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 vindturbin som används idag är horisontella vindturbiner, eller HAWT. HAWT:er har en rotor med aerodynamiska blad (dvs. vingprofiler) fästa vid den; denna rotor kan vara vänd antingen mot eller bort från vinden. Vindturbiner på hög höjd har vanligtvis två eller tre blad som roterar mycket snabbt. Koniska blad på rotorer i medvind gör det möjligt för turbinen att självorientera sig mot vinden, men rotorer i medvind behöver en gir eller stjärtvinge för att hjälpa dem att vända åt rätt håll. Medvindsrotorer har dock observerats vandra när de riktas in mot 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 en vindkraftverk i motvind är installerad på toppen av tornet . Turbinens primära mål är att förhindra att vinden kastar en skugga över tornets baksida. Eftersom den är styv och placerad tillbaka från tornet används denna konfiguration för närvarande i de flesta vindkraftverk med hög vindstyrka.
2. Medvindsturbin
Rotorn på en vindkraftverksmotor är placerad vid basen av strukturen . Denna specifika turbin riktar vinden först mot tornet och sedan mot rotorbladen. Eftersom rotorn passerar genom tornets vindskydd upplever detta vindturbin vissa variationer i vindkraft. Här orsakas vindkraftsfluktuationer av rotorns position bakom tornets motorgondel. Detta borde ha hjälpt dig att förstå de horisontella vindturbintyperna.
Läs också: 2 typer av vertikalaxlade vindturbiner
Vad är arbetsprincipen för vindkraftverk med horisontell axel?
Efter att ha förstått de olika typerna av horisontella vindturbiner, låt oss också lära oss om deras arbetssätt. Vindkraft omvandlas till vridmoment av rotorn , som sedan överförs till en långsamtgående axel. Motorgondoljen skyddar växellådan, höghastighetsaxeln och generatorn som tar emot kraften från låghastighetsaxeln. Bladen är fästa vid rotorn och axeln. Denna axel kallas låghastighetsaxeln eftersom den roterande enheten roteras av vinden med en lugn hastighet på endast cirka 10 till 20 varv/min.
För att uppnå önskad utfrekvens på 60 Hz är låghastighetsaxeln ansluten till växellådan, som har ett kugghjulssystem som ökar axelns utgående hastighet till ungefär 1 800 rpm (eller en hastighet på 1 500 rpm om frekvensen är 50 Hz). På grund av detta kallas axeln som kommer ut ur växellådan ofta för höghastighetsaxeln. Slutligen är höghastighetsaxeln kopplad till generatorn, som omvandlar rotationsrörelsen till växelström. Om denna hastighet används för att direkt vrida generatorn är frekvensen för växelströmsutgången 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 vindturbin väger ett betydande antal ton; därför måste de fästas ordentligt på en bergfast bas.
2. Torn: En hög struktur som håller rotornavet och motorgondolen på plats. Dessa kan vara tillverkade av stålgitter, betong eller stålrör. En viktig aspekt vid design av horisontella vindturbiner är tornets höjd. Att öka tornets höjd gör att turbinerna kan absorbera mer vindenergi och producera mer el eftersom vindhastigheten ökar med höjden. Att öka höjden på ett vindkraftverk resulterar vanligtvis i att en större mängd kraft genereras och minskar även turbulensen i vinden.
3. Rotorblad: Vindkraftverksblad fångar vindens kinetiska energi och omvandlar den till mekanisk energi. Dessa rakhyvlar är tillverkade av trä-epoxi eller polyester som har förstärkts med glasfiber. Beroende på design kan vindkraftverk ha ett enda blad, ett par blad, tre blad eller fler. Trebladiga vindkraftverk är normen. Dessa är fästa vid rotorns nav. Förr i tiden använde man idén med flera blad för att pumpa vatten, mala mat och utföra andra uppgifter.
4. Motorgondol: Motorgondolen är höljet för turbinens viktigaste komponenter. Växellådan, hög- och lågvarvsaxlarna, generatorn, styrenheten och bromsarna är alla installerade högst upp i ett torn. Motorgondolen är utrustad med en anemometer för att mäta vindhastighet och en vindflöjel för att detektera vindriktningen.
