Як працюють вітряні турбіни

Вітер - це форма сонячної енергії. Вітри викликані нерівномірним нагріванням атмосфери сонцем, нерегулярної структурою поверхні землі і її обертанням. Траєкторії потоку вітру ізмененяются ландшафтом землі, масами води і рослинністю. Люди використовують вітер або енергію його руху в багатьох цілях: для вітрильного спорту, запуску паперового змія і навіть для виробництва електроенергії. Терміни «енергія вітру» і «потужність вітру» описують процес використання вітру для генерації механічної енергії або електрики. Вітряні турбіни (вітрогенератори) перетворять кінетичну енергію вітру в механічну, яка може бути використана для ряду специфічних завдань, таких, як помел зерна або перекачування води.

Так як же вітряні турбіни виробляють електрику? Попросту кажучи, вітряна турбіна працює протилежно вентилятору. Замість того, щоб використовувати електрику, щоб створювати вітер, як вентилятор, вітрогенератори використовують вітер, щоб виробляти електрику. Вітер повертає лопаті, які обертають вал, з'єднаний з генератором, який виконує електроенергію.

Цей вид зверху на «завод енергії вітру» показує, як група вітрогенераторів може виробляти електроенергію для споживчих мереж. Через лінії передачі і розподілу вона надходить в будинку, підприємства, школи і так далі.

Типи вітряних турбін

Сучасні турбіни розбиваються на дві основні групи: горизонтально-осьові і вертикально-осьові, схожі на «збивачки» моделі Darrieus, названої на честь її французького винахідника. Горизонтально-осьові турбіни, в типовому випадку, мають дві або три лопаті. Ці трилопатеві турбіни працюють «проти вітру», з лопатями, що дивляться на вітер.

Турбіна GE Wind Energy потужністю 3.6 мегават - одна з найбільших серед коли-небудь встановлювалися:

Турбіни більшого розміру більш ефективні. І в ціновому відношенні теж.

Розміри вітряних турбін

Діапазон розмірів турбін «сервісного» масштабу простягається від 100 кіловат до декількох мегават. Великі турбіни групуються разом у «вітряні ферми», які здійснюють оптові поставки електроенергії в електромережі.

Невеликі поодинокі турбіни потужністю нижче 100 кВт використовуються для електропостачання будинків, телекомунікаційних антен або харчування водоперекачуючій насосів. Маленькі турбіни іноді застосовуються в комплексі з дизельними генераторами, акумуляторами і сонячними батареями. Ці системи називають «гібридними вітровими системами» і знаходять застосування у віддалених місцях, де підключення до електричної мережі неможливо.

Усередині вітряної турбіни

Anemometer

Анемометр

Вимірює швидкість вітру і передає дані швидкості контролера.

лопаті

Більшість турбін має або дві або три лопаті. Вітер, що проходить крізь лопаті, змушує їх «злітати» і обертатися.

гальмо

Дискові гальма, з механічним, електричним або гідравлічним приводом для зупинки ротора в критичних ситуаціях.

контролер

Керуючий контролер запускає машину на швидкостях вітру приблизно 8 ... 16 миль в годину і відключає машину приблизно при 55 милях на годину. Турбіни не працюють на швидкостях вітру вище 55 миль в годину, тому, що сильний вітер може їх зруйнувати.

Коробка передач

Механічно з'єднує низкоскоростной вал турбіни з високошвидкісним, збільшуючи швидкість обертання з 30 ... 60 оборотів в хвилину, до 1000 ... 1800 оборотів, тобто до швидкості, необхідної більшості генераторів для вироблення електроенергії. Коробка передач - дорога (і важка) частина вітрової турбіни і інженери досліджує генератори «прямого приводу», які працюють на нижчих обертальних швидкостях і не потребують коробках передач.

Генератор

Зазвичай стандартний індукційний генератор, який виробляє електроенергію змінного струму частотою 60 Гц (для США).

високошвидкісний вал

Пускає в хід генератор.

низькошвидкісний вал

Ротор обертає цей вал зі швидкістю близько 30 ... 60 оборотів в хвилину.

гондола

Гондола знаходиться нагорі вежі і містить в собі коробку передач, низько- і високошвидкісний вали, генератор, керуючий контролер і гальмо. Деякі гондоли досить великі для того, щоб на них міг сісти вертоліт.

Розворот лопатей

Лопаті Повертає до вітру або під кутом до нього, щоб управляти швидкістю обертання ротора і перешкоджати обертанню при вітрах, які занадто сильні або занадто слабкі для вироблення електроенергії.

ротор

лопаті і маточина разом називають ротором.

вежа

Вежі зроблені із сталевої труби (показані тут), бетону або мають ажурну конструкцію. Оскільки швидкість вітру збільшується з висотою, більш високі вежі дозволяють турбін захопити більше енергії вітру і виробити більше електроенергії.

Напрямок вітру

Є так звані турбіни «проти вітру», тому, що при роботі вони повернені "обличчям" до вітру. Інші турбіни розроблені, щоб працювати з «підвітряного» боку, відвертаючись від вітру.

флюгер

Визначає напрямок вітру і передає дані в керуючий контролер для орієнтації турбіни відповідно до напряму вітру.

привід гондоли

Турбіни типу «проти вітру» повинні бути спрямовані на вітер і привід гондоли використовується для корекції напрямку ротора при змінах напрямку вітру. «Подветренние» турбіни не вимагають приводу ротора, так як вітер дме їм у «спину».

