Вятърната енергия е една от най-важните възобновяеми енергии в света. Използва се все повече поради способността си да генерира чиста енергия, без да произвежда парникови газове. Ето защо е от съществено значение да се знае неговата работа и по-специално тази на вятърните турбини. Тук ще разгледаме в дълбочина как работят и основните им характеристики.
Вятърната турбина, известна още като вятърна турбина, е един от основните елементи на този вид енергия. Въпреки че като цяло всички турбини имат сходни характеристики, има различни типове в зависимост от вятърния парк или инсталацията. Освен това турбините се развиха от първите си модели, което ни позволява да получаваме енергия по все по-ефективен начин.
В тази статия ще ви разкажем всичко, което трябва да знаете за вятърните турбини, техните характеристики и как работят, както и допълнителни подробности за структурата на вятърните паркове.
Какво е вятърна турбина
Вятърната турбина е механично устройство, което преобразува вятърната енергия в електрическа. Той е предназначен да преобразува кинетичната енергия на вятъра в механична чрез движението на лопатките на ротора, която впоследствие се преобразува в електричество благодарение на генератор.
Основният принцип на работа на вятърна турбина се основава на три основни закона на физиката:
- Енергията, произведена от турбината, е пропорционална на квадрата на скоростта на вятъра. Тоест, ако скоростта на вятъра се удвои, генерираната мощност се увеличава четири пъти.
- Наличната енергия е пропорционална на площта, пометена от лопатките, което означава, че колкото по-големи са лопатките, толкова по-голямо е количеството уловена енергия.
- Максималната теоретична ефективност на вятърна турбина е 59%, известна като границата на Betz.
За разлика от старите вятърни мелници, които се захранваха от директна вятърна тяга, съвременните турбини използват по-сложни аеродинамични принципи, като например ефекта на Вентури, за да уловят възможно най-много енергия.
Интериор на вятърни генератори
Във вятърната турбина намираме няколко ключови елемента, които позволяват кинетичната енергия на вятъра да се преобразува в електричество. Роторът, съставен от лопатки, е отговорен за улавянето на енергията на вятъра и карането му да се върти около оста си.
Това въртеливо движение се предава на електрическия генератор чрез система за задвижване, която включва скоростна кутия, която увеличава скоростта на въртене до нива, подходящи за генератора. Генераторът се основава на закона на Фарадей, който гласи как ротационната механична енергия се преобразува в електрическа.
За целта системата включва ротор, свързан към алтернатора, който трансформира механичното движение в електрическа енергия. Генерираната електроенергия може да се използва директно или да се съхранява в батерии за по-късна употреба.
Елементи на вятърна турбина
Вятърната турбина се състои от различни елементи, които работят заедно, за да осигурят оптимална работа на турбината и ефективно преобразуване на вятърната енергия в електричество. Това са основните компоненти:
- Ротор: Роторът е елементът, който събира енергията от вятъра. Състои се от лопатки, които се въртят дори при ниски скорости на вятъра, благодарение на аеродинамичния си дизайн.
- Система за свързване: Това е набор от механизми, който свързва лопатките към ротора на генератора, за да прехвърли въртеливото движение.
- Умножител или скоростна кутия: Тази система повишава скоростта на въртене от приблизително 10-40 RPM на ротора до 1.500 RPM, необходими в генератора за производство на електричество.
- Генератор: Генераторът преобразува механичната енергия в електричество. В зависимост от турбината, мощността му може да варира от 5kW до 10 MW при най-новите модели.
- Ориентационен двигател: Тя позволява на гондолата и ротора да се въртят така, че винаги да са обърнати към преобладаващата посока на вятъра.
- Поддържаща мачта: Това е структурата, която поддържа генератора и ротора. Колкото по-голяма е турбината, толкова по-висока е височината, на която се намира гондолата.
- Остриета и анемометри: Анемометрите измерват скоростта на вятъра, докато сензорите спират лопатките, когато вятърът надвиши определени прагове, предотвратявайки повреда на турбината.
Видове вятърни турбини
Има два основни вида вятърни турбини, които се различават по ориентацията на оста на ротора:
- Турбини с хоризонтална ос: Те са традиционните, използвани във вятърните паркове, с оста на въртене, успоредна на земята. Този тип е най-ефективният по отношение на енергията, уловена от пометената повърхност.
- Турбини с вертикална ос: Тези турбини имат предимството да улавят ветровете във всяка посока, без да се налага да се преориентират, въпреки че тяхната ефективност обикновено е по-ниска в сравнение с тези с хоризонтална ос.
Освен това има нови нововъзникващи дизайни, като вятърни турбини без лопатки, които се възползват от колебанията на вятъра за генериране на електричество, въпреки че все още са във фаза на разработка.
Експлоатация на вятърен парк
Вятърният парк се състои от няколко вятърни турбини, стратегически разположени, за да се възползват максимално от преобладаващите ветрове в района. Комплектът от турбини свързва генерираното електричество чрез вътрешна мрежа, която го транспортира до подстанция, където електричеството се преобразува в напрежение, подходящо за разпределение.
За осигуряване на непрекъсната работа и ефективност на парка се използват системи за управление, които следят скоростта на вятъра, ориентацията на гондолите и състоянието на турбините. Това позволява да се увеличи максимално производството на електроенергия и да се избегнат щети в случай на много силни ветрове.
Освен това някои съоръжения използват офшорни вятърни турбини (офшорни), които, макар и по-скъпи за инсталиране, предлагат възможността да се възползвате от по-постоянните и по-силни ветрове в морето.
Предимства и недостатъци на вятърната енергия
Подобно на други енергийни източници, вятърната енергия има предимства и недостатъци:
Ползи:
- То е източник на енергия възобновяема, неизчерпаем и не отделя парникови газове.
- Тя позволява на намаляване на зависимостта на изкопаеми горива.
- Вятърните паркове могат да бъдат инсталирани на различни места, включително морски пространства и земеделски земи, без да се засяга предназначението им.
- Su въглеродният отпечатък е минимален в сравнение с други енергийни технологии.
недостатъци:
- Ефективността зависи от наличието на вятър, което го прави a непостоянен източник на енергия.
- Визуалното и звуковото въздействие на вятърните паркове може да бъде недостатък в някои области.
- Големите турбини могат да засегнат дивата природа, особено птиците, така че тези фактори трябва да се вземат предвид при избора на места.
- Първоначалната цена за инсталиране е висока, въпреки че се изплаща в дългосрочен план.
Вятърната енергия продължава да бъде една от най-добрите възможности за по-устойчиво и екологично производство на енергия. С постоянния технологичен напредък, вятърните турбини не само се подобряват по отношение на ефективността, но също така стават по-достъпни и по-малко натрапчиви по отношение на визуално и звуково, което ги прави жизнеспособна опция за бъдещето на глобалната енергия.