5. Nav: För att ansluta ett rotorblad till axeln på ett vindturbin krävs ett rotornav. Nav, bultar, bladlager, stigningssystem och interna delar utgör navaggregatet. Stål, järn och smidd stål används vid tillverkning av rotornav, och svetsprocessen är avgörande. Här är några exempel på rotornav:
6. Axlar: Axlar som överför kraft till drivhjulens vridmoment och spänningsnivåer i en drivaxels ihåliga eller solida stålkonstruktion är extremt höga. Med hjälp av drivaxlar kan mekanisk energi från bladnavet skickas till generatorn, vilket gör att den kan omvandla den roterande rörelsen till elektrisk ström. Vanligtvis har en vindturbin två axlar.
7. Växellådor: Växellådans utgående axel är kopplad till generatorn för att överföra rotationsmekanisk energi. Faradays lag om elektromagnetisk induktion är den underliggande principen för dess funktion. Det är en anordning som producerar elektricitet från mekanisk energi. När det gäller vindturbiner finns det några olika typer av växellådor: planetväxel, spiralväxel och snäckväxlar för en turbin.
8. Anemometrar: Storleken på vindens kinetiska energi beror till stor del på dess hastighet. Kuben av vindhastigheten är en direkt proportion till mängden kraft i vinden. När du väljer en plats är det avgörande att ta hänsyn till den genomsnittliga vindhastigheten i området. En anemometer är ett verktyg som används för att bestämma hastigheten på en vindström. Vanligtvis hittar du dessa ovanför motorgondolen.
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 vad horisontellaxlade turbiner används till. Efter detta kan du lika gärna lära dig om fördelar och nackdelar med horisontellaxlade vindturbiner.
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 tillämpning kan horisontella vindturbiner konstrueras med en effekt från 2 MW till 8 MW. En landbaserad vindkraftverk med en kapacitet på 2.5–3.0 MW kan generera cirka 6 miljoner kWh årligen, vilket är tillräckligt för att förse 1 500 typiska EU-hushåll med ström. 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
Horisontalaxlade vindkraftverk får vinden vid högre hastigheter på grund av rotorernas höjd. Det betyder att de sannolikt kommer att fungera vid högre vindhastigheter, vilket är idealiskt för deras prestanda. Luftflödet på hög höjd är vanligtvis konstant, vilket gör horisontalaxlade vindkraftverk till en mer pålitlig källa till förnybar energi.
4. Effektivitet på mycket hög nivå
Det är omöjligt att omvandla energi utan att en del av den går till spillo. Ett viktigt fokus för ny produktutveckling inom vindkraftssektorn är hur man kan öka effektiviteten i energiomvandlingen. För närvarande är de mest produktiva vindkraftverken de med en horisontell axel. De är tillräckligt effektiva för att omvandla 40–50 procent av inkommande vindkraft till användbar el.
Läs också: Fördelar och nackdelar med vätgasenergi
Nackdelar med horisontell axelvindturbin-
1. Svår att flytta, sätta upp och hålla i fungerande skick
Eftersom horisontella vindturbiner är så massiva , utgör de betydande logistiska och tekniska hinder under transport och installation. Vindturbiner med horisontell axel 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 vägar som är typiska för kuperade områden eller på vanliga stadsgator där bostäder, ledningar och gatlyktor kantar sidorna.
2. Skada miljön
Det finns fortfarande mycket debatt och kontrovers kring hur horisontella vindturbiner påverkar den omgivande miljön . Det stora dånet från de massiva bladen när de skär genom luften, den massiva skuggan de kastar och den störning de medför för omgivande fauna och ekosystem är alla oroande.
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 revolutionen inom förnybar energi . För ett horisontellt axlat vindkraftverk är till exempel det obligatoriska avståndet från ett intilliggande hus vanligtvis fyra gånger turbinens totala höjd. Stadsstyrelsen måste göra en bullerstudie innan den tillåter att en vindkraftspark byggs där. Att beakta både bakgrundsbuller och det buller som vindkraftverket kommer att generera är viktigt. Även om det ofta finns en bra tumregel kan policyn fortfarande skilja sig 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
