タービンは、回転する流体の運動エネルギーをローター システムを介して有用な仕事またはエネルギーに変換する機械です。機械的なギアまたは電磁誘導により、タービンはこのようにして電力を生成します。タービンにはさまざまな種類がありますが、一般的なものは水平軸風力タービンと垂直軸風力タービンに分類されます。この記事では、水平軸風力タービンの機能と水平軸風力タービンの種類についてすべて学びます。
水平軸風力タービンとは何ですか?
現在稼働している風力タービンの最も一般的なタイプは、水平軸風力タービン（HAWT）です。HAWTは 空気力学的ブレードを備えたローター (つまり、翼形) が取り付けられており、このローターは風に向かっても風から離れてもかまいません。高高度風力タービンには通常、非常に高速で回転する 2 枚または 3 枚のブレードがあります。風下側のローターの円錐形のブレードにより、タービンは自動的に風に向きを変えることができますが、風上側のローターは正しい方向に向くようにヨーまたはテールベーンが必要です。ただし、風下側のローターは低速で風と一直線になるときにふらつくことが確認されており、その結果、その速度でのエネルギー出力が減少します。
HAWT は、地面に対して垂直に水平に取り付けられたシャフトを特徴としています。VAWT と同様に、HAWT には 2 枚または 3 枚のブレードがあります。現在までに、3 枚ブレードの HAWT が最も効果的な設計であることが証明されていますが、2 枚ブレードのローターと風向型ローターも、どちらも一定の成功を収めています。ナセルのタービンは、風上 (前) または風下 (後) に向けることができます。風下側のデバイスでは、常に風の方向を向いているため、機械的な方向付けシステムは必要ありません。突風による絶え間ない揺れは、疲労につながるため、最大の欠点です。では、水平軸風力タービンの種類について学びましょう。
水平軸風力タービンの種類は何ですか?
水平軸風力タービンは、非常に効果的な設計で、市場でかなり有名です。他の風力タービンと同様に、水平軸風力タービンのタイプもあります。タイプは次のとおりです。
1. アップウィンドタービン
アップウィンド型風力タービンのローターは、 塔の頂上このタービンの主な目的は、風がタワーの裏側に影を落とすのを防ぐことです。このタービンは堅牢でタワーから離れた位置にあるため、現在ほとんどの HAWT でこの構成が採用されています。
2. ダウンウィンドタービン
ダウンウィンドタービンのローターは、 構造の基盤この特定のタービンは、まず風をタワーに向け、次にローター ブレードに向けます。ローターがタワーの風よけを通過するため、この風力タービンでは風力に多少の変動が生じます。ここで、風力の変動はタワーのナセルの後ろにあるローターの位置によって生じます。これで、水平軸風力タービンの種類を理解するのに役立つはずです。
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水平軸風力タービンの動作原理は何ですか?
水平軸風力タービンの種類を理解した後、水平軸風力タービンの動作原理についても学びましょう。風力発電はローターによってトルクに変換される、その後、ゆっくりと動くシャフトに伝達されます。 ナセル 低速シャフトから動力を受け取るギアボックス、高速シャフト、発電機を保護します。ブレードはローターとシャフトに取り付けられています。このシャフトは、回転アセンブリが風によって約 10 ～ 20 rpm のゆっくりとした速度で回転するため、低速シャフトと呼ばれます。
60Hzの出力周波数を達成するために、低速シャフトはギアボックスに接続され、ギアボックスはシャフトの出力速度を約1,800rpm（周波数が1,500Hzの場合は50rpm）まで上げるギアシステムを備えています。このため、ギアボックスから出てくるシャフトは、高速シャフトと呼ばれることがよくあります。最後に、高速シャフトは ジェネレータ回転運動を交流電流に変換します。この速度を利用して発電機を直接回転させると、交流出力の周波数は発電機の回転速度に正確に比例します。
たとえば、ダイレクトドライブ風力タービンは、通常、AC 発電機ではなく DC 発電機を使用し、ギアボックスがありません。AC から DC へのコンバーターがこれらに含まれているかどうかは不明です (タワーのベースに配置されている場合があります)。産業用タービンでは、プログラマブル ロジック コントローラー (PLC) またはコンピューターがコントローラーとして使用されます。風速計の読み取り値はコントローラーによって使用され、コントローラーは風力タービンをどの方向に向けるか、どれだけのエネルギーを集めるか、強風時にタービンを加速させるかどうかを決定します。これが水平軸風力タービンの動作原理です。この後、水平軸風力タービンのコンポーネントについて説明します。
水平軸風力タービンコンポーネントとは何ですか?
