Szélerőművek: típusok, tervek, előnyök

A szélenergia messze nem az energiaellátás új ága, de a jelenlegi körülmények között egyre hangsúlyosabb vonásokat szerez a további fejlődés ígéretes irányának. Még mindig nehéz beszélni a szélgenerátorok MŰSZAKI megvalósításának egyetemes koncepcióiról, de az egyes mérnöki megoldások alkalmazásának sikerei okot adnak arra, hogy a közeljövőben egyetlen egységes szerkezeti modell jelenik meg. Jelenleg többféle szélerőművet használnak a világon, amelyek mindegyikének megvannak a maga erősségei.

A szélturbinák működésének általános elve

Mint a legtöbb modern alternatív energiaforrás, a szélgenerátor a természetes folyamat eredményeként fellépő erő miatt működik. Olyan széláramlásokról beszélünk, amelyek a Föld felszínének a Nap által történő egyenetlen melegítése következtében alakulnak ki. Szinte az összes szélturbina berendezés a következő elv szerint működik: a levegőáramok egy speciális tengelyen forgatják a kereket pengékkel, így nyomatékot továbbítanak a generátorhoz vagy az akkumulátorhoz. A stabilitás és a légmozgás megfelelő ereje mellett a villamos energia előállítására szolgáló szélturbinák 45-50% - os hatékonyságot képesek biztosítani %. Csak a szél változékonysága és erőssége a szélgenerátorok sokféle kialakításának köszönhető, amelyeket többek között az alkalmazás sajátos éghajlati viszonyai alapján számítanak ki.

Melyek a szélturbinák fő előnyei?

Lehetőség van értékelni a hatékonyság szélturbinák mind a hagyományos energiaforrásokhoz képest, mind a megújuló szabad erőforrásokkal működő generátorok hátterében. Az ilyen rendszerek legszembetűnőbb előnyei, amelyek reményt adnak a jövőbeni sikeres fejlődésükre, a következő tényezők:

• Maga a szélenergia nem csak megújuló, hanem felhalmozásra és feldolgozásra is rendelkezésre áll.
• Gazdasági előnyök. A különböző teljesítményű rendszerek sokfélesége miatt még nem lehet egyértelmű becslés a konkrét gazdasági mutatókra vonatkozóan. De beszélhetünk azokról a kiemelkedő eredményekről, amelyeket az egyes projektek mutatnak. Például mennyibe kerül egy kilowatt villamos energia egy nagy tengeri szélmalomból? Beszélhetünk a 2-12 rubel tartományról. 1 kWh-nként.
• Ökológiai tisztaság. A szélerőművek működése nem biztosítja a légkört szennyező káros kibocsátásokat.
• Tömörség. A szélmalom telepítése, még ipari formátumban is, nem hasonlítható össze a hagyományos erőművekkel. Ez nagyrészt az ilyen rendszerek autonómiájának és függetlenségének köszönhető a kiegészítő kommunikációtól és erőforrásoktól.

Vízszintes-axiális generátorok

Az ilyen szélturbinák tervezési rendszere egy elektromos generátor, sebességváltó, pengék és egy ágyas torony jelenlétét biztosítja. A pengék konfigurációja úgy van kialakítva, hogy a levegő áramlik a tölcsérbe, ami torziós pillanatot hoz létre. Az ilyen szélturbinák villamosenergia-termelésének fontos feltétele az áramlási mozgás (irány és erő)jellemzőihez való alkalmazkodás képessége. Ebből a célból a szerkezetek olyan mechanizmusokkal vannak ellátva, amelyek a pengéket a Föld felszínéhez viszonyítva forgatják és döntik. A legfejlettebb modellekben automatikus vezérlésű vezérlőket is használnak. Ami a szélkerék megvalósítását illeti, a vízszintes sémákban gyakrabban használják a háromlapú konfigurációt. Ezenkívül a generátorok termelékenységének növelése érdekében a mérnökök arra törekszenek, hogy növeljék a funkcionális befogadó rész méretét, ami például megmagyarázza a műanyag és könnyűfémekről a drága kompozit elemekre való áttérés jelenlegi tendenciáját a szerkezetek gyártásában.

