En turbin är en maskin som omvandlar den kinetiska energin hos en snurrande vätska till nyttigt arbete eller energi via ett rotorsystem. Mekanisk utväxling eller elektromagnetisk induktion gör att turbiner kan generera kraft på detta sätt. Det finns olika typer av turbiner men de vanligaste klassificeras som horisontella och vertikala vindkraftverk. I den här artikeln kommer du att lära dig allt om horisontella vindkraftverk deras funktioner, och även typer av horisontella vindkraftverk.
Vad är ett vindkraftverk med horisontell axel?
Den vanligaste typen av vindkraftverk som är i drift idag är vindkraftverk med horisontell axel eller HAWT. HAWTs har en rotor med aerodynamiska blad (dvs. bärytor) fästa vid den; denna rotor kan vara vänd antingen in i eller bort från vinden. Vindkraftverk på hög höjd har vanligtvis två eller tre blad som roterar i mycket snabb hastighet. Koniska blad på medvindsrotorer gör det möjligt för turbinen att orientera sig själv i vinden, men uppvindsrotorer behöver en gir- eller stjärtvinge för att hjälpa dem att möta rätt väg. Men det har setts att rotorer från medvind vandrar när de riktar in sig efter vindar vid låga hastigheter, vilket resulterar i minskad energiproduktion vid dessa hastigheter.
HAWTs har horisontellt monterade axlar som är vinkelräta mot marken. HAWT, liksom VAWT, kan ha antingen två eller tre blad. Hittills har den trebladiga HAWT visat sig vara den mest effektiva designen, men den tvåbladiga rotorn och rotorn mot vindmodellerna har båda haft viss framgång. Nacellens turbin kan antingen vända mot vinden (framtill) eller nedåt (baktill). Det finns inget behov av ett mekaniskt orienteringssystem i medvindsanordningar eftersom de alltid pekar i vindens riktning. Den ständiga gungningen från vindbyar är den största nackdelen eftersom det leder till mer trötthet. Låt oss nu lära oss om typer av vindkraftverk med horisontella axlar.
Vad är vindkraftstyper med horisontell axel?
Vindkraftverk med horisontella axlar har en riktigt effektiv design och är ganska kända på marknaden. Liksom andra vindkraftverk finns det även vindkraftstyper med horisontella axlar. Typerna är följande-
1. Motvindsturbin
Rotorn på ett vindkraftverk är installerat på toppen av tornet. Denna turbins primära mål är att förhindra vind från att kasta en skugga över tornets baksida. Eftersom den är styv och tillbakadragen från tornet, används denna konfiguration för närvarande i de flesta HAWT.
2. Medvindsturbin
Rotorn på en nedvindsturbin är placerad vid basen av strukturen. Denna speciella turbin riktar vinden först mot tornet och sedan mot rotorbladen. På grund av att rotorn passerar genom tornets vindskugga upplever detta vindkraftverk vissa variationer i vindkraft. Här orsakas vindkraftsfluktuationer av rotorns position bakom tornets gondol. Detta borde ha hjälpt dig att förstå typerna av vindkraftverk med horisontell axel.
Läs också: 2 typer av vindkraftverk med vertikal axel
Vad är arbetsprincipen för vindkraftverk med horisontell axel?
Efter att ha förstått typer av vindkraftverk med horisontella axlar, låt oss också lära oss om arbetsprincipen för vindkraftverk med horisontell axel. Vindkraften är comvandlas till vridmoment av rotorn, som sedan överförs till en långsamt rörlig axel. De gondol skyddar växellådan, höghastighetsaxeln och generatorn som tar emot kraften från låghastighetsaxeln. Bladen är fästa på rotorn och axeln. Denna axel kallas låghastighetsaxeln eftersom den roterande enheten vrids av vinden med en lugn hastighet av endast cirka 10 till 20 rpm.
För att uppnå den önskade utfrekvensen på 60 Hz ansluts låghastighetsaxeln till växellådan, som har ett system av växlar som ökar axelns utgående hastighet till ungefär 1,800 1,500 rpm (eller en hastighet på 50 XNUMX rpm om frekvensen är XNUMX Hz). På grund av detta kallas axeln som kommer ut ur växellådan ofta som höghastighetsaxeln. Slutligen kopplas höghastighetsaxeln till Generatorn, som omvandlar den roterande rörelsen till växelström. Om denna hastighet används för att direkt vrida generatorn, är frekvensen på AC-utgången exakt proportionell mot den hastighet med vilken generatorn vrids.
