Mūsdienu vēja parku veidu funkcionēšanas un uzbūves īpatnības

Rakstā apskatīts mūsdienu vēja turbīnu darbības princips un konstrukcijas veiktspējas raksturlielumi rūpniecībai un privātajam sektoram.

Kopš seniem laikiem cilvēce ir mēģinājusi pieradināt vēju, nododot to savam darbam. Sākumā bija buru kuģi, kas savā kustībā izmanto vēja enerģiju, pēc tam vējdzirnavas sāka izmantot ikdienā, bet tagad ir pienācis laiks izmantot vēja enerģiju vēja ģeneratoros, lai ražotu elektroenerģiju, kas kalpo cilvēkiem.

Ārzemēs diezgan lielu daļu elektroenerģijas ražo vēja elektrostacijas (HES), ko, atklāti sakot, nevar teikt par Krieviju un postpadomju telpas valstīm. Šeit redzams – esam starp atpalicējiem.

Vēja parku izmantošana attīstītajās pasaules valstīs ļauj atrisināt ne tikai villu, lauku māju, vasarnīcu kopienu autonomās elektroapgādes problēmas, bet arī vides problēmas, jo elektroenerģijas ražošanas laikā nav vides piesārņojuma. no moderniem vēja turbīnu parkiem vispār.

Apskatīsim darbības principu un sīkāk galvenos mūsdienu vēja elektrostaciju veidus.

Vēja ģeneratoru darbības princips

Jebkurš darbības princips vēja elektrostacija (HES) sastāv no gaisa plūsmas, kas pārvietojas pa lāpstiņu vai turbīnu plakni, kinētiskās enerģijas pārvēršanā elektroenerģijā, izmantojot elektriskos ģeneratorus. Visizplatītākais mūsdienu vēja elektrostaciju veids ir lāpstiņu vēja elektrostacijas, kurās ir apvienoti lāpstiņu vēja ģeneratori ar horizontālu rotācijas asi un rotācijas ģeneratori ar karuseli, kurā - rotācijas ass atrodas vertikāli. Tālāk mēs sīkāk aplūkosim šāda veida vēja ģeneratorus.

Vēja turbīnu galveno tipu projektēšana

Katrs vēja ģenerators strukturāli sastāv no pamatnes, ko citādi sauc par mastu, rotējošas ierīces ar rotējošiem lāpstiņām vai vēja turbīnas, ģeneratora radītās elektrības un akumulatora. Tāpat katrā vēja parkā ir nepieciešama vadības un pārveidošanas iekārta.

Runājot par lāpstiņu skaitu, hidroelektrostaciju turbīnas var būt divu, trīs un vairāku lāpstiņu. Visizplatītākās ir trīs lāpstiņu turbīnas.Lai novērstu vēja turbīnu priekšlaicīgu atteici, vēja elektrostacijas ir aprīkotas ar to lāpstiņu griešanās ātruma aeromehāniskās stabilizācijas sistēmu.

Elektriskais ģenerators, kas ģenerē elektroenerģiju vēja elektrostacijā, ir tieši savienots ar tās turbīnu, kad vēja turbīnas un ģeneratora rotācijas ass ir vienāda, vai ar mehānisku transmisiju, kas nodod turbīnas lāpstiņu rotācijas kustības uz ģenerators. Mūsdienu vēja parkos galvenokārt tiek izmantoti sinhroni daudzpolu bezsuku ģeneratori ar pastāvīgajiem magnētiem, kas konstruktīvi izgatavoti pilnībā slēgtā korpusā un no standarta elementiem.

Atkarībā no gaisa plūsmas virziena un "spiediena" uz turbīnas lāpstiņām to var pārorientēt ar iekārtas rotācijas mehānismu virzienā, kas ir optimāls tās efektīvai darbībai.

Funkcionāli jaudas kontroles un pārveidošanas bloks ir paredzēts vēja parka saražotās elektroenerģijas uzglabāšanai akumulatoros, pēc tam pārveidojot no 12 V līdzstrāvas sprieguma uz 220 V maiņstrāvas spriegumu — izmantojot "invertoru".