Függőleges-axiális generátorok

Az ilyen generátorok jelentős előnyt élveznek a vízszintes szerkezetekkel szemben, ami abban áll, hogy nincs szükség további eszközökre a telepítés ellenőrzésére és ellenőrzésére. Vagyis a működés során a függőleges tengelyű szélmalom semmilyen módon nem igazodik az áramlások mozgásához. Ez az interakció jellemzője a légtömegekkel egyidejűleg csökkenti a szélgenerátor lapátjainak feszültségét és csökkenti a giroszkópos terheléseket. A berendezés motorját képező sebességváltóval ellátott generátor a toronyszerkezet alján helyezhető el sérülés vagy meghibásodás veszélye nélkül. De miért, a leírt előnyökkel a függőleges berendezések nem váltották ki teljesen a vízszintes szélturbinákat? Sajnos az ilyen modelleknek jelentős hátrányai vannak. Mivel a szélkerék nem a széláramokra összpontosít, és mindig az energiafelvételi tartományok szűk tartományában működik, a generátor teljesítménye logikusan is csökken. Ezért a függőleges szélturbinák elegendő teljesítményének fenntartása érdekében nagy területek lefedésével történő tömeges felhasználásra van szükség, ami nem mindig lehetséges.

A Darye rotoron alapuló tervek

A függőleges járókerékkel ellátott szélgenerátorok a Savonius vagy Darye rotor sémán alapulnak. De ez a csoport saját változatokkal és modern módosításokkal is rendelkezik. Az utóbbi idők legígéretesebb fejlődését a 2001-ben létrehozott Gorlov helicoid turbinának tekintik. Ez egyfajta folytatása a Darye rotor koncepciónak, de optimalizáltabb formában. A spirális függőleges pengék lehetővé teszik, hogy energiát termeljen a vízből és a levegő áramlásából minimális aktivitással. Ma az ilyen generátorokat mind a speciális szélerőművekben, mind a vízerőművek részeként használják.

Szélgenerátorok áramláserősítővel

Ez valamilyen módon a szélturbinák klasszikus kialakításának folytatása, de a jelenlegi csúcstechnológiai működési feltételekhez igazítva. Az áramlási erősítőkkel végzett módosításokat a jelenlét jellemzi egy vagy több vályúk, amelyek célja, hogy koncentrálja a levegő áramlását. Az aerodinamikai kúp alakú elemek ugyanazon vályúk formájában összegyűjtik az áramlásokat egy nagy területen, egy irányba irányítva őket, ezáltal növelve a penge rendszer mozgásának sebességét. A szélerőművek áramlási erősítőkkel történő használatának összetettsége abban rejlik, hogy további elemcsoport használatát igénylik. Ezenkívül az ilyen rendszerekben a termelékenység jelentős növekedését csak kiegészítő energiaforrások összekapcsolásával lehet elérni, ami gazdaságilag nem mindig indokolt.

Sebességváltó nélküli szélgenerátorok

A szerkezeti optimalizálás gondolatával összhangban megjelent egy szélerőmű változata is, amely nem rendelkezik sebességváltóval. Ehelyett egy gyűrű alakú csatornát használnak, amely belső fémrúddal van ellátva. Ez a gyűrű a rotor pereme körül van felszerelve. Itt van egy mágnescsoport is, amely kölcsönhatásba lép egy fémrúddal, ezáltal hozzájárulva az áram generálásához. A 200 cm-es rotorátmérőjű sebességváltó nélküli szélerőművek termelékenysége évente elérheti az 1500 kWh-t. Az ilyen kialakítás fő előnye az energiaveszteségek csökkentése, amelyek természetesen előfordulnak a sebességváltókkal ellátott generátorok működésében. De ezt a méltóságot sebességkorlátozással kell fizetnie. Annak érdekében, hogy a telepítés optimális munkafolyamatba kerüljön, legalább 2 m/s áramlási sebességre van szükség.

