Vertikální větrné turbíny

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

I když dnes existuje mnoho pokročilejších způsobů výroby energie, větrné turbíny se dříve používaly téměř všude. Samozřejmě se používají dodnes, ale jejich počet se výrazně snížil. Abychom pochopili, jak fungují, je důležité vědět, že vítr je forma sluneční energie.

Obecný popis

Větrné turbíny pracují s využitím větrných proudů. Ale proč je vítr schopen vyrábět elektřinu? K tomuto jevu dochází díky tomu, že dochází k nerovnoměrnému zahřívání zemské atmosféry, struktura povrchu planety je nepravidelná a také proto, že se otáčí. Větrné turbíny neboli větrné generátory jsou schopny přeměnit kinetickou energii větru na mechanickou energii, kterou lze později využít pro některé další úkoly.

Jak přesně tato zařízení vyrábějí elektřinu pomocí běžného větru? Ve skutečnosti je vše docela jednoduché. Princip činnosti takové turbíny je přímo opačný k činnosti ventilátoru. Vlivem síly větru se lopatky větrné turbíny otáčejí, což zase způsobí, že hřídel připojená ke generátoru vyrábí elektřinu.

Typy turbín

Existuje několik typů různých turbín. Inženýři rozlišují dvě hlavní kategorie, které se v současnosti používají. První kategorie je horizontálně-axiální a druhá kategorie je vertikální-axiální. První typ větrné turbíny má nejběžnější konstrukci, která zahrnuje dvě nebo tři lopatky. Jednotky se třemi lopatkami fungují na principu „proti větru“. Samotné prvky jsou nastaveny tak, aby se dívaly na vítr.

Jednou z největších turbín na světě je GE Wind Energy. Výkon tohoto zařízení je 3,6 megawattů. Zde stojí za zmínku, že čím větší turbína, tím je účinnější. Kromě toho se poměr přínosů a ceny také zlepšuje s velikostí agregátu.

Celkové hodnoty turbín

Prvním indikátorem, kterým se zařízení vybírá, je napájení. Pokud vezmeme "servisní" turbíny, pak jejich výkon může začínat od 100 kW a dosáhnout několika MW. Je také důležité poznamenat, že vertikální i horizontální větrné turbíny lze seskupit dohromady. Takové skupiny se nejčastěji označují jako větrné elektrárny. Účelem těchto stránek je velkoobchodní dodávka elektřiny do požadovaného objektu.

Pokud mluvíme o malých jednoduchých turbínách, jejichž výkon je menší než 100 kW, nejčastěji se používají k zásobování elektřinou soukromých domů, telekomunikačních antén nebo k zásobování energií čerpadel pro přenos vody. Nutno podotknout, že malé turbíny lze použít i v kombinaci s dieselovými motory.generátory, baterie nebo solární panely. Takový systém se nazývá hybridní systém. Používají se v místech, kde není jiná možnost připojení k elektrické síti.

Výhody vertikálních turbín

V současnosti se mnohem častěji používá vertikální typ zařízení. To je odůvodněno skutečností, že vertikální typ má oproti horizontálním řadu výhod.

Na věžích svislého typu bude zatížení působit rovnoměrněji, což usnadňuje vytvoření větší konstrukce, pokud jde o její rozměry. Navíc pro instalaci rotoru na tento typ turbíny není potřeba další zařízení. Důležitou výhodou zvyšující efektivitu práce je, že lopatky vertikálních turbín mohou být vyrobeny zkroucené - ve formě spirály. To je velmi důležité, protože v tomto případě je větrná energie ovlivní jak na vstupu, tak na výstupu, což samozřejmě zvyšuje efektivitu instalace.

Jednou z nejdůležitějších výhod vertikálních turbín je, že když jsou instalovány, nemá smysl přizpůsobovat osu proudění větru. Tento typ zařízení bude fungovat s proudem větru vanoucím z obou stran.

