Loji kuasa angin: jenis, reka bentuk, kelebihan

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 10:36

Tenaga angin jauh daripada cabang bekalan tenaga baharu, namun, dalam keadaan semasa, ia semakin menjadi ciri-ciri yang lebih jelas bagi arah yang menjanjikan untuk pembangunan selanjutnya. Masih sukar untuk bercakap tentang konsep universal untuk pelaksanaan teknikal penjana angin, tetapi kemajuan dalam penggunaan penyelesaian kejuruteraan individu menunjukkan bahawa model struktur bersatu tunggal akan muncul dalam masa terdekat. Pada masa yang sama, beberapa jenis turbin angin digunakan di dunia, setiap satunya mempunyai kekuatan tersendiri.

Prinsip am operasi turbin angin

Seperti kebanyakan sumber tenaga alternatif moden, turbin angin beroperasi disebabkan daya yang bertindak akibat proses semula jadi. Kita bercakap tentang aliran angin yang terhasil daripada pemanasan yang tidak sekatapermukaan bumi oleh matahari. Hampir semua turbin angin berfungsi mengikut prinsip berikut: aliran udara memutarkan roda pada aci khas dengan bilah, dengan itu menghantar tork ke penjana atau pek bateri. Dalam keadaan kestabilan dan daya pergerakan udara yang mencukupi, kincir angin untuk menjana elektrik mampu memberikan kecekapan 45-50%. Justru kebolehubahan angin dan kekuatannya yang menentukan kepelbagaian reka bentuk turbin angin, yang juga dikira berdasarkan keadaan iklim penggunaan tertentu.

Apakah kelebihan utama turbin angin?

Nilai kecekapan turbin angin boleh dibandingkan dengan sumber tenaga tradisional dan dengan latar belakang penjana yang menggunakan sumber percuma yang boleh diperbaharui. Kelebihan sistem sedemikian yang paling ketara, yang memberi harapan untuk pembangunannya yang berjaya pada masa hadapan, adalah faktor berikut:

• Tenaga angin itu sendiri bukan sahaja boleh diperbaharui, tetapi juga tersedia untuk pengumpulan dan pemprosesan.
• Manfaat ekonomi. Penilaian yang tidak jelas mengenai penunjuk ekonomi tertentu belum boleh disebabkan oleh kepelbagaian sistem yang beroperasi dengan prestasi yang berbeza. Tetapi kita boleh bercakap tentang keputusan cemerlang yang ditunjukkan oleh projek individu. Sebagai contoh, berapakah kos satu kilowatt elektrik dari kincir angin luar pesisir yang besar? Kita boleh bercakap tentang julat 2-12 rubel. untuk 1 kWj.
• Mesra alam. Pengendalian turbin angin tidak menyediakan bahayapelepasan pencemar udara.
• Kompak. Memasang turbin angin, walaupun dalam format perindustrian, tidak boleh dibandingkan dengan stesen janakuasa tradisional. Ini sebahagian besarnya disebabkan oleh autonomi dan kebebasan sistem sedemikian daripada komunikasi dan sumber tambahan.

Penjana Paksi Mendatar

Skema reka bentuk kincir angin sedemikian menyediakan kehadiran penjana elektrik, kotak gear, bilah dan menara dengan bingkai. Konfigurasi bilah dilaksanakan sedemikian rupa sehingga udara mengalir ke dalam corong, yang menghasilkan momen kilasan. Syarat penting untuk operasi kincir angin sedemikian untuk menjana elektrik ialah keupayaan untuk menyesuaikan diri dengan ciri-ciri pergerakan aliran (arah dan kekuatan). Untuk ini, struktur disediakan dengan mekanisme untuk memusing dan mencondongkan bilah berhubung dengan permukaan bumi. Dalam model yang paling maju, pengawal dengan kawalan automatik juga digunakan. Bagi pelaksanaan roda angin, konfigurasi tiga bilah lebih kerap digunakan dalam skema mendatar. Selain itu, untuk meningkatkan prestasi penjana, jurutera cenderung untuk meningkatkan saiz bahagian penerima berfungsi, yang, sebagai contoh, menerangkan arah aliran semasa peralihan daripada plastik dan logam ringan kepada unsur komposit yang mahal dalam pembuatan struktur.

