Eine Turbine ist eine Maschine, die die kinetische Energie einer rotierenden Flüssigkeit über ein Rotorsystem in Nutzarbeit oder Energie umwandelt. Mechanische Getriebe oder elektromagnetische Induktion ermöglichen die Stromerzeugung. Es gibt verschiedene Turbinentypen, die gängigsten sind jedoch horizontale und vertikale Windturbinen. In diesem Artikel erfahren Sie alles über horizontale Windturbinen, ihre Funktionen und die verschiedenen Typen.
Was ist eine Windturbine mit horizontaler Achse?
Der heute am weitesten verbreitete Typ von Windkraftanlagen ist die Horizontalachsen-Windkraftanlage (HAWT). HAWTs haben ein Rotor mit aerodynamischen Blättern (d. h. Tragflächen) daran befestigt; dieser Rotor kann entweder in den Wind oder vom Wind weg ausgerichtet sein. Windkraftanlagen in großen Höhen haben typischerweise zwei oder drei Rotorblätter, die sich sehr schnell drehen. Konische Rotorblätter an Leerotoren ermöglichen es der Anlage, sich selbst im Wind auszurichten, während Aufwindrotoren eine Gier- oder Leitschaufel benötigen, um die richtige Ausrichtung zu gewährleisten. Es wurde jedoch beobachtet, dass Leerotoren bei niedriger Windgeschwindigkeit wandern, was zu einer geringeren Energieabgabe bei diesen Geschwindigkeiten führt.
HAWTs verfügen über horizontal montierte, senkrecht zum Boden stehende Rotoren. HAWTs können, wie VAWTs, zwei oder drei Rotorblätter haben. Bislang hat sich die dreiblättrige HAWT als die effektivste Konstruktion erwiesen, doch auch Modelle mit zweiblättrigem Rotor und dem Wind zugewandtem Rotor haben sich bewährt. Die Turbine der Gondel kann entweder nach vorn (gegen den Wind) oder nach hinten (mit dem Wind) ausgerichtet sein. Bei Windrichtungsanlagen ist kein mechanisches Ausrichtungssystem erforderlich, da sie immer in Windrichtung ausgerichtet sind. Das ständige Schwingen durch Windböen ist der größte Nachteil, da es zu erhöhter Ermüdung führt. Im Folgenden erfahren Sie mehr über Windturbinentypen mit horizontaler Achse.
Was sind Windturbinentypen mit horizontaler Achse?
Horizontalachsige Windkraftanlagen zeichnen sich durch ein äußerst effektives Design aus und erfreuen sich großer Beliebtheit. Wie bei anderen Windkraftanlagen gibt es auch horizontalachsige Windkraftanlagen. Die Typen sind wie folgt:
1. Aufwindturbine
Der Rotor einer Aufwind-Windkraftanlage ist auf dem Spitze des TurmsDas Hauptziel dieser Turbine besteht darin, zu verhindern, dass der Wind Schatten auf die Rückseite des Turms wirft. Da sie starr und vom Turm zurückgesetzt ist, wird diese Konfiguration derzeit in den meisten HAWTs eingesetzt.
2. Windrichtungsturbine
Der Rotor einer Downwind-Turbine befindet sich am Basis der StrukturDiese spezielle Turbine leitet den Wind zunächst zum Turm und dann zu den Rotorblättern. Da der Rotor durch den Windschatten des Turms läuft, schwankt die Windkraft bei dieser Windkraftanlage. Die Schwankungen der Windkraft werden durch die Position des Rotors hinter der Turmgondel verursacht. Dies sollte Ihnen geholfen haben, die Windkraftanlagentypen mit horizontaler Achse zu verstehen.
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Was ist das Funktionsprinzip einer Windturbine mit horizontaler Achse?
