תכונות תפקוד ובנייה של סוגים מודרניים של חוות רוח

המאמר דן בעקרון הפעולה ומאפייני ביצועי התכנון של טורבינות רוח מודרניות לתעשייה ולמגזר הפרטי.

מאז ימי קדם, האנושות ניסתה לאלף את הרוח ולהעמיד אותה לשירותה. בהתחלה היו ספינות מפרש שמשתמשות באנרגיית רוח לתנועתן, אחר כך התחילו להשתמש בטחנות רוח בחיי היומיום, אבל עכשיו הגיע הזמן להשתמש באנרגיית רוח במחוללי רוח לייצור חשמל שמשרת אנשים.

בחו"ל, חלק גדול למדי מהחשמל מיוצר על ידי תחנות כוח רוח (HPP), אשר, למען האמת, לא ניתן לומר על רוסיה ומדינות המרחב הפוסט-סובייטי. כאן זה ברור - אנחנו בין הפיגורים.

השימוש בחוות רוח במדינות המפותחות בעולם מאפשר לפתור לא רק את הבעיות של אספקת חשמל אוטונומית של וילות, בתים כפריים, קהילות דאצ'ה, אלא גם בעיות סביבתיות, שכן אין זיהום סביבתי במהלך ייצור החשמל. מפארקי טורבינות רוח מודרניות בכלל.

בואו נסתכל על עקרון הפעולה ובפירוט רב יותר את הסוגים העיקריים של תחנות כוח רוח מודרניות.

עקרון הפעולה של גנרטורים רוח

כל עקרון פעולה תחנת כוח רוח (HPP) מורכב מהמרת האנרגיה הקינטית של זרימת האוויר הנעה במישור הלהבים או הטורבינות לאנרגיה חשמלית - באמצעות גנרטורים חשמליים. הסוג הנפוץ ביותר של תחנת כוח רוח מודרנית הוא תחנות כוח רוח להבים, המשלבות גנרטורים להבים בעלי ציר סיבוב אופקי וגנרטורים סיבוביים עם קרוסלה, שבה - ציר הסיבוב ממוקם בצורה אנכית. להלן נסתכל מקרוב על סוגים אלה של גנרטורים רוח.

עיצוב הסוגים העיקריים של טורבינות רוח

כל מחולל רוח מורכב מבחינה מבנית מבסיס, הנקרא אחרת תורן, מכשיר מסתובב עם להבים מסתובבים או טורבינת רוח, חשמל שנוצר באמצעות גנרטור וסוללה. כמו כן, נדרשת יחידת בקרה והסבה בכל חוות רוח.

באשר למספר הלהבים, טורבינות הידרואלקטריות יכולות להיות שתיים, שלוש ורב להבים. טורבינות תלת להבים הן הנפוצות ביותר.כדי למנוע כשל מוקדם של טורבינות רוח, תחנות כוח רוח מצוידות במערכת לייצוב אווירו-מכני של מהירות הסיבוב של הלהבים שלהן.

גנרטור חשמלי המייצר חשמל בתחנת כוח רוח מחובר ישירות לטורבינה שלו, כאשר ציר הסיבוב של טורבינת הרוח והגנרטור זהה, או באמצעות תמסורת מכנית המעבירה את תנועות הסיבוב של להבי הטורבינה. גֵנֵרָטוֹר. חוות רוח מודרניות משתמשות בעיקר בגנראטורים נטולי מברשות רב-קוטביים סינכרוניים עם מגנטים קבועים, העשויים מבנית בדיור סגור לחלוטין ומאלמנטים סטנדרטיים.

בהתאם לכיוון ו"הלחץ" של זרימת האוויר על להבי הטורבינה, ניתן לכוון אותו מחדש על ידי מנגנון הסיבוב של המתקן בכיוון האופטימלי לפעולתו היעילה.

מבחינה פונקציונלית, יחידת בקרת ההספק וההמרה מיועדת לאחסן את האנרגיה החשמלית שנוצרת מחוות הרוח בסוללות האחסון שלה עם ההמרה שלה לאחר מכן ממתח DC 12V למתח AC 220V - באמצעות "מהפך".