Direktdrivna vindturbiner, till exempel, använder vanligtvis en DC-generator i motsats till en AC, och de saknar en växellåda. Det är oklart om en AC-till-DC-omvandlare är en del av dessa (som kan placeras vid tornets bas). En programmerbar logisk styrenhet (PLC) eller dator används som styrenhet i industriturbiner. Vindmätarens avläsningar används av regulatorn, som sedan bestämmer åt vilket håll vindkraftverket ska vända sig, hur mycket energi den ska samla och om turbinen ska tillåtas ta fart vid hårda vindar. Det är arbetsprincipen för vindkraftverk med horisontell axel. Efter detta, låt oss utforska om komponenter för vindkraftverk med horisontell axel.
Vad är vindkraftskomponenter med horisontell axel?
En vindkraftskomponent med horisontell axel inkluderar en bas, torn, gondol, generator, rotorblad, nav, axel, växellådor och vindmätare.
1. Bas: Tornet och andra komponenter i ett vindkraftverk väger ett betydande antal ton; därför måste de fästas säkert på en stensäker bas.
2. Torn: En hög struktur som håller rotornavet och gondolen på plats. Dessa kan vara tillverkade av stålgaller, betong eller rörformigt stål. En nyckelaspekt av design av horisontella vindkraftverk är tornets höjd. Genom att öka tornets höjd kan turbinerna absorbera mer vindenergi och producera mer el eftersom vindhastigheten ökar med höjden. Att öka höjden på ett vindsystem resulterar vanligtvis i att en större mängd energi genereras och även minskar turbulensen i vinden.
3. Rotorblad: Vindkraftverksblad fångar vindens kinetiska energi och omvandlar den till mekanisk energi. Dessa rakhyvlar är konstruerade av trä-epoxi eller polyester som har förstärkts med glasfiber. Beroende på design kan vindturbiner ha ett enda blad, ett par blad, tre blad eller fler. Trebladiga HAWTs är normen. Dessa är fästa på rotorns nav. Tidigare använde människor idén om flera blad för att pumpa vatten, mala mat och utföra andra uppgifter.
4. Nacelle: Nacellen är huset för turbinens nyckelkomponenter. Växellådan, hög- och låghastighetsaxlar, generator, styrenhet och bromsar är alla installerade högst upp i ett torn. Nacellen är utrustad med en vindmätare för att mäta vindhastighet och en vindflöjel för att upptäcka vindriktning.
5. Hub: Att ansluta ett rotorblad till axeln på ett vindturbin kräver ett rotornav. Nav, bultar, bladlager, stigningssystem och inre delar utgör navaggregatet. Stål, järn och smidd stål används i produktion av rotornav, och svetsprocessen är viktig. Här är några exempel på rotornav:
6. axlar: Axel som överför kraft till drivhjulens vridmoment och spänningsnivåer i en drivaxels ihåliga eller solida stålkonstruktion är extremt höga. Med användning av drivaxlar kan mekanisk energi från bladnavet skickas till generatorn, vilket gör att den kan omvandla den roterande rörelsen till elektrisk ström. Vanligtvis kommer ett vindkraftverk att ha två axlar.
7. Växellådor: Växellådans utgående axel är kopplad till generatorn för att överföra roterande mekanisk energi. Faradays lag om elektromagnetisk induktion är den underliggande principen för dess funktion. Det är en enhet som producerar elektricitet från mekanisk energi. När det kommer till vindturbiner finns det några distinkta typer av växellådor: planetväxellåda, en spiralväxellåda & växellåda med snäckväxlar för en turbin.
8. Anemometrar: Storleken på vindens kinetiska energi är till stor del beroende av dess hastighet. Vindhastighetens kub är en direkt proportion till mängden kraft i vinden. När man väljer plats är det avgörande att ta hänsyn till den genomsnittliga vindhastigheten i området. En vindmätare är ett verktyg som används för att bestämma hastigheten på en vindström. Vanligtvis hittar du dessa ovanför nacellen.
Se även: Fördelar och nackdelar med tidvattenenergi
Vad används horisontella axelturbiner till?
För att maximera effektuttaget och energieffektiviteten använder storskaliga vindkraftverk ofta horisontella vindkraftverk. Dessa vindkraftverk ses vanligtvis i
- Tillverkningsanläggningar
- Stora vindkraftsparker
- Statligt sponsrade byggnader
Med detta har du lärt dig om vad horisontella axelturbiner används till. Efter detta kan du lika gärna lära dig om horisontella vindkraftverk fördelar och nackdelar.
