Vēja turbīnu veidi. Paštaisīts vēja ģenerators mājai un dārzam: darbības principi, diagrammas, kāds un kā to darīt

Pašlaik ir daudz vēja turbīnu sistēmu gan ar horizontālu, gan vertikālu rotācijas asi. Tie atšķiras viens no otra ne tikai pēc izskata un dizaina, bet arī pēc tehniskajām iespējām atkarībā no izmantošanas mērķiem. Pamatojoties uz vēja enerģijas uztvērēja konstrukciju un atrašanās vietu gaisa plūsmā, izšķir vairākas vēja dzinēju sistēmas.

Mēs jau runājām par karuseļa un bungu tipa vēja turbīnām. Zināms arī tā sauktais rotējošais vēja dzinējs (23. att.). Tās lāpstiņas griežas, tāpat kā karuseļa vēja turbīna, horizontālā plaknē un virza vertikālu vārpstu.

Rīsi. 23.Rotācijas vēja turbīna

Tagad plaši izplatītas ir lāpstiņu vēja turbīnas, no kurām vecākais veids ir parastās vējdzirnavas. Jebkuras lāpstiņas vēja turbīnas galvenā daļa ir vēja ritenis. Tas sastāv no vairākiem asmeņiem un griežas vēja ietekmē. Ar vēja turbīnas galvā uzmontētu konisko zobratu pāri (24. att.) riteņa griešanās tiek pārvērsta ātrākā vertikālās vārpstas kustībā vai piedziņas stieņa abpusējā kustībā.

Rīsi. 24. Lāpstiņu vēja turbīnas shēma

Lai pagrieztu galvu un vēja ratu vējā, vējdzirnavām ir nesējs, bet mūsdienu mazajām vēja turbīnām ir aste ar vertikālu asti. Lielo lāpstiņu vēja turbīnām ir citi sarežģītāki mehānismi, kas ļauj automātiski izlīdzināt vēja ratu ar vēju. Lai vēja rata griešanās ātrums nepārsniegtu maksimālo, ir speciāla ierīce ātruma automātiskai kontrolei.

Parasti uz zemes virsmas gaisa plūsma dažādu šķēršļu dēļ ir nevienmērīga un novājināta, tāpēc vēja rats tiek uzstādīts uz augsta masta vai torņa, virs šķēršļiem.

Pamatojoties uz vēja riteņu konstrukciju, modernās lāpstiņu vēja turbīnas iedala ātrgaitas un zema ātruma vēja turbīnas.

Zema ātruma vēja turbīnā vēja ritenis sastāv no liela skaita lāpstiņu (25. att.). Tas pārvietojas viegli. Pateicoties tam, zema ātruma vēja turbīna ir ērta darbam ar virzuļsūkni un citām mašīnām, kurām iedarbināšanas laikā ir nepieciešams liels sākuma spēks.

Rīsi. 25. Moderna vairāku lāpstiņu vēja turbīna TB-5 ar jaudu līdz 2,5 zirgspēkiem

Zema ātruma vēja turbīnas galvenokārt izmanto vietās, kur vidējais vēja ātrums nepārsniedz 4,5 metrus sekundē. Visi daudzplākšņu vēja turbīnu mehānismi, kā likums, ir nedaudz vienkāršāki nekā ātrgaitas turbīnu. Tomēr zema ātruma vēja turbīnu vēja riteņi ir diezgan apjomīgas konstrukcijas. Ar šādu riteņu lielo izmēru ir grūti radīt nepieciešamo stabilitāti, it īpaši pie liela vēja ātruma. Tāpēc šobrīd tiek būvētas vairāku lāpstiņu vēja turbīnas, kuru vēja riteņu diametrs nepārsniedz 8 metrus. Šādas vēja turbīnas jauda sasniedz 6 zirgspēkus. Šī jauda ir pilnīgi pietiekama, lai ūdens nogādātu virspusē no akām, kuru dziļums ir līdz 200 metriem.

Ātrgaitas vēja turbīnām ir ne vairāk kā četri spārni ar plūdlīniju profilu vēja ritenī (sk., piemēram, 27. att.).

Rīsi. 27.Vēja turbīna 1-D-18 ar jaudu līdz 30 kilovatiem

Tas ļauj viņiem labi izturēt ļoti spēcīgus vējus. Pat stiprā un brāzmainā vējā labi izstrādāti vadības mehānismi rada vienmērīgu ātrgaitas vēja turbīnu vēja riteņu rotāciju.

Šīs ātrgaitas vēja turbīnu pozitīvās īpašības ļauj tām darboties jebkura stipruma mainīgā vējā.

Tāpēc ātrgaitas vēja turbīnas var uzbūvēt ar ļoti lielu vēja riteņu diametru, sasniedzot piecdesmit un vairāk metrus un attīstot vairākus simtus zirgspēku jaudu.

Vēja riteņu augstās un stabilās viendabības dēļ ātrgaitas vēja motori tiek izmantoti visdažādāko mašīnu un elektrisko ģeneratoru piedziņai. Mūsdienu ātrgaitas vēja turbīnas ir universālas mašīnas.

Ir ērti salīdzināt dažādu sistēmu vēja dzinējus, ieviešot normālā ātruma jēdzienu. Šo ātrumu nosaka rotējošās lāpstiņas ārējā gala perifērā ātruma attiecība pie vēja ātruma 8 metri sekundē pret gaisa plūsmas ātrumu.

Karuseļa, rotācijas un bungu vēja dzinēju lāpstiņas darbības laikā pārvietojas pa gaisa plūsmu un jebkura punkta ātrums nekad nevar būt lielāks par vēja ātrumu. Tāpēc šo tipu vēja turbīnu parastais ātrums vienmēr būs mazāks par vienu (jo skaitītājs būs mazāks par saucēju).

Spārnoto vēja turbīnu vēja riteņi griežas pāri vēja virzienam, un tāpēc to spārnu gala daļu kustības ātrums sasniedz augstas vērtības. Tas var būt vairākas reizes lielāks par gaisa plūsmas ātrumu. Jo mazāk lāpstiņu un labāks to profils, jo mazāka ir vēja riteņa pretestība. Tas nozīmē, jo ātrāk tas griežas. Labākajiem mūsdienu lāpstiņu vēja turbīnu paraugiem normāls ātrums ir līdz deviņām vienībām. Lielākajai daļai rūpnīcā ražoto vēja turbīnu ātrums ir 5-7 vienības. Salīdzinājumam mēs atzīmējam, ka pat labākajām zemnieku dzirnavām bija tikai 2-3 vienības ātrums (un šajā ziņā tie ir progresīvāki nekā karuseļa, rotācijas un bungu vēja dzinēji).

