Vertikálne veterné turbíny

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Zatiaľ čo dnes existuje mnoho pokročilejších spôsobov výroby energie, veterné turbíny sa kedysi používali takmer všade. Samozrejme, používajú sa dodnes, ale ich počet sa výrazne znížil. Aby sme pochopili, ako fungujú, je dôležité vedieť, že vietor je forma slnečnej energie.

Všeobecný popis

Veterné turbíny fungujú pomocou veterných prúdov. Prečo je však vietor schopný vyrábať elektrinu? K tomuto javu dochádza v dôsledku toho, že dochádza k nerovnomernému zahrievaniu zemskej atmosféry, štruktúra povrchu planéty je nepravidelná a tiež preto, že sa otáča. Veterné turbíny alebo veterné generátory sú schopné premeniť kinetickú energiu vetra na mechanickú energiu, ktorú možno neskôr použiť na iné úlohy.

Ako presne tieto zariadenia vyrábajú elektrinu pomocou bežného vetra? V skutočnosti je všetko celkom jednoduché. Princíp činnosti takejto turbíny je priamo opačný ako pri prevádzke ventilátora. Vplyvom sily vetra sa lopatky veternej turbíny otáčajú, čo následne spôsobuje, že hriadeľ pripojený ku generátoru vyrába elektrickú energiu.

Typy turbín

Existuje niekoľko typov rôznych turbín. Inžinieri rozlišujú dve hlavné kategórie, ktoré sa v súčasnosti používajú. Prvá kategória je horizontálna-axiálna a druhá kategória je vertikálne-axiálna. Prvý typ veternej turbíny má najbežnejšiu konštrukciu, ktorá obsahuje dve alebo tri lopatky. Jednotky s tromi lopatkami fungujú na princípe „proti vetru“. Samotné prvky sú nastavené tak, aby sa pozerali na vietor.

Jednou z najväčších turbín na svete je GE Wind Energy. Výkon tohto zariadenia je 3,6 megawattov. Tu stojí za zmienku, že čím väčšia je turbína, tým je účinnejšia. Okrem toho sa pomer úžitku a ceny tiež zlepšuje s veľkosťou agregátu.

Súčet turbíny

Prvým indikátorom, podľa ktorého sa zariadenie vyberá, je napájanie. Ak si vezmeme „servisné“turbíny, tak ich výkon môže začínať od 100 kW a dosiahnuť niekoľko MW. Je tiež dôležité poznamenať, že vertikálne aj horizontálne veterné turbíny môžu byť zoskupené. Takéto skupiny sa najčastejšie označujú ako veterné elektrárne. Účelom takýchto stránok je veľkoobchodná dodávka elektriny do požadovaného objektu.

Ak hovoríme o malých jednoduchých turbínach, ktorých výkon je menší ako 100 kW, najčastejšie sa používajú na zásobovanie elektrinou v súkromných domoch, telekomunikačných anténach alebo na zásobovanie energiou čerpadiel na prenos vody. Treba si uvedomiť, že malé turbíny je možné použiť aj v kombinácii s naftovými motormi.generátory, batérie alebo solárne panely. Takýto systém sa nazýva hybridný systém. Používajú sa na miestach, kde nie je iná možnosť pripojenia k elektrickej sieti.

Výhody vertikálnych turbín

V súčasnosti sa oveľa častejšie používa vertikálny typ zariadení. Je to odôvodnené tým, že vertikálny typ má oproti horizontálnym rad výhod.

Na vežiach vertikálneho typu bude zaťaženie pôsobiť rovnomernejšie, čo uľahčuje vytvorenie väčšej konštrukcie z hľadiska jej rozmerov. Okrem toho na inštaláciu rotora na tento typ turbíny nie je potrebné ďalšie vybavenie. Dôležitou výhodou, ktorá zvyšuje efektivitu práce, je, že lopatky vertikálnych turbín môžu byť vyrobené skrútené - vo forme špirály. Je to veľmi dôležité, pretože v tomto prípade ich veterná energia ovplyvní na vstupe aj na výstupe, čo samozrejme zvyšuje efektivitu inštalácie.

Jednou z najdôležitejších výhod vertikálnych turbín je, že keď sú nainštalované, nemá zmysel prispôsobovať os prúdeniu vetra. Tento typ zariadenia bude fungovať s prúdom vetra fúkajúcim z oboch strán.

