Turbiini on kone, joka muuttaa pyörivän nesteen kineettisen energian hyödylliseksi työksi tai energiaksi roottorijärjestelmän kautta. Mekaaninen vaihteisto tai sähkömagneettinen induktio sallii turbiinien tuottaa tehoa tällä tavalla. Turbiineja on erilaisia, mutta yleisimmät luokitellaan vaaka- ja pystyakselisiksi tuuliturbiineiksi. Tässä artikkelissa opit kaiken vaaka-akselisten tuuliturbiinien toiminnoista ja myös vaaka-akselisten tuuliturbiinien tyypeistä.
Mikä on vaaka-akselinen tuuliturbiini?
Nykyään yleisin käytössä oleva tuuliturbiinityyppi on vaakaakselinen tuuliturbiini eli HAWT. HAWT:illa on roottori, jossa on aerodynaamiset siivet (eli kantosiipiä) kiinnitettynä siihen; tämä roottori voi olla joko tuulen sisään tai poispäin tuulesta. Korkean korkeuden tuuliturbiineissa on tyypillisesti kaksi tai kolme siipeä, jotka pyörivät erittäin nopeasti. Myötätuulen roottorien kartiomaiset siivet mahdollistavat turbiinin suunnantumisen tuuleen, mutta vastatuulen roottorit tarvitsevat suunnan tai pyrstösiiven, jotta ne kääntyvät oikeaan suuntaan. Myötätuulen roottorien on kuitenkin havaittu vaeltelevan, kun ne suuntautuvat tuulien kanssa alhaisilla nopeuksilla, mikä on johtanut pienempään energiantuotantoon näillä nopeuksilla.
HAWT:issa on vaakasuoraan asennetut akselit, jotka ovat kohtisuorassa maahan. HAWT:issa, kuten VAWT:issa, voi olla joko kaksi tai kolme terää. Tähän mennessä kolmilapainen HAWT on osoittautunut tehokkaimmaksi malliksi, mutta kaksilapainen roottori ja tuulimalleihin päin oleva roottori ovat molemmat nauttineet jonkin verran menestyksestä. Nacellin turbiini voi olla joko vastatuuleen (edessä) tai myötätuuleen (taka). Myötätuulilaitteisiin ei tarvita mekaanista suuntausjärjestelmää, koska ne osoittavat aina tuulen suuntaan. Jatkuva tuulenpuuskien aiheuttama keinuminen on suurin haitta, koska se lisää väsymystä. Opitaan nyt vaaka-akselin tuuliturbiinityypeistä.
Mitkä ovat vaaka-akseliset tuuliturbiinityypit?
Vaakaakselisilla tuulivoimaloilla on todella tehokas muotoilu ja ne ovat melko kuuluisia markkinoilla. Muiden tuuliturbiinien tapaan on olemassa myös vaaka-akselisia tuuliturbiinityyppejä. Tyypit ovat seuraavat -
1. Tuuleturbiini
Tuuleturbiinin roottori on asennettu päälle tornin huipulle. Tämän turbiinin ensisijainen tavoite on estää tuulta luomasta varjoa tornin takapuolelle. Koska se on jäykkä ja sijoitettu taaksepäin tornista, tätä kokoonpanoa käytetään tällä hetkellä useimmissa HAWT:issa.
2. Myötätuulen turbiini
Myötätuulen turbiinin roottori on sijoitettu kohdalle rakenteen pohja. Tämä turbiini ohjaa tuulen ensin tornia kohti ja sitten roottorin siipille. Koska roottori kulkee tornin tuulivarjostimen läpi, tämän tuuliturbiinin tuulivoimassa on joitain vaihteluita. Täällä tuulivoiman vaihtelut johtuvat roottorin asennosta tornin konepellin takana. Tämän olisi pitänyt auttaa sinua ymmärtämään vaaka-akseliset tuuliturbiinityypit.
Lue myös: 2 pystyakselin tuuliturbiinityyppiä
Mikä on vaaka-akselin tuuliturbiinin toimintaperiaate?