Для коментування матеріалів з сайту і отримання повного доступу до нашого форуму Вам необхідно зареєструватися .

• На рахунок лопатей (з горизонтальною віссю), мені сподобалася стаття з журналу «Моделіст-конструктор», 1993год, №8. http://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/%27%27...djv-002%5D.zip Там дохідливо розписано і принцип дії і як його зробити.
• Чим дивитися таку пресу, краще прочитати (вдумливо) книгу Фатєєва "Вітродвигуни і вітроустановки"
• Що стосується промислових вітротурбін dzen +1 Три лопаті як компроміс між З одного боку прагненням забезпечити конструктивну міцність лопатей і знизити динамічні навантаження, здешевити ВЕУ шляхом зменшення кількості лопатей, забезпечити допустимий рівень аеродинамічних шумів і вібрацій, що посилюються з ростом швидкості руху кінців лопатей і з іншого боку прагненням до збільшення ККД вітротурбіни, що росте зі збільшенням оборотів вітротурбіни і числа лопатей. Підручник «Вітродвигуни і вітроустановки» Фатєєва Є.М.
• 3-лопатева турбіна має постійний момент інерції щодо осі орієнтування, незалежні від положення лопатей, отже при орієнтуванні вітряка не виникає вібрацій. 2-лопатева при орієнтуванні трясеться.
• RE: почім 3 лопаті / Віталій71 Нууу, вперше ккд якраз саме болшоі у одлолопастніка, але він динамічно несбалансіруемій. А у двухлопастніка звук вопіюсчій, зате трехлопастнік - ето останній з високим коефіцієнтом, так як збільшення лопатей понад 3 ... 5 НЕ ЗМІНЮЄ ккд, зате міцно знизилася ШВИДКІСТЬ обертання, значить матеріалоемкость
• Залежно від швидкохідності вітряка, для максимуму КВЕВ, є оптимальний коефіцієнт заповнення вітротурбіни і від кількості лопатей мало залежить, ідеальна турбіна-нескінченну кількість нескінченно-вузьких лопатей. Найбільш збалансовані 3, 6, 12, 18, ..., 3 мінімальне число.
• А мене звук двухлопастніка не напружує, хоч я і не ту кромку заточив через неуважність.
• це про гігаваттнік ??? Але звичайний (неспійманих) вітер теж викликає широкий спектр звукових коливань (ІНЧ в тому числі), хаотично давлячи на листя, гілки дерев, вікна і стіни будівель. І навіть в чистому полі вітер людині на вуха тисне. Гроза і землетрусу теж генератори інфразвуку. Комахи і деякі рослини (перекотиполе) можуть бути винесений потоками повітря. Заборонити це все срочно !!! :)))
• Так брудні це, чутки, які фінансово підтримувалися в 80 роки власниками теплоелектростанцій. Прблема мегаватних вітряків, то що птахи (особливо по холоду) обліплюють і обгажівают їх, при наявності дірок всередину, Пата звити гнізда всередині. Гнізда в вітряки сам бачив.
• Господа добрий день. Цікаві у вас бесіди однак прошу вибачення у мене питання, а хто небудь збирав турбіну Горлова (http://www.quietrevolution.com/) я зробив але вона і при сильному вітрі не крутить якщо хто знає в чому секрет (де то є родзинкою а де не знаю)
• Схоже ще одна людина хоче наступити на граблі. Є проста істина, підтверджена теоретично і практично, причому не раз - все вертикалки робляться для краси, але не як не для роботи.
• Ця т.зв. турбіна Горлова - звичайний ротор Дарині, скручений в спіраль для зниження різких короткочасних навантажень. Але крім зниження навантажень, сильно падає КВЕВ і тому, щоб вона закрутилася, треба робити дуже якісні лопаті і мати сильний вітер. Ну і використовувати її добре тільки для краси або розкручування яких нибудь інвесторів на гроші.
• Тобто ніхто не знає що треба щоб вона закрутилася?
• Якісні лопаті і сильний вітер.
• Профіль лопатей повинен бути точний, плоскі стрічки не підуть. Плюс хороший вітер і розганяти її треба до робочої швидкості, сама турбіна же не розженеться навіть при хорошому вітрі. Проти вітряка з горизонтальною віссю її КИВ майже в 3 рази менше. Ось виглядає красиво, нічого не скажеш :)
• аеродинамічний профіль крила? А для розгону можна використовувати ротор Савоніуса.
• Доведено розрахунками і практикою, що профіль лопаті (хорда), повинна бути наближена до ідеальної, передня площина відображає вітрової потік по куту атаки де створюється надлишковий тиск може бути плоскою, а ось тилова площину лопаті, щоб створити по більше різницю тисків повітря за лопатою ніж перед нею, повинна бути опуклою не рівномірно створюючи разряженность повітряних мас Може що не так?
• Так подивіться будь атлас аеродинамічних профілів і побачите які вони-ці профілі.
• Так, я в курсі про них.
• У великих турбінах (відносно) управління лопатями йде опосередковано, ззовні. Принаймні в Криму на ВЕС управління було з персоналки в залежності від навантаження, оборотів, etc.

При передруці матеріалів з сайту пряме посилання на РадіоЛоцман обов'язкове.

Запрошуємо авторів статей та перекладів до публікації матеріалів на сторінках сайту.