Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

30-11-2009

Как работают ветряные турбины

Ветер - это форма солнечной энергии. Ветры вызваны неравномерным нагревом атмосферы солнцем, нерегулярной структурой поверхности земли и ее вращением. Траектории потока ветра измененяются ландшафтом земли, массами воды и растительностью. Люди используют ветер или энергию его движения во многих целях: для парусного спорта, запуска бумажного змея и даже для производства электроэнергии. Термины «энергия ветра» и «мощность ветра» описывают процесс использования ветра для генерации механической энергии или электричества. Ветряные турбины (ветрогенераторы) преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую, которая может быть использована для ряда специфических задач, таких, как размол зерна или перекачивание воды.

Так как же ветряные турбины производят электричество? Попросту говоря, ветряная турбина работает противоположно вентилятору. Вместо того, чтобы использовать электричество, чтобы создавать ветер, как вентилятор, ветрогенераторы используют ветер, чтобы производить электричество. Ветер поворачивает лопасти, которые вращают вал, соединенный с генератором, производящим электроэнергию.

Этот вид сверху на «завод энергии ветра» показывает, как группа ветрогенераторов может производить электроэнергию для потребительских сетей. Через линии передачи и распределения она поступает в дома, предприятия, школы и так далее.

Типы ветряных турбин

Современные турбины разбиваются на две основных группы: горизонтально-осевые и вертикально-осевые, похожие на «взбивалки» модели Darrieus, названной в честь ее французского изобретателя. Горизонтально-осевые турбины, в типичном случае, имеют две или три лопасти. Эти трехлопастные турбины работают «против ветра», с лопастями, смотрящими на ветер.

Горизонтально-осевая турбина Вертикально-осевая турбина

Турбина GE Wind Energy мощностью 3.6 мегаватта – одна из крупнейших среди когда-либо устанавливавшихся:

Турбины большего размера более эффективны. И в ценовом отношении тоже.

Размеры ветряных турбин

Диапазон размеров турбин «сервисного» масштаба простирается от 100 киловатт до нескольких мегаватт. Большие турбины группируются вместе в «ветряные фермы», которые осуществляют оптовые поставки электроэнергии в электросети.

Небольшие одиночные турбины мощностью ниже 100 кВт используются для электроснабжения домов, телекоммуникационных антенн или питания водоперекачивающих насосов. Маленькие турбины иногда применяются в комплексе с дизельными генераторами, аккумуляторами и солнечными батареями. Эти системы называют «гибридными ветровыми системами» и находят применение в отдаленных местах, где подключение к электрической сети невозможно.

Внутри ветряной турбины

Anemometer

Анемометр

Измеряет скорость ветра и передает данные скорости контроллеру.

Blades

Лопасти

Большинство турбин имеет или две или три лопасти. Ветер, проходящий сквозь лопасти, заставляет их «взлетать» и вращаться.

Brake

Тормоз

Дисковый тормоз, с механическим, электрическим или гидравлическим приводом для остановки ротора в критических ситуациях.

Controller

Контроллер

Управляющий контроллер запускает машину на скоростях ветра приблизительно 8…16 миль в час и отключает машину приблизительно при 55 милях в час. Турбины не работают на скоростях ветра выше 55 миль в час, потому, что сильный ветер может их разрушить.

Gear box

Коробка передач

Механически соединяет низкоскоростной вал турбины с высокоскоростным, увеличивая скорость вращения с 30…60 оборотов в минуту, до 1000…1800 оборотов, то есть до скорости, требуемой большинству генераторов для выработки электроэнергии. Коробка передач – дорогостоящая (и тяжелая) часть ветровой турбины и инженеры исследует генераторы «прямого привода», которые работают на более низких вращательных скоростях и не нуждаются в коробках передач.

Generator

Генератор

Обычно стандартный индукционный генератор, который вырабатывает электроэнергию переменного тока частотой 60 Герц (для США).