水平軸風力タービンのコンポーネントには、ベース、タワー、ナセル、発電機、ローターブレード、ハブ、シャフト、ギアボックス、風速計が含まれます。
1.ベース： 風力タービンのタワーやその他の部品の重量は数トンにも達するため、しっかりとした土台にしっかりと固定する必要があります。
2. タワー: ローター ハブとナセルを所定の位置に保持する高い構造。これらは、鉄格子、コンクリート、または鋼管で製造できます。水平軸風力タービンの設計の重要な側面の 1 つは、タワーの高さです。タワーの高さを高くすると、風速が高度とともに増加するため、タービンはより多くの風力エネルギーを吸収してより多くの電力を生産できます。風力システムの高さを高くすると、通常、生成される電力量が増加し、風の乱流も減少します。
3. ローターブレード: 風力タービンのブレードは風の運動エネルギーを捉えて機械エネルギーに変換します。これらのカミソリは 木材エポキシまたはポリエステル ファイバーグラスで強化された風力タービンです。設計に応じて、風力タービンには 1 枚、2 枚、3 枚、またはそれ以上のブレードが取り付けられます。3 枚ブレードの HAWT が標準です。これらはローターのハブに取り付けられます。過去には、水を汲み上げたり、食べ物を挽いたり、その他の作業を行うために、複数のブレードを使用するというアイデアが採用されていました。
4. ナセル: ナセルはタービンの主要部品を収納するハウジングです。ギアボックス、高速および低速シャフト、発電機、コントローラ、ブレーキはすべてタワーの最上部に設置されています。ナセルには、風速を測定する風速計と風向を検知する風向計が装備されています。
5.ハブ： 風力タービンのシャフトにローターブレードを接続するには、ローターハブが必要です。ハブ、ボルト、ブレードベアリング、ピッチシステム、内部部品がハブアセンブリを構成します。ハブアセンブリには、鋼、鉄、鍛造鋼が使用されています。 製造 ローターハブの溶接プロセスは不可欠です。ローターハブの例をいくつか示します。
6。 シャフト： 駆動輪に動力を伝達するシャフト。駆動シャフトの中空または中実の鋼構造におけるトルクと応力レベルは非常に高い。駆動シャフトを使用すると、ブレードハブからの機械的エネルギーが発電機に送られ、回転運動が電流に変換される。通常、風力タービンには 2つのシャフト.
7. ギアボックス: ギアボックスの出力軸は発電機に結合され、回転機械エネルギーを伝達します。 ファラデーの電磁誘導の法則 は、その動作の基本原理です。機械エネルギーから電気を生成する装置です。風力タービンに関しては、遊星ギアボックス、ヘリカルギアボックス、タービン用のウォームギア付きギアボックスなど、いくつかの異なるタイプのギアボックスがあります。
8. 風速計: 風の運動エネルギーの大きさは、主に風速に依存します。風速の 3 乗は、風の力の大きさに正比例します。場所を選択するときは、その地域の平均風速を考慮することが重要です。風速計は、風の流れの速度を測定するために使用されるツールです。通常、ナセルの上にあります。
参照： 潮力エネルギーの利点と欠点
水平軸タービンは何に使用されますか?
