Зростання виробництва енергії за рахунок використання не відновлюваних природних ресурсів обмежений порогом, за яким стоїть повна вироблення сировини. Альтернативна енергетика, включаючи вітрогенерацію енергії, забезпечить зниження навантаження на середовище проживання.
Зміст:
- Ефективність
- Класифікація
- Лінійного типу
- Циклічного типу
- Горизонтальні
- Вертикальні карусельного типу
- Вертикальні: ортогональні
- Висновки
Рух будь-якої маси, в тому числі й повітряної, породжує енергію. Вітряної двигун перетворює кінетичну енергію повітряного потоку в механічну. Це пристрій основа вітроенергетики, альтернативного напряму у використанні природних ресурсів.
до змісту ?
Ефективність
Оцінити енергетичну ефективність агрегату певного типу і конструкції, порівняти її з показниками подібних двигунів досить просто. Необхідно визначити коефіцієнт використання енергії вітру (КВЕВ). Він розраховується як відношення потужності, отриманої на валу вітродвигуна, до потужності вітрового потоку, що діє на поверхню вітроколеса.
Коефіцієнт використання енергії вітру для різних установок становить від 5 до 40%. Оцінка буде неповною без урахування витрат на проектування і будівництво об’єкта, кількості та вартості генерованої електроенергії. В альтернативній енергетиці термін окупності витрат на вітродвигун є важливим фактором, але також обов’язковий облік отриманого екологічного ефекту.
до змісту ?
Класифікація
Вітродвигуни за принципами використання виробленої енергії поділяються на два класу:
• лінійні;
• циклічні.
до змісту ?
Лінійного типу
Лінійний або мобільний вітродвигун перетворює енергію потоку повітря в механічну енергію руху. Це можуть бути парус, крило. З інженерної точки зору це не вітродвигун, а рушій.
до змісту ?
Циклічного типу
У циклічних двигунах сам корпус нерухомий. Потоком повітря обертаються, здійснюючи циклічні руху, його робочі частини. Механічна енергія обертання найбільш підходить для вироблення електрики, універсального виду енергії. До циклічних вітродвигуна відносять вітроколеса. Вітроколеса починаючи від стародавніх вітряних млинів кінчаючи сучасними вітроенергетичними установками, розрізняються за конструкційним рішенням, за повнотою використання сили повітряного потоку. Пристрої діляться на швидкохідні та тихохідні, а також по горизонтальному або вертикальному напрямку осі обертання ротора.
до змісту ?
Горизонтальні
Вітродвигуни з горизонтальною віссю обертання називають крильчасті. На валу ротора закріплюються кілька лопатей (крил) і маховик. Сам вал розташований горизонтально. Основні елементи пристрою: вітроколесо, головка, хвіст і вежа. Вітроколесо монтується під обертається навколо вертикальної осі голівці, в якій кріпиться вал двигуна, розміщуються передавальні механізми. Хвіст виконує роль флюгера, повертаючи головку з вітроколеса проти напрямку потоку вітру.
При високих швидкостях переміщення потоків повітря (15 м/с і вище) раціонально застосування швидкохідних горизонтальних вітродвигунів. Двох, трьох лопатеві агрегати від провідних виробників забезпечують КВЕВ 30%. Самостійно виготовлений вітродвигун має коефіцієнт використання повітряного потоку до 20%. Ефективність роботи пристрою залежить від ретельного розрахунку і якістю виготовлення лопатей.
Крильчасті вітродвигуни і вітроустановки забезпечують високу швидкість обертання валу, що дозволяє передати потужність безпосередньо на вал генератора. Істотним недоліком є те, що при слабкому вітрі подібні вітряні двигуни не будуть працювати взагалі. Існують проблеми запуску при переході від безвітря до посилення вітру.
Тихохідні горизонтальні двигуни мають більшу кількість лопатей. Значна площа взаємодії з повітряним потоком робить їх більш ефективними при слабких вітрах. Але установки володіють значною парусністю, що вимагає прийняття заходів щодо їх захисту від поривів вітру. Кращий показник КВЕВ 15%. У промислових масштабах такі установки не використовуються.
до змісту ?
Вертикальні карусельного типу
У подібних пристроях на вертикальній осі колеса (роторі) встановлюються лопаті приймають потік повітря. Корпус і система заслінок забезпечує попадання вітрового потоку на одну половину вітроколеса, отриманий результуючий момент докладання сил забезпечує обертання ротора.
Порівняно з крильчаті агрегатами карусельний вітродвигун виробляє більший момент обертання. При збільшенні швидкості потоку повітря він швидше виходить на робочий режим (по силі тяги), стабілізується за оборотами обертання. Але такі агрегати тихоходны. Для перетворення обертання вала в електричну енергію потрібен спеціальний генератор (многополюсный), здатний працювати на малих обертах. Генератори подібного типу мало поширені. Застосування системи редукторів обмежене низьким ККД.
Карусельний вітродвигун простіше експлуатувати. Сама конструкція забезпечує автоматичне регулювання числа обертів ротора, що дозволяє відслідковувати напрямок вітру.
до змісту ?
Вертикальні: ортогональні
Для великої енергетики найбільш перспективні ортогональні вітродвигуни і вітроустановки. Діапазон використання подібних агрегатів, за швидкості вітру, від 5 до 16 м/с. Виробляється ними, потужність доведена до 50 тис. квт. Профіль лопаті ортогональною установки подібний до профілю крил літака. Щоб крило почало працювати треба подати на нього потік повітря, як під час розбігу літака при зльоті. Вітродвигун теж треба попередньо розкрутити, витративши енергію. Після виконання цієї умови установка переходить в режим генератора.
до змісту ?
Висновки
Енергія вітру є одним із найбільш перспективних поновлюваних джерел енергії. Досвід промислового використання вітродвигунів і вітроустановок показує, що ефективність залежить від розміщення вітрогенераторів в місцях зі сприятливими повітряними потоками. Використання сучасних матеріалів в конструкціях агрегатів, застосування нових схем генерації та накопичення електроенергії забезпечить подальше підвищення надійності та енергоефективності вітродвигунів.