Kun olet ymmärtänyt vaaka-akselin tuuliturbiinityypit, tutustutaan myös vaaka-akselin tuuliturbiinien toimintaperiaatteeseen. Tuulivoima on cmuunnetaan vääntömomentiksi roottorin toimesta, joka siirretään sitten hitaasti liikkuvalle akselille. The kantokoppa suojaa vaihteistoa, suurnopeusakselia ja generaattoria, jotka saavat tehon hidaskäyntiseltä akselilta. Terät on kiinnitetty roottoriin ja akseliin. Tätä akselia kutsutaan hidaskäyntiseksi akseliksi, koska tuuli kääntää pyörivää kokoonpanoa rauhallisella nopeudella, vain noin 10-20 rpm.
Halutun 60 Hz:n lähtötaajuuden saavuttamiseksi hidaskäyntinen akseli on kytketty vaihteistoon, jossa on hammaspyöräjärjestelmä, joka nostaa akselin ulostulonopeuden noin 1,800 1,500 rpm:iin (tai nopeudeksi 50 XNUMX rpm, jos taajuus on XNUMX Hz). Tämän vuoksi vaihteistosta tulevaa akselia kutsutaan usein suurnopeusakseliksi. Lopuksi suurnopeusakseli on kytketty generaattori, joka muuttaa pyörivän liikkeen vaihtovirraksi. Jos tätä nopeutta käytetään generaattorin suoraan kääntämiseen, vaihtovirtalähdön taajuus on täsmälleen verrannollinen generaattorin pyörimisnopeuteen.
Esimerkiksi suoravetoiset tuuliturbiinit käyttävät tyypillisesti DC-generaattoria AC-generaattorin sijaan, ja niistä puuttuu vaihdelaatikko. On epäselvää, onko AC-DC-muunnin osa näitä (joka voi sijaita tornin pohjassa). Teollisuusturbiineissa ohjaimena käytetään ohjelmoitavaa logiikkaohjainta (PLC) tai tietokonetta. Tuulimittarin lukemia käyttää säädin, joka sitten päättää, mihin suuntaan tuuliturbiinin tulee olla, kuinka paljon energiaa sen tulee kerätä ja annetaanko turbiinin kiihtyä voimakkaiden tuulien aikana. Tämä on vaaka-akselin tuuliturbiinin toimintaperiaate. Tämän jälkeen tutkitaan vaaka-akselisten tuuliturbiinien komponentteja.
Mitä ovat vaakatasoisen akselin tuuliturbiinin komponentit?
Vaaka-akselin tuuliturbiinin komponentit sisältävät alustan, tornin, konepellin, generaattorin, roottorin lavat, napan, akselin, vaihteistot ja tuulimittarit.
1. Pohja: Tuuliturbiinin torni ja muut komponentit painavat huomattavan määrän tonneja; siksi ne on kiinnitettävä tukevasti kiinteään alustaan.
2. Torni: Korkea rakenne, joka pitää roottorin navan ja konepellin paikoillaan. Ne voidaan valmistaa teräsristikoista, betonista tai putkimaisesta teräksestä. Yksi vaaka-akselisten tuuliturbiinien suunnittelun keskeinen näkökohta on tornin korkeus. Tornin korkeuden lisääminen mahdollistaa sen, että turbiinit imevät enemmän tuulienergiaa ja tuottavat enemmän sähköä, koska tuulen nopeus kasvaa korkeuden kasvaessa. Tuulijärjestelmän korkeuden lisääminen johtaa yleensä suuremman energiamäärän tuottamiseen ja vähentää myös tuulen turbulenssia.
3. Roottorin lavat: Tuulivoimaloiden siivet vangitsevat tuulen liike-energiaa ja muuttavat sen mekaaniseksi energiaksi. Nämä partakoneet on valmistettu puu-epoksi tai polyesteri joka on vahvistettu lasikuidulla. Suunnittelusta riippuen tuuliturbiinissa voi olla yksi siipi, pari siipiä, kolme siipeä tai useampia. Kolmiteräiset HAWT:t ovat normi. Nämä on kiinnitetty roottorin napaan. Aiemmin ihmiset käyttivät ajatusta useista teristä veden pumppaamiseen, ruoan jauhamiseen ja muihin tehtäviin.
