טורבינות רוח אנכיות

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

למרות שישנן דרכים מתקדמות רבות יותר להפקת אנרגיה כיום, טורבינות רוח היו בשימוש כמעט בכל מקום. כמובן שעדיין משתמשים בהם היום, אבל המספר ירד משמעותית. כדי להבין איך הם פועלים, חשוב לדעת שרוח היא סוג של אנרגיה סולארית.

תיאור כללי

טורבינות רוח פועלות באמצעות זרמי רוח. אבל למה הרוח מסוגלת לייצר חשמל? תופעה זו מתרחשת בשל העובדה שיש חימום לא אחיד של האטמוספירה של כדור הארץ, מבנה פני השטח של כוכב הלכת אינו סדיר, וגם בגלל שהוא מסתובב. טורבינות רוח, או מחוללי רוח, מסוגלות להמיר את האנרגיה הקינטית של הרוח לאנרגיה מכנית, שבה ניתן להשתמש מאוחר יותר עבור כמה משימות אחרות.

איך בדיוק המכשירים האלה מייצרים חשמל באמצעות רוח רגילה? למעשה, הכל די פשוט. עקרון הפעולה של טורבינה כזו מנוגד ישירות לפעולת מאוורר. בהשפעת כוח הרוח מסתובבים להבי טורבינת הרוח, אשר בתורם גורמים לפיר המחובר לגנרטור לייצר חשמל להסתובב.

סוגי טורבינות

ישנם מספר סוגים של טורבינות שונות. מהנדסים מבחינים בין שתי קטגוריות עיקריות הנמצאות בשימוש כיום. הקטגוריה הראשונה היא אופקית-צירית והקטגוריה השנייה היא אנכית-צירית. לסוג הראשון של טורבינת רוח יש את העיצוב הנפוץ ביותר, הכולל שניים או שלושה להבים. יחידות עם שלושה להבים עובדות על העיקרון של "נגד הרוח". האלמנטים עצמם מוגדרים כך שהם מסתכלים על הרוח.

אחת הטורבינות הגדולות בעולם היא GE Wind Energy. הספק של מכשיר זה הוא 3.6 מגה וואט. כאן המקום לציין שככל שהטורבינה גדולה יותר, כך היא יעילה יותר. בנוסף, היחס בין התועלת למחיר משתפר גם הוא עם גודל המצרף.

סכמי טורבינה

המחוון הראשון שלפיו נבחר התקן הוא הספק. אם ניקח טורבינות "שירות", אז ההספק שלהן יכול להתחיל מ-100 קילוואט ולהגיע למספר מגוואט. כמו כן, חשוב לציין שניתן לקבץ יחד טורבינות רוח אנכיות ואופקיות. קבוצות כאלה מכונות לרוב חוות רוח. מטרתם של אתרים כאלה היא אספקה סיטונאית של חשמל לאובייקט הרצוי.

אם מדברים על טורבינות בודדות קטנות, שהספק שלהן נמוך מ-100 קילוואט, הן משמשות לרוב לאספקת חשמל לבתים פרטיים, אנטנות תקשורת או לאספקת אנרגיה למשאבות העברת מים. יש לציין כי ניתן להשתמש בטורבינות קטנות גם בשילוב עם מנועי דיזל.גנרטורים, סוללות או פאנלים סולאריים. מערכת כזו נקראת מערכת היברידית. הם משמשים במקומות שבהם אין אפשרות אחרת להתחבר לרשת החשמל.

היתרונות של טורבינות אנכיות

כיום, נעשה שימוש הרבה יותר בסוג האנכי של מכשירים. זה מוצדק בעובדה שלסוג האנכי יש מספר יתרונות על פני האופקיים.

במגדלים מסוג אנכי, העומס יפעל בצורה שווה יותר, מה שמקל על יצירת מבנה גדול יותר מבחינת מידותיו. בנוסף, כדי להתקין את הרוטור על סוג זה של טורבינה, אין צורך בציוד נוסף. יתרון חשוב שמגביר את יעילות העבודה הוא שניתן להפוך את הלהבים של טורבינות אנכיות מפותלות - בצורה של ספירלה. זה חשוב מאוד, כי במקרה זה, אנרגיית הרוח תשפיע עליהם גם בכניסה וגם ביציאה, מה שכמובן מגביר את יעילות ההתקנה.

אחד היתרונות החשובים ביותר של טורבינות אנכיות הוא שכאשר הן מותקנות, אין טעם להתאים את הציר לזרימת הרוח. סוג זה של מכשיר יעבוד עם זרם רוח הנושב משני הצדדים.