Palielinoties lāpstiņu skaitam uz vēja riteņa, palielinās tā spēja attālināties pie neliela vēja ātruma. Tāpēc vairāku lāpstiņu spārnotie vēja dzinēji, kuros lāpstiņu kopējais laukums ir 60-70 procenti no vēja riteņa izslaucītās virsmas (sk. 20. att.), iedarbojas ar vēja ātrumu 3-3,5 metri. sekundē.

Rīsi. 20. Portāla dzirnavas

Ātrgaitas vēja turbīnas ar nelielu lāpstiņu skaitu sāk darboties ar vēja ātrumu no 4,5 līdz 6 metriem sekundē. Tāpēc tās ir jānodod ekspluatācijā vai nu bez slodzes, vai ar speciālu ierīču palīdzību.

Karuseļveida, rotācijas un bungu vēja turbīnu labā palaišana un dizaina vienkāršība aizrauj daudzus izgudrotājus un dizainerus, kuri uzskata tās par ideālām vēja turbīnām. Tomēr patiesībā šīm mašīnām ir vairāki būtiski trūkumi. Šie trūkumi apgrūtina to lietošanu pat ar tādām izplatītām un vienkāršām iekārtām kā virzuļsūkņi un urbjmašīnas.

Vēja turbīnas ar rotora tipa vēja enerģijas uztvērējiem gaisa plūsmas enerģiju izmanto ļoti slikti, to vēja enerģijas izmantošanas koeficients ir 2-2,5 reizes mazāks nekā lāpstiņu vēja turbīnām. Tāpēc ar vienādām lāpstiņu slaucītām virsmām lāpstiņu vēja turbīnas var attīstīt 2–2,5 reizes lielāku jaudu nekā karuseļveida, rotācijas un bungu vēja elektrostacijas.

Rotora tipa vēja turbīnas šobrīd tiek izmantotas tikai nelielu rokdarbu instalāciju veidā ar jaudu līdz 0,5 zirgspēkiem. Piemēram, ar tiem tiek darbinātas dažādas ventilācijas ierīces lopkopības ēkās, kalvēs un citās lauksaimnieciskās ražošanas zonās.

Kas nosaka vēja turbīnas jaudu?

Mēs zinām, ka gaisa plūsmas enerģija nav nemainīga, tāpēc jebkurai vēja turbīnai ir mainīga jauda. Jebkuras vēja turbīnas jauda ir atkarīga no vēja ātruma. Konstatēts, ka, vēja ātrumam dubultojoties, jauda uz vēja turbīnas spārniem palielinās 8 reizes, bet gaisa plūsmas ātrumam palielinoties 3 reizes, vēja turbīnas jauda palielinās 27 reizes.

Vēja turbīnas jauda ir atkarīga arī no vēja enerģijas uztvērēja izmēra. Šajā gadījumā tas ir proporcionāls laukumam, ko slauka vēja riteņa vai rotora lāpstiņas. Piemēram, lāpstiņu vēja turbīnām lāpstiņu noslaucītā virsma būs apļa laukums, kas apraksta lāpstiņas galu vienā pilnā apgriezienā. Bungām, karuseļiem un rotējošām vēja turbīnām lāpstiņu slaucītā virsma ir taisnstūra laukums, kura augstums ir vienāds ar lāpstiņas garumu un platums ir vienāds ar attālumu starp pretējo lāpstiņu ārējām malām.

Tomēr jebkurš vēja ritenis vai rotors noderīgā mehāniskā darbā pārvērš tikai daļu no gaisa plūsmas enerģijas, kas iet cauri lāpstiņu slaucītai virsmai. Šo enerģijas daļu nosaka vēja enerģijas izmantošanas koeficients. Vēja enerģijas izmantošanas koeficienta vērtība vienmēr ir mazāka par vienu. Labākajām mūsdienu ātrgaitas vēja turbīnām šis koeficients sasniedz 0,42. Sērijveida rūpnīcas ātrgaitas un zema ātruma vēja turbīnām vēja enerģijas izmantošanas koeficients parasti ir 0,30-0,35; tas nozīmē, ka tikai aptuveni viena trešdaļa no gaisa plūsmas enerģijas, kas iet caur vēja turbīnu vēja riteņiem, tiek pārvērsta lietderīgā darbā. Atlikušās divas trešdaļas enerģijas paliek neizmantotas.

Padomju zinātnieks G. X. Sabiņins, pamatojoties uz aprēķiniem, konstatēja, ka pat ideālai vēja turbīnai vēja enerģijas izmantošanas koeficients ir tikai 0,687.

Kāpēc šis koeficients nevar būt vienāds vai pat tuvu vienam?

Tas izskaidrojams ar to, ka daļa vēja enerģijas tiek tērēta virpuļu veidošanai pie lāpstiņām un vēja ātrums aiz vēja rata samazinās.

Tādējādi vēja turbīnas faktiskā jauda ir atkarīga no vēja enerģijas izmantošanas koeficienta. Vēja turbīnas jauda ir proporcionāla tās vērtībai. Tas nozīmē, ka, palielinoties vēja enerģijas izmantošanas līmenim, palielinās vēja turbīnas jauda un otrādi.

Bungu, rotācijas un rotācijas vēja turbīnām ar vienkāršiem lāpstiņām ir ļoti zemi vēja enerģijas izmantošanas rādītāji. To vērtības svārstās no 0,06 līdz 0,18. Lāpstiņu dzinējiem šis koeficients svārstās no 0,30 līdz 0,42.

Turklāt jebkuras vēja turbīnas lietderīgā jauda ir arī proporcionāla transmisijas mehānisma efektivitātei, kā arī gaisa blīvumam. Parasti mūsdienu vēja turbīnu mehānismu efektivitāte ir no 0,8 līdz 0,9.

No teiktā par vēja turbīnas jaudu izriet, ka konkrētam vējam tai vēja turbīnai būs lielāka jauda, kurā lielākais gaisa plūsmas daudzums plūst caur spārnu un lāpstiņu slaucīto virsmu. vēja ratam ir labi sakārtots profils.

Lielākā daļa vēja turbīnu veidu ir zināmi tik ilgi, ka vēsture klusē par to izgudrotāju vārdiem.

Vēja ģeneratoru veidi:

Galvenie vēja turbīnu veidi ir parādīti attēlā. Tie ir sadalīti divās grupās:

vēja turbīnas ar horizontālu rotācijas asi (lāpstiņu) (2...5);

vēja turbīnas ar vertikālu rotācijas asi (rotācijas: lāpstiņas (1) un ortogonālas (6)).

Lāpstiņu vēja turbīnu veidi atšķiras tikai ar lāpstiņu skaitu.

Spārnotais

Lāpstiņu vēja turbīnām, kuru vislielākā efektivitāte tiek sasniegta, kad gaisa plūsma ir perpendikulāra spārnu lāpstiņu griešanās plaknei, nepieciešama ierīce rotācijas ass automātiskai pagriešanai.

Šim nolūkam tiek izmantots stabilizatora spārns.