Nachdem wir die Typen von Windkraftanlagen mit horizontaler Achse verstanden haben, lernen wir auch das Funktionsprinzip von Windkraftanlagen mit horizontaler Achse kennen. Windkraft ist cvom Rotor in Drehmoment umgewandelt, die dann auf eine langsam laufende Welle übertragen wird. Die Gondel schützt das Getriebe, die Hochgeschwindigkeitswelle und den Generator, die die Kraft von der Niedriggeschwindigkeitswelle beziehen. Die Rotorblätter sind am Rotor und an der Welle befestigt. Diese Welle wird als Niedriggeschwindigkeitswelle bezeichnet, da die rotierende Baugruppe vom Wind mit einer gemächlichen Geschwindigkeit von nur etwa 10 bis 20 U/min angetrieben wird.
Um die gewünschte Ausgangsfrequenz von 60 Hz zu erreichen, ist die langsam laufende Welle mit dem Getriebe verbunden. Dieses verfügt über ein Zahnradsystem, das die Ausgangsdrehzahl der Welle auf etwa 1,800 U/min (bzw. 1,500 U/min bei einer Frequenz von 50 Hz) erhöht. Aus diesem Grund wird die aus dem Getriebe kommende Welle oft als schnell laufende Welle bezeichnet. Schließlich ist die schnell laufende Welle mit dem Generator, der die Drehbewegung in Wechselstrom umwandelt. Wird diese Geschwindigkeit genutzt, um den Generator direkt anzutreiben, ist die Frequenz des Wechselstromausgangs genau proportional zur Drehzahl des Generators.
Direktgetriebene Windkraftanlagen verwenden beispielsweise typischerweise einen Gleichstromgenerator anstelle eines Wechselstromgenerators und verfügen nicht über ein Getriebe. Es ist unklar, ob ein AC/DC-Wandler (der sich am Turmfuß befinden kann) Teil dieser Anlagen ist. Industrielle Turbinen werden von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder einem Computer gesteuert. Die Messwerte des Anemometers werden von der Steuerung verwendet, um zu entscheiden, in welche Richtung die Windkraftanlage ausgerichtet sein soll, wie viel Energie sie sammeln soll und ob die Anlage bei starkem Wind beschleunigen darf. Dies ist das Funktionsprinzip einer horizontalachsigen Windkraftanlage. Im Folgenden werden die Komponenten horizontalachsiger Windkraftanlagen näher erläutert.
Was sind Windturbinenkomponenten mit horizontaler Achse?
Zu den Komponenten einer Windkraftanlage mit horizontaler Achse gehören eine Basis, ein Turm, eine Gondel, ein Generator, Rotorblätter, eine Nabe, eine Welle, Getriebe und Anemometer.
1. Basis: Der Turm und andere Komponenten einer Windkraftanlage wiegen mehrere Tonnen und müssen daher sicher auf einem felsenfesten Fundament befestigt werden.
2. Turm: Eine hohe Struktur, die Rotornabe und Gondel an ihrem Platz hält. Diese können aus Stahlgitter, Beton oder Stahlrohr gefertigt sein. Ein wichtiger Aspekt beim Design horizontaler Windkraftanlagen ist die Turmhöhe. Durch die Erhöhung des Turms können die Turbinen mehr Windenergie aufnehmen und mehr Strom erzeugen, da die Windgeschwindigkeit mit der Höhe zunimmt. Eine größere Höhe einer Windkraftanlage führt in der Regel zu einer höheren Stromerzeugung und verringert zudem die Turbulenzen im Wind.
3. Rotorblätter: Windturbinenblätter fangen die kinetische Energie des Windes ein und wandeln sie in mechanische Energie um. Diese Rasierapparate bestehen aus Holz-Epoxid oder Polyester Das mit Glasfaser verstärkte Material. Je nach Ausführung können Windkraftanlagen ein einzelnes Rotorblatt, ein Rotorblattpaar, drei Rotorblätter oder mehr aufweisen. Dreiblättrige HAWTs sind die Regel. Diese sind an der Rotornabe befestigt. Früher nutzte man die Idee mehrerer Rotorblätter zum Pumpen von Wasser, Mahlen von Lebensmitteln und für andere Aufgaben.
