Jak fungují větrné turbíny

Vítr je forma sluneční energie. Větry jsou způsobeny nerovnoměrným ohřevem atmosféry sluncem, nepravidelnou strukturou zemského povrchu a jeho rotací. Vzory proudění větru jsou modifikovány tvary terénu, vodními masami a vegetací. Lidé využívají vítr nebo energii jeho pohybu k mnoha účelům: k plachtění, pouštění draků a dokonce k výrobě elektřiny. Pojmy větrná energie a větrná energie popisují proces využití větru k výrobě mechanické energie nebo elektřiny. Větrné turbíny (větrné generátory) přeměňují kinetickou energii větru na mechanickou energii, kterou lze využít pro řadu specifických úkolů, jako je mletí obilí nebo čerpání vody.

Jak tedy větrné turbíny vyrábějí elektřinu? Jednoduše řečeno, větrná turbína funguje naproti ventilátoru. Namísto použití elektřiny k výrobě větru, jako ventilátor, větrné turbíny využívají vítr k výrobě elektřiny. Vítr otáčí lopatky, které otáčejí hřídelí spojenou s generátorem, který vyrábí elektřinu.

Tento letecký pohled na „větrnou elektrárnu“ ukazuje, jak může shluk větrných turbín vyrábět elektřinu pro spotřebitelské sítě. Prostřednictvím přenosových a distribučních vedení se dostává do domácností, podniků, škol a tak dále.

Typy větrných turbín

Moderní turbíny se dělí na dvě hlavní skupiny: horizontální a vertikální, podobně jako „šlehače“ modelu Darrieus, pojmenované po svém francouzském vynálezci. Turbíny s horizontální osou mají obvykle dvě nebo tři lopatky. Tyto třílisté turbíny pracují „proti větru“, přičemž lopatky směřují proti větru.

Turbína s horizontální osou	Turbína s vertikální osou

Turbína GE Wind Energy o výkonu 3.6 megawattů je jednou z největších, jaké kdy byly instalovány:

Větší turbíny jsou efektivnější. A to i z hlediska ceny.

Rozměry větrné turbíny

Rozsah velikostí turbín v užitkovém měřítku sahá od 100 kilowattů do několika megawattů. Velké turbíny jsou seskupeny do „větrných elektráren“, které dodávají elektřinu ve velkém do elektrické sítě.

Malé jednotlivé turbíny s výkonem pod 100 kW se používají k napájení domácností, telekomunikačních antén nebo k napájení vodních čerpadel. Malé turbíny se někdy používají v kombinaci s dieselovými generátory, bateriemi a solárními panely. Tyto systémy se nazývají „hybridní větrné systémy“ a používají se na odlehlých místech, kde připojení k elektrické síti není možné.

Uvnitř větrné turbíny

Anemometr

Měří rychlost větru a přenáší data o rychlosti do ovladače.

Čepele

Většina turbín má buď dvě nebo tři lopatky. Vítr procházející lopatkami způsobuje jejich „létání“ a otáčení.

Brzda

Kotoučová brzda s mechanickým, elektrickým nebo hydraulickým pohonem pro zastavení rotoru v kritických situacích.

Ovladač

Řídicí jednotka spouští stroj při rychlosti větru přibližně 8-16 mph a vypíná stroj při rychlosti přibližně 55 mph. Turbíny nefungují při rychlosti větru nad 55 mph, protože silný vítr je může zničit.

Převodovka

Mechanicky spojuje hřídel níz Převodovka je drahá (a těžká) část větrné turbíny a inženýři zkoumají generátory s „přímým pohonem“, které pracují při nižších otáčkách a nepotřebují převodovky.

Generátor

Typicky standardní indukční generátor, který produkuje střídavý proud 60 Hz (pro USA).

Vysokorychlostní hřídel

Nízkorychlostní hřídel

Rotor otáčí touto hřídelí rychlostí asi 30. 60 otáček za minutu.

Gondola

Gondola je umístěna v horní části věže a obsahuje převodovku, nízko a vysokorychlostní hřídele, generátor, řídicí regulátor a brzdu. Některé gondoly jsou dostatečně velké, aby na nich mohl přistát vrtulník.

Rotace čepele

Lopatky se otáčí proti větru nebo pod úhlem, aby se řídila rychlost rotoru a zabránila rotaci ve větru, který je příliš silný nebo příliš slabý na výrobu elektřiny.

Rotor

Lopatky a náboj dohromady se nazývají rotor.

Věž

Věže jsou vyrobeny z ocelových trubek (zde zobrazeny), betonu nebo mají prolamované provedení. Protože rychlost větru roste s výškou, vyšší věže umožňují turbínám zachytit více větrné energie a produkovat více elektřiny.

Směr větru

Existují takzvané turbíny „proti větru“, protože při provozu jsou otočeny „čelem“ větru. Jiné turbíny jsou navrženy tak, aby fungovaly „po větru“, směřující pryč od větru.