High-speed shaft

Высокоскоростной вал

Приводит в действие генератор.

Low-speed shaft

Низкоскоростной вал

Ротор вращает этот вал со скоростью порядка 30…60 оборотов в минуту.

Nacelle

Гондола

Гондола находится наверху башни и содержит в себе коробку передач, низко- и высокоскоростной валы, генератор, управляющий контроллер и тормоз. Некоторые гондолы достаточно велики для того, чтобы на них мог сесть вертолет.

Pitch

Разворот лопастей

Лопасти Поворачивает  к ветру или под углом к нему, чтобы управлять скоростью вращения ротора и препятствовать вращению при ветрах, которые слишком сильны или слишком слабы для выработки электроэнергии.

Rotor

Ротор

лопасти и ступица вместе называют ротором.

Tower

Башня

Башни сделаны из стальной трубы (показаны здесь), бетона или имеют ажурную конструкцию. Поскольку скорость ветра увеличивается с высотой, более высокие башни позволяют турбинам захватить больше энергии ветра и произвести больше электроэнергии.

Wind direction

Направление ветра

Есть так называемые турбины «против ветра», потому, что при работе они повернуты «лицом» к ветру. Другие турбины разработаны, чтобы работать с «подветренной» стороны, отворачиваясь от ветра.

 Wind Vane

Флюгер

Определяет направление ветра и передает данные в управляющий контроллер для ориентации турбины в соответствии с направлением ветра.

 Yaw drive

Привод гондолы

Турбины типа «против ветра» должны быть направлены на ветер и привод гондолы используется для коррекции направления ротора при изменениях направления ветра. «Подветренные» турбины не требуют привода ротора, так как ветер дует им в «спину».