4. Maschinengondel: Die Gondel beherbergt die wichtigsten Komponenten der Turbine. Getriebe, Schnell- und Langsamläufer, Generator, Steuerung und Bremsen sind ganz oben im Turm installiert. Die Gondel ist mit einem Anemometer zur Messung der Windgeschwindigkeit und einer Windfahne zur Bestimmung der Windrichtung ausgestattet.
5. Nabe: Um ein Rotorblatt mit der Welle einer Windkraftanlage zu verbinden, ist eine Rotornabe erforderlich. Nabe, Bolzen, Blattlager, Pitchsystem und Innenteile bilden die Nabenbaugruppe. Stahl, Eisen und Schmiedestahl werden in der Produktion von Rotornaben, und der Schweißprozess ist entscheidend. Hier einige Beispiele für Rotornaben:
6. Wellen: Welle, die die Kraft auf die Antriebsräder überträgt. Drehmoment und Belastung in der hohlen oder massiven Stahlkonstruktion einer Antriebswelle sind extrem hoch. Mithilfe von Antriebswellen kann mechanische Energie von der Rotorblattnabe an den Generator übertragen werden, der die Drehbewegung in elektrischen Strom umwandelt. Typischerweise verfügt eine Windkraftanlage über zwei Wellen.
7. Getriebe: Die Ausgangswelle des Getriebes ist mit dem Generator gekoppelt, um mechanische Rotationsenergie zu übertragen. Faradaysches Gesetz der elektromagnetischen Induktion ist das zugrunde liegende Funktionsprinzip. Es ist ein Gerät, das aus mechanischer Energie Strom erzeugt. Bei Windkraftanlagen gibt es verschiedene Getriebetypen: Planetengetriebe, Stirnradgetriebe und Getriebe mit Schneckengetrieben für Turbinen.
8. Anemometer: Die kinetische Energie des Windes hängt maßgeblich von seiner Geschwindigkeit ab. Die dritte Potenz der Windgeschwindigkeit ist direkt proportional zur Windkraft. Bei der Standortwahl ist die durchschnittliche Windgeschwindigkeit in der Region entscheidend. Ein Anemometer dient zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit. Typischerweise befindet es sich oberhalb der Gondel.
Siehe auch: Vor- und Nachteile der Gezeitenenergie
Wofür werden Horizontalachsenturbinen verwendet?
Um die Leistung und Energieeffizienz zu maximieren, nutzen große Windkraftanlagen oft horizontale Windturbinen. Diese Windturbinen sind typischerweise in
- Fertigungsstätten
- Riesige Windparks
- Staatlich geförderte Gebäude
Damit haben Sie gelernt, wofür Horizontalachsenturbinen verwendet werden. Danach können Sie sich auch über Horizontalachsen-Windturbinen informieren. Vorteile und Nachteile.
Was sind die Vor- und Nachteile einer Windkraftanlage mit horizontaler Achse?
Wie bei anderen Geräten sind auch bei Windkraftanlagen mit horizontaler Achse die Vor- und Nachteile offensichtlich. Hier erfahren Sie mehr darüber.
Vorteile einer Windturbine mit horizontaler Achse-
1. Mächtige Generationen
Horizontale Windkraftanlagen können je nach Anwendung mit einer Leistung von 2 MW bis 8 MW gebaut werden. Eine Onshore-Windkraftanlage mit einer Leistung von 2.5–3.0 MW kann jährlich rund 6 Millionen kWh erzeugen, was ausreicht, um 1,500 typische EU-Haushalte mit Strom zu versorgen. Dies hängt von der Größe der Turbine und der Windgeschwindigkeit ab.
2. Ausreichend zuverlässig
Horizontalachsen-Windkraftanlagen dominieren den Markt seit vielen Jahren, daher sind ihre Konstruktion und Entwicklung weit fortgeschritten. Sowohl die Praxistauglichkeit und der Nutzen bereits erhältlicher Horizontalachsen-Windkraftanlagen als auch ihre potenzielle zukünftige Entwicklung werden untersucht.
