Una turbina è una macchina che converte l'energia cinetica di un fluido rotante in lavoro utile o energia tramite un sistema di rotori. L'ingranaggio meccanico o l'induzione elettromagnetica consentono alle turbine di generare energia in questo modo. Esistono diversi tipi di turbine, ma quelle prevalenti sono classificate come turbine eoliche ad asse orizzontale e verticale. In questo articolo, imparerai tutto sulle turbine eoliche ad asse orizzontale, le loro funzioni e anche i tipi di turbine eoliche ad asse orizzontale.
Cos'è una turbina eolica ad asse orizzontale?
Il tipo di turbina eolica più diffuso oggi in funzione è la turbina eolica ad asse orizzontale o HAWT. Le HAWT hanno un rotore con pale aerodinamiche (ad esempio, profili alari) ad esso collegati; questo rotore può essere rivolto verso il vento o lontano da esso. Le turbine eoliche ad alta quota hanno in genere due o tre pale che ruotano a velocità molto elevate. Le pale coniche sui rotori sottovento consentono alla turbina di autoorientarsi verso il vento, ma i rotori sopravento necessitano di un'imbardata o di una paletta di coda per aiutarli a essere rivolti nella direzione giusta. Tuttavia, i rotori sottovento sono stati visti vagare quando si allineavano con i venti a basse velocità, con conseguente riduzione dell'energia prodotta a quelle velocità.
Le HAWT sono dotate di alberi montati orizzontalmente che sono perpendicolari al terreno. Le HAWT, come le VAWT, possono avere due o tre pale. Finora, la HAWT a tre pale ha dimostrato di essere il design più efficace, tuttavia, sia il rotore a due pale che il rotore rivolto verso il vento hanno entrambi avuto un certo successo. La turbina della navicella può essere rivolta controvento (nella parte anteriore) o sottovento (nella parte posteriore). Non c'è bisogno di un sistema di orientamento meccanico nei dispositivi sottovento perché puntano sempre nella direzione del vento. Il continuo dondolio dovuto alle raffiche di vento è il più grande svantaggio poiché porta a una maggiore stanchezza. Ora impariamo a conoscere i tipi di turbine eoliche ad asse orizzontale.
Quali sono i tipi di turbine eoliche ad asse orizzontale?
Le turbine eoliche ad asse orizzontale hanno un design davvero efficace e sono piuttosto famose sul mercato. Come altre turbine eoliche, ci sono anche tipi di turbine eoliche ad asse orizzontale. I tipi sono i seguenti:
1. Turbina controvento
Il rotore di una turbina eolica controvento è installato sul cima della torre. L'obiettivo principale di questa turbina è impedire al vento di proiettare un'ombra sul lato posteriore della torre. Poiché è rigida e arretrata rispetto alla torre, questa configurazione è attualmente impiegata nella maggior parte delle HAWT.
2. Turbina sottovento
Il rotore di una turbina sottovento è posizionato a base della struttura. Questa particolare turbina dirige il vento prima verso la torre e poi sulle pale del rotore. A causa del passaggio del rotore attraverso la schermatura del vento della torre, questa turbina eolica subisce alcune variazioni nell'energia eolica. Qui, le fluttuazioni dell'energia eolica sono causate dalla posizione del rotore dietro la navicella della torre. Questo dovrebbe averti aiutato a capire i tipi di turbine eoliche ad asse orizzontale.
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Qual è il principio di funzionamento delle turbine eoliche ad asse orizzontale?
Dopo aver compreso i tipi di turbine eoliche ad asse orizzontale, impariamo anche il principio di funzionamento delle turbine eoliche ad asse orizzontale. L'energia eolica è cconvertita in coppia dal rotore, che viene poi trasmesso ad un albero che si muove lentamente. Il navicella protegge il cambio, l'albero ad alta velocità e il generatore che ricevono la potenza dall'albero a bassa velocità. Le pale sono collegate al rotore e all'albero. Questo albero è noto come albero a bassa velocità perché il gruppo rotante viene fatto girare dal vento a una velocità lenta di soli 10-20 giri al minuto.
Per ottenere la frequenza di uscita desiderata di 60 Hz, l'albero a bassa velocità è collegato al cambio, che presenta un sistema di ingranaggi che aumenta la velocità di uscita dell'albero a circa 1,800 giri/min (o una velocità di 1,500 giri/min se la frequenza è di 50 Hz). Per questo motivo, l'albero che esce dal cambio è spesso indicato come albero ad alta velocità. Infine, l'albero ad alta velocità è accoppiato al generatore, che trasforma il moto rotatorio in corrente alternata. Se questa velocità viene utilizzata per far girare direttamente il generatore, la frequenza dell'uscita CA è esattamente proporzionale alla velocità con cui il generatore viene fatto girare.
