Turbina to maszyna, która zamienia energię kinetyczną wirującego płynu na użyteczną pracę lub energię za pośrednictwem układu wirnika. Przekładnia mechaniczna lub indukcja elektromagnetyczna umożliwia turbinom generowanie energii w ten sposób. Istnieją różne rodzaje turbin, ale najpopularniejsze są turbiny wiatrowe o osi poziomej i pionowej. W tym artykule dowiesz się wszystkiego o turbinach wiatrowych o osi poziomej, ich funkcjach, a także o typach turbin wiatrowych o osi poziomej.
Czym jest turbina wiatrowa o poziomej osi obrotu?
Najbardziej rozpowszechnionym typem turbiny wiatrowej w użyciu jest obecnie turbina wiatrowa o poziomej osi obrotu, czyli HAWT. HAWT-y mają wirnik z łopatkami aerodynamicznymi (tj. profile) przymocowane do niego; wirnik ten może być skierowany w stronę wiatru lub od niego. Turbiny wiatrowe na dużych wysokościach mają zazwyczaj dwa lub trzy łopaty, które obracają się z bardzo dużą prędkością. Stożkowe łopaty na wirnikach z wiatrem umożliwiają turbinie samoczynne ustawienie się w kierunku wiatru, ale wirniki z wiatrem potrzebują łopatki odchylającej lub ogonowej, aby pomóc im ustawić się we właściwym kierunku. Jednak zaobserwowano, że wirniki z wiatrem wędrowały podczas ustawiania się w linii z wiatrem przy niskich prędkościach, co skutkowało zmniejszoną mocą wyjściową przy tych prędkościach.
HAWT-y charakteryzują się poziomo zamontowanymi wałami, które są prostopadłe do podłoża. HAWT-y, podobnie jak VAWT-y, mogą mieć dwa lub trzy łopaty. Do tej pory trójłopatowe HAWT okazały się najskuteczniejszą konstrukcją, jednak modele z dwułopatowym wirnikiem i wirnikiem zwróconym w stronę wiatru odniosły pewien sukces. Turbina gondoli może być zwrócona w stronę wiatru (z przodu) lub w stronę wiatru (z tyłu). W urządzeniach z wiatrem nie ma potrzeby stosowania mechanicznego systemu orientacji, ponieważ zawsze są one skierowane w stronę wiatru. Ciągłe kołysanie spowodowane podmuchami wiatru jest największą wadą, ponieważ prowadzi do większego zmęczenia. Teraz poznajmy typy turbin wiatrowych o poziomej osi.
Jakie są typy turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu?
Turbiny wiatrowe o osi poziomej mają naprawdę skuteczną konstrukcję i są dość popularne na rynku. Podobnie jak inne turbiny wiatrowe, istnieją również typy turbin wiatrowych o osi poziomej. Typy są następujące-
1. Turbina wiatrowa
Wirnik turbiny wiatrowej nawietrznej jest zainstalowany na szczyt wieży. Głównym celem tej turbiny jest zapobieganie rzucaniu cienia przez wiatr na tylną stronę wieży. Ponieważ jest sztywna i odsunięta od wieży, ta konfiguracja jest obecnie stosowana w większości HAWT.
2. Turbina wiatrowa
Wirnik turbiny wiatrowej jest umieszczony w podstawa konstrukcji. Ta konkretna turbina kieruje wiatr najpierw w stronę wieży, a następnie na łopaty wirnika. Ze względu na to, że wirnik przechodzi przez osłonę przeciwwiatrową wieży, ta turbina wiatrowa doświadcza pewnych wahań mocy wiatru. W tym przypadku wahania mocy wiatru są spowodowane położeniem wirnika za gondolą wieży. Powinno to pomóc Ci zrozumieć typy turbin wiatrowych o osi poziomej.
Przeczytaj także: 2 rodzaje turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu
Jaka jest zasada działania turbiny wiatrowej o poziomej osi obrotu?