Karuseļveida vēja turbīnām ir priekšrocība, ka tās var darboties jebkurā vēja virzienā, nemainot savu pozīciju.

Vēja enerģijas izmantošanas koeficients (sk. attēlu) lāpstiņu vēja turbīnām ir daudz augstāks nekā rotācijas vēja turbīnām.

Tajā pašā laikā karuseļiem ir daudz lielāks griezes moments.

Tas ir maksimālais rotējošo lāpstiņu blokiem pie nulles relatīvā vēja ātruma.

Darbrata vēja turbīnu izplatība ir izskaidrojama ar to rotācijas ātruma lielumu.

Tos var tieši savienot ar elektriskās strāvas ģeneratoru bez reizinātāja.

Lāpstiņu vēja turbīnu rotācijas ātrums ir apgriezti proporcionāls spārnu skaitam, tāpēc agregāti ar vairāk nekā trim lāpstiņām praktiski netiek izmantoti.

Karuselis

Aerodinamikas atšķirības dod rotācijas vēja turbīnām priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajām vēja turbīnām.

Palielinoties vēja ātrumam, tie ātri palielina vilces spēku, pēc kura griešanās ātrums stabilizējas.

Karuseļveida vēja turbīnas ir zema ātruma un tas ļauj izmantot vienkāršas elektriskās ķēdes, piemēram, ar asinhrono ģeneratoru, bez avārijas riska nejaušas vēja brāzmas gadījumā.

Lēnums izvirza vienu ierobežojošu prasību - izmantot daudzpolu ģeneratoru, kas darbojas ar mazu ātrumu.

Šādi ģeneratori nav plaši izplatīti, un reizinātāju (reizinātājs [lat. Multiplikators - reizināšana] - pārnesuma palielināšana) izmantošana nav efektīva pēdējo zemās efektivitātes dēļ.

Vēl svarīgāka karuseļa konstrukcijas priekšrocība bija tā spēja bez papildu trikiem uzraudzīt “no kurienes pūš vējš”, kas ir ļoti svarīgi virsmas slīpuma plūsmām.

Šāda veida vēja turbīnas tiek būvētas ASV, Japānā, Anglijā, Vācijā, Kanādā.

Palielinoties slodzei, griešanās ātrums samazinās un griezes moments palielinās līdz pilnīgai apstāšanās brīdim.

Ortogonāls

Ortogonālās vēja turbīnas, kā uzskata eksperti, ir daudzsološas liela mēroga enerģijai.

Mūsdienās ortogonālo konstrukciju vēja pielūdzēji saskaras ar zināmām grūtībām. Starp tiem jo īpaši ir palaišanas problēma.

Ortogonālās instalācijās tiek izmantots tāds pats spārnu profils kā zemskaņas lidmašīnai (sk. 6. att.).

Lidmašīnai, pirms “noliecoties” uz spārna celšanas spēku, jāpaceļas. Tas pats attiecas uz ortogonālo instalāciju.

Pirmkārt, jums ir jāpiegādā tai enerģija - jāpagriež un jāpagriež līdz noteiktiem aerodinamiskajiem parametriem, un tikai tad tas pats pārslēgsies no dzinēja režīma uz ģeneratora režīmu.

Jaudas noņemšana sākas pie vēja ātruma aptuveni 5 m/s, un nominālā jauda tiek sasniegta ar ātrumu 14...16 m/s.

Vēja turbīnu provizoriskie aprēķini paredz to izmantošanu diapazonā no 50 līdz 20 000 kW.

Reālistiskā instalācijā ar jaudu 2000 kW gredzena diametrs, pa kuru pārvietojas spārni, būtu aptuveni 80 metri.

Jaudīgā vēja turbīna ir liela izmēra. Tomēr ar mazajiem var iztikt - ņem skaitli, nevis izmēru.

Aprīkojot katru elektroģeneratoru ar atsevišķu pārveidotāju, ir iespējams summēt ģeneratoru saražoto izejas jaudu.

Šajā gadījumā palielinās vēja turbīnas uzticamība un izturība.

Visu vēja turbīnu darbības princips ir vienāds: zem vēja spiediena griežas vēja ritenis ar lāpstiņām, nododot griezes momentu caur transmisijas sistēmu uz ģeneratora vārpstu, kas ražo elektrību, uz ūdens sūkni. Jo lielāks ir vēja rata diametrs, jo lielāku gaisa plūsmu tas uztver un jo vairāk enerģijas ierīce ražo.

Tradicionālais vēja turbīnu izvietojums ir ar horizontālu rotācijas asi (3. att.).) ir labs risinājums maza izmēra un jaudas vienībām. Kad asmeņu laidumi pieauga, šis izkārtojums izrādījās neefektīvs, jo dažādos augstumos vējš pūš dažādos virzienos. Šajā gadījumā ne tikai nav iespējams optimāli orientēt iekārtu vējā, bet arī pastāv asmens iznīcināšanas risks. Turklāt lielas instalācijas asmeņu gali, kas pārvietojas lielā ātrumā, rada troksni. Tomēr galvenais šķērslis vēja enerģijas izmantošanai joprojām ir ekonomisks - bloka jauda paliek neliela un tā ekspluatācijas izmaksu daļa izrādās ievērojama. Mazjaudas bloki var saražot enerģiju, kas ir aptuveni trīs reizes dārgāka.

3. attēlā – lāpstiņu vēja turbīna

Esošās vēja turbīnu sistēmas atbilstoši vēja rata konstrukcijai un novietojumam vēja plūsmā ir sadalīti trim klasēm.

Pirmā klase ietver vēja turbīnas, kurās vēja ritenis atrodas vertikālā plaknē; šajā gadījumā rotācijas plakne ir perpendikulāra vēja virzienam, un tāpēc vēja rata ass ir paralēla plūsmai. Tādas vēja turbīnas sauc spārnotais.

Ātrums ir lāpstiņas gala perifērā ātruma (ωR) attiecība pret vēja ātrumu V:

Z= ω R.

Lāpstiņu vēja turbīnas saskaņā ar GOST 2656-44 atkarībā no vēja rata veida un ātruma ir iedalītas trīs grupās (4. attēls):

Ø vairāku lāpstiņu vēja turbīnas, zema ātruma, ar lielu ātrumu Zn£2;

Ø mazu lāpstiņu, zema ātruma vēja dzinēji, ieskaitot vējdzirnavas, ar lielu ātrumu Zn> 2;

Ø vēja turbīnas ir mazas lāpstiņas, ātrgaitas, Zn³3.

4.attēls - Lāpstiņu vēja dzinēju vēja riteņu shēmas: 1 – vairāku lāpstiņu; 2–4 – sīkasmeņi

Co. otrā klase ietver vēja turbīnu sistēmas ar vēja rata vertikālo rotācijas asi . Saskaņā ar konstruktīvo shēmu tos iedala grupās:

- karuselis, kurā nestrādājošie asmeņi ir vai nu pārklāti ar sietu, vai novietoti malām pret vēju (5. attēls, 1. poz.);

- rotācijas Savonius sistēmas vēja turbīnas.