Перевод: Starko-007 по заказу РадиоЛоцман

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения (только последние 20 сообщений):Полный вариант обсуждения »
  • На счет лопастей (с горизонтальной осью), мне понравилась статья из журнала «Моделист-конструктор», 1993год, №8. http://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/%27%27...djv-002%5D.zip Там доходчиво расписан и принцип действия и как его сделать.
  • Чем смотреть такую прессу, лучше прочитать (вдумчиво) книгу Фатеева "Ветродвигатели и ветроустановки"
  • Касаемо промышленных ветротурбин dzen +1 Три лопасти как компромис между С одной стороны стремлением обеспечить конструктивную прочность лопастей и снизить динамические нагрузки, удешевить ВЭУ путём уменьшения количества лопастей, обеспечить допустимый уровень аэродинамических шумов и вибраций, усиливающихся с ростом скорости движения концов лопастей и с другой стороны стремлением к увеличению КПД ветротурбины, растущего с увеличением оборотов ветротурбины и числа лопастей. Учебник «Ветродвигатели и ветроустановки» Фатеева Е.М.
  • 3-лопастная турбина имеет постоянный момент инерции относительно оси ориентирования,независимы от положения лопастей, следовательно при ориентировании ветряка не возникает вибраций. 2-лопастная при ориентировании трясется.
  • RE: Почемы 3 лопасти / Виталий71 Нууу, впервих кпд как раз самои болшои у одлолопастника, но он динамически несбалансируемий. А у двухлопастника звук вопиюсчий, зато трехлопастник - ето последний с высоким коефициентом, так как увеличение лопастеи сверх 3...5 НЕ ИЗМЕНЯЕТ кпд, зато крепко снизает СКОРОСТЬ вращения, значит материалоэмкость
  • В зависимости от быстроходности ветряка , для максимума КИЭВ, есть оптимальный коэффициент заполнения ветротурбины и от количества лопастей мало зависит, идеальная турбина-бесконечное количество бесконечно-узких лопастей. Наиболее сбалансированны 3, 6, 12, 18, ... , 3 минимальное число.
  • А меня звук двухлопастника не напрягал, хоть я и не ту кромку заточил по невниманию.
  • это про гигаваттник??? Но обычный (непойманный) ветер тоже вызывает широкий спектр звуковых колебаний (ИНЧ в том числе), хаотически давя на листья, ветви деревьев, окна и стены зданий. И даже в чистом поле ветер человеку на уши давит. Гроза и землетрясения тоже генераторы инфразвука. Насекомые и некоторые растения (перекати-поле) могут быть унесёнными потоками воздуха. Запретить это всё срочно!!! :)))
  • Да бредни это, слухи ,которые финансово поддерживались в 80 годы владельцами теплоэлектростанций. Прблема мегаваттных ветряков ,то что птицы (особенно по холоду) облепляют и обгаживают их, при наличии дырок вовнутрь ,патаются свить гнезда внутри. Гнезда в ветряках сам видел.
  • Господа добрый день. Интересные у вас беседы однако прошу прощения у меня вопрос, а кто нибудь собирал турбину Горлова (http://www.quietrevolution.com/) я сделал но она и при сильном ветре не крутит если кто знает в чем секрет (где то есть изюменка а где не знаю)
  • Похоже ещё один человек хочет наступить на грабли. Есть простая истина, подтверждена теоретически и практически, причём не раз - все вертикалки делаются для красоты, но не как не для работы.
  • Эта т.н. турбина горлова - обычный ротор Дарье , скрученный в спираль для снижения резких кратковременных нагрузок. Но кроме снижения нагрузок , сильно падает КИЭВ и поэтому , чтоб она закрутилась, надо делать очень качественные лопасти и иметь сильный ветер. Ну и использовать ее хорошо только для красоты или раскрутки каких нибудь инвесторов на деньги.
  • То есть никто не знает что надо чтоб она закрутилась?
  • Качественные лопасти и сильнейший ветер.
  • Профиль лопастей должен быть точный, плоские ленты не пойдут. Плюс хороший ветер и разгонять её надо до рабочей скорости, сама турбина не разгонится даже при хорошем ветре . Против ветряка с горизонтальной осью её КИВ почти в 3 раза меньше. Вот выглядит красиво, ничего не скажешь:)
  • аэродинамический профиль крыла? А для разгона можно использовать ротор Савониуса.
  • Доказано расчетами и практикой, что профиль лопасти (хорда), должна быть приближена к идеальной, передняя плоскость отражающая ветровой поток по углу атаки где создается избыточное давление может быть плоской, а вот тыловая плоскость лопасти, чтобы создать по больше разницу давлений воздуха за лопастью нежели перед ею, должна быть выпуклой не равномерно создавая разряженность воздушных масс Может что не так?
  • Да посмотрите любой атлас аэродинамических профилей и увидите какие они-эти профили.
  • Да, я в курсе о них.
  • В крупных турбинах (относительно) управление лопастями идет опосредовано, извне. По крайней мере в Крыму на ВЭС управление было с персоналки в зависимости от нагрузки, оборотов, etc.
Полный вариант обсуждения »
Рекомендуемые публикации по теме:
Форум  »
Обсуждение: Ветряные турбины для низких скоростей ветра преодолевают ограничение закона Беца
Форум  »
Обсуждение: Новые ветряные турбины компании Eole Water способны вырабатывать как электричество, так и воду
Новости  »
Новые ветряные турбины компании Eole Water способны вырабатывать как электричество, так и воду
Статьи  »
Ветряные турбины для низких скоростей ветра преодолевают ограничение закона Беца
Новости  »
В недалеком будущем могут появиться безопасные для птиц ветряные турбины

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Применение литиевых батареек Fanso в электронных приборах учета энергоресурсов
Новое семейство микроконтроллеров STM32G0
Срезы ↓
Новая Инженерная Школа
Новая Инженерная Школа
Курсы и семинары для инженеров, технологов, разработчиков и конструкторов предприятий приборостроения.
Рейтинг@Mail.ru