Vadības bloks dod iespēju arī uzraudzīt un kontrolēt akumulatora uzlādes procesu, elektriskā ģeneratora jaudu utt.

Mūsdienu vēja parku apdares dažādās iespējas gan rūpnieciskai lietošanai, gan privātajā sektorā izmantotajiem, ļauj izvēlēties katru, katram lietotājam optimālāko variantu.

Šobrīd pasaulē visizplatītākie ir lāpstiņu tipa vēja ģeneratori, kuru lāpstiņu rotācijas ass ir paralēlas vai horizontālas gaisa plūsmas virzienam. Būtībā par šīm vēja turbīnām mēs runāsim vēlāk.

Vēja parka lāpstiņa ar horizontālu rotācijas asi

Vēja enerģijas izmantošanas efektivitāte šāda veida vēja turbīnām sasniedz 48%, kas ir daudz augstāka nekā karuseļģeneratoriem. Šāda veida vēja ģeneratori var būt ar diviem un trim lāpstiņām.

Šeit visefektīvākā ierīces darbība tiek panākta, ja vējš tiek virzīts perpendikulāri ģeneratora lāpstiņu rotācijas plaknei. Tāpēc pat strukturāli šāda veida «vēja turbīnām» ir iekārta, kas ļauj automātiski pagriezt ģeneratoru perpendikulāri vēja virzienam. Šāda veida vēja parku enerģijas ražošana ir tieši atkarīga no vēja ātruma (tā spiediena), kā arī no pašas vēja turbīnas lāpstiņu diametra un laukuma.

Karuselis vai rotējoši vēja parki

Šāda veida vēja turbīnām ir vertikāla rotācijas ass, uz kuras ir uzstādīts un piestiprināts ritenis, kas uztver vēja virsmas. Būtiska šāda veida vēja parku priekšrocība ir tā, ka tās var strādāt, nemainot savu pozīciju – jebkurā gaisa plūsmas virzienā. Šāda veida vēja turbīnas ir lēnas un klusas, un zema ātruma daudzpolu elektriskie ģeneratori tiek izmantoti kā ģeneratori enerģijas ražošanai.

Mūsdienīgs vēja parks ar horizontālo un vertikālo rotācijas asi

Cita veida mūsdienu vēja parki

Turklāt pavisam nesen parādījās jaunākās vēja turbīnu izstrādes ar principiāli jauniem dizainiem, kas strukturāli sastāv no trīs gultņu pamatnes, kas atrodas uz jaudīga pamata. Uz pamatnes ir uzstādīts gredzenveida ģenerators ar iebūvētu gultni un centrālo rotoru. Šāda ģeneratora gredzena diametrs var būt virs 100 metriem. Šādi vēja parki tiek izmantoti rūpnieciskai enerģijas ražošanai.

Darbojas arī vēja parki, kas sastāv no vairākiem desmitiem mazu vēja turbīnu - moduļu, kas strukturāli apvienoti vienotā atkļūdošanas sistēmā elektroenerģijas ražošanai.

Pavisam nesen amerikāņu speciālisti izstrādājuši un rūpnieciskā ražošanā nodevuši privātajam sektoram paredzētu nelielu turbīnu vēja elektrostaciju «Windgate». Turbīnas ritenis sasniedz 1,8 metrus diametrā un griežas pa horizontālu asi. Šādas turbīnas instalācijas lāpstiņu galos ir pastāvīgie magnēti, kā rezultātā mums faktiski ir liels rotors - rotējošs instalācijas statora integrālā korpusā. Šādus Windgate vēja ģeneratorus var uzstādīt pat uz privātmājas vai kotedžas jumta un tie ir ļoti efektīvi, un to cena ir aptuveni 4,5-5 tūkstoši ASV dolāru.

Secinājums

Jāpiebilst, ka vēja elektrostaciju būvniecība tiek nemitīgi pilnveidota un attiecīgi uzlabojas to tehnoloģiskie parametri, aerodinamika, un galvenais, ka šo ekoloģiski tīro nākotnes enerģijas bloku cena kļūst arvien mazāk "kož" vienkāršam patērētājam.