UZ trešā klase ietver vēja dzinējus, kas darbojas pēc ūdensdzirnavu riteņa principa un sauc bungas ( 5. attēla 7. pozīcija ) . Šīm vēja turbīnām ir horizontāla griešanās ass un perpendikulāra vēja virzienam.

5. attēls - Vēja turbīnu veidi: 1 – rotācijas; 2–3 daudzlobu; 4–5 – mazlobains; 6 – ortogonāls; 7 - bungas

Karuseļu un bungu vēja turbīnu galvenie trūkumi izriet no paša vēja rata darba virsmu izvietojuma vēja plūsmā principa:

1. Tā kā riteņa darba lāpstiņas virzās gaisa plūsmas virzienā, vēja slodze neiedarbojas uz visiem lāpstiņām vienlaicīgi, bet gan pa vienam. Rezultātā katrs lāpstiņš piedzīvo periodisku slodzi, un vēja enerģijas izmantošanas līmenis ir ļoti zems un nepārsniedz 10%.

2. Vēja rata virsmu kustība vēja virzienā neļauj attīstīties lieliem ātrumiem, jo virsmas nevar kustēties ātrāk par vēju.

3. Gaisa plūsmas izmantotās daļas (slaucītās virsmas) izmēri ir nelieli, salīdzinot ar paša riteņa izmēriem, kas būtiski palielina tā svaru uz vēja dzinēja uzstādītās jaudas vienību.

Karuseļveida vēja turbīnas ir priekšrocība, ka tie var strādāt jebkurā vēja virzienā, nemainot savu pozīciju.

Savonius sistēmas rotora vēja turbīnām ir visaugstākais vēja enerģijas izmantošanas līmenis - 18%.

Lāpstiņu vēja turbīnas ir brīvas no iepriekš minētajiem rotācijas un bungu vēja turbīnu trūkumiem. Šīs klases vēja turbīnu galvenās priekšrocības ir labas lāpstiņu vēja turbīnu aerodinamiskās īpašības, konstrukcijas spēja tās ražot lielai jaudai, salīdzinoši nelielais svars uz jaudas vienību.

Lāpstiņu vēja turbīnu komerciāla izmantošana sākās 1980. gadā. Pēdējo 14 gadu laikā vēja turbīnu jauda ir pieaugusi 100 reizes: no 20...60 kW ar aptuveni 20 m rotora diametru 80. gadu sākumā līdz 5000 kW ar rotora diametru virs 100 m līdz 2003. gadam (att. 7.6).

Lāpstiņu vēja turbīnu veidi atšķiras tikai ar lāpstiņu skaitu.

Lāpstiņu vēja turbīnām, kuras vislielākā efektivitāte tiek sasniegta, kad gaisa plūsma ir perpendikulāra spārnu lāpstiņu griešanās plaknei, nepieciešama ierīce rotācijas ass automātiskai pagriešanai. Šim nolūkam tiek izmantots stabilizatora spārns.

Vēja enerģijas izmantošanas koeficients (4. attēls) lāpstiņu vēja turbīnām ir daudz augstāks nekā rotācijas vēja turbīnām. Tajā pašā laikā karuseļiem ir daudz lielāks griezes moments. Tas ir maksimālais rotējošo lāpstiņu blokiem pie nulles relatīvā vēja ātruma.

Darbrata vēja turbīnu izplatība ir izskaidrojama ar to rotācijas ātruma lielumu. Tos var tieši savienot ar elektriskās strāvas ģeneratoru bez reizinātāja. Lāpstiņu vēja turbīnu rotācijas ātrums ir apgriezti proporcionāls spārnu skaitam, tāpēc agregāti ar vairāk nekā trim lāpstiņām praktiski netiek izmantoti.

Aerodinamikas atšķirības dod rotācijas iekārtām priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajām vēja turbīnām (7. attēls). Palielinoties vēja ātrumam, tie ātri palielina vilces spēku, pēc kura griešanās ātrums stabilizējas. Karuseļveida vēja turbīnas ir zema ātruma, un tas ļauj izmantot vienkāršas elektriskās ķēdes, piemēram, ar asinhrono ģeneratoru, bez avārijas riska nejaušas vēja brāzmas dēļ. Lēnums izvirza vienu ierobežojošu prasību - izmantot daudzpolu ģeneratoru, kas darbojas ar mazu ātrumu. Šādi ģeneratori netiek plaši izmantoti, un reizinātāju (Multiplier [lat. reizinātājs] - palielinot pārnesumu) izmantošana nav efektīva pēdējo zemās efektivitātes dēļ.

Vēl svarīgāka karuseļa konstrukcijas priekšrocība ir tā spēja bez papildu trikiem uzraudzīt “kur pūš vējš”, kas ir ļoti svarīgi virszemes slīpuma plūsmām. Šāda veida vēja turbīnas tiek būvētas ASV, Japānā, Anglijā, Vācijā, Kanādā.

Rotācijas lāpstiņu vēja turbīna ir visvieglāk darbināma. Tās konstrukcija nodrošina maksimālu griezes momentu, iedarbinot vēja turbīnu un automātisku maksimālā griešanās ātruma pašregulāciju darbības laikā. Palielinoties slodzei, griešanās ātrums samazinās un griezes moments palielinās, līdz tas pilnībā apstājas.

Kad plūsma mijiedarbojas ar asmeni, notiek:

1) pretestības spēks, kas ir paralēls tuvojošās plūsmas relatīvā ātruma vektoram;

2) pacelšanas spēks perpendikulāri pretestības spēkam;

3) plūsmas virpulis ap asmeni;

4) plūsmas turbulizācija, t.i., haotiski tās ātruma traucējumi pēc lieluma un virziena;

5) šķērslis pretplūstošajai plūsmai.

Šķērslis pretplūstošajai plūsmai ir raksturīgs ar parametru, ko sauc par ģeometrisko pildījumu, un tas ir vienāds ar lāpstiņu projekcijas laukuma attiecību uz plakni, kas ir perpendikulāra plūsmai, uz to noslaucīto laukumu.

Vēja enerģijas iekārtu galvenos klasifikācijas raksturlielumus var noteikt pēc šādiem kritērijiem:

1. Ja vējrata griešanās ass ir paralēla gaisa plūsmai, uzstādīšana būs horizontāli-aksiāla, ja vējrata griešanās ass ir perpendikulāra gaisa plūsmai - vertikāli-aksiāla.

2. Iekārtām, kas izmanto pretestības spēku (vilkšanas mašīnas) kā rotācijas spēku, parasti griežas ar lineāro ātrumu, kas ir mazāks par vēja ātrumu, un iekārtām, kurās tiek izmantots celšanas spēks (lifta mašīnas), ir lineārais ātrums galu galā. lāpstiņas, kas ir ievērojami lielāks vēja ātrums.