Az ipari szélturbinák jellemzői

Az ipari szélturbináknak két alapvető különbsége van: nagy méret és nagy energiakapacitás. Ezekből a tulajdonságokból származik mind az ilyen típusú állomások előnyei, mind hátrányai. Ami a tervezést illeti, elegendő azt mondani, hogy a modern ipari szélturbinák magassága elérheti a 150-200 m-t, a pengék max. pedig több mint 100 m. Egy ilyen hatalmas szerkezet megtartása érdekében nagyszabású építési munkákat végeznek az alapítvány helyén. A nagy teljesítmény összetettebb funkcionális infrastruktúrát is igényel. Tehát az energiaátalakítás folyamatának vezérléséhez szélgenerátor-vezérlőket használnak annak biztosítására, hogy az akkumulátor aktuális töltését figyelembe vegyék. Ezenkívül az ilyen berendezések Elektromos töltésében inverterek és rövidzárlat-védelmi rendszerek állnak rendelkezésre.

A háztartási szélturbinák jellemzői

A legegyszerűbb szélmalmok nem csak otthon használhatók, hanem manuálisan is összeszerelhetők. Ezek általában kis méretű, legfeljebb 10 m magasságú berendezések, amelyek 0,5-5 kW teljesítmény mellett képesek működni. A háztartási készülékek vagy az elektromos készülékek egyes csoportjainak passzív energiaforrásaként ez az opció igazolja magát. A kompakt szélerőműveket azonban ma nagy számban használják a nagyvállalatok villamosenergia-termelő létesítmények. A mini-szélerőművek alapján kellően produktív és megbízható rendszereket alakítanak ki, amelyek versenyezhetnek a nagy teljesítményű egyetlen generátorokkal.

A tengeri szélturbinák jellemzői

Az ilyen típusú szélturbinák népszerűsége számos előnnyel jár a szárazföldön található állomásokkal szemben. Főleg stabilabb munkakörülményekről beszélünk, mivel a széláramok nem találkoznak akadályokkal a partvonaltól. Ugyanakkor a tengeri szélerőművek szerkezete két csoportra oszlik – támogató és úszó. Az elsőt sekély vízbe telepítik, klasszikus támasztékkal a talajban víz alatt. Az úszó állomásoknak saját úszó platformjuk van, horgonyokkal vagy más tengeri eszközökkel rögzítve.

Szélturbina szerkezetek és épületkeretek kombinálása

Van egy nagyon ígéretes szélturbinák csoportja is, amelyek szó szerint integrálódnak a sokemeletes épületek épületébe. Egy ilyen megoldásnak két előnye van-kedvező feltételek az áramlások "fogadására" és a villamosenergia-szállítás módjának csökkentésére, mivel a végső ellátási forrás általában az épületen belüli fogyasztók. Jelenleg a szélerőművek integrációja az ilyen típusú gyakrabban speciális aerodinamikai hengerek segítségével készülnek, amelyek a felhőkarcolók tetejére vannak felszerelve. A mini-propellerek koncepcióját is fejlesztik, amelyek egyáltalán elhelyezhetők egy magas építési objektum bármely részében. Az eszközöket szó szerint integrálják a falakba, majd az Általános áramellátó rendszerhez csatlakoznak, kis, de stabil energiát adva.

Következtetés

Az elmúlt években Oroszországban jelentősen megnőtt a szélturbinák iránti érdeklődés. Időnként a különböző régiókban akár 30-50 MW kapacitású nagy üzemeket is üzembe helyeznek. Hazánk számára a szélturbinák különösen azért hasznosak, mert lehetővé teszik az energiaellátást olyan távoli régiók számára, ahol jelenleg nincs lehetőség más energiaellátási eszközök megszervezésére. A kis szélerőművek szegmense is aktívan fejlődik. Oroszországban az 1-5 kW teljesítményű egyedi villamosenergia-rendszerek nagyon népszerűvé váltak. Ugyanakkor a fejlesztők nem tagadják meg a kombinációt a működés alapelvei belső égésű motorral működő szélturbinához. Az ebben az irányban elért sikereket különösen a szél-dízel szerkezetek mutatják. Még mindig nehéz megmondani, hogy mennyi szélenergia lesz kereslet Oroszországban az elkövetkező évtizedekben, mivel a hagyományos energiaforrások pozíciói továbbra is erősek. De az átmenet tendenciái alternatív energia a világ minden tájáról valószínűleg arra ösztönzik az orosz ipart, hogy aktívan fejlessze ezeket a területeket.