2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25
Kuigi tänapäeval on energia tootmiseks palju täiustatud viise, kasutati tuuleturbiine peaaegu kõikjal. Loomulikult kasutatakse neid tänapäevalgi, kuid nende arv on oluliselt vähenenud. Nende toimimise mõistmiseks on oluline teada, et tuul on päikeseenergia vorm.
Üldkirjeldus
Tuuleturbiinid töötavad tuulevoolude abil. Aga miks on tuul võimeline elektrit tootma? See nähtus tuleneb sellest, et Maa atmosfäär soojeneb ebaühtlaselt, planeedi pinna struktuur on ebakorrapärane ja ka seetõttu, et see pöörleb. Tuuleturbiinid ehk tuulegeneraatorid on võimelised muutma tuule kineetilise energia mehaaniliseks energiaks, mida saab hiljem kasutada mõneks muuks ülesandeks.
Kuidas täpselt need seadmed tavalise tuulega elektrit toodavad? Tegelikult on kõik üsna lihtne. Sellise turbiini tööpõhimõte on otseselt vastupidine ventilaatori tööle. Tuule jõu mõjul pöörlevad tuuliku labad, mis omakorda paneb generaatoriga ühendatud võlli elektrit tootma pöörlema.
Turbiinitüübid
Erinevaid turbiine on mitut tüüpi. Insenerid eristavad kahte peamist praegu kasutusel olevat kategooriat. Esimene kategooria on horisonta altelg ja teine kategooria vertika altelg. Esimest tüüpi tuuleturbiinidel on kõige levinum disain, mis sisaldab kahte või kolme laba. Kolme labaga üksused töötavad põhimõttel "vastutuult". Elemendid ise on seatud nii, et need vaataksid tuule poole.
Üks maailma suurimaid turbiine on GE Wind Energy. Selle seadme võimsus on 3,6 megavatti. Siinkohal tasub märkida, et mida suurem on turbiin, seda tõhusam see on. Lisaks paraneb kasu ja hinna suhe koos koondmaterjali suurusega.
Turbiini kogusumma
Esimene indikaator, mille järgi seade valitakse, on toide. Kui võtta "teenindus" turbiinid, siis nende võimsus võib alata 100 kW-st ja ulatuda mitme MW-ni. Samuti on oluline märkida, et nii vertikaalseid kui ka horisontaalseid tuulikuid saab rühmitada. Selliseid rühmi nimetatakse kõige sagedamini tuuleparkideks. Selliste saitide eesmärk on elektrienergia hulgimüük varustada soovitud objekti.
Kui rääkida väikestest üksikutest turbiinidest, mille võimsus on alla 100 kW, siis kõige sagedamini kasutatakse neid eramajade elektriga varustamiseks, sideantennide või veeülekandepumpade energiaga varustamiseks. Tuleb märkida, et väikeseid turbiine saab kasutada ka koos diiselmootoritega.generaatorid, akud või päikesepaneelid. Sellist süsteemi nimetatakse hübriidsüsteemiks. Neid kasutatakse kohtades, kus pole muud võimalust elektrivõrguga liitumiseks.
Vertikaalsete turbiinide eelised
Praegu kasutatakse vertikaalset tüüpi seadmeid palju sagedamini. See on põhjendatud asjaoluga, et vertikaalsel tüübil on horisontaalsete ees mitmeid eeliseid.
Vertikaalset tüüpi tornidel mõjub koormus ühtlasem alt, mistõttu on lihtsam oma mõõtmetelt suuremat konstruktsiooni luua. Lisaks ei ole seda tüüpi turbiinidele rootori paigaldamiseks vaja lisavarustust. Oluliseks tööefektiivsust tõstvaks plussiks on see, et vertikaalsete turbiinide labad on võimalik teha keerdunud – spiraali kujul. See on väga oluline, sest sel juhul mõjutab tuuleenergia neid nii sissepääsul kui ka väljapääsul, mis loomulikult suurendab paigalduse efektiivsust.
Vertikaalsete turbiinide üks olulisemaid eeliseid on see, et kui need on paigaldatud, pole mõtet telge tuulevoolu järgi kohandada. Seda tüüpi seade töötab mõlem alt poolt puhuva tuulega.
