Как устроена ветряная турбина?

2009-12-22

Ветряная турбинаТраектория потока ветра определяется ландшафтом земли, водными массами и растительностью. Люди давно используют энергию ветра для разных целей: запуска бумажных змеев, парусного спорта 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.

Каким образом ветро турбины производят электричество?

Ветер поворачивает лопасти, которые вращают вал, соединенный с генератором, производящим электроэнергию. Через линии передачи и распределения полученная энергия поступает в дома, офисы, школы и так далее.

Типы ветряных турбин

Современные ветряные 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. 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.

Терминология

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».

<< Назад