Vindkraftværker: typer, design, fordele

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Vindenergi er langt fra en ny gren af energiforsyningen, men under de nuværende forhold bliver den mere og mere udt alte træk ved en lovende retning for videre udvikling. Det er stadig svært at tale om universelle koncepter til den tekniske implementering af vindgeneratorer, men fremskridt i brugen af individuelle tekniske løsninger tyder på, at en enkelt samlet strukturel model vil dukke op i den nærmeste fremtid. Samtidig bruges flere typer vindmøller i verden, som hver især har sine egne styrker.

Generelt princip for drift af vindmøller

Som de fleste moderne alternative energikilder fungerer vindmøllen på grund af den kraft, der virker som et resultat af en naturlig proces. Vi taler om vindstrømme som følge af ujævn opvarmningjordens overflade ved solen. Næsten alle vindmøller fungerer efter følgende princip: luftstrømme roterer hjulet på en speciel aksel med vinger og overfører således drejningsmoment til generatoren eller batteripakken. Under forhold med stabilitet og tilstrækkelig luftbevægelseskraft er vindmøller til at generere elektricitet i stand til at give en effektivitet på 45-50%. Det er netop vindens variabilitet og dens styrke, der bestemmer det store udvalg af designs af vindmøller, som også beregnes ud fra specifikke klimatiske brugsforhold.

Hvad er de vigtigste fordele ved vindmøller?

Evaluering af effektiviteten af vindmøller kan være både i sammenligning med traditionelle energikilder og på baggrund af generatorer, der kører på vedvarende gratis ressourcer. De mest udt alte fordele ved sådanne systemer, som giver håb om deres succesfulde udvikling i fremtiden, er følgende faktorer:

• Vindenergi i sig selv er ikke kun vedvarende, men også tilgængelig til akkumulering og behandling.
• Økonomisk fordel. Entydige vurderinger vedrørende specifikke økonomiske indikatorer kan endnu ikke skyldes de mange forskellige systemer, der fungerer med forskellig ydeevne. Men vi kan tale om de fremragende resultater, som individuelle projekter viser. For eksempel, hvor meget koster en kilowatt elektricitet fra en stor havvindmølle? Vi kan tale om intervallet 2-12 rubler. for 1 kWh.
• Miljøvenlig. Driften af vindmøller sørger ikke for skadeligeluftforurenende emissioner.
• Kompakt. Installation af en vindmølle, selv i industrielt format, kan ikke sammenlignes med traditionelle kraftværker. Dette skyldes i høj grad sådanne systemers autonomi og uafhængighed af hjælpekommunikation og -ressourcer.

Horizontal Axis Generators

Designskemaet for sådanne vindmøller sørger for tilstedeværelsen af en elektrisk generator, gearkasse, knive og et tårn med en ramme. Konfigurationen af knivene er implementeret på en sådan måde, at luften strømmer ind i tragten, hvilket skaber et torsionsmoment. En vigtig betingelse for driften af sådanne vindmøller til generering af elektricitet er evnen til at tilpasse sig egenskaberne ved bevægelsen af strømme (retning og styrke). Hertil er strukturerne forsynet med mekanismer til at dreje og vippe knivene i forhold til jordens overflade. I de mest avancerede modeller anvendes også controllere med automatisk styring. Hvad angår implementeringen af vindhjulet, bruges trebladskonfigurationen oftere i vandrette skemaer. For at øge ydeevnen af generatorer har ingeniører desuden en tendens til at øge størrelsen af den funktionelle modtagedel, hvilket f.eks. forklarer den nuværende tendens med overgang fra plastik og letmetaller til dyre kompositelementer ved fremstilling af strukturer.

Vertikale aksegeneratorer

Sådanne generatorer har en betydelig fordel i forhold til horisontale strukturer,som består i, at der ikke er behov for yderligere midler til overvågning og kontrol af installationen. Det vil sige, at en vindmølle med en lodret akse under drift ikke på nogen måde tilpasser sig strømningens bevægelse. Denne funktion af interaktion med luftmasser reducerer samtidig spændingen i vindgeneratorbladene og reducerer gyroskopiske belastninger. Den gearede generator, som udgør anlæggets motor, kan placeres i bunden af strukturtårnet uden risiko for beskadigelse eller svigt. Men hvorfor erstattede vertikale installationer med de beskrevne fordele ikke helt vandrette vindmøller? Desværre har disse modeller også betydelige ulemper. Da vindhjulet ikke styres af vindstrømme og altid arbejder i et snævert område af energifangstområder, er generatorens ydeevne logisk reduceret. For at opretholde tilstrækkelig effekt af lodrette vindmøller kræves det derfor, at deres masseanvendelse dækker store områder, hvilket ikke altid er muligt.

Design baseret på Darrieus-rotoren

Vindmøllegeneratorer med lodret pumpehjul er baseret på Savonius- eller Darrieus-rotordesignet. Men denne gruppe har også sine egne variationer og moderne modifikationer. Den mest lovende nyere udvikling er Gorlov helicoide turbine, skabt i 2001. Det er en slags fortsættelse af Darrieus rotorkonceptet, men i en mere optimeret form. Spiral vertikale blade tillader energi at blive genereret fra vand- og luftstrømme med minimal aktivitet. I dag er disse generatorerbruges både i specialiserede vindmølleparker og som en del af vandkraftværker.