Větrná korouhvička

Zjišťuje směr větru a přenáší data do řídicí jednotky pro orientaci turbíny podle směru větru.

Pohon gondolou

Protivětrné turbíny musí být nasměrovány do větru a pohon gondoly se používá ke korekci směru rotoru při změně směru větru. Turbíny po větru nevyžadují pohon rotoru, protože vítr jim fouká „zad“.

Překlad: Starko-007 na objednávku RadioLotsman

Chcete-li komentovat materiály z webu a získat plný přístup k našemu fóru, potřebujete registrovat.

• Ohledně lopatek (s vodorovnou osou) se mi líbil článek z časopisu „Modelist-Constructor“, 1993, č. 8. [url]http://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/%27%27Modelist-konstruktor%27%27/%27%27MK%27%27,1993,N08.%5Bdjv-002%5D.zip[/url] Je tam jasně popsán princip fungování a jak na to.
• Místo sledování takového tisku je lepší číst (zamyšleně) Fateevovu knihu “Větrné motory a větrné turbíny”
• Ohledně průmyslových větrných turbín dzen +1 [B]Tři lopatky jako kompromis mezi[/B] Na jedné straně snaha zajistit konstrukční pevnost lopatek a snížit dynamické zatížení, snížit náklady na větrnou turbínu snížením počtu lopatek, zajistit přijatelnou úroveň aerodynamického hluku a vibrací, zvyšující se s růstem rychlosti špiček lopatek a rychlosti větru, na druhé straně zvýšení účinnosti větru turbíny počet lopatek. [I]Učebnice „Větrné motory a větrné turbíny“ od E.M. Fateeva[/I]
• 3-lopatková turbína má konstantní moment setrvačnosti vůči orientační ose, nezávisle na poloze lopatek, proto při orientaci větrné turbíny nedochází k vibracím. 2-čepel se při orientaci třese.
• RE: Proč 3 lopatky / Vitaly71 No za prvé, účinnost je nejvyšší s jedinou lopatkou, ale je dynamicky nevyvážená. A ten dvoulistý má ječící zvuk, ale ten třílistý je poslední s vysokým koeficientem, jelikož zvýšením listu nad 3 se NEZMĚNÍ účinnost, ale výrazně se sníží RYCHLOST otáčení, což znamená spotřebu materiálu.
• V závislosti na rychlosti větrné turbíny, pro maximální KIEV, existuje optimální faktor plnění větrné turbíny a málo závisí na počtu lopatek, ideální turbína je nekonečný počet nekonečně úzkých lopatek. Nejvyrovnanější jsou 3, 6, 12, 18, . , 3 je minimální počet.
• Zvuk dvou čepelí mi nevadil, i když jsem z nepozornosti nabrousil špatnou hranu.
• To je asi gigawatt. Ale běžný (nezachycený) vítr také způsobuje širokou škálu zvukových vibrací (včetně VLF), které chaoticky tlačí na listí, větve stromů, okna a stěny budov. A dokonce i na otevřeném poli tlačí vítr na uši člověka. Bouřky a zemětřesení jsou také generátory infrazvuku. Hmyz a některé rostliny (tumbleweed) mohou být unášeny proudy vzduchu. To vše okamžitě zakázat. :)))
• Ano, to je nesmysl, fámy, které finančně podpořili v 80. letech majitelé tepelných elektráren. Problém megawattových větrných turbín je v tom, že ptáci se na ně (zvláště v mrazu) lepí a posrají je všude kolem, a pokud jsou uvnitř díry, snaží se uvnitř postavit hnízda. Sám jsem viděl hnízda ve větrných turbínách.
• Pánové, dobrý den. Máte zajímavé rozhovory, ale omlouvám se, mám dotaz: montoval někdo Gorlovovu turbínu ([url]http://www.quietrevolution.com/[/url]) Dělal jsem to, ale netočí se to ani při silném větru, jestli někdo ví, v čem je to tajemství (někde je zvrat, ale nevím kde)
• Vypadá to, že další člověk chce šlápnout na hrábě. Existuje prostá pravda, potvrzená teoreticky i prakticky a nejednou – všechny vertikály jsou dělané pro krásu, ale ne pro práci.
• Tato tzv Gorlovova turbína – konvenční Darrieův rotor, stočený do spirály pro snížení náhlých krátkodobých zatížení. Ale kromě snížení zátěže KIEV prudce klesá a proto, aby se mohl točit, je nutné vyrobit velmi kvalitní lopatky a mít silný vítr. No, je dobré to používat jen pro krásu nebo pro propagaci některých investorů za peníze.
• Takže nikdo neví, co se musí stát, aby se to roztočilo?
• Vysoce kvalitní nože a silný vítr.
• Profil čepele musí být přesný, ploché čepele nebudou fungovat. Plus je dobrý vítr a je potřeba zrychlit na provozní otáčky, samotná turbína nezrychlí ani při dobrém větru. Proti větrné turbíně s horizontální osou je její KIV téměř 3x menší. To vypadá nádherně, nemám co vytknout :)
• aerodynamický profil křídla? A pro zrychlení můžete použít rotor Savonius.
• Výpočty a praxí bylo prokázáno, že profil lopatky (tetiva) by se měl blížit ideálu, přední rovina odrážející proudění větru v úhlu náběhu, kde vzniká přetlak, může být plochá, ale zadní rovina lopatky, aby se vytvořil větší rozdíl v tlaku vzduchu za lopatkou než před ní, by měla být konvexní, nerovnoměrně vytvářející řídkost vzduchových hmot Možná je něco špatně?
• Stačí se podívat do libovolného atlasu aerodynamických profilů a uvidíte, jaké tyto profily jsou.
• Ano, vím o nich.
• U velkých turbín (relativně) jsou lopatky řízeny nepřímo, zvenčí. Minimálně na Krymu byla větrná elektrárna řízena z osobního počítače v závislosti na zatížení, rychlosti atp.