Penjana Paksi Menegak

Penjana sedemikian mempunyai kelebihan yang ketara berbanding struktur mendatar,yang terdiri daripada ketiadaan keperluan untuk cara tambahan untuk memantau dan mengawal pemasangan. Iaitu, dalam proses operasi, kincir angin dengan paksi menegak tidak menyesuaikan dengan apa-apa cara kepada pergerakan aliran. Ciri interaksi dengan jisim udara ini secara serentak mengurangkan voltan dalam bilah penjana angin dan mengurangkan beban giroskopik. Penjana bergear, yang membentuk enjin loji, boleh diletakkan di dasar menara struktur tanpa risiko kerosakan atau kegagalan. Tetapi mengapa, dengan kelebihan yang dijelaskan, pemasangan menegak tidak menggantikan kincir angin mendatar sepenuhnya? Malangnya, model ini juga mempunyai kelemahan yang ketara. Memandangkan roda angin tidak dipandu oleh aliran angin dan sentiasa beroperasi dalam julat tangkapan tenaga yang sempit, prestasi penjana dikurangkan secara logik. Oleh itu, untuk mengekalkan kuasa yang mencukupi bagi kincir angin menegak, penggunaan jisimnya meliputi kawasan yang luas diperlukan, yang tidak selalu dapat dilakukan.

Reka bentuk berdasarkan pemutar Darrieus

Penjana turbin angin dengan pendesak menegak adalah berdasarkan reka bentuk rotor Savonius atau Darrieus. Tetapi kumpulan ini juga mempunyai variasi sendiri dan pengubahsuaian moden. Pembangunan terbaru yang paling menjanjikan ialah turbin helicoid Gorlov, yang dicipta pada tahun 2001. Ia adalah sejenis kesinambungan konsep rotor Darrieus, tetapi dalam bentuk yang lebih dioptimumkan. Bilah menegak lingkaran membolehkan tenaga dijana daripada aliran air dan udara dengan aktiviti yang minimum. Hari ini penjana inidigunakan dalam kedua-dua ladang angin khusus dan sebagai sebahagian daripada loji kuasa hidroelektrik.

Penjana angin dengan penguat fluks

Selain itu, dalam beberapa cara, kesinambungan reka bentuk klasik kincir angin, tetapi dilaraskan untuk keadaan operasi berteknologi tinggi semasa. Pengubahsuaian dengan penguat aliran dibezakan dengan kehadiran satu atau lebih longkang, yang direka untuk menumpukan aliran udara. Unsur-unsur berbentuk kon aerodinamik dalam bentuk longkang yang sama mengumpul aliran di kawasan yang luas, menghalakannya ke satu titik arah dan dengan itu meningkatkan kelajuan sistem bilah. Kesukaran menggunakan turbin angin dengan penguat fluks ialah ia memerlukan penggunaan kumpulan unsur tambahan. Selain itu, adalah mungkin untuk mencapai peningkatan produktiviti yang ketara dalam sistem sedemikian hanya dengan menyambungkan sumber tenaga tambahan, yang tidak selalunya wajar dari segi ekonomi.

turbin angin tanpa gear

Selaras dengan idea pengoptimuman struktur, varian loji kuasa angin tanpa kotak gear turut muncul. Sebaliknya, saluran anulus digunakan, disediakan dengan rod logam dalaman. Cincin ini dipasang di sekeliling rim rotor. Sekumpulan magnet juga terletak di sini, yang berinteraksi dengan rod logam, dengan itu menyumbang kepada penjanaan arus. Prestasi turbin angin tanpa kotak gear dengan diameter rotor kira-kira 200 cm boleh mencapai 1500 kWjdalam tahun. Kelebihan utama reka bentuk ini ialah pengurangan kehilangan tenaga yang berlaku secara semula jadi dalam operasi penjana yang disediakan dengan kotak gear. Tetapi anda perlu membayar untuk kelebihan ini dengan had laju. Untuk membolehkan unit memasuki aliran kerja yang optimum, halaju aliran sekurang-kurangnya 2 m/s diperlukan.

