Centrale eoliene: tipuri, modele, avantaje

Energia eoliană nu este o ramură nouă de furnizare a energiei, dar în condițiile actuale, ea dobândește din ce în ce mai multe semne ale unei direcții promițătoare pentru dezvoltarea ulterioară. Deocamdată, este dificil de vorbit despre un concept de proiectare universal pentru implementarea tehnică a centralelor eoliene. Cu toate acestea, succesul soluțiilor tehnice individuale ne face să credem că în viitorul apropiat va exista și un model unic de proiectare unificat. În prezent, există mai multe tipuri de centrale eoliene utilizate în întreaga lume, fiecare dintre acestea având propriile puncte forte.

Principiul general de funcționare a generatoarelor de energie eoliană

La fel ca majoritatea surselor moderne de energie alternativă, un generator eolian funcționează prin exercitarea forței printr-un proces natural al naturii. Este fluxul de vânt generat de încălzirea neuniformă a suprafeței Pământului de către soare. Aproape toate turbinele eoliene funcționează după următorul principiu: curenții de aer rotesc o roată pe un arbore special cu palete, transmițând astfel cuplul la generator sau la pachetul de baterii. Atunci când fluxul de aer este stabil și puternic, turbinele eoliene pot produce un randament de 45-50%. Inconstanța vântului și forța acestuia este cea care dă naștere la marea diversitate a modelelor de turbine eoliene, care sunt, de asemenea, proiectate în funcție de condițiile climatice specifice de utilizare.

Care sunt principalele avantaje ale turbinelor eoliene??

Evaluați eficiența muncii turbinele eoliene pot fi comparate cu sursele de energie tradiționale, precum și cu generatoarele bazate pe resurse regenerabile gratuite. Avantajele cele mai pronunțate ale acestor sisteme, care dau speranțe pentru dezvoltarea lor cu succes în viitor, sunt următoarele:

• Energia eoliană în sine nu este doar regenerabilă, ci și disponibilă pentru stocare și procesare.
• Beneficiu economic. Nu se pot face încă estimări neechivoce privind economia specifică, din cauza diversității sistemelor care funcționează la capacități diferite. Dar se poate vorbi de rezultate remarcabile, așa cum arată proiectele individuale. De exemplu, cât costă un kilowatt de energie electrică produsă de o mare turbină eoliană offshore? Acesta poate fi în intervalul 2 - 12 RUB. pe kWh.
• Ecologic. Funcționarea centralelor eoliene nu implică emisii nocive care să polueze atmosfera.
• Compactitate. Chiar și la scară industrială, instalațiile eoliene nu pot fi comparate cu centralele electrice convenționale. Acest lucru se datorează în mare parte autonomiei și independenței acestor sisteme față de utilitățile și resursele auxiliare.

Generatoare cu axă orizontală

Schema structurală a acestor turbine eoliene include un generator electric, o cutie de viteze, palete și un turn cu un cadru. Configurația lamelelor este realizată astfel încât aerul să curgă în pâlnie creând un moment de torsiune. O condiție prealabilă importantă pentru funcționarea turbinelor eoliene pentru producerea de energie electrică este capacitatea de a se adapta la caracteristicile fluxului (direcție și intensitate). În acest scop, structurile sunt prevăzute cu mecanisme de rotire și înclinare a lamelor în raport cu suprafața solului. Cele mai avansate modele utilizează și controlere controlate automat. În ceea ce privește punerea în aplicare a roții eoliene, configurația cu trei palete este utilizată mai des în sistemele orizontale. Și pentru a crește performanța generatoarelor, inginerii tind să mărească dimensiunea părții funcționale-receptoare, ceea ce, de exemplu, explică și tendința actuală de a renunța la plastic și metale ușoare în favoarea pieselor compozite scumpe în construcția structurilor.