Vindgeneratorer med fluxforstærkere

Også, på en eller anden måde, en fortsættelse af det klassiske design af vindmøller, men justeret til de nuværende højteknologiske driftsforhold. Modifikationer med flowforstærkere er kendetegnet ved tilstedeværelsen af en eller flere tagrender, som er designet til at koncentrere luftstrømme. Aerodynamiske kegleformede elementer i form af de samme tagrender opsamler strømme over et stort område, orienterer dem i ét retningspunkt og øger derved hastigheden af vingesystemet. Vanskeligheden ved at bruge vindmøller med fluxforstærkere er, at de kræver brug af en ekstra elementær gruppe. Desuden er det kun muligt at opnå en væsentlig forøgelse af produktiviteten i sådanne systemer ved at forbinde hjælpeenergikilder, hvilket ikke altid er økonomisk forsvarligt.

Gearløse vindmøller

I tråd med ideen om strukturel optimering er der også dukket en variant af et vindkraftværk uden gearkasse op. I stedet anvendes en ringformet kanal forsynet med en indvendig metalstang. Denne ring er installeret omkring rotorfælgen. Her er også placeret en gruppe magneter, som vekselvirker med en metalstang og derved bidrager til dannelsen af strøm. Ydeevnen af vindmøller uden gearkasse med en rotordiameter på omkring 200 cm kan nå op på 1500 kWhi år. Den væsentligste fordel ved dette design er reduktionen af energitab, der naturligt forekommer ved driften af generatorer, der er udstyret med gearkasser. Men du skal betale for denne fordel med hastighedsbegrænsninger. For at enheden kan indgå i en optimal arbejdsgang, kræves der en strømningshastighed på mindst 2 m/s.

Funktioner ved industrielle vindmøller

Industrielle vindmøller har to grundlæggende forskelle - stor størrelse og høj effekt. Både fordele og ulemper ved stationer af denne type kommer fra disse funktioner. Hvad angår strukturen, er det nok at sige, at højden af moderne industrielle vindmøller kan nå 150-200 m, og bladspændet kan være mere end 100 m. Høj effekt kræver også kompleksiteten af den funktionelle infrastruktur. Så for at styre processen med energikonvertering bruges vindgenerator-controllere, som sikrer, at der tages hensyn til batteripakkens nuværende ladning. Derudover omfatter den elektriske stopning af sådanne installationer invertere og kortslutningsbeskyttelsessystemer.

Funktioner ved husholdningsvindmøller

De enkleste vindmøller kan ikke kun bruges derhjemme, men også samles i hånden. Som regel er der tale om små installationer med en højde på højst 10 m, der kan fungere med en effekt på 0,5-5 kW. Som en passiv energikilde til husholdningsapparatereller individuelle grupper af elektriske enheder, retfærdiggør denne mulighed sig selv. Men kompakte vindmøller bruges i dag i stort antal af store virksomheder til at drive produktionsanlæg. På basis af minivindmølleparker dannes der tilstrækkeligt produktive og pålidelige systemer, der kan konkurrere med højeffekts enkeltgeneratorer.

Funktioner ved havvindmøller

Populariteten af denne type vindmøller skyldes flere fordele i forhold til stationer, der er placeret på land. Det drejer sig primært om mere stabile arbejdsforhold, da vindstrømmene ikke hindres væk fra kystlinjen. Samtidig er strukturerne af havvindmøller opdelt i to grupper - understøttende og flydende. De første er installeret på lavt vand med en klassisk støtte i jorden under vand. Flydende stationer har henholdsvis deres egen flydende platform med fiksering ved hjælp af ankre og andre marineanordninger.

Kombination af vindmøllekonstruktioner med bygningsrammer

Der er også en meget lovende gruppe af vindmøller, der bogstaveligt t alt er integreret i højhuses skrog. Denne løsning har to fordele - gunstige betingelser for "modtagelse" af strømme og en reduktion i leveringsvejen for elektricitet, da den endelige forsyningskilde norm alt er forbrugerne inde i bygningen. I øjeblikket sker integrationen af vindmøller af denne type oftere ved hjælp afspecielle aerodynamiske cylindre, der er monteret på tagene af skyskrabere. Konceptet med minipropeller er også under udvikling, som kan placeres i enhver del af en høj byggeplads. Enhederne er bogstaveligt t alt integreret i væggene, hvorefter de forbindes til det generelle strømforsyningssystem, hvilket giver en lille, men stabil mængde energi.

Konklusion

I de senere år er interessen for vindmøller steget markant i Rusland. Store stationer med en kapacitet på op til 30-50 MW sættes i drift med jævne mellemrum i forskellige regioner. For vores land er vindmøller særligt nyttige, fordi de giver os mulighed for at levere energi til fjerntliggende regioner, hvor der i øjeblikket ikke er mulighed for at organisere andre energiforsyningsmidler. Segmentet af små vindkraftværker udvikler sig også aktivt. I Rusland er individuelle strømsystemer med en kapacitet på 1-5 kW blevet meget populære. Samtidig nægter udviklere ikke at kombinere principperne for drift af vindmøller med forbrændingsmotorer. Succeser i denne retning demonstreres især af vind-diesel-design. Det er stadig svært at sige, hvor meget vindenergi der vil blive efterspurgt i Rusland i de kommende årtier, da de traditionelle energikilders positioner stadig er stærke. Men tendenserne i overgangen til alternativ energi rundt om i verden vil sandsynligvis anspore den russiske industri til aktivt at udforske sådanne områder.