Vertikālās vēja turbīnas

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Lai gan mūsdienās ir daudz modernāku enerģijas ražošanas veidu, vēja turbīnas izmantoja gandrīz visur. Protams, tos izmanto arī mūsdienās, taču to skaits ir ievērojami samazinājies. Lai saprastu, kā tie darbojas, ir svarīgi zināt, ka vējš ir saules enerģijas veids.

Vispārīgs apraksts

Vēja turbīnas darbojas, izmantojot vēja straumes. Bet kāpēc vējš spēj ražot elektrību? Šī parādība rodas tāpēc, ka notiek nevienmērīga zemes atmosfēras sasilšana, planētas virsmas struktūra ir neregulāra, kā arī tāpēc, ka tā griežas. Vēja turbīnas jeb vēja ģeneratori spēj pārvērst vēja kinētisko enerģiju mehāniskajā enerģijā, ko vēlāk var izmantot dažiem citiem uzdevumiem.

Kā tieši šīs ierīces ģenerē elektrību, izmantojot parasto vēju? Patiesībā viss ir pavisam vienkārši. Šādas turbīnas darbības princips ir tieši pretējs ventilatora darbībai. Vēja spēka ietekmē vēja turbīnas lāpstiņas griežas, kas savukārt liek griezties ģeneratoram pievienotajai vārpstai, kas ražo elektroenerģiju.

Turbīnu veidi

Ir vairāki dažādu turbīnu veidi. Inženieri izšķir divas galvenās pašlaik izmantotās kategorijas. Pirmā kategorija ir horizontāli aksiāla, bet otrā kategorija ir vertikāli aksiāla. Pirmā tipa vēja turbīnām ir visizplatītākā konstrukcija, kas ietver divus vai trīs lāpstiņas. Vienības ar trim asmeņiem darbojas pēc principa "pret vēju". Paši elementi ir iestatīti tā, lai tie skatītos pret vēju.

Viena no lielākajām turbīnām pasaulē ir GE Wind Energy. Šīs ierīces jauda ir 3,6 megavati. Šeit ir vērts atzīmēt, ka jo lielāka ir turbīna, jo tā ir efektīvāka. Turklāt, palielinoties kopsavilkuma apjomam, uzlabojas arī ieguvumu un cenas attiecība.

Turbīnu kopsummas

Pirmais indikators, pēc kura tiek atlasīta ierīce, ir jauda. Ja ņemam "servisa" turbīnas, tad to jauda var sākties no 100 kW un sasniegt vairākus MW. Ir arī svarīgi atzīmēt, ka gan vertikālās, gan horizontālās vēja turbīnas var grupēt kopā. Šādas grupas visbiežāk sauc par vēja parkiem. Šādu vietņu mērķis ir elektroenerģijas vairumtirdzniecības piegāde vēlamajam objektam.

Ja runājam par mazām vienturbīnām, kuru jauda ir mazāka par 100 kW, tās visbiežāk tiek izmantotas privātmāju elektroenerģijas padevei, telekomunikāciju antenām vai ūdens pārvades sūkņu apgādei ar enerģiju. Jāpiebilst, ka mazās turbīnas var izmantot arī kombinācijā ar dīzeļdzinējiem.ģeneratori, akumulatori vai saules paneļi. Šādu sistēmu sauc par hibrīdsistēmu. Tos izmanto vietās, kur nav citas iespējas pieslēgties elektrotīklam.

Vertikālo turbīnu priekšrocības

Šobrīd daudz biežāk tiek izmantotas vertikālā tipa ierīces. Tas ir attaisnojams ar to, ka vertikālajam tipam ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar horizontālajiem.

Uz vertikālā tipa torņiem slodze darbosies vienmērīgāk, kas atvieglo tās izmēru ziņā lielākas konstrukcijas izveidi. Turklāt, lai uzstādītu rotoru šāda veida turbīnām, nav nepieciešams papildu aprīkojums. Būtiska priekšrocība, kas paaugstina darba efektivitāti, ir tā, ka vertikālo turbīnu lāpstiņas var izgatavot savītas – spirāles formā. Tas ir ļoti svarīgi, jo šajā gadījumā vēja enerģija tos ietekmēs gan pie ieejas, gan pie izejas, kas, protams, paaugstina instalācijas efektivitāti.

Viena no svarīgākajām vertikālo turbīnu priekšrocībām ir tā, ka tad, kad tās ir uzstādītas, nav jēgas pielāgot asi vēja plūsmai. Šāda veida ierīce darbosies ar vēja straumi, kas pūš no abām pusēm.