Generatoare pe axa verticală

La astfel de generatoare au un avantaj semnificativ față de modelele orizontale, care este lipsa necesității de instrumente suplimentare de control și gestionare a instalației. Altfel spus, o turbină eoliană cu axă verticală nu se adaptează în niciun fel la mișcarea curenților în timpul funcționării. Acest caracteristică de interacțiune cu mase de aer reduce simultan tensiunea în paletele generatorului eolian și sarcinile giroscopice. Generatorul și cutia de viteze care formează motorul mașinii pot fi amplasate la baza structurii turnului fără riscul de deteriorare sau defecțiune. Dar, în ciuda tuturor acestor avantaje, mașinile verticale nu au înlocuit complet turbinele eoliene orizontale? Din păcate, astfel de modele au dezavantaje semnificative. Deoarece roata eoliană nu este orientată în funcție de fluxurile de vânt și funcționează întotdeauna într-un interval îngust de captare a energiei, puterea generatorului este în mod logic redusă. Prin urmare, pentru a menține o putere suficientă a turbinelor eoliene verticale este necesară utilizarea lor în masă, cu acoperirea unor suprafețe mari, ceea ce nu este întotdeauna posibil.

Proiecte bazate pe rotorul Darier

Generatoarele eoliene cu rotor vertical se bazează pe schema de rotor Savonius sau Darier. Dar acest grup are și el variantele și modificările sale moderne. Cea mai promițătoare dezvoltare recentă este considerată a fi turbina elicoidală Gorlov, creată în 2001. Este un fel de continuare a conceptului de rotor Darier, dar într-o formă mai optimizată. Lamele verticale în formă de spirală generează energie din aer și din fluxul de apă cu un minim de activitate. În prezent, astfel de generatoare sunt utilizate atât în parcurile eoliene speciale, cât și în centralele hidroelectrice.

Generatoare eoliene cu amplificatoare de flux

Este, de asemenea, o extensie a modelelor clasice de turbine eoliene, dar ajustată pentru condițiile de funcționare de înaltă tehnologie de astăzi. Versiunile cu jgheaburi de alimentare diferă în ceea ce privește disponibilitatea de singur sau Mai multe jgheaburi, care sunt proiectate pentru concentrarea fluxurilor de aer. Elementele conice aerodinamice sub forma acelorași jgheaburi colectează fluxurile pe o suprafață mare, orientându-le spre un singur punct de direcție și mărind astfel viteza sistemului de palete. Dificultatea utilizării turbinelor eoliene cu generatoare de flux este că acestea necesită un grup elementar suplimentar. În plus, singura modalitate de a obține o creștere semnificativă a performanțelor în astfel de sisteme este de a conecta surse de energie auxiliare, ceea ce nu este întotdeauna justificat din punct de vedere economic.

Turbine eoliene fără angrenaje

În concordanță cu ideea de optimizare structurală, a apărut și o variantă de turbină eoliană fără angrenaje. În schimb, se utilizează un canal inelar prevăzut cu un miez metalic intern. Acest inel este instalat în jurul jantei rotorului. Există, de asemenea, un grup de magneți, care interacționează cu bara de metal și generează curent. Turbinele eoliene fără reductoare cu un diametru al rotorului de aproximativ 200 cm pot produce până la 1500 kWh pe an. Principalul avantaj al acestei construcții este reducerea pierderilor de energie care apar în mod natural în funcționarea generatoarelor prevăzute cu cutii de viteze. Dar această virtute este plătită în detrimentul limitelor de viteză. Este necesară o viteză a vântului de cel puțin 2 m/s pentru ca sistemul să funcționeze în mod optim.

