Энергия ветра - одна из самых важных в мире возобновляемых источников энергии. Следовательно, мы должны хорошо знать, в чем его действие. В ветряная турбина Это один из основных элементов этого типа энергии. Он имеет довольно полноценную работу, и существуют разные типы турбин в зависимости от ветряной электростанции, где мы находимся.
В этой статье мы расскажем вам все, что вам нужно знать о ветряке, ее характеристиках и принципах работы.
Что такое ветряк
Ветряная турбина - это механическое устройство, преобразующее энергию ветра в электрическую. Ветряные турбины спроектированы преобразовывать кинетическую энергию ветра в механическую энергию, который представляет собой движение оси. Затем в турбогенераторе эта механическая энергия преобразуется в электрическую. Вырабатываемая электроэнергия может храниться в батарее или использоваться напрямую.
Есть три основных закона физики, которые регулируют доступную энергию ветра. Первый закон гласит, что энергия, производимая турбиной, пропорциональна квадрату скорости ветра. Второй закон гласит, что доступная энергия пропорциональна рабочей площади лопасти. Энергия пропорциональна квадрату длины лезвия. Третий закон устанавливает, что максимальный теоретический КПД ветряной турбины составляет 59%.
В отличие от старых ветряных мельниц Кастилии-Ла-Манчи или Нидерландов, в этих ветряных мельницах ветер заставляет лопасти вращаться, а современные ветряные турбины используют более сложные аэродинамические принципы для более эффективного улавливания энергии ветра. Фактически, причина, по которой ветряная турбина перемещает свои лопасти, аналогична причине, по которой самолет остается в воздухе, и это связано с физическим явлением.
В ветряных турбинах в лопастях ротора создаются два типа аэродинамических сил: одна называется тягой, которая перпендикулярна направлению потока ветра, а другая называется сопротивлением, которое параллельно направлению потока ветра. . воздух.
Конструкция лопаток турбины очень похожа на конструкцию крыла самолета и ведет себя как последнее в ветреную погоду. На крыле самолета одна поверхность очень круглая, а другая относительно плоская. Когда воздух циркулирует через лопасти мельницы этой конструкции, поток воздуха через гладкую поверхность медленнее, чем поток воздуха через круглую поверхность. Эта разница в скорости, в свою очередь, приведет к разнице давлений, которая на гладкой поверхности лучше, чем на круглой.
Конечным результатом является сила, действующая на гладкую поверхность крыла подруливающего устройства. Это явление называется «эффектом Вентури», что является одной из причин явления «подъемной силы», которое в свою очередь объясняет, почему самолет остается в воздухе.
Интерьер ветряных генераторов
Лопасти ветряной турбины также используют эти механизмы, чтобы вызвать вращательное движение вокруг своей оси. Конструкция секции лезвия обеспечивает наиболее эффективное вращение. Внутри генератора происходит процесс преобразования энергии вращения лопасти в электрическую энергию. по закону Фарадея. Он должен включать в себя ротор, который вращается под действием ветра, соединенный с генератором переменного тока и преобразующий вращающуюся механическую энергию в электрическую.
Элементы ветряной турбины
Каждый элемент выполняет следующие функции:
- ротор: Он собирает энергию ветра и преобразует ее во вращающуюся механическую энергию. Даже в условиях очень низкой скорости ветра его конструкция имеет решающее значение для поворота. Из предыдущего пункта видно, что конструкция лопаточной секции является ключом к обеспечению вращения ротора.
- Турбинная муфта или опорная система: адаптировать вращательное движение лопасти к вращательному движению ротора генератора, с которым он соединен.
- Множитель или редуктор: При нормальной скорости ветра (20-100 км / ч) скорость ротора низкая, около 10-40 оборотов в минуту (об / мин); Для выработки электроэнергии ротор генератора должен работать со скоростью 1.500 об / мин, поэтому гондола должна содержать систему, которая преобразует скорость от начального значения к конечному значению. Это достигается с помощью механизма, подобного коробке передач в двигателе автомобиля, который использует набор из нескольких шестерен для вращения движущейся части генератора со скоростью, подходящей для выработки электроэнергии. Он также содержит тормоз для остановки вращения ротора при очень сильном ветре (более 80-90 км / ч), который может повредить любой компонент генератора.
- Генератор: Это узел ротор-статор, который вырабатывает электрическую энергию, которая передается на подстанцию через кабели, проложенные в башне, которая поддерживает гондолу, а затем подается в сеть. Мощность генератора варьируется от 5 кВт для средней турбины до 5 МВт для самой большой турбины, хотя уже есть турбины на 10 МВт.
- Ориентация двигателя: Позволяет компонентам вращаться, чтобы расположить гондолу в направлении преобладающего ветра.
- Опорная мачта: Это структурная опора генератора. Чем больше мощность турбины, тем больше длина лопаток и, следовательно, тем больше высота, на которой должна располагаться гондола. Это добавляет дополнительную сложность конструкции башни, которая должна выдерживать вес генераторной установки. Лезвие также должно иметь высокую конструктивную жесткость, чтобы выдерживать сильный ветер и не ломаться.
- Весла и анемометры: устройства, расположенные в задней части гондол, содержащие генераторы; они определяют направление и измеряют скорость ветра, а также воздействуют на лопасти, чтобы тормозить их, когда скорость ветра превышает пороговое значение. Выше этого порога существует структурный риск турбины. Обычно это турбина типа Savonious.
Надеюсь, что с помощью этой информации вы сможете больше узнать о ветряке и ее характеристиках.