Een turbine is een machine die de kinetische energie van een draaiende vloeistof omzet in bruikbare arbeid of energie via een rotorsysteem. Mechanische overbrenging of elektromagnetische inductie zorgt ervoor dat turbines op deze manier energie kunnen genereren. Er zijn verschillende soorten turbines, maar de meest voorkomende zijn horizontale en verticale as windturbines. In dit artikel leert u alles over horizontale as windturbines, hun functies en ook horizontale as windturbinetypen.
Wat is een horizontale-as windturbine?
Het meest voorkomende type windturbine dat tegenwoordig in gebruik is, is de horizontale as windturbine of HAWT. HAWT's hebben een rotor met aerodynamische bladen (d.w.z. vleugelprofielen) eraan bevestigd; deze rotor kan naar de wind toe of van de wind af gericht zijn. Windturbines op grote hoogte hebben doorgaans twee of drie bladen die met zeer hoge snelheden draaien. Kegelvormige bladen op downwind rotors maken het mogelijk voor de turbine om zichzelf in de wind te oriënteren, maar upwind rotors hebben een yaw of staartvin nodig om ze in de juiste richting te laten wijzen. Echter, downwind rotors zijn waargenomen om te dwalen bij het uitlijnen met winden bij lage snelheden, wat resulteert in een verminderde energie-output bij die snelheden.
HAWT's hebben horizontaal gemonteerde assen die loodrecht op de grond staan. HAWT's kunnen, net als VAWT's, twee of drie bladen hebben. Tot nu toe is de HAWT met drie bladen het meest effectieve ontwerp gebleken, maar de tweebladige rotor en de rotor die naar de wind is gericht, hebben beide enig succes gehad. De turbine van de gondel kan zowel tegen de wind in (aan de voorkant) als tegen de wind in (aan de achterkant) gericht zijn. Er is geen mechanisch oriëntatiesysteem nodig in apparaten met een windrichting naar beneden, omdat ze altijd in de richting van de wind wijzen. Het constante schommelen door windvlagen is het grootste nadeel, omdat het tot meer vermoeidheid leidt. Laten we nu meer leren over windturbinetypen met een horizontale as.
Welke typen horizontale-aswindturbines zijn er?
Horizontale as windturbines hebben een zeer effectief ontwerp en zijn behoorlijk beroemd op de markt. Net als andere windturbines zijn er ook horizontale as windturbine types. De types zijn als volgt-
1. Tegenwindturbine
De rotor van een windturbine op de wind is op de bovenkant van de toren. Het primaire doel van deze turbine is om te voorkomen dat de wind een schaduw werpt over de achterkant van de toren. Omdat deze stijf is en terugligt van de toren, wordt deze configuratie momenteel gebruikt in de meeste HAWT's.
2. Downwind-turbine
De rotor van een windturbine bevindt zich aan de basis van de structuur. Deze specifieke turbine richt de wind eerst naar de toren en vervolgens naar de rotorbladen. Omdat de rotor door de windschaduw van de toren gaat, ervaart deze windturbine enige variaties in windkracht. Hier worden windkrachtschommelingen veroorzaakt door de positie van de rotor achter de gondel van de toren. Dit zou u moeten hebben geholpen de typen horizontale-aswindturbines te begrijpen.
Lees ook: 2 soorten verticale as windturbines
Wat is het werkingsprincipe van een horizontale-as windturbine?
Nadat we de typen horizontale as windturbines hebben begrepen, leren we ook over het werkprincipe van de horizontale as windturbine. Windenergie is comgezet in koppel door de rotor, die vervolgens wordt overgebracht naar een langzaam bewegende as. De reiswieg beschermt de versnellingsbak, de hogesnelheidsas en de generator die de stroom van de lagesnelheidsas ontvangen. De bladen zijn bevestigd aan de rotor en de as. Deze as wordt de lagesnelheidsas genoemd omdat de roterende assemblage door de wind wordt gedraaid met een rustig tempo van slechts ongeveer 10 tot 20 tpm.
Om de gewenste uitgangsfrequentie van 60 Hz te bereiken, wordt de lagesnelheidsas verbonden met de versnellingsbak, die een systeem van tandwielen heeft dat de uitgangssnelheid van de as verhoogt tot ongeveer 1,800 tpm (of een snelheid van 1,500 tpm als de frequentie 50 Hz is). Hierdoor wordt de as die uit de versnellingsbak komt vaak de hogesnelheidsas genoemd. Ten slotte wordt de hogesnelheidsas gekoppeld aan de generator, die de roterende beweging omzet in wisselstroom. Als deze snelheid wordt gebruikt om de generator direct te laten draaien, is de frequentie van de wisselstroomuitgang precies evenredig met de snelheid waarmee de generator draait.