3. Lielākajai daļai instalāciju vēja riteņa ģeometrisko piepildījumu nosaka lāpstiņu skaits. Vēja turbīnas ar lielu vēja rata ģeometrisku pildījumu attīsta ievērojamu jaudu salīdzinoši vājā vējā, un maksimālā jauda tiek sasniegta pie maziem riteņu ātrumiem. Vēja turbīnas ar zemu piepildījumu sasniedz maksimālo jaudu lielā ātrumā un prasa ilgāku laiku, lai sasniegtu šo režīmu. Tāpēc pirmās instalācijas tiek izmantotas, piemēram, kā ūdens sūkņi un paliek darboties arī vājā vējā, bet otrās tiek izmantotas kā elektriskie ģeneratori, kur nepieciešami lieli griešanās ātrumi.

4. Iekārtas tiešai mehānisko darbu veikšanai bieži sauc par vējdzirnavām vai turbīnām, iekārtas elektroenerģijas ražošanai, t.i., turbīnas un elektroģeneratora kombināciju, sauc par vēja ģeneratoriem, gaisa ģeneratoriem, kā arī enerģijas pārveidi. instalācijas.

5. Gaisa ģeneratoriem, kas pieslēgti tieši jaudīgai energosistēmai, rotācijas ātrums ir nemainīgs asinhronizācijas efekta dēļ, taču šādas iekārtas izmanto vēja enerģiju mazāk efektīvi nekā iekārtas ar mainīgu rotācijas ātrumu.

6. Vēja ratu var savienot ar elektrisko ģeneratoru tieši (cietā sakabe) vai caur starpposma enerģijas pārveidotāju, kas darbojas kā buferis. Bufera klātbūtne samazina vēja rata griešanās ātruma svārstību sekas, ļaujot efektīvāk izmantot vēja enerģiju un elektroģeneratora jaudu. Turklāt ir daļēji atdalītas shēmas riteņa savienošanai ar ģeneratoru, ko sauc par mīksto savienojumu. Tādējādi necietais savienojums kopā ar vēja rata inerci samazina vēja ātruma svārstību ietekmi uz elektriskā ģeneratora izejas parametriem. Šo ietekmi var arī samazināt, elastīgi savienojot lāpstiņas ar vējrata asi, piemēram, izmantojot atsperu eņģes.

Vēja ritenis ar horizontālu asi. Apskatīsim horizontālās ass propellera tipa vēja riteņus. Galvenais griešanās spēks šāda veida riteņiem ir pacelšana. Attiecībā pret vēju vēja ritenis darba stāvoklī var atrasties atbalsta torņa priekšā vai aiz tā.

Vēja ģeneratoros parasti tiek izmantoti divu un trīs lāpstiņu vēja riteņi; pēdējiem ir raksturīgs ļoti gluds gaita. Elektriskais ģenerators un pārnesumkārba, kas to savieno ar vēja riteni, parasti atrodas atbalsta torņa augšpusē rotējošā galviņā.

Vairāku lāpstiņu riteņi, kas attīsta lielu griezes momentu vājā vējā, tiek izmantoti ūdens sūknēšanai un citiem mērķiem, kuriem nav nepieciešama liela vēja rata griešanās.

Vēja ģeneratori ar vertikālu asi (7. attēls). Vēja ģeneratori ar vertikālu griešanās asi savas ģeometrijas dēļ atrodas darba stāvoklī jebkurā vēja virzienā. Turklāt šī shēma ļauj, vienkārši pagarinot vārpstu, uzstādīt pārnesumkārbu ar ģeneratoriem torņa apakšā.

Šādu iekārtu būtiskie trūkumi ir: to daudz lielāka uzņēmība pret noguruma atteicēm tajos biežāk notiekošo pašsvārstību procesu un griezes momenta pulsācijas dēļ, kas izraisa nevēlamas pulsācijas ģeneratora izejas parametros. Šī iemesla dēļ lielākā daļa vēja ģeneratoru ir konstruēti, izmantojot horizontālās ass konstrukciju, taču turpinās dažādu vertikālo asu instalāciju pētījumi.

Visizplatītākie vertikālās ass uzstādīšanas veidi ir:

1. Krūzes rotors (anemometrs).Šāda veida vēja ritenis griežas ar pretestības spēku. Bļodas formas asmeņa forma nodrošina gandrīz lineāru riteņa ātruma atkarību no vēja ātruma.

2.Savonius rotors.Šis ritenis griežas arī ar pretestību. Tās asmeņi ir izgatavoti no plānām izliektām taisnstūra formas loksnēm, t.i., tie ir vienkārši un lēti. Griezes momentu rada atšķirīgā pretestība, ko gaisa plūsmai nodrošina ieliektās un izliektās rotora lāpstiņas attiecībā pret to. Pateicoties lielajam ģeometriskajam pildījumam, šim vēja ritenim ir liels griezes moments un to izmanto ūdens sūknēšanai.

3. RotorDarye. Griezes momentu rada celšanas spēks, kas rodas uz divām vai trim plānām izliektām gultņu virsmām ar aerodinamisko profilu. Pacelšanas spēks ir maksimālais brīdī, kad asmens lielā ātrumā šķērso pretimbraucošo gaisa plūsmu. Daria rotoru izmanto vēja ģeneratoros. Parasti rotors nevar griezties pats no sevis, tāpēc tā iedarbināšanai parasti tiek izmantots ģenerators, kas darbojas motora režīmā.

4.Musgroove Rotor.Šī vēja riteņa asmeņi darba stāvoklī atrodas vertikāli, taču tiem ir iespēja griezties vai salocīt ap horizontālo asi, kad tas ir izslēgts. Ir dažādas Musgrove rotoru versijas, taču tās visas izslēdzas lielā vējā.

5.Evansa rotors.Šī rotora lāpstiņas griežas ap vertikālo asi avārijas gadījumā un vadības laikā.

7. attēls - vēja ģeneratori ar vertikālu asi

Centrmezgli. Vēja turbīnas jauda ir atkarīga no gaisa plūsmas enerģijas izmantošanas efektivitātes. Viens no veidiem, kā to palielināt, ir izmantot īpašus gaisa plūsmas koncentratorus (pastiprinātājus). Horizontālās ass vēja ģeneratoriem ir izstrādātas dažādas šādu koncentratoru versijas. Tie var būt izkliedētāji vai sajauktāji (deflektori), kas virza gaisa plūsmu uz vēja riteni no zonas, kas ir lielāka par rotora slaucamo laukumu, un dažas citas ierīces. Koncentratori vēl nav kļuvuši plaši izmantoti rūpnieciskajās iekārtās.