Caracteristicile turbinelor eoliene industriale

Turbinele eoliene industriale au două diferențe fundamentale - dimensiuni mari și putere mare de ieșire. Din aceste caracteristici rezultă atât avantajele, cât și dezavantajele acestui tip de stație. În ceea ce privește designul, este suficient să spunem că înălțimea turbinelor eoliene industriale moderne poate ajunge la 150-200 m, iar palele Mach - mai mult de 100 m. Pentru a susține o astfel de structură masivă, se efectuează lucrări de construcție extinse pe site-ul de fundație. Puterea mare necesită, de asemenea, complicarea infrastructurii funcționale. De exemplu, controlerele turbinei eoliene sunt utilizate pentru a controla procesul de conversie a energiei și pentru a înregistra încărcarea curentă a bateriei. În plus, ingineria electrică a acestor instalații include invertoare și sisteme de protecție împotriva scurtcircuitelor.

Particularități ale turbinelor eoliene de uz casnic

Cele mai simple turbine eoliene nu pot fi pur și simplu folosite acasă, ci pot fi asamblate manual. În general, acestea sunt unități mici, cu o înălțime maximă de 10 m și o capacitate de producție între 0,5 și 5 kW. Ca sursă de energie pasivă pentru aparate de uz casnic sau grupuri individuale de dispozitive electrice, merită. Cu toate acestea, turbinele eoliene compacte în număr mare sunt folosite astăzi și de marile companii pentru pentru a alimenta instalațiile de producție de energie. Pe baza parcurilor de mini turbine eoliene se formează mai degrabă sisteme de înaltă performanță și fiabilitate, care pot concura și cu generatoare unice de mare capacitate.

Caracteristicile turbinelor eoliene offshore

Popularitatea acestui tip de turbină eoliană se datorează mai multor avantaje față de instalațiile onshore. Este vorba, în principal, de condiții de funcționare mai stabile, deoarece curenții de vânt nu întâlnesc obstacole la o distanță de linia de coastă. Proiectele de centrale eoliene offshore pot fi împărțite în două grupe - pe suport și plutitoare. Primele se instalează în ape de mică adâncime, cu suportul clasic în sol, sub apă. Stațiile plutitoare, respectiv, au propria platformă plutitoare, fixată prin ancore și alte dispozitive marine.

Combinarea structurilor turbinelor eoliene cu cadrele clădirilor

Există, de asemenea, un grup foarte promițător de turbine eoliene, care sunt literalmente integrate în carcasele clădirilor înalte. Această soluție are două avantaje - condiții favorabile pentru "recepția" fluxurilor și un traseu energetic mai scurt, deoarece sursa finală de alimentare este, de obicei, consumatorii din interiorul clădirii. În momentul de față, integrarea centralelor eoliene de acest tip se face adesea cu ajutorul unor cilindri aerodinamici speciali care sunt fixați pe acoperișurile zgârie-norilor. De asemenea, se dezvoltă conceptul de mini-propulsoare, care pot fi amplasate în orice parte a unei clădiri înalte. Dispozitivele sunt literalmente încorporate în pereți și apoi conectate la rețea, generând o cantitate mică, dar stabilă de energie.

Concluzie

Interesul pentru turbinele eoliene a crescut semnificativ în Rusia în ultimii ani. Din când în când, în diferite regiuni sunt puse în funcțiune centrale mari cu o capacitate de până la 30-50 MW. Turbinele eoliene sunt deosebit de utile pentru țara noastră, deoarece fac posibilă alimentarea cu energie a regiunilor îndepărtate, unde alte mijloace de alimentare cu energie nu sunt disponibile în acest moment. Segmentul centralelor eoliene de mici dimensiuni se dezvoltă, de asemenea, în mod activ. Sistemele individuale de alimentare cu energie electrică de 1-5 kW au devenit foarte populare în Rusia. În același timp, dezvoltatorii nu refuză să combine principii de funcționare turbine eoliene cu motoare cu ardere internă. Succesele în această direcție sunt demonstrate, printre altele, de construcțiile eoliene-diesel. Este greu de spus cât de mare va fi cererea de energie eoliană în Rusia în următoarele decenii, deoarece poziția surselor tradiționale de energie este încă puternică. Dar tendințele de trecere la energie alternativă din întreaga lume sunt de natură să stimuleze industria rusă să exploreze în mod activ.