Le turbine eoliche a trasmissione diretta, ad esempio, utilizzano in genere un generatore DC anziché uno AC e non hanno un riduttore. Non è chiaro se un convertitore AC-DC faccia parte di queste (che può essere posizionato alla base della torre). Un controllore logico programmabile (PLC) o un computer viene utilizzato come controller nelle turbine industriali. Le letture dell'anemometro vengono utilizzate dal controller, che quindi decide in che direzione deve essere rivolta la turbina eolica, quanta energia deve raccogliere e se la turbina deve o meno accelerare durante i venti forti. Questo è il principio di funzionamento della turbina eolica ad asse orizzontale. Dopo questo, esploriamo i componenti della turbina eolica ad asse orizzontale.
Cosa sono i componenti delle turbine eoliche ad asse orizzontale?
I componenti di una turbina eolica ad asse orizzontale includono una base, una torre, una navicella, un generatore, pale del rotore, un mozzo, un albero, riduttori e anemometri.
1. Basamento: La torre e gli altri componenti di una turbina eolica pesano parecchie tonnellate; per questo motivo devono essere fissati saldamente a una base solida come la roccia.
2. Torre: Una struttura alta che tiene in posizione il mozzo del rotore e la navicella. Possono essere realizzati in traliccio di acciaio, cemento o acciaio tubolare. Un aspetto fondamentale della progettazione di una turbina eolica ad asse orizzontale è l'altezza della torre. Aumentare l'altezza della torre consente alle turbine di assorbire più energia eolica e produrre più elettricità perché la velocità del vento aumenta con l'altitudine. Aumentare l'altezza di un sistema eolico di solito comporta una maggiore quantità di energia generata e riduce anche la turbolenza del vento.
3. Pale del rotore: Le pale delle turbine eoliche catturano l'energia cinetica del vento e la convertono in energia meccanica. Questi rasoi sono costruiti da legno-epossidico o poliestere che è stato rinforzato con fibra di vetro. A seconda del design, le turbine eoliche possono avere una singola pala, una coppia di pale, tre pale o più. Le HAWT a tre pale sono la norma. Sono attaccate al mozzo del rotore. In passato, le persone utilizzavano l'idea di più pale per pompare acqua, macinare cibo e svolgere altre attività.
4. Navicella: La navicella è l'alloggiamento per i componenti chiave della turbina. Il cambio, gli alberi ad alta e bassa velocità, il generatore, il controller e i freni sono tutti installati in cima alla torre. La navicella è dotata di un anemometro per misurare la velocità del vento e di una banderuola per rilevare la direzione del vento.
5. Centro: Per collegare una pala del rotore all'albero di una turbina eolica è necessario un mozzo del rotore. Mozzo, bulloni, cuscinetti della pala, sistema di passo e parti interne costituiscono il gruppo mozzo. Acciaio, ferro e acciaio forgiato sono utilizzati nel produzione di mozzi rotore, e il processo di saldatura è essenziale. Ecco alcuni esempi di mozzi rotore:
6. Aste: Albero che trasmette potenza alla coppia delle ruote motrici e i livelli di stress nella costruzione in acciaio cavo o pieno di un albero motore sono estremamente elevati. Con l'uso di alberi motore, l'energia meccanica dal mozzo della pala può essere inviata al generatore, consentendogli di convertire il moto rotatorio in corrente elettrica. In genere, una turbina eolica avrà due alberi.
7. Riduttori: L'albero di uscita del cambio è accoppiato al generatore per trasferire energia meccanica rotazionale. Legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica è il principio di base del suo funzionamento. È un dispositivo che produce elettricità dall'energia meccanica. Quando si tratta di turbine eoliche, ci sono alcuni tipi distinti di riduttori: trasmissione planetaria, riduttore elicoidale e trasmissione con ingranaggi a vite senza fine per una turbina.
8. Anemometri: L'entità dell'energia cinetica del vento dipende in larga misura dalla sua velocità. Il cubo della velocità del vento è direttamente proporzionale alla quantità di potenza del vento. Quando si sceglie una posizione, è fondamentale tenere conto della velocità media del vento nell'area. Un anemometro è uno strumento impiegato per determinare la velocità di una corrente di vento. In genere, li troverete sopra la navicella.
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A cosa servono le turbine ad asse orizzontale?
Per massimizzare la potenza in uscita e l'efficienza energetica, gli impianti eolici su larga scala utilizzano spesso turbine eoliche ad asse orizzontale. Queste turbine eoliche sono solitamente viste in
- Impianti di produzione
- Vasti parchi eolici
- Edifici sponsorizzati dal governo
Con questo, hai imparato a cosa servono le turbine ad asse orizzontale. Dopo questo, potresti anche imparare a conoscere le turbine eoliche ad asse orizzontale vantaggi e svantaggi.