4. Nacell: Kotelo on turbiinin avainkomponenttien kotelo. Vaihteisto, nopeat ja hidaskäyntiset akselit, generaattori, ohjain ja jarrut on asennettu tornin huipulle. Kotelossa on tuulimittari tuulen nopeuden mittaamiseen ja tuuliviiri tuulen suunnan havaitsemiseen.
5. Napa: Roottorin lavan liittäminen tuuliturbiinin akseliin vaatii roottorin navan. Napa, pultit, terän laakerit, nousujärjestelmä ja sisäosat muodostavat napakokoonpanon. Siinä käytetään terästä, rautaa ja taottua terästä tuotanto roottorin navoista, ja hitsausprosessi on välttämätön. Tässä on esimerkkejä roottorin navoista:
6. akselit: Akseli, joka välittää voiman vetopyörien vääntömomentille ja jännitystasot vetoakselin ontossa tai kiinteässä teräsrakenteessa ovat erittäin korkeat. Vetoakseleita käytettäessä mekaanista energiaa teränapasta voidaan lähettää generaattoriin, jolloin se voi muuntaa pyörivän liikkeen sähkövirraksi. Tyypillisesti tuuliturbiinilla on kaksi akselia.
7. Vaihteistot: Vaihteiston ulostuloakseli on kytketty generaattoriin pyörivän mekaanisen energian siirtämiseksi. Faradayn sähkömagneettisen induktion laki on sen toiminnan perusperiaate. Se on laite, joka tuottaa sähköä mekaanisesta energiasta. Mitä tulee tuuliturbiiniin, on olemassa muutamia eri tyyppisiä vaihteistoja: planeettavaihteisto, kierrevaihteisto ja vaihteisto turbiinin matovaihteilla.
8. Tuulimittarit: Tuulen kineettisen energian suuruus riippuu suurelta osin sen nopeudesta. Tuulen nopeuden kuutio on suorassa suhteessa tuulen voiman määrään. Sijaintia valittaessa on tärkeää ottaa huomioon alueen keskimääräinen tuulennopeus. Tuulimittari on työkalu, jota käytetään määrittämään tuulivirran nopeus. Yleensä löydät nämä koneen yläpuolelta.
Katso myös: Vuorovesienergian edut ja haitat
Mihin vaaka-akselisia turbiineja käytetään?
Tehon ja energiatehokkuuden maksimoimiseksi suuret tuulivoimalat käyttävät usein vaaka-akselisia tuuliturbiineja. Nämä tuuliturbiinit ovat tyypillisesti nähtävissä
- Tuotantorakennukset
- Laajat tuulipuistot
- Valtion tukemat rakennukset
Tämän avulla olet oppinut, mihin vaaka-akselisia turbiineja käytetään. Tämän jälkeen voit yhtä hyvin oppia vaaka-akselisesta tuuliturbiinista hyödyt ja haitat.
Mitkä ovat vaaka-akselin tuuliturbiinin edut ja haitat?
Kuten muutkin laitteet, vaaka-akselisten tuuliturbiinien edut ja haitat ovat myös melko ilmeisiä. Tutustutaanpa heihin perusteellisesti täällä.
Vaaka-akselin tuuliturbiinin edut
1. Tehokkaat sukupolvet
Sovelluksesta riippuen vaakaakseliset tuuliturbiinit voidaan rakentaa teholla missä tahansa 2 MW - 8 MW välillä. Maalla oleva tuuliturbiini, jonka kapasiteetti on 2.5-3.0 MW voi tuottaa noin 6 miljoonaa kWh vuodessa, mikä riittää 1,500 XNUMX tyypillisen EU-kodin sähköntuotantoon. Tämä riippuu turbiinin koosta ja tuulen nopeudesta.
2. Riittävän luotettava
Vaakaakseliset tuuliturbiinit ovat hallinneet markkinoita useiden vuosien ajan, joten niiden suunnittelu ja kehitys ovat pitkällä. Markkinoilla jo olevien vaakaakselisten tuuliturbiinien käytännöllisyyttä ja hyödyllisyyttä selvitetään sekä niiden mahdollista tulevaa kehitystä.