Bolotovova větrná turbína

Tato jednotka se odlišuje od ostatních zařízení. Pro běžný provoz turbíny není potřeba ji přizpůsobovat různým povětrnostním podmínkám. Větrný prvek tohoto designu je schopen vnímat vítr z jakékoli strany, bez jakékolinastavovací operace. Tento typ stanice navíc nevyžaduje, aby se věž otočila při změně směru větru. Další výhodou vertikálních větrných turbín (VAWT - větrná elektrárna s vertikální hřídelí generátoru) je, že mají speciální konstrukci, která umožňuje pracovat s proudy větru libovolného výkonu. Provoz je možný i za bouřky. Je možné zvolit počet instalačních modulů. Na jejich počtu bude záviset výstupní výkon turbíny. To znamená, že změnou počtu modulů můžete změnit výkon jednotky, což je velmi výhodné. Další výhodou je, že prvek síly větru je sestaven tak, že umožňuje vysoce účinnou přeměnu kinetické energie na energii mechanickou.

Rozměry Biryukovovy a Blinovské větrné turbíny

Toto zařízení má dvoupatrový rotor o průměru 0,75 m. Výška tohoto prvku je 2 m. Při působení čerstvého větru dokázal takový rotor zcela roztočit rotor asynchronního hřídel o výkonu až 1,2 kW. Turbína mohla bez poruchy odolat síle větru až 30 m/s.

Stojí za to mluvit o tom, proč je větrná turbína považována za úspěch dvou vědců. Jde o to, že v 60. letech. v SSSR si vědec Biryukov patentoval kolotočový větrný generátor s KYJEVEM 46 %. Nicméně o něco později byl inženýr Blinov schopen použít stejný design, ale s ukazatelem 58% KYJEV.

Turbínyhyperboloidní typ

Větrné turbíny hyperboloidního typu byly založeny na myšlenkách takového inženýra, jakým byl Shukhov Vladimir Grigoryevich.

Mezi vlastnosti tohoto typu turbíny patří skutečnost, že má větší pracovní plochu proudění větru. Pokud tento ukazatel porovnáme s jinými kategoriemi zařízení, pak hyperboloidní typ vykazuje výsledky o 7-8 % lepší, počítáme-li z rozmítané oblasti. Tento indikátor platí pro ty typy, u kterých je pracovní oblast proudění větru lopatková. Pokud tento typ porovnáme např. s turbínami Darrieus a Savonius, pak bude rozdíl 40-45%.

Mezi speciální vlastnosti této kategorie jednotek patří také to, že jsou schopny pracovat se stoupajícím prouděním vzduchu. Je velmi produktivní, pokud generátor nainstalujete blízko jezera, bažiny, svahu atd.

Výhody takových turbín zahrnují skutečnost, že linie kontaktu aktivní vrstvy vzduchu, která omývá hyperboloid, bude 1,6krát delší než u podobného válce rotujícího jako rotační větrný generátor. Přirozeně proto dochází k závěru, že účinnost bude o stejnou hodnotu vyšší.

Vady

Navzdory mnoha výhodám a vlastnostem těchto turbín mají také některé nevýhody.

Mezi negativní faktory patří skutečnost, že když se lopatky generátoru otáčejí proti proudům větru, dochází u tohoto typu generátoru ke značným ztrátám, což následně povede ke snížení efektivity práce zhruba na polovinu. Pokles tohoto ukazatele je velmi patrný, pokud porovnáme vertikální turbíny s horizontálními, které takové ztráty nemají.

Další nevýhodou je, že vertikální větrná turbína musí být velmi dlouhá. Pokud jej umístíte blízko země, kde je rychlost větru mnohem nižší než ve velké výšce, pak mohou nastat problémy se startováním rotoru, který potřebuje zatlačit, aby začal fungovat. Samo od sebe se vůbec nespustí. Můžete samozřejmě nainstalovat speciální věže pro zvednutí lopatek výše, ale spodní část rotoru bude stále příliš nízká.

Mezi další nevýhody patří skutečnost, že v zimě se na lopatkách větrných turbín tvoří rampouchy. Za povšimnutí stojí i velké množství hluku, které turbíny při provozu vydávají. Některá z instalací jsou dokonce schopna během svého provozu produkovat škodlivý infrazvuk. Způsobuje vibrace, které mohou způsobit chrastění skla, oken, nádobí.

Zábavný fakt: Jako zdroj energie byly použity větrné turbíny RimWorld.