Vēja turbīnas izmanto vēja jaudu un spēku, lai ražotu elektroenerģiju. Mūsdienu cilvēka dzīve bez tās nav iedomājama

elektroenerģiju, pat vietās, kas atrodas tālu no elektroenerģijas piegādes. Kā alternatīvs avots ir videi draudzīgas gaismas enerģijas vēja ražotāji.

Un ar katru gadu tie iegūst arvien lielāku popularitāti. Jo lielāks ir preču klāsts, jo vairāk jautājumu rodas par to, kādam vēja ģeneratora veidam dot priekšroku. Gan snieguma, gan naudas ziņā.

Galvenie vēja ģeneratoru veidi

Vēja ģeneratoru modeļiem ir dažādas konstrukcijas un atšķiras jauda. Saskaņā ar galvenās rotora ass rotācijas ģeometriju tos iedala:

Vertikālais tips - turbīna atrodas vertikāli attiecībā pret iezemēto plakni. Sāk strādāt pie neliela vēja.
Horizontālais tips - rotora ass griežas paralēli zemes virsmai. Tam ir liela jauda, lai vēja enerģiju pārvērstu maiņstrāvā un līdzstrāvā.

Apskatīsim šos veidus sīkāk, jo katram no tiem ir attīstība un uzlabojumi.

Vertikālo ģeneratoru veidi (karuseļa tips)

Vertikālos vēja enerģijas pārveidotājus bieži izmanto sadzīves vajadzībām. Šāda veida vēja ģeneratorus ir viegli uzturēt. Galvenās sastāvdaļas, kurām jāpievērš uzmanība, atrodas instalācijas apakšā, un tām ir brīva piekļuve.

1. Ģeneratori ar Savounis rotoru

Sastāv no diviem cilindriem. Pastāvīga aksiālā rotācija un vēja plūsma nav viena no otras atkarīgas. Pat pie pēkšņām brāzmām tas griežas ar sākotnēji iestatīto ātrumu.

Vēja ietekmes trūkums uz rotācijas ātrumu neapšaubāmi ir laba priekšrocība. Slikti ir tas, ka viņš izmanto elementa jaudu nevis līdz pilnam, bet tikai līdz trešdaļai. Asmeņu dizains puscilindru formā ļauj darbināt tikai ceturtdaļu apgrieziena.

2. Ģeneratori ar Daria rotoru

Viņiem ir divi vai trīs asmeņi. Viegli uzstādīt. Dizains ir vienkāršs un skaidrs. Viņi sāk strādāt no manuālas palaišanas.

Negatīvā puse ir tāda, ka turbīnas nav ļoti jaudīgas. Spēcīga vibrācija rada skaļu troksni. To veicina liels skaits asmeņu.

3. Helicoid rotors

Vēja ģenerators griežas vienmērīgi, pateicoties savītām lāpstiņām. Gultņi nav pakļauti ātram nodilumam, kas ievērojami pagarina to kalpošanas laiku.

Ierīces uzstādīšana prasa laiku un ir saistīta ar montāžas grūtībām. Sarežģītas ražošanas tehnoloģijas radīja augstu cenu.

4. Vairāku lāpstiņu rotors

Vertikālās ass dizains ar lielu skaitu asmeņu padara to jutīgu pat pret ļoti vieglu vēju. Šādu vēja ģeneratoru efektivitāte ir ļoti augsta.

Šis ir spēcīgs pārveidotājs. Vēja enerģija tiek izmantota maksimāli. Tas ir dārgi. Trūkums: augsta fona skaņa. Var radīt lielu daudzumu elektriskās strāvas.

5. Ortogonālais rotors

Sāk ražot enerģiju pie vēja ātruma 0,7 m/sek. Sastāv no vertikālās ass un asmeņiem. Nerada lielu troksni un tam ir skaists, neparasts dizains. Kalpošanas laiks ir vairāki gadi.

Asmens lielais svars padara to apjomīgu, kas sarežģī uzstādīšanas darbus.

Vertikālo vēja ģeneratoru pozitīvie aspekti:

Ģeneratoru izmantošana ir iespējama pat vājā vējā.
Tie nepielāgojas vēja straumēm, jo nav atkarīgi no tā virziena.
Tie ir uzstādīti uz īsa masta, kas ļauj apkalpot sistēmas uz zemes.
Troksnis 30 dB robežās.
Daudzveidīgs, patīkams izskats.

Galvenais trūkums ir tas, ka vēja spēks un enerģija netiek pilnībā izmantota rotora zemā rotācijas ātruma dēļ.

Horizontālie vēja ģeneratori (lāpstiņa)

Dažādām horizontālo instalāciju modifikācijām ir no viena līdz trim asmeņiem vai vairāk. Tāpēc efektivitāte ir daudz augstāka nekā vertikālajām.

Vēja ģeneratoru trūkumi ir nepieciešamība tos orientēt uz vēja virzienu. Pastāvīga kustība samazina griešanās ātrumu, kas samazina tā veiktspēju.

Viena lāpstiņa un dubultasmens. Tie izceļas ar lieliem dzinēja apgriezieniem. Iekārtas svars un izmēri ir mazi, kas atvieglo uzstādīšanu.
Trīs asmeņi. Tie ir pieprasīti tirgū. Tie var saražot enerģiju līdz 7 mW.
Vairāku asmeņu blokiem ir līdz 50 asmeņiem. Viņiem ir liela inerce. Griezes momenta priekšrocības tiek izmantotas ūdens sūkņu darbībā.

Mūsdienu tirgū parādās vēja ģeneratori, kuru dizains atšķiras no klasiskajiem, piemēram, ir hibrīdie.

1. Vēja ģenerators, uzbūvēts kā buru laiva

Diska formas konstrukcija zem gaisa spiediena pārvieto virzuļus, kas aktivizē hidraulisko sistēmu. Tā rezultātā fiziskā enerģija tiek pārveidota par elektrisko enerģiju.

Ierīce darbības laikā nerada troksni. Augsti jaudas līmeņi. Viegli pārvaldāms.

2. Lidojošs spārns vēja ģenerators

Lieto bez masta, ģeneratora, rotora un lāpstiņām. Salīdzinājumā ar klasiskajām konstrukcijām, kas darbojas nelielos augstumos ar mainīgu vēja stiprumu un augstu mastu celtniecība ir darbietilpīga un dārga, “spārnam” šādu problēmu nav.

Tas tiek palaists 550 metru augstumā. Elektroenerģijas ražošana ir 1 MW gadā. “Spārna” ražotājs ir Makani Power.

Vēja ģeneratoru pielietojums

Vēja ģeneratori tiek izmantoti rūpniecībā un ikdienas dzīvē.

Rūpnieciskās vēja turbīnas tiek izmantotas ražošanas vajadzībām vai elektroenerģijas nodrošināšanai maziem ciematiem elektroenerģijas trūkuma vai trūkuma apstākļos. Tie ir uzstādīti lielā skaitā atklātās tuksneša vietās.