Po zrozumieniu typów turbin wiatrowych o osi poziomej, poznajmy również zasadę działania turbiny wiatrowej o osi poziomej. Energia wiatru to cprzekształcony w moment obrotowy przez wirnik, który jest następnie przekazywany do wolno poruszającego się wału. gondola chroni skrzynię biegów, wał szybkoobrotowy i generator, które otrzymują moc z wału wolnoobrotowego. Łopatki są przymocowane do wirnika i wału. Ten wał jest nazywany wałem wolnoobrotowym, ponieważ zespół obrotowy jest obracany przez wiatr z niewielką prędkością wynoszącą zaledwie około 10 do 20 obr./min.
Aby osiągnąć pożądaną częstotliwość wyjściową 60 Hz, wał wolnoobrotowy jest połączony ze skrzynią biegów, która posiada system kół zębatych, który zwiększa prędkość wyjściową wału do około 1,800 obr./min (lub prędkości 1,500 obr./min, jeśli częstotliwość wynosi 50 Hz). Z tego powodu wał wychodzący ze skrzyni biegów jest często nazywany wałem szybkoobrotowym. Na koniec wał szybkoobrotowy jest sprzężony z generator, który przekształca ruch obrotowy w prąd przemienny. Jeśli ta prędkość jest wykorzystywana do bezpośredniego obracania generatora, częstotliwość wyjścia prądu przemiennego jest dokładnie proporcjonalna do szybkości, z jaką obraca się generator.
Na przykład turbiny wiatrowe z napędem bezpośrednim zazwyczaj wykorzystują generator prądu stałego, a nie prądu przemiennego, i nie mają przekładni. Nie jest jasne, czy przetwornica prądu przemiennego na prąd stały jest ich częścią (która może znajdować się u podstawy wieży). W turbinach przemysłowych jako sterownik stosuje się programowalny sterownik logiczny (PLC) lub komputer. Odczyty anemometru są wykorzystywane przez sterownik, który następnie decyduje, w którą stronę powinna być zwrócona turbina wiatrowa, ile energii powinna zbierać i czy turbina powinna mieć możliwość przyspieszenia podczas silnych wiatrów. Taka jest zasada działania turbiny wiatrowej o osi poziomej. Następnie przyjrzyjmy się bliżej elementom turbiny wiatrowej o osi poziomej.
Jakie są elementy turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu?
Części turbiny wiatrowej o poziomej osi obrotu obejmują podstawę, wieżę, gondolę, generator, łopaty wirnika, piastę, wał, przekładnie i anemometry.
1. Podstawa: Wieża i inne elementy turbiny wiatrowej ważą znaczną liczbę ton, dlatego muszą być solidnie przymocowane do solidnej podstawy.
2. Wieża: Wysoka konstrukcja, która utrzymuje piastę wirnika i gondolę na miejscu. Mogą być wykonane ze stalowej kratownicy, betonu lub rur stalowych. Jednym z kluczowych aspektów konstrukcji turbiny wiatrowej o poziomej osi jest wysokość wieży. Zwiększenie wysokości wieży pozwala turbinom pochłaniać więcej energii wiatru i wytwarzać więcej energii elektrycznej, ponieważ prędkość wiatru wzrasta wraz z wysokością. Zwiększenie wysokości systemu wiatrowego zwykle skutkuje wygenerowaniem większej ilości energii, a także zmniejsza turbulencje wiatru.
3. Łopatki wirnika: Łopatki turbin wiatrowych przechwytują energię kinetyczną wiatru i zamieniają ją na energię mechaniczną. Te maszynki do golenia są zbudowane z drewno-epoksyd lub poliester który został wzmocniony włóknem szklanym. W zależności od konstrukcji turbiny wiatrowe mogą mieć pojedyncze łopatki, parę łopatek, trzy łopatki lub więcej. Normą są trójłopatkowe HAWT-y. Są one przymocowane do piasty wirnika. W przeszłości ludzie stosowali pomysł kilku łopatek do pompowania wody, mielenia żywności i wykonywania innych zadań.