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi delle turbine eoliche ad asse orizzontale?
Come altri dispositivi, anche i vantaggi e gli svantaggi delle turbine eoliche ad asse orizzontale sono piuttosto evidenti. Impariamo a conoscerli approfonditamente qui.
Vantaggi della turbina eolica ad asse orizzontale-
1. Generazioni potenti
A seconda dell'applicazione, le turbine eoliche ad asse orizzontale possono essere costruite con una potenza in uscita compresa tra 2 MW e 8 MW. Una turbina eolica onshore con una capacità di 2.5–3.0 MW può generare circa 6 milioni di kWh all'anno, sufficienti ad alimentare 1,500 abitazioni tipiche dell'UE. Ciò dipende dalle dimensioni della turbina e dalla velocità del vento.
2. Abbastanza affidabile
Le turbine eoliche ad asse orizzontale hanno dominato il mercato per molti anni, quindi la loro progettazione e sviluppo sono molto avanzati. Vengono studiati sia la praticità e l'utilità delle turbine eoliche ad asse orizzontale, che sono già disponibili sul mercato, sia il loro potenziale sviluppo futuro.
3. Venti operativi eccezionalmente forti
Turbine eoliche ad asse orizzontale ottenere il vento a velocità più elevate a causa dell'altezza dei rotori. Ciò significa che probabilmente funzioneranno a velocità del vento più elevate, il che è ideale per le loro prestazioni. Il flusso d'aria ad alta quota è solitamente costante, rendendo le turbine eoliche ad asse orizzontale una fonte di energia rinnovabile più affidabile.
4. Efficienza ad un livello molto alto
È impossibile convertire l'energia senza che una parte di essa venga sprecata. Un obiettivo importante dello sviluppo di nuovi prodotti nel settore dell'energia eolica è come aumentare l'efficienza della conversione energetica. Per il momento, le turbine eoliche più produttive sono quelle ad asse orizzontale. Sono abbastanza efficienti da convertire il 40-50 percento dell’energia eolica in arrivo in elettricità utilizzabile.
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Svantaggi della turbina eolica ad asse orizzontale-
1. Difficile da spostare, installare e mantenere in ordine
Poiché le turbine eoliche ad asse orizzontale sono così massiccio, presentano notevoli ostacoli logistici e tecnici durante la spedizione e l'installazione. Le turbine eoliche ad asse orizzontale hanno pale che possono essere lunghe fino a 70 metri e pesanti fino a 20 tonnellate, il che rende improbabile che possano essere installate sulle strade strette e tortuose tipiche delle regioni collinari o sulle normali strade cittadine dove residenze, linee di pubblica utilità e lampioni fiancheggiano i lati.
2. Infliggere danni all'ambiente
C'è ancora molto dibattito e controversia attorno all'argomento di come funzionano le turbine eoliche ad asse orizzontale influenzare l'ambiente circostanteIl rombo delle enormi pale che fendono l'aria, l'enorme ombra che proiettano e il danno che causano alla fauna e agli ecosistemi circostanti sono tutti motivi di preoccupazione.
3. Cambiamento nell'ecosistema marino
È probabile che le turbine eoliche offshore alterino l'ecosistema marino in modi che ancora non comprendiamo, mentre le pale delle turbine eoliche ad asse orizzontale rappresentano un rischio di collisione con creature volantiNumerosi studi hanno scoperto che le turbine eoliche non sono direttamente responsabili di oltre l'uno percento delle morti annuali di uccelli negli Stati Uniti causate da incidenti con oggetti e pratiche artificiali.
4. Requisiti rigorosi per l'installazione
Le normative per lo sviluppo e l'installazione delle turbine eoliche potrebbero rappresentare un ostacolo, nonostante i governi di tutto il mondo abbiano fornito incentivi per intraprendere l'iniziativa. energia rinnovabile rivoluzione. Per una turbina eolica ad asse orizzontale, ad esempio, la distanza richiesta da una casa adiacente è in genere quattro volte l'intera altezza della turbina. Il governo della città deve fare un studio del rumore prima di consentire la costruzione di un parco eolico. È essenziale considerare sia il rumore di fondo che il rumore che la turbina eolica genererà. Sebbene spesso esista una buona regola pratica, la politica può comunque variare a seconda di fattori tra cui il clima politico, il clima sociale e il clima naturale.
Le turbine eoliche ad asse orizzontale stanno giocando e giocheranno un ruolo importante nel tuo futuro basato sulle energie rinnovabili. È molto importante comprendere tutti gli aspetti di queste tecnologie, come i vantaggi e gli svantaggi delle turbine eoliche ad asse orizzontale, i tipi di turbine eoliche ad asse orizzontale, ecc. Ti aiutano a essere pronto per il futuro che sta per arrivare.
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