtebb kialakítású, amely két vagy három lapátot tartalmaz. A három lapáttal ellátott egységek a „szél ellen” elvén működnek. Maguk az elemek úgy vannak beállítva, hogy a szél felé nézzenek.

A világ egyik legnagyobb turbinája a GE Wind Energy. Ennek a készüléknek a teljesítménye 3,6 megawatt. Itt érdemes megjegyezni, hogy minél nagyobb a turbina, annál hatékonyabb. Ezenkívül a haszon/ár arány is javul az aggregátum méretével.

Turbina összesen

Az eszköz kiválasztásának első mutatója a teljesítmény. Ha a "szerviz" turbinákat vesszük, akkor teljesítményük 100 kW-tól indulhat és elérheti a több MW-ot. Fontos megjegyezni azt is, hogy a függőleges és vízszintes szélturbinák is csoportosíthatók. Az ilyen csoportokat leggyakrabban szélerőműveknek nevezik. Az ilyen oldalak célja a kívánt objektum nagykereskedelmi villamosenergia-ellátása.

Ha kisméretű, 100 kW-nál kisebb teljesítményű turbinákról beszélünk, ezeket leggyakrabban magánházak áramellátására, távközlési antennákra vagy vízátadó szivattyúk energiaellátására használják. Meg kell jegyezni, hogy a kis turbinák dízelmotorokkal kombinálva is használhatók.generátorok, akkumulátorok vagy napelemek. Az ilyen rendszert hibrid rendszernek nevezzük. Olyan helyeken használják, ahol nincs más lehetőség az elektromos hálózatra való csatlakozásra.

A függőleges turbinák előnyei

Jelenleg a függőleges típusú eszközöket sokkal gyakrabban használják. Ezt az indokolja, hogy a függőleges típusnak számos előnye van a vízszintesekkel szemben.

A függőleges típusú tornyokon a terhelés egyenletesebben hat, ami megkönnyíti a méreteit tekintve nagyobb szerkezet kialakítását. Ezenkívül a forgórész ilyen típusú turbinára történő felszereléséhez nincs szükség további berendezésekre. Fontos előny, ami növeli a munkavégzés hatékonyságát, hogy a függőleges turbinák lapátjai csavarva - spirál alakban - készíthetők. Ez nagyon fontos, mert ebben az esetben a szélenergia hatással lesz rájuk a bejáratnál és a kijáratnál is, ami természetesen növeli a telepítés hatékonyságát.

A függőleges turbinák egyik legfontosabb előnye, hogy beszerelésükkor nincs értelme a szél áramlásához igazítani a tengelyt. Az ilyen típusú eszközök mindkét oldalról fújó szélsugárral működnek.

Bolotov szélturbina

Ez az egység kiemelkedik a többi eszköz közül. A turbina normál működéséhez nem szükséges a különféle időjárási viszonyokhoz igazítani. Ennek a kialakításnak a szélerőmű eleme képes érzékelni a szelet bármely oldalról, anélkülbeállítási műveletek. Ezen túlmenően az ilyen típusú állomások nem igénylik, hogy a torony forduljon, ha a szél iránya megváltozik. A függőleges szélturbinák (VAWT - szélerőmű függőleges generátortengellyel) másik előnye, hogy speciális kialakításuk lehetővé teszi, hogy bármilyen teljesítményű széláramlással dolgozzon. Működtetés vihar idején is lehetséges. Lehetőség van a telepítési modulok számának kiválasztására. A turbina kimenő teljesítménye a számuktól függ. Vagyis a modulok számának megváltoztatásával megváltoztathatja az egység teljesítményét, ami nagyon kényelmes. További előnye, hogy a szélerőelemet úgy szerelik össze, hogy lehetővé tegye a kinetikus energia nagy hatásfokú mechanikai energiává történő átalakítását.

A Birjukov és Blinov szélturbina méretei

Ennek az eszköznek egy kétszintes, 0,75 m átmérőjű rotorja van. Ennek az elemnek a magassága 2 m. Friss szél hatására egy ilyen rotor képes volt teljesen megpörgetni egy aszinkron rotort 1,2 kW teljesítményű tengely. A turbina akár 30 m/s szélerősséget is képes meghibásodás nélkül ellenállni.

Érdemes beszélni arról, hogy a szélturbinát miért tartják két tudós vívmányának. A helyzet az, hogy a 60-as években. a Szovjetunióban Birjukov tudós szabadalmaztatott egy körhinta szélgenerátort KIEV 46%-ával. Azonban valamivel később Blinov mérnök ugyanezt a tervet tudta használni, de 58%-os KIEV mutatóval.

Turbinákhiperboloid típus

A hiperboloid típusú szélturbinák egy olyan mérnök ötletein alapultak, mint Shukhov Vlagyimir Grigorjevics.

Az ilyen típusú turbinák jellemzői közé tartozik, hogy nagyobb a széláramlás munkaterülete. Ha ezt a mutatót más kategóriájú készülékekkel hasonlítjuk össze, akkor a hiperboloid típus 7-8%-kal jobb eredményeket mutat, ha a sepert területről számolunk. Ez a mutató azokra a típusokra vonatkozik, amelyekben a széláramlás munkaterülete lamellák. Ha ezt a típust összehasonlítjuk például a Darrieus és Savonius turbinákkal, akkor a különbség 40-45% lesz.

Az egységek e kategóriájának különleges tulajdonságai közé tartozik az is, hogy képesek felfelé irányuló légáramlással dolgozni. Nagyon produktív, ha a generátort tó, mocsár, domboldal, stb. közelében telepíti.

Az ilyen turbinák előnyei közé tartozik, hogy a hiperboloidot mosó aktív levegőréteg érintkezési vonala 1,6-szor hosszabb lesz, mint egy hasonló, forgó szélgenerátorként forgó hengeré. Természetesen ebből az a következtetés vonható le, hogy a hatékonyság ugyanennyivel nagyobb lesz.

Hibák

A turbinák számos előnye és jellemzője ellenére van néhány hátrányuk is.

A negatív tényezők közé tartozik, hogy amikor a generátorlapátok széláramokkal szemben forognak, az ilyen típusú generátorok jelentős veszteségeket szenvednek el, ami viszont a munka hatékonyságának körülbelül felére csökkenéséhez vezet. Ennek a mutatónak a csökkenése nagyon észrevehető, ha összehasonlítjuk a függőleges turbinákat a vízszintesekkel, amelyeknek nincs ilyen vesztesége.

További hátrány, hogy a függőleges szélturbinának nagyon hosszúnak kell lennie. Ha a talajhoz közel helyezi el, ahol a szélsebesség jóval kisebb, mint nagy magasságban, akkor problémák adódhatnak a forgórész beindításával, aminek a működéséhez lökés kell. Magától egyáltalán nem indul el. Természetesen telepíthet speciális tornyokat a lapátok magasabbra emelésére, de a rotor alsó része továbbra is túl alacsony lesz.

További hátrányok közé tartozik, hogy télen jégcsapok képződnek a szélturbinák lapátjain. Érdemes megjegyezni azt a nagy mennyiségű zajt is, amelyet a turbinák működés közben bocsátanak ki. Egyes létesítmények akár káros infrahangok előállítására is képesek működésük során. Rezgést okoz, ami az üvegek, ablakok, edények csörgését okozhatja.

Szórakoztató tény: a RimWorld szélturbináit használták áramforrásként.