Jak fungují výkonné průmyslové větrné turbíny
Přirozenou reakcí atmosféry na nerovnoměrné zahřívání jejích různých vrstev je vítr. Vzniklé tlakové rozdíly v atmosféře způsobují, že vítr fouká z oblastí vysokého tlaku do oblastí nízkého tlaku a čím větší je tlakový rozdíl, tím je vítr silnější – tím vyšší je jeho rychlost. Teoreticky se předpokládá, že až 2 % slunečního záření se díky přirozenému pohybu vzduchu v atmosféře přemění na mechanickou energii větru.
Je známo, že reliéf určité oblasti může buď zvýšit vítr, nebo omezit proudění vzduchu. V oblastech horských pásem, průsmyků, v blízkosti říčních kaňonů jsou tedy podmínky pro instalaci větrných turbín skutečně ideální. A pokud si pamatujeme, že výkon, který lze získat z větru, je úměrný množství vzduchu procházejícího turbínou a třetí mocnině její rychlosti, pak je snadné pochopit vyhlídky, které se tímto směrem rychle otevírají.
Vítr je jistě jedním z nejslibnějších obnovitelných zdrojů přírodní energie. Ne nadarmo se v mnoha zemích rok od roku staví stále více větrných parků a větrných elektráren, zejména v pobřežních částech moří, oceánů a na pláních.
Nárazový charakter větru nepřispívá ke stabilnímu napájení elektrických sítí, a tak se akumulace energie pro její další využití stává důležitým úkolem. Ale tento problém se řeší – budují se průmyslové i soukromé bateriové systémy pro ukládání elektřiny a přijímají se opatření k zajištění nepřetržitého napájení.
A nyní můžeme s jistotou říci, že výkonný průmyslový větrný generátor (jako je Enercon E-126), s kapacitou 6-8 MW, integrovaný do systému napájení malého města, bude schopen uspokojit potřeby svých obyvatel a potřeby elektrifikované infrastruktury.
Pojďme však k věci a uvažujme o struktuře průmyslového větrného generátoru. Koneckonců, každý větrný generátor je produktem pečlivého inženýrského myšlení, výsledkem přesných výpočtů a dlouhého návrhu, s cílem získat efektivní a spolehlivý měnič větrné energie na elektrickou energii, takže každý detail obrovské konstrukce není v žádném případě náhodný. Jako příklad uvedeme návrh větrného generátoru Enercon E-126 a zvážíme jeho hlavní části.
Věž (7), vysoká desítky metrů, je oporou pro průmyslový větrný generátor. Je vyroben výhradně ze železobetonu postupným zaléváním do bednění nebo sestaven z krátkých železobetonových prstenců, které se instalují postupně na sebe a spojují se protahováním kabelů rámu. Železobeton je dostatečně pevný, aby unesl těžkou turbínu a gondolu a vydržel namáhání provozu větrné turbíny, čímž zabraňuje převrácení konstrukce.
Základna věže spočívá na železobetonovém základu (8), jehož hmotnost je srovnatelná s hmotností samotné věže. Například větrná turbína Enercon E-126 má celkovou hmotnost asi 6000 tun. Podpěra nemá válcový tvar; tvarem se blíží komolému kuželu než válci. Věž rozšířená na základně bezpečně drží celou konstrukci ve správné poloze.
Lopatky a rotor
Lopatky (6) a rotor (5) průmyslového větrného generátoru jsou vyrobeny ze speciálního kompozitního vlákna na bázi oceli. Lopatky větrných turbín jsou sestavovány z jednotlivých segmentů nebo vyráběny jako monolit v závislosti na jejich rozpětí. K připevnění lopatek k rotoru se obvykle používají šrouby a náboj. Samotné lopatky jsou připevněny k náboji a náboj je připevněn přímo k rotoru generátoru.
Rotace turbíny kolem věže
K otáčení turbíny kolem věže slouží asynchronní motor (3), spojený ozubeným převodem s prstencem na základně gondoly. Takové motory mohou být jeden až tři v závislosti na velikosti větrného generátoru a jeho výkonu.
Jestliže se dříve jednotky podobné konstrukce jako standardní synchronní generátory používaly jako generátory pro větrné turbíny, pak se na počátku 2000. století objevila inovace, jako je prstencový generátor (1). Zde je rotor turbíny spojený s nábojem zároveň rotorem generátoru.
Na prstencovém rotoru jsou vinutí nezávislého buzení, která tvoří magnetické póly, a na statoru je tedy vinutí statoru. Statorové vinutí je rozděleno na části (v případě Enercon E-126 – na čtyři části), z nichž každá je připojena k samostatné jednotce usměrňovače. Regulátor generátoru je umístěn ve strojovně (2) gondoly.
Po usměrnění je stejnosměrné napětí 400 V přivedeno do střídače (4) instalovaného na patě věže, kde se energie přemění na střídavý proud a po transformaci je přivedena do vedení pro přenos energie.