3. Poikkeuksellisen voimakkaat operatiiviset tuulet
Vaaka-akseliset tuuliturbiinit saada tuulta suuremmilla nopeuksilla roottoreiden korkeuden takia. Tämä tarkoittaa, että ne toimivat todennäköisesti suuremmilla tuulennopeuksilla, mikä on ihanteellinen niiden suorituskykyyn. Korkealla sijaitseva ilmavirta on yleensä tasaista, mikä tekee vaaka-akselisista tuuliturbiineista luotettavamman uusiutuvan energian lähteen.
4. Tehokkuus erittäin korkealla tasolla
Energiaa on mahdotonta muuttaa ilman, että osa siitä menee hukkaan. Tuulivoimasektorin uusien tuotekehitysten pääpaino on energian muuntamisen tehokkuuden lisäämisessä. Toistaiseksi tuottavimpia tuulivoimaloita ovat vaaka-akseliset tuuliturbiinit. Ne ovat tarpeeksi tehokkaita muuntaa 40–50 prosenttia tulevasta tuulivoimasta käyttökelpoiseksi sähköksi.
Lue myös: Vetyenergian edut ja haitat
Vaaka-akselin tuuliturbiinin haitat -
1. Vaikea siirtää, pystyttää ja pitää toimintakunnossa
Koska vaaka-akseliset tuuliturbiinit ovat niin massiivinen, ne aiheuttavat merkittäviä logistisia ja teknisiä esteitä kuljetuksen ja asennuksen aikana. Vaakaakselisten tuuliturbiinien siivet voivat olla jopa 70 metriä pitkiä ja raskaita jopa 20 tonnia, joten on epätodennäköistä, että niitä voitaisiin asentaa mäkiselle alueelle tyypillisille kapeille, mutkaisille teille tai tavallisille kaupunkikaduille, joiden sivuilla on asuinrakennuksia, sähköjohtoja ja katuvalaisimia.
2. Aiheuttaa vahinkoa ympäristölle
Aiheesta vaaka-akselisten tuuliturbiinien ympärillä on edelleen paljon keskustelua ja kiistoja vaikuttaa ympäröivään ympäristöön. Massiivisten terien jyrinä, kun ne leikkaavat ilmaa, niiden aiheuttama massiivinen varjo ja häiriöt, joita ne aiheuttavat ympäröivälle eläimistölle ja ekosysteemeille, ovat kaikki huolestuttavia.
3. Muutos meren ekosysteemissä
Offshore-tuuliturbiinit muuttavat todennäköisesti meren ekosysteemiä tavoilla, joita emme vielä ymmärrä, kun taas vaaka-akseliset tuuliturbiinien siivet edustavat törmäysvaara lentävien olentojen kanssa. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että tuuliturbiinit eivät ole suoraan vastuussa yli prosentista vuosittaisista lintukuolemista Yhdysvalloissa, jotka johtuvat ihmisen tekemien esineiden ja käytäntöjen aiheuttamista onnettomuuksista.
4. Asennuksen tiukat vaatimukset
Tuuliturbiinien kehittämistä ja asennusta koskevat määräykset voivat olla esteitä huolimatta siitä, että hallitukset ympäri maailmaa ovat kannustaneet uusiutuva energia vallankumous. Esimerkiksi vaaka-akseliselle tuuliturbiinille vaadittu takaisku viereisestä kodista on tyypillisesti neljä kertaa turbiinin koko korkeus. Kaupunginhallituksen on tehtävä a melututkimus ennen tuulipuiston rakentamista sinne. Ottaen huomioon sekä taustamelun että tuuliturbiinin aiheuttaman melun on olennaista. Vaikka usein on olemassa hyvä nyrkkisääntö, politiikka voi silti vaihdella tekijöiden mukaan, kuten poliittinen ilmasto, sosiaalinen ilmasto ja luonnollinen ilmasto.
HAWT:t pelaavat ja tulevat olemaan tärkeässä roolissa uusiutuvaan energiaan perustuvassa tulevaisuudessasi. On erittäin tärkeää ymmärtää kaikki asiat sellaisista teknologioista, kuten vaaka-akselisten tuuliturbiinien edut ja haitat, vaaka-akseliset tuuliturbiinityypit jne. Ne auttavat sinua olemaan valmiita tulevaan tulevaisuuteen.
Suositus: 5 Vesivoiman tärkeimmät edut ja haitat