Bolotova vēja turbīna

Šī ierīce izceļas citu ierīču vidū. Normālai turbīnas darbībai nav nepieciešams to pielāgot dažādiem laikapstākļiem. Šī dizaina vēja enerģijas elements spēj uztvert vēju no jebkuras puses, bez jebkādāmiestatīšanas operācijas. Turklāt šāda veida stacijām nav nepieciešams, lai tornis grieztos, mainoties vēja virzienam. Vēl viena vertikālo vēja turbīnu (VAWT - vēja elektrostacija ar vertikālu ģeneratora vārpstu) priekšrocība ir tā, ka tām ir īpašs dizains, kas ļauj strādāt ar jebkuras jaudas vēja plūsmām. Iespējama darbība pat vētras laikā. Ir iespēja izvēlēties uzstādīšanas moduļu skaitu. Turbīnas izejas jauda būs atkarīga no to skaita. Tas ir, mainot moduļu skaitu, jūs varat mainīt vienības jaudu, kas ir ļoti ērti. Vēl viena priekšrocība ir tā, ka vēja spēka elements ir samontēts tā, lai tas nodrošinātu augstas efektivitātes kinētiskās enerģijas pārvēršanu mehāniskajā enerģijā.

Birjukova un Bļinova vēja turbīnas izmēri

Šai ierīcei ir divstāvu rotors ar diametru 0,75 m. Šī elementa augstums ir 2 m. Svaiga vēja iedarbībā šāds rotors spēja pilnībā pagriezt asinhrona rotoru. vārpsta ar jaudu līdz 1,2 kW. Turbīna bez bojājumiem varēja izturēt vēja spēku līdz 30 m/s.

Vērts runāt par to, kāpēc vēja turbīna tiek uzskatīta par divu zinātnieku sasniegumu. Lieta tāda, ka 60. gados. PSRS zinātnieks Birjukovs patentēja karuseļveida vēja ģeneratoru ar KIEV 46%. Tomēr nedaudz vēlāk inženieris Bļinovs varēja izmantot to pašu dizainu, bet ar rādītāju 58% KIEV.

Turbīnashiperboloīda tips

Hiperboloīda tipa vēja turbīnas tika balstītas uz tāda inženiera kā Šuhova Vladimira Grigorjeviča idejām.

Šāda veida turbīnu īpašības ietver to, ka tai ir lielāka vēja plūsmas darba zona. Ja salīdzinām šo rādītāju ar citām ierīču kategorijām, tad hiperboloīda tips uzrāda rezultātus par 7-8% labāk, ja rēķina no izslaucītā laukuma. Šis indikators ir derīgs tiem tipiem, kuros vēja plūsmas darba zona ir samazināta. Ja salīdzinām šo tipu, piemēram, ar Darrieus un Savonius turbīnām, tad atšķirība būs 40-45%.

Šīs ierīču kategorijas īpašās īpašības ietver arī to, ka tās spēj strādāt ar augšupvērstām gaisa plūsmām. Tas ir ļoti produktīvi, ja uzstādāt ģeneratoru netālu no ezera, purva, kalna nogāzes utt.

Pie šādu turbīnu priekšrocībām var minēt to, ka aktīvā gaisa slāņa, kas mazgā hiperboloīdu, saskares līnija būs 1,6 reizes garāka nekā līdzīgam cilindram, kas rotē kā rotējošais vēja ģenerators. Protams, no tā izriet secinājums, ka efektivitāte būs tikpat liela.

Trūkumi

Neskatoties uz šo turbīnu daudzajām priekšrocībām un funkcijām, tām ir arī daži trūkumi.

Pie negatīvajiem faktoriem var minēt to, ka, ģeneratora lāpstiņām griežoties pret vēja straumēm, šāda veida ģeneratoriem radīsies ievērojami zaudējumi, kas, savukārt, novedīs pie darba efektivitātes samazināšanās aptuveni uz pusi. Šī rādītāja samazinājums ir ļoti jūtams, ja salīdzina vertikālās turbīnas ar horizontālajām, kurām nav šādu zudumu.

Vēl viens trūkums ir tas, ka vertikālajai vēja turbīnai jābūt ļoti garai. Ja novietojat to tuvu zemei, kur vēja ātrums ir daudz mazāks nekā lielā augstumā, tad var rasties problēmas ar rotoru iedarbināšanu, kuram nepieciešams grūdiens, lai sāktu darboties. Pats par sevi tas nemaz nesākas. Jūs, protams, varat uzstādīt īpašus torņus, lai paceltu lāpstiņas augstāk, taču rotora apakšējā daļa joprojām būs pārāk zema.

Citus trūkumus var minēt to, ka ziemā uz vēja turbīnu lāpstiņām veidosies lāstekas. Ir arī vērts atzīmēt lielo trokšņa daudzumu, ko turbīnas izstaro darbības laikā. Dažas iekārtas pat spēj radīt kaitīgu infraskaņu to darbības laikā. Tas izraisa vibrāciju, kas var izraisīt stiklu, logu, trauku grabēšanu.

Jautrs fakts: RimWorld vēja turbīnas tika izmantotas kā enerģijas avots.