Na klíčové komponenty moderní průmyslové větrné turbíny jsme se podívali na příkladu modelu Enercon E-126, který byl poprvé instalován poblíž německého města Emden v roce 2007. Výkon generátoru je v současnosti 7,58 MW, což stačí na celoroční zásobování 4500 chatami elektrickou energií.
K dnešnímu dni Enercon postavil více než 13000 2010 podobných větrných turbín po celém světě, jejichž celkový instalovaný výkon již v roce 2846 přesáhl XNUMX XNUMX MW.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí:
Nejprve přeměňuje kinetickou energii větru na mechanickou energii rotoru a poté na elektrickou energii. Výkon větrného generátoru může být od 5 kW do 4500 kW. Moderní zařízení vyrábějí energii i z velmi slabého větru – od 4 m/s.
Princip přeměny větrné energie: proudění větru roztočí lopatky větrného generátoru, projde turbínou, uvede ji do pohybu a ta se začne otáčet. Na hřídeli turbíny se generuje energie, která bude úměrná proudění větru. Čím silnější vítr, tím více energie vzniká. Poté je energie přenášena podél hřídele rotoru do násobiče (pokud existuje), který ji generuje. Produktivnější jsou však zařízení bez násobiče, který urychluje rotaci osy, protože nevzniká ani neplýtvá přebytečná energie a rychlost větru je zcela dostačující pro optimální provoz větrného generátoru.
Systém větrné elektrárny se skládá z (obr. 1):
Obrázek 1. Struktura větrné elektrárny
Konstrukce větrné turbíny (obr. 2):
Obrázek 2. Konstrukce větrné turbíny
Stožár (může být trubkový nebo příhradový):
Turbína je rotor navržený k přeměně energie lineárního proudu vzduchu;
Řídicí systém turbíny;
Generátor přeměňuje větrnou energii na elektrickou energii;
Spojení přenosu výkonu (násobič nebo samotný hřídel);
Usměrňovač (protože větrné turbíny často používají generátory střídavého proudu ke správnému nabíjení baterie nebo odesílání energie do sítě);
Podle výkonu a oblasti použití jsou větrné generátory klasifikovány jako:
průmyslová (výkon od 500 kW);
domácnost (výkon 0-10 kW).
Zařízení s výkonem od 10 do 500 kW se používají velmi zřídka.
Z hlediska konstrukce se tuzemské typy větrných turbín liší konstrukcí rotoru (turbíny) (obr. 3):
S vodorovnou osou. Liší se v systému řízení turbíny (rotoru), který může být:
aeromechanické (lopatky jsou vybaveny speciálními „klapky“, které mění úhel směru větru: čím vyšší je rychlost větru, tím větší je úhel náběhu lopatek a naopak). Změnou úhlu náběhu můžeme řídit turbínu v nízkých i vysokých otáčkách pro efektivní a správný chod zařízení.
s azimutálním pohonem (elektronika zaznamenává rychlost a směr větru, otáčí nebo natáčí turbínu od větru, pokud rychlost větru překročí nominální).
Se svislou osou – jedná se o neúčinná zařízení, která se nedoporučují používat kvůli řadě nevýhod.
Liší se typem turbín:
Savonius rotor. Jejich nevýhodou je faktor olova. Je-li rychlost větru 10 m/s, pak se bude hrot turbíny otáčet rychlostí 100 m/s, respektive koeficient předstihu je 10. Větrná turbína se ve skutečnosti nemůže sama rozběhnout, je potřeba ji roztočit a teprve potom začne pracovat. Pokud se tak nestane, začne generovat energii až při rychlosti větru 10 m/s nebo více.
Darrieův rotor. Používají se pouze jako anemoskopy, protože nejsou příliš účinné.
Obrázek 3. Typy větrných turbín
V současné době jsou široce používány větrné generátory s horizontální osou otáčení (lopatkové), protože jejich faktor využití energie proudění větru (WEF) snadno dosahuje 30 % i více, a pro větrné generátory s vertikální osou otáčení , WEF je asi 20 %.
1. Bezzubtseva M.M., Volkov V.S.. Alternativní a obnovitelné zdroje energie: poznámky pro studenty studijního oboru 35.04.06 „Agroinženýrství“, profil „Energetický management a inženýrství energetických soustav“. — SPb.: SPbSAU, 2016. — 127 s.
2. V.V. Elistratov, A.A. Panfilov Projektování a provozování netradičních a obnovitelných zdrojů energie. Větrné elektrárny. — SPb: Bibliogr, 2011. — 114 s. URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=4875 (datum přístupu: 15.12.2019. XNUMX. XNUMX).
3. Labeysh V.G. Alternativní a obnovitelné zdroje energie. — SPb: SZTU, 2003.