Функциониране и конструктивни особености на съвременните видове вятърни паркове

Статията обсъжда принципа на работа и конструктивните характеристики на изпълнението на съвременните вятърни турбини за промишлеността и частния сектор.

От древни времена човечеството се опитва да укроти вятъра, поставяйки го на своите услуги. Първоначално имаше ветроходни кораби, които използват вятърна енергия за движението си, след това вятърните мелници започнаха да се използват в ежедневието, но сега е дошъл моментът да се използва вятърната енергия във вятърните генератори за генериране на електрическа енергия, която служи на хората.

В чужбина се произвежда доста голяма част от електричеството вятърни електроцентрали (ВЕЦ), което, честно казано, не може да се каже за Русия и страните от постсъветското пространство. Тук е очевидно — ние сме сред изостаналите.

Използването на вятърни паркове в развитите страни по света дава възможност да се решат не само проблемите с автономното захранване на вили, селски къщи, дачни общности, но и екологичните проблеми, тъй като няма замърсяване на околната среда по време на производството на електроенергия от съвременните вятърни паркове изобщо.

Нека разгледаме принципа на работа и по -подробно основните типове съвременни вятърни електроцентрали.

Принцип на работа на вятърните генератори

Всеки принцип на действие вятърна електроцентрала (ВЕЦ) се състои в преобразуване на кинетичната енергия на въздушния поток, движещ се през равнината на лопатките или турбините в електрическа енергия — чрез използването на електрически генератори. Най -често срещаният тип съвременна вятърна електроцентрала са лопатни вятърни електроцентрали, които комбинират лопатни вятърни генератори с хоризонтална ос на въртене и въртеливи генератори с въртележка, при които — оста на въртене е разположена вертикално. По -долу ще разгледаме по -подробно тези видове вятърни генератори.

Проектиране на основните видове вятърни турбини

Всеки вятърен генератор конструктивно се състои от основа, иначе наречена мачта, въртящо се устройство с въртящи се лопатки или вятърна турбина, генерирано от генератор електричество и батерия. Също така във всяка вятърна електроцентрала е необходим блок за управление и преобразуване.

Що се отнася до броя на лопатките, турбините на ВЕЦ могат да бъдат две, три и многолопастни. Най-разпространени са трилопастните турбини. За да се предотврати преждевременна повреда на вятърни турбини, вятърните електроцентрали са оборудвани със система за аеромеханично стабилизиране на скоростта на въртене на техните лопатки.

Електрически генератор, който генерира електричество във вятърна електроцентрала, е директно свързан с неговата турбина, когато оста на въртене на вятърната турбина и генератора е еднаква, или чрез механична трансмисия, която прехвърля въртеливите движения на лопатките на турбината към генератора . В съвременните вятърни паркове се използват предимно синхронни многополюсни безчеткови генератори с постоянни магнити, които са конструктивно направени в напълно затворен корпус и от стандартни елементи.

В зависимост от посоката и «налягането» на въздушния поток върху лопатките на турбината, той може чрез ротационния механизъм на инсталацията да се преориентира в посоката, която е оптимална за ефективната му работа.

Функционално блокът за управление и преобразуване на мощността е проектиран да акумулира електрическата енергия, генерирана от вятърната електроцентрала в нейните акумулаторни батерии с последващото й преобразуване от 12V DC напрежение в 220V AC напрежение — посредством „инвертор“.

Блокът за управление също така дава възможност за наблюдение и контрол на процеса на зареждане на батерията, мощността на електрическия генератор и др.

Различните опции за завършване на съвременните вятърни паркове, както за промишлена употреба, така и за тези, използвани в частния сектор, ви позволяват да изберете всяка, най -оптималната опция за всеки потребител.

В момента най-широко разпространени в света са ветрогенераторите от тип лопатки, оста на въртене на лопатките на които са успоредни или хоризонтални спрямо посоката на въздушния поток. По принцип за тези вятърни турбини — ще говорим по -нататък.

Лопатка вятърна ферма с хоризонтална ос на въртене

Ефективността от използването на вятърна енергия за този тип вятърни турбини достига 48%, което е много по -високо от това на генераторите с въртележка. Този тип вятърни генератори могат да бъдат с две и три лопатки.

Тук най -ефективната работа на устройството се постига, когато вятърът е насочен перпендикулярно на равнината на въртене на лопатките на генератора. Следователно дори структурно този тип «вятърна турбина» има устройство, което позволява автоматичното въртене на генератора перпендикулярно на посоката на вятъра. Производството на енергия на този тип вятърни паркове зависи пряко от скоростта на вятъра (неговото налягане), както и от диаметъра и площта на лопатките на самата вятърна турбина.

Каруселни или въртящи се вятърни паркове

Този тип вятърна турбина има вертикална ос на въртене, с монтирано върху нея колело и фиксирано върху него, приемащо повърхности за вятъра. Значително предимство на този тип вятърни паркове е, че те могат да работят, без да променят позицията си — във всяка посока на въздушния поток. Този тип вятърни турбини са бавно движещи се и безшумни, а нискоскоростни многополюсни електрически генератори се използват като генератори за генериране на енергия.

Модерен вятърен парк с хоризонтална и вертикална ос на въртене

Други видове съвременни вятърни паркове

Освен това съвсем наскоро се появиха най-новите разработки на вятърни турбини с фундаментално нови конструкции, които конструктивно се състоят от триносеща основа, разположена върху мощна основа. На основата е монтиран пръстенообразен генератор, с вграден лагер и централен ротор. Пръстенът на такъв генератор може да бъде с диаметър над 100 метра. Такива вятърни паркове се използват за промишлено производство на енергия.

Съществуват и действащи вятърни паркове, състоящи се от няколко десетки малки вятърни турбини -модули, структурно обединени, в единна система за отстраняване на грешки за генериране на електроенергия.

Съвсем наскоро американски специалисти разработиха и въведоха в индустриалното производство малка турбинна вятърна централа «Windgate», предназначена за частния сектор. Колелото на турбината достига 1,8 метра в диаметър и се върти по хоризонтална ос. Краищата на лопатките на такава турбинна инсталация имат постоянни магнити, в резултат на което всъщност имаме голям ротор — въртящ се в интегрален корпус на статора на инсталацията. Такива ветрогенератори Windgate могат дори да се монтират на покрива на частна къща или вила и са много високоефективни, а цената им е около 4,5-5 хиляди щатски долара.

Заключение

Трябва да се отбележи, че конструктивно вятърните електроцентрали непрекъснато се усъвършенстват и съответно технологичните им параметри, аеродинамиката се подобряват и най -важното е, че цената на тези екологично чисти енергийни блокове на бъдещето става все по -малко «хапеща» за просто консуматор.