4. Gondola: Gondola to obudowa kluczowych podzespołów turbiny. Przekładnia, wały szybkoobrotowe i wolnoobrotowe, generator, sterownik i hamulce są zainstalowane na samym szczycie wieży. Gondola jest wyposażona w anemometr do pomiaru prędkości wiatru i wiatrowskaz do wykrywania kierunku wiatru.
5. Piasta: Podłączenie łopaty wirnika do wału turbiny wiatrowej wymaga piasty wirnika. Piasta, śruby, łożyska łopaty, układ skoku i elementy wewnętrzne tworzą zespół piasty. W tym celu stosuje się stal, żelazo i stal kutą. produkcja piast wirnika, a proces spawania jest niezbędny. Oto kilka przykładów piast wirnika:
6. Wały: Wał, który przekazuje moc do momentu obrotowego kół napędowych i poziom naprężeń w pustej lub pełnej stalowej konstrukcji wału napędowego są niezwykle wysokie. Dzięki zastosowaniu wałów napędowych energia mechaniczna z piasty łopatki może być przesyłana do generatora, umożliwiając mu przekształcenie ruchu obrotowego w prąd elektryczny. Zazwyczaj turbina wiatrowa będzie miała dwa wały.
7. Skrzynie biegów: Wał wyjściowy przekładni jest sprzężony z generatorem w celu przeniesienia energii mechanicznej obrotowej. Prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya jest podstawową zasadą jego działania. Jest to urządzenie, które wytwarza energię elektryczną z energii mechanicznej. Jeśli chodzi o turbiny wiatrowe, istnieje kilka odrębnych typów przekładni: przekładnia planetarna, przekładnia śrubowa i przekładnia z przekładniami ślimakowymi do turbiny.
8. Anemometry: Wielkość energii kinetycznej wiatru w dużej mierze zależy od jego prędkości. Sześcian prędkości wiatru jest wprost proporcjonalny do ilości mocy wiatru. Wybierając lokalizację, kluczowe jest uwzględnienie średniej prędkości wiatru w danym obszarze. Anemometr to narzędzie służące do określania prędkości prądu wiatru. Zazwyczaj znajdują się one nad gondolą.
Zobacz także: Zalety i wady energii pływów morskich
Do czego służą turbiny o osi poziomej?
Aby zmaksymalizować moc wyjściową i efektywność energetyczną, duże elektrownie wiatrowe często wykorzystują turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu. Te turbiny wiatrowe są zazwyczaj widoczne w
- Zakłady produkcyjne
- Ogromne farmy wiatrowe
- Budynki sponsorowane przez rząd
Dzięki temu dowiedziałeś się, do czego służą turbiny o poziomej osi obrotu. Po tym możesz również dowiedzieć się więcej o turbinach wiatrowych o poziomej osi obrotu zalety i wady.
Jakie są zalety i wady turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu?
Podobnie jak w przypadku innych urządzeń, zalety i wady turbin wiatrowych o osi poziomej są również dość oczywiste. Poznajmy je dokładnie tutaj.
Zalety turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu:
1. Potężne pokolenia
W zależności od zastosowania turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu mogą mieć moc wyjściową od 2 MW do 8 MW. Turbina wiatrowa na lądzie o mocy 2.5–3.0 MW może wygenerować około 6 milionów kWh rocznie, co wystarczy do zasilenia 1,500 typowych domów w UE. Zależy to od wielkości turbiny i prędkości wiatru.
2. Wystarczająco niezawodny
Turbiny wiatrowe o osi poziomej od wielu lat dominują na rynku, dlatego ich konstrukcja i rozwój są bardzo zaawansowane. Badana jest zarówno praktyczność i użyteczność turbin wiatrowych o osi poziomej, które są już dostępne na rynku, jak i ich potencjalny przyszły rozwój.