יחידת הבקרה מאפשרת גם לנטר ולשלוט על תהליך טעינת המצבר, הספק הגנרטור החשמלי וכו'.

האפשרויות השונות לגימור חוות רוח מודרניות, הן לשימוש תעשייתי והן עבור אלו המשמשות במגזר הפרטי, מאפשרות לבחור כל אחת מהאופציה האופטימלית ביותר עבור כל משתמש.

כרגע, הנפוצים ביותר בעולם הם מחוללי רוח מסוג להב, שציר הסיבוב של הלהבים שלהם מקבילים או אופקיים לכיוון זרימת האוויר. בעיקרון, נדבר על טורבינות הרוח הללו מאוחר יותר.

להב חוות רוח עם ציר סיבוב אופקי

יעילות השימוש באנרגיית רוח לסוג זה של טורבינת רוח מגיעה ל-48%, שהיא הרבה יותר גבוהה מזו של גנרטורים קרוסלה. סוג זה של גנרטורים רוח יכול להיות עם שניים ושלושה להבים.

כאן, הפעולה היעילה ביותר של המכשיר מושגת כאשר הרוח מכוונת בניצב למישור הסיבוב של להבי הגנרטור. לכן, אפילו מבחינה מבנית, לסוג זה של "טורבינת רוח" יש מכשיר המאפשר סיבוב אוטומטי של הגנרטור בניצב לכיוון הרוח. ייצור האנרגיה של חוות רוח מסוג זה תלוי ישירות במהירות הרוח (הלחץ שלה), כמו גם בקוטר ובשטח של להבי טורבינת הרוח עצמה.

קרוסלה או חוות רוח מסתובבות

לסוג זה של טורבינת רוח יש ציר סיבוב אנכי, עם גלגל מותקן עליו ומקובע עליו, קולט משטחים עבור הרוח. יתרון משמעותי של חוות רוח מסוג זה הוא שהן יכולות לעבוד מבלי לשנות את מיקומן – בכל כיוון של זרימת האוויר. סוג זה של טורבינות רוח נעות איטיות ושקטות, וגנרטורים חשמליים רב-קוטביים במהירות נמוכה משמשים כגנרטורים להפקת חשמל.

חוות רוח מודרנית עם ציר סיבוב אופקי ואנכי

סוגים אחרים של חוות רוח מודרניות

בנוסף, ממש לאחרונה, הופיעו הפיתוחים האחרונים של טורבינות הרוח עם עיצובים חדשים ביסודו, המורכבים מבחינה מבנית מבסיס בעל שלושה נושאים הממוקם על בסיס חזק. על הבסיס מותקן גנרטור בצורת טבעת, עם מיסב מובנה ורוטור מרכזי. קוטר הטבעת של גנרטור כזה יכולה להיות מעל 100 מטר. חוות רוח כאלה משמשות לייצור אנרגיה תעשייתית.

ישנן גם חוות רוח בפעילות, המורכבות מכמה עשרות טורבינות רוח קטנות - מודולים, מאוחדים מבנית במערכת איתור באגים אחת לייצור חשמל.

לאחרונה, מומחים אמריקאים פיתחו והכניסו לייצור תעשייתי תחנת כוח רוח קטנה של טורבינות "Windgate" המיועדת למגזר הפרטי. גלגל הטורבינה מגיע לקוטר של 1.8 מטר ומסתובב על ציר אופקי. בקצות הלהבים של מתקן טורבינה כזה יש מגנטים קבועים, כתוצאה מכך יש לנו למעשה רוטור גדול - מסתובב במעטפת אינטגרלית של הסטטור של המתקן. גנרטורים מסוג Windgate כאלה ניתנים להתקנה אפילו על גג בית פרטי או קוטג' והם יעילים מאוד, ומחירם הוא כ-4.5-5 אלף דולר.

סיכום

יש לציין כי בניית תחנות כוח רוח משתפרת כל הזמן ובהתאם הפרמטרים הטכנולוגיים שלהן, האווירודינמיקה משתפרת, והכי חשוב, המחיר של אבני האנרגיה הנקיות האקולוגיות הללו של העתיד הופך פחות ופחות "נושך" לצרכן פשוט.