• FórumDiskuse: Větrné turbíny pro nízké rychlosti větru překonávají omezení Betzova zákona
• Diskuse na fóru: Nové větrné turbíny Eole Water mohou vyrábět elektřinu i vodu
• NewsEole Vodní nové větrné turbíny mohou vyrábět elektřinu i vodu – WMS1000
• Články Větrné turbíny s nízkou rychlostí větru překonávají omezení Betzova zákona
• Novinky Větrné turbíny bezpečné pro ptáky se možná chystají – Chytání větrné energie Uzavřená větrná turbína se stlačeným vzduchem

V současné době se vyrábí několik hlavních typů větrných generátorů:

• vertikální větrné generátory. Zařízení se svislou osou otáčení umístěnou kolmo ke směru proudění větru;
• horizontální větrné generátory. instalace s horizontální osou otáčení umístěnou rovnoběžně nebo kolmo ke směru proudění větru;
• Větrný generátor poháněný vodními kapkami;
• Větrný generátor-plachta.

Větrný generátor s horizontální osou otáčení

Horizontální větrné turbíny, jejichž osa rotace je kolmá na proudění větru, se sériově nevyrábí, neboť jsou považovány za neúčinné. Navíc musí být vybaveny speciálními orientačními systémy.

Výhodou horizontálních větrných generátorů oproti vertikálním je vyšší rychlost a větší výkon.

Větrná turbína se svislou osou otáčení

Vertikální větrné turbíny mají oproti horizontálním několik výhod.

• Mohou pracovat v libovolném směru metrů.
• Nevyžadují zařízení, která určují směr větru.
• Mají snížené gyroskopické zatížení listů vrtule a systému přenosu energie.
• Mohou být instalovány na úrovni terénu.
• Design je mnohem jednodušší.

Pokud je v blízkosti několik vertikálních větrných turbín, jejich účinnost se zvyšuje: vírové proudy vznikající, když lopatky jednoho zařízení vytvářejí dodatečný tlak větru pro další.

U horizontálních instalací je situace opačná: jejich účinnost může klesat v důsledku toho, že si zařízení navzájem „odvádějí“ vítr.

Větrný generátor poháněný vodními kapkami

Kromě standardních vertikálních a horizontálních větrných turbín, již zvládnutých sériovými výrobci, jsou nyní nabízeny další typy větrných generátorů. V Holandsku vznikl například prototyp větrného generátoru, který nemá žádné pohyblivé části. Předpokládá se, že se bude vyznačovat zvýšenou spolehlivostí.

Konstrukce tohoto neobvyklého větrného generátoru je poměrně jednoduchá: uvnitř kovového rámu jsou paralelně umístěny trubky se speciálními tryskami a elektrodami. Z trysek vycházejí kladně nabité kapky vody, které jsou unášeny větrem ke kladně nabitým elektrodám, v důsledku čehož se zvyšuje náboj.

Výkon zařízení závisí na počtu kapek, rychlosti větru a síle elektrického pole. Tato větrná turbína se liší od standardních modelů úplnou absencí pohyblivých a/nebo třecích částí. A proto – žádný hluk, žádné vibrace, žádné opotřebení v důsledku tření.

Větrný generátor-plachta

Další možností bez lopatek je větrná turbína vytvořená na principu plachty. Navenek to vypadá jako běžný větrný generátor s vodorovnou osou otáčení, jen místo lopatek má zařízení, které připomíná satelitní parabolu. Tohle je plachta, která chytá vítr. Vítr způsobí rozkmitání plachty, vibrace uvedou do pohybu písty, ty zapnou hydraulický systém a tím se kinetická energie přemění na energii elektrickou.

Takový větrný generátor je inzerován jako spolehlivější, odolnější, nevyžaduje zvláštní náklady na údržbu (vývojáři tvrdí, že náklady jsou sníženy o 45 % ve srovnání s konvenční větrnou turbínou vybavenou lopatkami), tichý a produktivní (účinnost je 2,3krát vyšší ).