3. Wyjątkowo silne wiatry operacyjne
Turbiny wiatrowe o osi poziomej uzyskać wiatr o większej prędkości ze względu na wysokość wirników. Oznacza to, że prawdopodobnie będą działać przy wyższych prędkościach wiatru, co jest idealne dla ich wydajności. Przepływ powietrza na dużych wysokościach jest zwykle stały, co sprawia, że turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu są bardziej niezawodnym źródłem energii odnawialnej.
4. Wydajność na bardzo wysokim poziomie
Nie da się przetworzyć energii bez jej marnowania. Głównym celem rozwoju nowych produktów w sektorze energetyki wiatrowej jest zwiększenie efektywności konwersji energii. Na razie najbardziej wydajne turbiny wiatrowe to te z osią poziomą. Są wystarczająco wydajne, aby przekonwertować 40–50 procent przychodzącej energii wiatrowej w użyteczną energię elektryczną.
Przeczytaj także: Zalety i wady energii wodorowej
Wady turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu:
1. Trudno je przenosić, konfigurować i utrzymywać w dobrym stanie technicznym
Ponieważ turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu są tak masywny, stanowią one poważne przeszkody logistyczne i techniczne podczas transportu i instalacji. Turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu mają łopaty, które mogą mieć długość do 70 metrów i ważyć do 20 ton, co sprawia, że mało prawdopodobne jest, aby można je było zainstalować na wąskich, krętych drogach typowych dla regionów pagórkowatych lub na zwykłych ulicach miejskich, wzdłuż których ciągną się domy, linie użyteczności publicznej i latarnie uliczne.
2. Zaszkodzić środowisku
Wokół tematu turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu wciąż toczy się wiele dyskusji i kontrowersji wpływać na otaczające środowiskoRyk potężnych ostrzy przecinających powietrze, rzucany przez nie ogromny cień i zakłócenia, jakie powodują w otaczającej faunie i ekosystemach, są powodem do niepokoju.
3. Zmiana ekosystemu morskiego
Turbiny wiatrowe na morzu prawdopodobnie zmienią ekosystem morski w sposób, którego jeszcze nie rozumiemy, podczas gdy łopatki turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu stanowią ryzyko kolizji ze stworzeniami latającymiWiele badań wykazało, że turbiny wiatrowe nie są bezpośrednio odpowiedzialne za więcej niż jeden procent rocznej śmierci ptaków w Stanach Zjednoczonych spowodowanej wypadkami z obiektami i praktykami stworzonymi przez człowieka.
4. Ścisłe wymagania dotyczące konfiguracji
Przepisy dotyczące rozwoju i instalacji turbin wiatrowych mogą stanowić przeszkodę, mimo że rządy na całym świecie zapewniły zachęty do podjęcia działań odnawialne źródła energii rewolucja. Na przykład w przypadku turbiny wiatrowej o poziomej osi obrotu wymagane odsunięcie od sąsiedniego domu wynosi zazwyczaj cztery razy więcej niż całkowita wysokość turbiny. Władze miasta muszą przeprowadzić badanie hałasu przed pozwoleniem na budowę farmy wiatrowej. Należy wziąć pod uwagę zarówno hałas tła, jak i hałas generowany przez turbinę wiatrową. Podczas gdy często istnieje dobra zasada, polityka może się różnić w zależności od czynników, takich jak klimat polityczny, klimat społeczny i klimat naturalny.
HAWT odgrywają i będą odgrywać dużą rolę w Twojej przyszłości opartej na odnawialnych źródłach energii. Bardzo ważne jest zrozumienie wszystkich rzeczy dotyczących takich technologii, jak zalety i wady turbin wiatrowych o poziomej osi, typy turbin wiatrowych o poziomej osi itd. Pomagają Ci być gotowym na przyszłość, która nadchodzi.
Polecamy: 5 głównych zalet i wad energii wodnej