Direct-drive windturbines gebruiken bijvoorbeeld doorgaans een DC-generator in plaats van een AC-generator en ze hebben geen versnellingsbak. Het is onduidelijk of een AC-naar-DC-omvormer hier deel van uitmaakt (die zich aan de torenbasis kan bevinden). Een programmeerbare logische controller (PLC) of computer wordt gebruikt als controller in industriële turbines. De metingen van de anemometer worden gebruikt door de controller, die vervolgens beslist in welke richting de windturbine moet staan, hoeveel energie deze moet verzamelen en of de turbine mag versnellen bij sterke wind. Dat is het werkingsprincipe van de horizontale as windturbine. Laten we hierna de componenten van de horizontale as windturbine verkennen.
Wat zijn horizontale-as-windturbinecomponenten?
Onderdelen van een horizontale-aswindturbine zijn onder andere een basis, toren, gondel, generator, rotorbladen, naaf, as, tandwielkasten en anemometers.
1. Basis: De toren en andere onderdelen van een windturbine wegen een flink aantal tonnen. Daarom moeten ze stevig worden vastgemaakt aan een rotsvaste ondergrond.
2. Toren: Een hoge constructie die de rotornaaf en gondel op hun plaats houdt. Deze kunnen worden vervaardigd van stalen roosters, beton of buisvormig staal. Een belangrijk aspect van het ontwerp van horizontale aswindturbines is de hoogte van de toren. Door de hoogte van de toren te vergroten, kunnen de turbines meer windenergie absorberen en meer elektriciteit produceren, omdat de windsnelheid toeneemt met de hoogte. Door de hoogte van een windsysteem te vergroten, wordt er doorgaans meer energie gegenereerd en wordt ook de turbulentie in de wind verminderd.
3. Rotorbladen: Windturbinebladen vangen de kinetische energie van de wind op en zetten deze om in mechanische energie. Deze scheermessen zijn gemaakt van hout-epoxy of polyester die is versterkt met glasvezel. Afhankelijk van het ontwerp kunnen windturbines één blad, een paar bladen, drie bladen of meer hebben. HAWT's met drie bladen zijn de norm. Deze zijn bevestigd aan de naaf van de rotor. Vroeger gebruikten mensen het idee van meerdere bladen om water te pompen, voedsel te malen en andere taken uit te voeren.
4. Gondel: De gondel is de behuizing voor de belangrijkste componenten van de turbine. De tandwielkast, hoge- en lagesnelheidsassen, generator, controller en remmen zijn allemaal geïnstalleerd op de top van een toren. De gondel is uitgerust met een anemometer om de windsnelheid te meten en een windvaan om de windrichting te detecteren.
5. Naaf: Om een rotorblad aan de as van een windturbine te bevestigen, is een rotornaaf nodig. De naaf, bouten, bladlagers, spoedsysteem en interne onderdelen vormen de naafconstructie. Staal, ijzer en gesmeed staal worden gebruikt in de productie van rotornaven, en het lasproces is essentieel. Hier zijn enkele voorbeelden van rotornaven:
6. assen: As die vermogen overbrengt naar de aandrijfwielen, het koppel en de stressniveaus in de holle of massieve stalen constructie van een aandrijfas zijn extreem hoog. Met behulp van aandrijfassen kan mechanische energie van de bladnaaf naar de generator worden gestuurd, waardoor deze de roterende beweging kan omzetten in elektrische stroom. Normaal gesproken heeft een windturbine twee schachten.
7. Versnellingsbakken: De uitgaande as van de versnellingsbak is gekoppeld aan de generator om roterende mechanische energie over te brengen. De wet van Faraday van elektromagnetische inductie is het onderliggende principe van de werking ervan. Het is een apparaat dat elektriciteit produceert uit mechanische energie. Als het gaat om windturbines, zijn er een paar verschillende soorten tandwielkasten: planetaire transmissie, een spiraalvormige tandwielkast en transmissie met wormwielen voor een turbine.
8. Windmeters: De grootte van de kinetische energie van de wind is grotendeels afhankelijk van de snelheid. De derde macht van de windsnelheid is een recht evenredig deel van de hoeveelheid kracht in de wind. Bij het kiezen van een locatie is het cruciaal om rekening te houden met de gemiddelde windsnelheid in het gebied. Een anemometer is een hulpmiddel dat wordt gebruikt om de snelheid van een windstroom te bepalen. Meestal vindt u deze boven de gondel.
Zie ook: Voordelen en nadelen van getijdenenergie
Waarvoor worden horizontale-as-turbines gebruikt?
Om de stroomopbrengst en energie-efficiëntie te maximaliseren, maken grootschalige windenergiecentrales vaak gebruik van horizontale-as windturbines. Deze windturbines worden doorgaans gezien in
- Productiefaciliteiten
- Enorme windmolenparken
- Door de overheid gesponsorde gebouwen
Hiermee heb je geleerd waar horizontale as turbines voor gebruikt worden. Hierna kun je net zo goed leren over horizontale as windturbines. voor-en nadelen.
Wat zijn de voor- en nadelen van horizontale-as windturbines?