Bolotovi tuuleturbiin
See seade eristub teistest seadmetest. Turbiini normaalseks tööks ei ole vaja seda kohandada erinevate ilmastikutingimustega. Selle disaini tuuleenergia element on võimeline tajuma tuult igast küljest, ilma selletaseadistustoimingud. Lisaks ei nõua seda tüüpi jaam, et torn tuule suuna muutumisel pöörduks. Vertikaalsete tuuleturbiinide (VAWT – vertikaalse generaatorivõlliga tuuleelektrijaam) eelis on ka see, et neil on spetsiaalne disain, mis võimaldab töötada mis tahes võimsusega tuulevoogudega. Võimalik töötada isegi tormi ajal. Võimalik on valida paigaldusmoodulite arv. Turbiini väljundvõimsus sõltub nende arvust. See tähendab, et moodulite arvu muutmisega saate muuta seadme võimsust, mis on väga mugav. Veel üks eelis on see, et tuulejõu element on kokku pandud nii, et see võimaldab suure efektiivsusega kineetilise energia muundada mehaaniliseks energiaks.
Birjukovi ja Blinovi tuuleturbiini mõõtmed
Sellel seadmel on kahekorruseline rootor läbimõõduga 0,75 m. Selle elemendi kõrgus on 2 m. Värske tuule mõjul suutis selline rootor asünkroonse rootori täielikult keerutada võll võimsusega kuni 1,2 kW. Turbiin talus ilma tõrgeteta tuule jõudu kuni 30 m/s.
Väärib rääkimist sellest, miks tuulikut peetakse kahe teadlase saavutuseks. Asi on selles, et 60ndatel. NSV Liidus patenteeris teadlane Birjukov karusselltuulegeneraatori, mille KIEV 46%. Kuid veidi hiljem sai insener Blinov kasutada sama disaini, kuid näitajaga 58% KIEV.
Turbiinidhüperboloidne tüüp
Hüperboloid-tüüpi tuuleturbiinid põhinesid sellise inseneri ideedel nagu Shukhov Vladimir Grigorjevitš.
Seda tüüpi turbiinide omadused hõlmavad asjaolu, et sellel on suurem tuulevoolu tööala. Kui võrrelda seda indikaatorit teiste kategooriate seadmetega, siis hüperboloidi tüüp näitab pühitud ala põhjal tulemusi 7-8% paremini. See indikaator kehtib nende tüüpide puhul, mille puhul tuulevoolu tööpiirkond on tiibadega. Kui võrrelda seda tüüpi näiteks Darrieuse ja Savoniuse turbiinidega, siis on erinevus 40-45%.
Selle kategooria seadmete eriomaduste hulka kuulub ka asjaolu, et need on võimelised töötama ülespoole suunatud õhuvooluga. See on väga produktiivne, kui paigaldate generaatori järve, soo, mäenõlva vms lähedusse.
Selliste turbiinide eeliste hulka kuulub asjaolu, et hüperboloidi peseva aktiivse õhukihi kokkupuutejoon on 1,6 korda pikem kui sarnase pöörleva tuulegeneraatorina pöörleva silindri oma. Loomulikult järeldatakse, et efektiivsus on sama palju suurem.
Puudused
Hoolimata nende turbiinide paljudest eelistest ja omadustest on neil ka puudusi.
Negatiivsete tegurite hulka kuulub asjaolu, et kui generaatori labad pöörlevad vastu tuulevoolu, kannavad seda tüüpi generaatorid märkimisväärseid kadusid, mis omakorda toob kaasa töö efektiivsuse vähenemise umbes poole võrra. Selle näitaja langus on väga märgatav, kui võrrelda vertikaalseid turbiine horisontaalsete turbiine, millel selliseid kadusid pole.
Teine puudus on see, et vertikaalne tuuleturbiin peab olema väga pikk. Kui asetate selle maapinna lähedale, kus tuule kiirus on palju väiksem kui kõrgel, siis võib tekkida probleeme rootori käivitamisega, mis vajab töö alustamiseks tõuget. Iseenesest ei käivitu üldse. Muidugi saab labade kõrgemaks tõstmiseks paigaldada spetsiaalsed tornid, kuid rootori alumine osa jääb siiski liiga madalaks.
Muude puuduste hulka kuulub ka asjaolu, et talvel tekivad tuuleturbiinide labadele jääpurikad. Märkimist väärib ka suur müra, mida turbiinid töötamise ajal tekitavad. Mõned paigaldised on töötamise ajal võimelised tekitama isegi kahjulikku infraheli. See põhjustab vibratsiooni, mis võib põhjustada klaaside, akende ja nõude ragisemist.
Lõbus fakt: toiteallikana kasutati RimWorldi tuuleturbiine.