Vējdzirnavas, pārsvarā vienkāršas, ir paredzētas mājas lietošanai vasarnīcās. Aukstā ziemas laikā, lai taupītu elektroenerģiju, tie tiek būvēti dzīvojamo ēku teritorijā. Vienkāršs vēja ģenerators ražo enerģiju atbilstoši vējainu dienu skaitam.

Vēja turbīnas efektivitāte

Vertikālajiem un horizontālajiem vēja ģeneratoriem efektivitāte ir aptuveni vienāda. Vertikāli tas ir 20-30%, horizontāli 25-35%.

Efektivitāte ir atkarīga no vēja ģeneratora veida un vēja ātruma

Daži ražotāji paaugstina vertikālo vēja turbīnu efektivitāti līdz pat 15%, nomainot gultņus ar pastāvīgiem neodīma magnētiem. Bet tik neliels efektivitātes pieaugums tikai par 3-5% izraisa ievērojamu konstrukciju izmaksu pieaugumu.

Abi veidi neatšķiras pēc kalpošanas laika. Vidēji enerģijas ražošanas ilgums ir paredzēts 15 - 25 kalpošanas gadiem. Visātrāk nolietojas gultņu komplekts un asmeņi. Kuru kalpošanas laiks ir atkarīgs no pakalpojuma kvalitātes.

Vēja ģeneratoru izmaksas

Vēja ģeneratoru cenas ir diezgan augstas. Tās ir apjomīgas konstrukcijas, kas izgatavotas no dārga materiāla. Ietver baterijas, kontrolieri, invertoru un mastu.

Komplektā var būt: 1 - pats vēja ģenerators, 2 - masts, 3 - pamats, 4 - akumulatoru komplekts, 5 - invertors, 6 - kontrolleris, kā arī vadi, savienotāji, statīvs, dīzeļģenerators un citi nepieciešamie palīgmateriāli. uzstādīšanai

Vēja ģeneratoru tehniskie parametri ietekmē arī izmaksas.

Vienkāršākais ir ģenerators ar mazu jaudu līdz 300 vatiem. Ražo enerģiju pie vēja spēka 10-12 m/sek. Vienkāršāko vējdzirnavu komplekts ar tikai kontrolieri maksā no 15 000 rubļu. Aprīkojot ar invertoru, akumulatoru un mastu, cena sasniedz 50 000 rubļu.
Ģeneratori ar deklarēto jaudu 1 kW. Ar vāju vēju tie vidēji ražo enerģiju no 30-100 kW mēnesī. Lielai mājai ar lielu elektroenerģijas patēriņu ieteicams papildus izmantot dīzeļdegvielas un benzīna agregātus. Viņi arī uzlādēs akumulatorus dienās, kad nav vēja. Šāds vēja ģenerators maksā no 150 000 rubļu. Ar pilnīgāku komplektu tas sasniedz līdz 300-400 tūkstošiem rubļu.
Elektrības patēriņam lielā mājā ar dārzu būs nepieciešamas vējdzirnavas ar jaudu 3-5 kW. Pietiekams bateriju skaits, jaudīgāks invertors, kontrolieris, augsts masts. Viens komplekts maksā no 300 000 rubļu līdz miljonam.

Ja māju sildīja arī vējš, tad instalācija jāizvēlas ar jaudu 10 kW. Un rūpējieties par papildu avotiem, piemēram, saules paneļiem. Jums var būt nepieciešams arī gāzes ģenerators. Viss atkarīgs no tā, cik daudz enerģijas jāpaliek rezervē bezvēja un mākoņainām dienām.

Vēja ģeneratoru ražotāji

Pieaugot pieprasījumam pēc videi draudzīgas elektroenerģijas ražošanas metodes, tirgū parādās piedāvājumi no vadošajiem vēja ģeneratoru ražotājiem. Jūs vienmēr varat izvēlēties labāko variantu.

Dānija “Vestas” ar tirgus daļu 12,7%
Ķīna “Snovel” – 9,0%
Ķīna "Goldwind" - 8,7%
Spānija “Gamesa” – 8,0%
Vācija “Enercon” – 7,8%
Indija "Suzlon" - 7,6%
Ķīna Guodian United Power — 7,4%
Vācija “Siemens” - 6,3%
Ķīna “Ming Yang” – 3,6%

Vēja ģeneratoru ražošanu ir izveidojuši arī vietējie ražotāji: Maskavas reģionā - Vetro Svet LLC, SKB Iskra LLC, Sapsan-Energia LLC, Agregat-Privod CJSC, Sanktpēterburgā - Wind Energy Company CJSC.

Atlases noteikums

Vēja ģeneratora izvēle nav grūts jautājums, ja pieiet tam atbildīgi. Labāk jau iepriekš.

Aprēķiniet enerģijas daudzumu, kas nepieciešams jūsu mājas barošanai.
Noskaidro gada vidējo vēja ātrumu, ņem vērā, kurā laikā vējdzirnavas būs neaktīvas, un kurā laikā tās var nodrošināt pietiekamu apjomu. Jauda jāņem ar rezervi. Aprēķiniet bateriju skaitu enerģijas uzkrāšanai mierīgā laikā.
Ņem vērā dzīvesvietas klimatiskās īpatnības. Krievijas centrālajā daļā lielāko ziemas daļu ir stipras sals. Vēja ģeneratoru uzstādīšana tur nav pamatota.
Lietus un sniegs samazina enerģijas ražošanu. Tie ir trūkumi.
Pievērsiet uzmanību asmeņu skaitam. Jo mazāk to ir, jo lielāka efektivitāte.
Nosakiet trokšņa intensitāti iekārtas darbības laikā.
Salīdziniet vēja ģeneratoru parametrus. Uzmanīgi iepazīstieties ar to tehniskajiem un salīdzinošajiem raksturlielumiem.
Atsauksmes no cilvēkiem, kuri jau izmanto sistēmas, palīdzēs jums izvēlēties vēja ģeneratoru.
Izvēloties ģeneratoru, pārskatiet ražotājus.

Vējš un saule ir dabiski, videi draudzīgi un bezatkritumu enerģijas avoti. Laikmetā, kad dabas resursu potenciāls ir izsmelts, vēja turbīnu ražošana uzņem apgriezienus.

Krievijas vēja karte vēja ģeneratora izvēlei

Vējdzirnavas kļūst arvien populārākas parasto cilvēku vidū. Tam ir radīti visi apstākļi. Vēja turbīnu daudzveidība un tematiskās informācijas pieejamība, kas palīdzēs izvēlēties.

Enerģijas ražošanas pieaugumu, izmantojot neatjaunojamos dabas resursus, ierobežo slieksnis, pēc kura notiek pilnīga izejvielu ražošana. Alternatīvā enerģija, tostarp vēja enerģijas ražošana, samazinās slodzi uz vidi.