大規模な風力発電所では、出力とエネルギー効率を最大化するために、水平軸風力タービンが使用されることが多い。これらの風力タービンは、通常、
- 製造施設
- 広大な風力発電所
- 政府支援の建物
これで、水平軸タービンの用途について学びました。次に、水平軸風力タービンについて学びましょう。 長所と短所.
水平軸風力タービンの利点と欠点は何ですか?
他の装置と同様に、水平軸風力タービンの長所と短所も明らかです。ここでそれらについて徹底的に学びましょう。
水平軸風力タービンの利点 -
1. 強力な世代
水平軸風力タービンは、用途に応じて2MWから8MWの出力で構築できます。 2.5～3.0MW 年間約6万kWhを発電でき、これはEUの一般的な家庭1,500軒に電力を供給するのに十分な量です。これはタービンのサイズと風速によって異なります。
2. 十分に信頼できる
水平軸風力タービンは長年にわたって市場を支配しており、その設計と開発は十分に進んでいます。すでに市場で入手可能な水平軸風力タービンの実用性と有用性、および将来の開発の可能性の両方を調査します。
3. 非常に強い運用風
水平軸風力タービン 風をより速く受ける ローターの高さのためです。つまり、より高い風速でも機能する可能性が高く、パフォーマンスには理想的です。高高度の空気の流れは通常一定であるため、水平軸風力タービンはより信頼性の高い再生可能エネルギー源となります。
4. 非常に高いレベルの効率性
エネルギーを無駄にすることなく変換することは不可能です。風力エネルギー分野における新製品開発の主な焦点は、エネルギー変換の効率をいかに高めるかです。今のところ、最も生産性の高い風力タービンは水平軸のものです。 風力発電の40～50％を変換する 使用可能な電力に変換します。
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水平軸風力タービンの欠点 -
1. 移動、設置、動作状態を維持するのが難しい
水平軸風力タービンは 大規模な水平軸風力タービンは、輸送および設置時に物流上および技術的に大きな障害をもたらします。水平軸風力タービンのブレードは、長さが 70 メートル、重量が 20 トンにもなるため、丘陵地帯に特有の狭く曲がりくねった道路や、住宅、電線、街灯が両側に並ぶ一般的な市街地の道路に設置することは困難です。
2. 環境に害を与える
水平軸風力タービンの設置方法については、いまだに多くの議論と論争が続いている。 周囲の環境に影響を与える巨大なブレードが空気を切り裂くときの轟音、それが落とす巨大な影、そしてそれが周囲の動物相や生態系にもたらす混乱、これらすべてが懸念材料となっている。
3. 海洋生態系の変化
洋上風力タービンは、私たちがまだ理解していない方法で海洋生態系を変える可能性がありますが、水平軸風力タービンブレードは、 飛行生物との衝突の危険複数の研究により、米国で人工物や人工行為による事故で毎年鳥が死亡する原因の1％以上が風力タービンによるものではないことが判明している。
4. セットアップの厳しい要件
世界中の政府が風力発電に着手するためのインセンティブを提供しているにもかかわらず、風力タービンの開発と設置に対する規制は障害となる可能性がある。 再生可能エネルギー 回転軸風力タービンの場合、隣接する住宅からのセットバックは通常タービン全体の高さの4倍必要となる。市政府は 騒音調査 風力発電所の建設を許可する前に、背景騒音と風力タービンが発する騒音の両方を考慮することが重要です。多くの場合、良い経験則がありますが、政治情勢、社会情勢、自然環境などの要因に応じてポリシーが異なる場合があります。
HAWT は、再生可能エネルギーに基づく未来において、大きな役割を果たしており、今後も果たすでしょう。水平軸風力タービンの長所と短所、水平軸風力タービンの種類など、このような技術に関するあらゆることを理解することは非常に重要です。これらは、来るべき未来に備えるのに役立ちます。
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