Vilka är fördelar och nackdelar med horisontella axlar?
Liksom andra enheter är fördelar och nackdelar med horisontella vindkraftverk också ganska uppenbara. Låt oss lära oss mer om dem här.
Fördelar med vindkraftverk med horisontell axel-
1. Kraftfulla generationer
Beroende på applikation kan vindkraftverk med horisontella axlar konstrueras med en effekt från 2 MW till 8 MW. Ett vindkraftverk på land med en kapacitet på 2.5–3.0 MW kan generera cirka 6 miljoner kWh årligen, vilket är tillräckligt för att driva 1,500 XNUMX typiska EU-hem. Detta beror på turbinens storlek och vindhastigheten.
2. Tillräckligt pålitlig
Vindkraftverk med horisontella axlar har dominerat marknaden i många år, så deras design och utveckling är långt framskriden. Både det praktiska och användbarheten av horisontella vindkraftverk, som redan finns på marknaden, och deras potentiella framtida utveckling undersöks.
3. Exceptionellt starka operativa vindar
Vindkraftverk med horisontell axel få vinden i högre hastigheter på grund av rotorernas höjd. Detta betyder att de sannolikt kommer att fungera vid högre vindhastigheter, vilket är idealiskt för deras prestanda. Luftflödet på hög höjd är vanligtvis konsekvent, vilket gör vindkraftverk med horisontella axlar till en mer pålitlig källa för förnybar energi.
4. Effektivitet på mycket hög nivå
Det är omöjligt att omvandla energi utan att en del av den går till spillo. Ett stort fokus för utvecklingen av nya produkter inom vindenergisektorn är hur man kan effektivisera energiomvandlingen. För närvarande är de mest produktiva vindkraftverken de med en horisontell axel. De är tillräckligt effektiva för att konvertera 40–50 procent av inkommande vindkraft till användbar el.
Läs också: Vätgasenergi För- och nackdelar
Nackdelar med horisontell axelvindturbin-
1. Svårt att flytta, sätta upp och hålla i fungerande skick
Eftersom horisontell axel vindkraftverk är så massiv, utgör de betydande logistiska och tekniska hinder under transport och installation. Vindkraftverk med horisontella axlar har blad som kan vara så långa som 70 meter och så tunga som 20 ton, vilket gör det osannolikt att de skulle kunna installeras på de smala, slingrande vägarna som är typiska för kuperade områden eller på vanliga stadsgator där bostäder, elledningar och gatlyktor kantar sidorna.
2. Tillfoga miljön skada
Det finns fortfarande en hel del debatt och kontroverser kring ämnet hur horisontella vindkraftverk påverka den omgivande miljön. Vrålet från de massiva bladen när de skär genom luften, den massiva skuggan de kastar och störningarna de medför för omgivande fauna och ekosystem är alla orsaker till oro.
3. Förändring i marina ekosystem
Vindkraftverk till havs kommer sannolikt att förändra det marina ekosystemet på sätt som vi ännu inte förstår, medan vindkraftsblad med horisontell axel representerar en risk för kollision med flygande varelser. Flera studier har funnit att vindkraftverk inte är direkt ansvariga för mer än en procent av de årliga dödsfallen av fåglar i USA orsakade av olyckor med konstgjorda föremål och metoder.
4. Snäva krav för installation
Regler för utveckling och installation av vindkraftverk kan vara hinder, trots att regeringar runt om i världen har gett incitament för att inleda förnybar energi rotation. För ett vindkraftverk med horisontell axel, till exempel, är det erforderliga bakslaget från en intilliggande bostad vanligtvis fyra gånger turbinens hela höjd. Stadsstyrelsen måste göra ett bullerstudie innan man tillåter att en vindkraftspark byggs där. Med tanke på både bakgrundsljudet och det buller som vindkraftverket kommer att generera är viktigt. Även om det ofta finns en bra tumregel kan policyn fortfarande skilja sig åt beroende på faktorer som det politiska klimatet, det sociala klimatet och det naturliga klimatet.
HAWTs spelar och kommer att spela en stor roll i din förnybara energibaserade framtid. Det är mycket nödvändigt att förstå alla saker om sådana tekniker som horisontella vindkraftverk fördelar och nackdelar, horisontella vindkraftstyper, etc. De hjälper dig att vara redo för framtiden som är på väg att komma.
Rekommenderas: 5 stora fördelar och nackdelar med vattenkraft