Jebkuras masas, tostarp gaisa, kustība rada enerģiju. Vēja turbīna pārvērš gaisa plūsmas kinētisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Šī iekārta ir vēja enerģijas pamats, alternatīvs virziens dabas resursu izmantošanā.

Efektivitāte

Ir diezgan vienkārši novērtēt noteikta veida un konstrukcijas agregāta energoefektivitāti un salīdzināt to ar līdzīgu dzinēju veiktspēju. Nepieciešams noteikt vēja enerģijas izmantošanas koeficientu (WEF). To aprēķina kā pie vēja turbīnas vārpstas saņemtās jaudas attiecību pret vēja plūsmas jaudu, kas iedarbojas uz vēja rata virsmu.

Vēja enerģijas izmantošanas līmenis dažādām iekārtām svārstās no 5 līdz 40%. Novērtējums būs nepilnīgs, neņemot vērā objekta projektēšanas un būvniecības izmaksas, saražotās elektroenerģijas daudzumu un izmaksas. Alternatīvajā enerģētikā būtisks faktors ir vēja turbīnu izmaksu atmaksāšanās periods, taču jāņem vērā arī no tā izrietošā ietekme uz vidi.

Klasifikācija

Vēja turbīnas iedala divās klasēs, pamatojoties uz saražotās enerģijas izmantošanas principiem:
lineārs;
ciklisks.

Lineārs tips

Lineāra vai mobila vēja turbīna pārvērš gaisa plūsmas enerģiju kustības mehāniskajā enerģijā. Tā varētu būt bura vai spārns. No inženiertehniskā viedokļa šī nav vēja turbīna, bet gan dzinējspēka iekārta.

Cikliskais tips

Cikliskos dzinējos pats korpuss ir nekustīgs. Gaisa plūsma griežas, veicot cikliskas kustības, tās darba daļas. Mehāniskā rotācijas enerģija ir vispiemērotākā elektroenerģijas ražošanai, universāls enerģijas veids. Cikliskie vēja dzinēji ietver vēja riteņus. Vēja riteņi, sākot no senām vējdzirnavām līdz modernām vēja elektrostacijām, atšķiras ar dizaina risinājumiem un gaisa plūsmas jaudas pilnvērtīgu izmantošanu. Ierīces ir sadalītas ātrgaitas un maza ātruma, kā arī atbilstoši rotora rotācijas ass horizontālajam vai vertikālajam virzienam.

Horizontāli

Vēja turbīnas ar horizontālu rotācijas asi sauc par lāpstiņu dzinējiem. Uz rotora vārpstas ir piestiprināti vairāki asmeņi (spārni) un spararats. Pati vārpsta atrodas horizontāli. Ierīces galvenie elementi: vēja ritenis, galva, aste un tornis. Vēja ritenis ir uzstādīts ap vertikālo asi rotējošā galvā, kurā ir uzstādīta dzinēja vārpsta un atrodas transmisijas mehānismi. Aste spēlē vējrādītāja lomu, griežot galvu ar vēja riteni pret vēja plūsmas virzienu.

Pie lieliem gaisa plūsmas ātrumiem (15 m/s un vairāk) ir racionāla ātrgaitas horizontālo vēja turbīnu izmantošana. Divu un trīs asmeņu vienības no vadošajiem ražotājiem nodrošina KIEV par 30%. Paštaisītai vēja turbīnai gaisa plūsmas izmantošanas koeficients ir līdz 20%. Ierīces efektivitāte ir atkarīga no rūpīga aprēķina un asmeņu izgatavošanas kvalitātes.

Lāpstiņu vēja turbīnas un vēja turbīnas nodrošina lielu vārpstas griešanās ātrumu, kas ļauj pārnest jaudu tieši uz ģeneratora vārpstu. Būtisks trūkums ir tas, ka vājā vējā šādas vēja turbīnas nedarbosies vispār. Pārejot no mierīga uz pastiprinātu vēju, rodas starta problēmas.

Zema ātruma horizontālajiem dzinējiem ir lielāks lāpstiņu skaits. Ievērojamā mijiedarbības zona ar gaisa plūsmu padara tos efektīvākus vājā vējā. Taču instalācijām ir ievērojams vējš, kas prasa veikt pasākumus, lai pasargātu tās no vēja brāzmām. Labākais KIEV rādītājs ir 15%. Šādas iekārtas netiek izmantotas rūpnieciskā mērogā.

Vertikālais karuseļa veids

Šādās ierīcēs asmeņi ir uzstādīti uz riteņa (rotora) vertikālās ass, lai uztvertu gaisa plūsmu. Korpuss un amortizatoru sistēma nodrošina, ka vēja plūsma skar vienu vēja rata pusi, un no tā izrietošais spēku pielikšanas moments nodrošina rotora griešanos.

Salīdzinot ar lāpstiņu blokiem, rotējoša vēja turbīna rada lielāku griezes momentu. Gaisa plūsmas ātrumam palielinoties, tas ātrāk sasniedz darba režīmu (vilces spēka ziņā) un stabilizējas griešanās ātruma ziņā. Bet šādas vienības ir lēnas. Lai pārvērstu vārpstas rotāciju elektroenerģijā, ir nepieciešams īpašs ģenerators (daudzpolu), kas spēj darboties zemā ātrumā. Šāda veida ģeneratori nav īpaši izplatīti. Pārnesumkārbu sistēmu izmantošanu ierobežo zemā efektivitāte.

Karuseļveida vēja turbīna ir vieglāk darbināma. Pati konstrukcija nodrošina automātisku rotora ātruma kontroli un ļauj uzraudzīt vēja virzienu.

Vertikāli: ortogonāls

Liela mēroga enerģijas ražošanai perspektīvākās ir ortogonālās vēja turbīnas un vēja turbīnas. Šādu agregātu izmantošanas diapazons vēja ātruma izteiksmē ir no 5 līdz 16 m/s. To radītā jauda ir palielināta līdz 50 tūkstošiem kW. Ortogonāla asmens profils ir līdzīgs lidmašīnas spārnu profilam. Lai spārns sāktu darboties, tam ir jāpieliek gaisa plūsma, tāpat kā lidmašīnas pacelšanās laikā. Arī vēja turbīna vispirms ir jāpagriež, iztērējot enerģiju. Kad šis nosacījums ir izpildīts, instalācija pārslēdzas uz ģeneratora režīmu.

secinājumus

Vēja enerģija ir viens no daudzsološākajiem atjaunojamās enerģijas avotiem. Vēja turbīnu un vēja turbīnu rūpnieciskās izmantošanas pieredze liecina, ka efektivitāte ir atkarīga no vēja ģeneratoru izvietošanas vietās ar labvēlīgām gaisa plūsmām. Mūsdienīgu materiālu izmantošana agregātu projektēšanā, jaunu shēmu izmantošana elektroenerģijas ražošanai un uzglabāšanai vēl vairāk uzlabos vēja turbīnu uzticamību un energoefektivitāti.