Net als bij andere apparaten zijn de voor- en nadelen van horizontale as windturbines ook vrij duidelijk. Laten we hier uitgebreid over leren.
Voordelen van horizontale as windturbines-
1. Krachtige generaties
Afhankelijk van de toepassing kunnen horizontale as windturbines worden gebouwd met een vermogen van 2 MW tot 8 MW. Een onshore windturbine met een capaciteit van 2.5-3.0 megawatt kan jaarlijks ongeveer 6 miljoen kWh genereren, wat genoeg is om 1,500 typische EU-huizen van stroom te voorzien. Dit is afhankelijk van de grootte van de turbine en de windsnelheid.
2. Voldoende betrouwbaar
Horizontale as windturbines domineren de markt al jaren, dus hun ontwerp en ontwikkeling zijn ver gevorderd. Zowel de bruikbaarheid als het nut van horizontale as windturbines, die al op de markt verkrijgbaar zijn, en hun potentiële toekomstige ontwikkeling worden onderzocht.
3. Uitzonderlijk sterke operationele winden
Windturbines met horizontale as krijg de wind op hogere snelheden vanwege de hoogte van de rotoren. Dit betekent dat ze waarschijnlijk zullen functioneren bij hogere windsnelheden, wat ideaal is voor hun prestaties. Luchtstroom op grote hoogte is meestal consistent, waardoor windturbines met horizontale as een betrouwbaardere bron van hernieuwbare energie zijn.
4. Efficiëntie op een zeer hoog niveau
Het is onmogelijk om energie om te zetten zonder dat er een deel van verloren gaat. Een belangrijk aandachtspunt bij de ontwikkeling van nieuwe producten in de windenergiesector is hoe de efficiëntie van energieomzetting kan worden verhoogd. De meest productieve windturbines zijn vooralsnog die met een horizontale as. Ze zijn efficiënt genoeg om 40-50 procent van de inkomende windenergie omzetten in bruikbare elektriciteit.
Lees ook: Voordelen en nadelen van waterstofenergie
Nadelen van horizontale as windturbines-
1. Moeilijk te verplaatsen, op te zetten en in werkende staat te houden
Omdat windturbines met een horizontale as zo massief, ze vormen aanzienlijke logistieke en technische obstakels tijdens verzending en installatie. Horizontale as windturbines hebben bladen die wel 70 meter lang kunnen zijn en wel 20 ton zwaar, waardoor het onwaarschijnlijk is dat ze kunnen worden geïnstalleerd op de smalle, kronkelige wegen die kenmerkend zijn voor heuvelachtige gebieden of op gewone stadsstraten waar woningen, nutsleidingen en straatlantaarns langs de zijkanten staan.
2. Schade toebrengen aan het milieu
Er is nog steeds veel discussie en controverse rond het onderwerp hoe horizontale as windturbines werken. invloed hebben op de omgevingHet gebrul van de enorme wieken die door de lucht snijden, de enorme schaduw die ze werpen en de verstoring die ze veroorzaken in de omringende fauna en ecosystemen zijn allemaal redenen tot bezorgdheid.
3. Verandering in het mariene ecosysteem
Windturbines op zee zullen het mariene ecosysteem waarschijnlijk op manieren veranderen die we nog niet begrijpen, terwijl de bladen van windturbines met een horizontale as een risico op botsing met vliegende wezensMeerdere onderzoeken hebben aangetoond dat windturbines niet direct verantwoordelijk zijn voor meer dan één procent van de jaarlijkse vogelsterfte in de Verenigde Staten, veroorzaakt door ongelukken met door de mens gemaakte objecten en praktijken.
4. Strikte vereisten voor installatie
Regelgeving voor de ontwikkeling en installatie van windturbines kan een obstakel vormen, ondanks het feit dat regeringen over de hele wereld prikkels hebben geboden om aan de slag te gaan. hernieuwbare energie revolutie. Voor een horizontale as windturbine is bijvoorbeeld de vereiste setback van een aangrenzend huis doorgaans vier keer de totale hoogte van de turbine. De gemeente moet een geluidsstudie voordat er een windmolenpark mag worden gebouwd. Het is essentieel om rekening te houden met zowel het achtergrondgeluid als het geluid dat de windturbine zal genereren. Hoewel er vaak een goede vuistregel is, kan het beleid nog steeds verschillen, afhankelijk van factoren zoals het politieke klimaat, het sociale klimaat en het natuurlijke klimaat.
HAWT's spelen en zullen een grote rol spelen in uw toekomst op basis van hernieuwbare energie. Het is erg belangrijk om alle dingen over dergelijke technologieën te begrijpen, zoals de voor- en nadelen van horizontale as windturbines, horizontale as windturbinetypen, etc. Ze helpen u klaar te zijn voor de toekomst die eraan komt.
Aanbevolen: 5 belangrijke voor- en nadelen van waterkrachtenergie