3. Außergewöhnlich starke Betriebswinde
Windkraftanlagen mit horizontaler Achse den Wind bei höheren Geschwindigkeiten bekommen Aufgrund der Höhe der Rotoren funktionieren sie wahrscheinlich auch bei höheren Windgeschwindigkeiten, was für ihre Leistung ideal ist. Der Luftstrom in großen Höhen ist in der Regel konstant, was horizontale Windkraftanlagen zu einer zuverlässigeren Quelle erneuerbarer Energie macht.
4. Effizienz auf sehr hohem Niveau
Energieumwandlung ist unmöglich, ohne dass ein Teil davon verschwendet wird. Ein Schwerpunkt der Entwicklung neuer Produkte im Windenergiesektor liegt auf der Steigerung der Effizienz der Energieumwandlung. Die derzeit produktivsten Windkraftanlagen sind solche mit horizontaler Achse. Sie sind effizient genug, um 40–50 Prozent der eingehenden Windenergie umwandeln in nutzbaren Strom umwandeln.
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Nachteile von Windturbinen mit horizontaler Achse-
1. Schwer zu bewegen, aufzubauen und in betriebsbereitem Zustand zu halten
Da horizontale Windturbinen so massiv, stellen sie erhebliche logistische und technische Hindernisse bei Transport und Installation dar. Windturbinen mit horizontaler Achse haben Rotorblätter, die bis zu 70 Meter lang und bis zu 20 Tonnen schwer sein können. Daher ist es unwahrscheinlich, dass sie auf den engen, kurvenreichen Straßen installiert werden können, die typisch für Bergregionen sind, oder auf normalen Stadtstraßen, wo die Seiten von Wohnhäusern, Versorgungsleitungen und Straßenlaternen gesäumt sind.
2. Der Umwelt schaden
Es gibt immer noch viele Debatten und Kontroversen über das Thema, wie horizontale Windkraftanlagen Auswirkungen auf die UmgebungDas Dröhnen der gewaltigen Rotorblätter, wenn sie durch die Luft schneiden, der gewaltige Schatten, den sie werfen, und die Störungen, die sie für die umliegende Fauna und die Ökosysteme verursachen, geben allesamt Anlass zur Sorge.
3. Veränderungen im Meeresökosystem
Offshore-Windturbinen werden das marine Ökosystem wahrscheinlich auf eine Weise verändern, die wir noch nicht verstehen, während horizontale Rotorblätter eine Kollisionsgefahr mit fliegenden Lebewesen. Mehrere Studien haben ergeben, dass Windkraftanlagen nicht direkt für mehr als ein Prozent der jährlichen Todesfälle von Vögeln in den Vereinigten Staaten verantwortlich sind, die durch Unfälle mit von Menschenhand geschaffenen Objekten und Praktiken verursacht werden.
4. Strenge Anforderungen für die Einrichtung
Die Regulierungen für die Entwicklung und Installation von Windkraftanlagen könnten Hindernisse darstellen, obwohl Regierungen weltweit Anreize für den Bau dieser Anlagen geschaffen haben. erneuerbare Energie Revolution. Bei einer Windkraftanlage mit horizontaler Achse beträgt der erforderliche Abstand zu einem angrenzenden Haus typischerweise das Vierfache der Gesamthöhe der Anlage. Die Stadtverwaltung muss eine Lärmstudie bevor dort der Bau eines Windparks genehmigt wird. Die Berücksichtigung sowohl der Hintergrundgeräusche als auch des von der Windkraftanlage verursachten Lärms ist unerlässlich. Zwar gibt es oft eine gute Faustregel, doch kann die Politik je nach Faktoren wie dem politischen, sozialen und natürlichen Klima abweichen.
Horizontale Windturbinen spielen und werden in Ihrer Zukunft auf erneuerbaren Energien eine große Rolle spielen. Es ist wichtig, alle Aspekte dieser Technologien zu verstehen, wie z. B. die Vor- und Nachteile horizontaler Windturbinen, die verschiedenen Typen horizontaler Windturbinen usw. So sind Sie für die Zukunft gerüstet.