טורבינת רוח בולוטוב

יחידה זו בולטת ממכשירים אחרים. לפעילות תקינה של הטורבינה אין צורך להתאים אותה לתנאי מזג אוויר שונים. אלמנט כוח הרוח של עיצוב זה מסוגל לתפוס את הרוח מכל צד, ללא כלפעולות הגדרה. בנוסף, סוג זה של תחנה אינו מחייב את המגדל לפנות כאשר כיוון הרוח משתנה. יתרון נוסף של טורבינות רוח אנכיות (VAWT - תחנת כוח רוח עם פיר גנרטור אנכי) הוא שהן בעלות עיצוב מיוחד המאפשר לעבוד עם זרמי רוח בכל כוח. הפעלה גם בעת סערות אפשרי. אפשר לבחור את מספר מודולי ההתקנה. הספק המוצא של הטורבינה יהיה תלוי במספרם. כלומר, על ידי שינוי מספר המודולים, ניתן לשנות את עוצמת היחידה, וזה מאוד נוח. יתרון נוסף הוא שאלמנט כוח הרוח מורכב בצורה כזו שהוא מאפשר המרה ביעילות גבוהה של אנרגיה קינטית לאנרגיה מכנית.

מידות טורבינת הרוח ביריוקוב ובלינוב

למכשיר זה יש רוטור דו-קומתי בקוטר של 0.75 מ'. גובהו של אלמנט זה הוא 2 מ'. תחת פעולת רוח רעננה, רוטור כזה הצליח לסובב לחלוטין את הרוטור של אסינכרוני פיר עם הספק של עד 1.2 קילוואט. הטורבינה יכלה לעמוד בעוצמת רוח של עד 30 מטר לשנייה ללא תקלה.

כדאי לדבר על הסיבה שטורבינת הרוח נחשבת להישג של שני מדענים. העניין הוא שבשנות ה-60. בברית המועצות, המדען Biryukov רשם פטנט על מחולל רוח קרוסלה עם KIEV 46%. עם זאת, קצת מאוחר יותר, המהנדס בלינוב הצליח להשתמש באותו עיצוב, אבל עם אינדיקטור של 58% KIEV.

טורבינותסוג היפרבולואיד

טורבינות הרוח מסוג ההיפרבולואיד התבססו על רעיונותיו של מהנדס כמו שוכוב ולדימיר גריגורייביץ'.

התכונות של סוג זה של טורבינה כוללות את העובדה שיש לה שטח עבודה גדול יותר של זרימת הרוח. אם נשווה את האינדיקטור הזה לקטגוריות אחרות של מכשירים, אזי סוג ההיפרבולואיד מציג תוצאות טובות יותר ב-7-8%, אם נספור מהאזור הסוחף. מחוון זה תקף לאותם סוגים שבהם אזור העבודה של זרימת הרוח משוטט. אם נשווה את הסוג הזה, למשל, עם טורבינות דאריאוס וסאבוניוס, ההפרש יהיה 40-45%.

המאפיינים המיוחדים של קטגוריה זו של יחידות כוללות גם את העובדה שהן מסוגלות לעבוד עם זרימות אוויר כלפי מעלה. זה מאוד פרודוקטיבי אם אתה מתקין את הגנרטור ליד אגם, ביצה, צלע גבעה וכו'.

היתרונות של טורבינות כאלה כוללים את העובדה שקו המגע של שכבת האוויר הפעילה, השוטפת את ההיפרבולואיד, יהיה ארוך פי 1.6 מזה של צילינדר דומה המסתובב כמו מחולל רוח סיבובי. מטבע הדברים, מכאן המסקנה שהיעילות תהיה גדולה יותר באותה כמות.

פגמים

למרות היתרונות והתכונות הרבות של הטורבינות הללו, יש להן גם כמה חסרונות.

הגורמים השליליים כוללים את העובדה שכאשר להבי הגנרטור מסתובבים כנגד זרמי הרוח, גנרטור מסוג זה יגרור הפסדים משמעותיים, אשר בתורם יובילו לירידה ביעילות העבודה בכמחצית.הירידה במדד זה בולטת מאוד אם נשווה טורבינות אנכיות לאופקיות, שאין להן הפסדים כאלה.

חיסרון נוסף הוא שטורבינת הרוח האנכית חייבת להיות ארוכה מאוד. אם אתה מציב אותו קרוב לקרקע, שם מהירות הרוח נמוכה בהרבה מאשר בגובה רב, אז ייתכנו בעיות בהתנעת הרוטור, שצריך דחיפה כדי להתחיל לעבוד. כשלעצמו, זה לא מתחיל בכלל. אפשר כמובן להתקין מגדלים מיוחדים כדי להעלות את הלהבים גבוה יותר, אבל החלק התחתון של הרוטור עדיין יהיה נמוך מדי.

חסרונות נוספים כוללים את העובדה שבחורף יווצרו נטיפי קרח על להבי טורבינות הרוח. ראוי לציין גם את כמות הרעש הגדולה שפולטות הטורבינות במהלך הפעולה. חלק מהמתקנים אף מסוגלים לייצר אינפרסאונד מזיק במהלך פעולתם. זה גורם לרטט, שעלול לגרום לזכוכית, חלונות, כלים לקשקש.

עובדה כיפית: טורבינות הרוח של RimWorld שימשו כמקור כוח.