Ciri turbin angin industri

Kincir angin industri mempunyai dua perbezaan asas - saiz besar dan keluaran kuasa tinggi. Kedua-dua kelebihan dan kekurangan stesen jenis ini datang daripada ciri-ciri ini. Bagi struktur, cukup untuk mengatakan bahawa ketinggian kincir angin industri moden boleh mencapai 150-200 m, dan rentang bilah boleh lebih daripada 100 m. Kuasa tinggi juga memerlukan kerumitan infrastruktur berfungsi. Jadi, untuk mengawal proses penukaran tenaga, pengawal penjana angin digunakan, yang memastikan caj semasa pek bateri diambil kira. Selain itu, pemadat elektrik bagi pemasangan sedemikian termasuk penyongsang dan sistem perlindungan litar pintas.

Ciri turbin angin isi rumah

Kincir angin paling ringkas bukan sahaja boleh digunakan di rumah, tetapi juga dipasang dengan tangan. Sebagai peraturan, ini adalah pemasangan bersaiz kecil dengan ketinggian tidak lebih daripada 10 m, mampu beroperasi pada kuasa 0.5-5 kW. Sebagai sumber tenaga pasif untuk perkakas rumahatau kumpulan individu peranti elektrik, pilihan ini membenarkan dirinya sendiri. Walau bagaimanapun, turbin angin padat digunakan dalam jumlah besar hari ini oleh syarikat besar untuk menjana kemudahan pengeluaran. Berdasarkan ladang kincir angin mini, sistem yang cukup produktif dan boleh dipercayai dibentuk yang boleh bersaing dengan penjana tunggal berkuasa tinggi.

Ciri turbin angin luar pesisir

Kepopularan jenis kincir angin ini adalah disebabkan oleh beberapa kelebihan berbanding stesen yang terletak di darat. Ini terutamanya mengenai keadaan kerja yang lebih stabil, kerana aliran angin tidak terhalang dari garis pantai. Pada masa yang sama, struktur turbin angin luar pesisir dibahagikan kepada dua kumpulan - menyokong dan terapung. Yang pertama dipasang di dalam air cetek dengan sokongan klasik di dalam tanah di bawah air. Stesen terapung, masing-masing, mempunyai platform terapung sendiri dengan penetapan melalui penambat dan peranti marin lain.

Gabungan struktur turbin angin dengan bingkai bangunan

Terdapat juga kumpulan kincir angin yang sangat menjanjikan yang secara literal disepadukan ke dalam badan bangunan tinggi. Penyelesaian ini mempunyai dua kelebihan - keadaan yang menggalakkan untuk "penerimaan" aliran dan pengurangan dalam laluan penghantaran elektrik, kerana sumber akhir bekalan biasanya adalah pengguna di dalam bangunan. Pada masa ini, penyepaduan turbin angin jenis ini lebih kerap dilakukan menggunakansilinder aerodinamik khas yang dipasang pada bumbung bangunan pencakar langit. Konsep baling-baling mini juga sedang dibangunkan, yang boleh diletakkan di mana-mana bahagian tapak pembinaan yang tinggi. Peranti benar-benar disepadukan ke dalam dinding, selepas itu ia disambungkan ke sistem bekalan kuasa am, memberikan jumlah tenaga yang kecil tetapi stabil.

Kesimpulan

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, minat terhadap turbin angin telah meningkat dengan ketara di Rusia. Stesen besar dengan kapasiti sehingga 30-50 MW beroperasi secara berkala di kawasan yang berbeza. Bagi negara kita, kincir angin amat berguna kerana ia membolehkan kita membekalkan tenaga ke kawasan terpencil di mana pada masa ini tidak ada kemungkinan untuk mengatur cara bekalan tenaga lain. Segmen loji kuasa angin kecil juga sedang giat membangun. Di Rusia, sistem kuasa individu dengan kapasiti 1-5 kW telah menjadi sangat popular. Pada masa yang sama, pemaju tidak menolak untuk menggabungkan prinsip operasi kincir angin dengan enjin pembakaran dalaman. Kejayaan ke arah ini ditunjukkan, khususnya, oleh reka bentuk angin-diesel. Masih sukar untuk menyatakan jumlah permintaan tenaga angin di Rusia dalam dekad akan datang, memandangkan kedudukan sumber tenaga tradisional masih kukuh. Tetapi trend dalam peralihan kepada tenaga alternatif di seluruh dunia berkemungkinan akan merangsang industri Rusia untuk menerokai kawasan tersebut secara aktif.