Bolotovova veterná turbína

Táto jednotka sa odlišuje od ostatných zariadení. Pre bežnú prevádzku turbíny nie je potrebné ju prispôsobovať rôznym poveternostným podmienkam. Veterný prvok tohto dizajnu je schopný vnímať vietor z ktorejkoľvek strany, bez akejkoľveknastavovacie operácie. Tento typ stanice navyše nevyžaduje, aby sa veža otáčala pri zmene smeru vetra. Ďalšou výhodou vertikálnych veterných turbín (VAWT - veterná elektráreň s vertikálnym hriadeľom generátora) je, že majú špeciálnu konštrukciu, ktorá umožňuje pracovať s prúdmi vetra akéhokoľvek výkonu. Prevádzka je možná aj počas búrok. Je možné zvoliť počet inštalačných modulov. Od ich počtu bude závisieť výstupný výkon turbíny. To znamená, že zmenou počtu modulov môžete zmeniť výkon jednotky, čo je veľmi výhodné. Ďalšou výhodou je, že veterný prvok je zostavený tak, že umožňuje vysoko účinnú premenu kinetickej energie na mechanickú energiu.

Rozmery veterných turbín Biryukov a Blinov

Toto zariadenie má dvojposchodový rotor s priemerom 0,75 m. Výška tohto prvku je 2 m. Pôsobením čerstvého vetra dokázal takýto rotor úplne roztočiť rotor asynchrónneho hriadeľ s výkonom do 1,2 kW. Turbína dokázala bez poruchy odolať sile vetra až 30 m/s.

Stojí za to hovoriť o tom, prečo je veterná turbína považovaná za úspech dvoch vedcov. Ide o to, že v 60. rokoch. v ZSSR vedec Biryukov patentoval kolotočový veterný generátor s KYJEV 46%. O niečo neskôr však inžinier Blinov dokázal použiť rovnaký dizajn, ale s ukazovateľom 58 % KYJEV.

Turbínyhyperboloidný typ

Veterné turbíny hyperboloidného typu boli založené na nápadoch takého inžiniera, akým bol Shukhov Vladimir Grigoryevič.

Medzi vlastnosti tohto typu turbíny patrí skutočnosť, že má väčšiu pracovnú plochu prúdenia vetra. Ak tento ukazovateľ porovnáme s inými kategóriami zariadení, tak hyperboloidný typ vykazuje výsledky o 7-8% lepšie, ak počítame zo zametenej oblasti. Tento indikátor platí pre tie typy, v ktorých je pracovná oblasť prúdenia vetra lopatková. Ak tento typ porovnáme napríklad s turbínami Darrieus a Savonius, tak rozdiel bude 40-45%.

K špeciálnym vlastnostiam tejto kategórie jednotiek patrí aj to, že sú schopné pracovať so stúpajúcimi prúdmi vzduchu. Je veľmi produktívne, ak generátor nainštalujete v blízkosti jazera, močiara, svahu atď.

Výhody takýchto turbín zahŕňajú fakt, že línia dotyku aktívnej vrstvy vzduchu, ktorá obmýva hyperboloid, bude 1,6-krát dlhšia ako u podobného valca rotujúceho ako rotačný veterný generátor. Prirodzene, z toho vyplýva záver, že účinnosť bude vyššia o rovnakú hodnotu.

Chyby

Napriek mnohým výhodám a vlastnostiam týchto turbín majú aj niektoré nevýhody.

Medzi negatívne faktory patrí skutočnosť, že keď sa lopatky generátora otáčajú proti prúdom vetra, tento typ generátora spôsobí značné straty, čo následne povedie k zníženiu efektivity práce približne o polovicu. Pokles tohto ukazovateľa je veľmi citeľný, ak porovnáme vertikálne turbíny s horizontálnymi, ktoré takéto straty nemajú.

Ďalšou nevýhodou je, že vertikálna veterná turbína musí byť veľmi dlhá. Ak ho umiestnite blízko zeme, kde je rýchlosť vetra oveľa nižšia ako vo vysokej nadmorskej výške, potom môžu nastať problémy so štartovaním rotora, ktorý potrebuje zatlačenie, aby začal pracovať. Sama o sebe sa vôbec nespustí. Môžete samozrejme nainštalovať špeciálne veže na zdvihnutie lopatiek vyššie, ale spodná časť rotora bude stále príliš nízka.

Medzi ďalšie nevýhody patrí skutočnosť, že v zime sa na lopatkách veterných turbín tvorí námraza. Za zmienku stojí aj veľké množstvo hluku, ktoré turbíny vydávajú počas prevádzky. Niektoré zariadenia sú dokonca schopné počas svojej prevádzky produkovať škodlivý infrazvuk. Spôsobuje vibrácie, ktoré môžu spôsobiť rachotenie skla, okien a riadu.

Zábavný fakt: Ako zdroj energie boli použité veterné turbíny RimWorld.