Rüzgar santralleri: türleri, tasarımları, avantajları

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

Rüzgar enerjisi, yeni bir enerji arzı dalından uzaktır, ancak mevcut koşullarda, daha fazla gelişme için umut verici bir yönün giderek daha belirgin özellikleri haline gelmektedir. Rüzgar jeneratörlerinin teknik uygulaması için evrensel kavramlardan bahsetmek hala zor, ancak bireysel mühendislik çözümlerinin kullanımındaki ilerleme, yakın gelecekte tek bir birleşik yapısal modelin ortaya çıkacağını gösteriyor. Aynı zamanda dünyada her biri kendine has güçlü yönleri olan birkaç tip rüzgar türbini kullanılmaktadır.

Rüzgar türbinlerinin genel çalışma prensibi

Çoğu modern alternatif enerji kaynağı gibi, rüzgar türbini de doğal bir sürecin sonucu olarak hareket eden kuvvet nedeniyle çalışır. Eşit olmayan ısıtmadan kaynaklanan rüzgar akışlarından bahsediyoruzgüneş tarafından dünyanın yüzeyi. Hemen hemen tüm rüzgar türbinleri aşağıdaki prensibe göre çalışır: hava akışları, çarkı bıçaklı özel bir şaft üzerinde döndürür, böylece torku jeneratöre veya akü grubuna iletir. Kararlılık ve yeterli hava hareketi kuvveti koşullarında, elektrik üretmek için yel değirmenleri% 45-50 verim sağlayabilir. Rüzgar türbinlerinin çok çeşitli tasarımlarını belirleyen tam olarak rüzgarın değişkenliği ve gücüdür ve bunlar da belirli iklimsel kullanım koşullarına göre hesaplanır.

Rüzgar türbinlerinin başlıca avantajları nelerdir?

Rüzgar türbinlerinin verimliliğini değerlendirmek, hem geleneksel enerji kaynaklarıyla karşılaştırmalı hem de yenilenebilir ücretsiz kaynaklarla çalışan jeneratörlerin geçmişine karşı olabilir. Gelecekte başarılı bir şekilde gelişmesi için umut veren bu tür sistemlerin en belirgin avantajları şu faktörlerdir:

• Rüzgar enerjisinin kendisi yalnızca yenilenebilir değil, aynı zamanda biriktirme ve işleme için de kullanılabilir.
• Ekonomik fayda. Spesifik ekonomik göstergelere ilişkin net değerlendirmeler, farklı performansla çalışan sistemlerin çeşitliliği nedeniyle henüz olamaz. Ancak bireysel projelerin gösterdiği olağanüstü sonuçlardan bahsedebiliriz. Örneğin, büyük bir açık deniz yel değirmeninden bir kilovat elektriğin maliyeti nedir? 2-12 ruble aralığından bahsedebiliriz. 1 kWh için.
• Çevre dostu. Rüzgar türbinlerinin çalışması zararlıhava kirletici emisyonlar.
• Kompakt. Endüstriyel bir formatta bile bir rüzgar türbini kurmak, geleneksel elektrik santralleri ile karşılaştırılamaz. Bu, büyük ölçüde, bu tür sistemlerin yardımcı iletişim ve kaynaklardan özerkliği ve bağımsızlığından kaynaklanmaktadır.

Yatay Eksen Jeneratörleri

Bu tür yel değirmenlerinin tasarım şeması, bir elektrik jeneratörü, dişli kutusu, kanatlar ve çerçeveli bir kulenin varlığını sağlar. Kanatların konfigürasyonu, hava huni içine akacak ve burulma momenti yaratacak şekilde uygulanır. Bu tür yel değirmenlerinin elektrik üretmek için çalışması için önemli bir koşul, akışların hareketinin özelliklerine (yön ve güç) uyum sağlama yeteneğidir. Bunun için yapılara, dünya yüzeyine göre bıçakları döndürmek ve eğmek için mekanizmalar sağlanır. En gelişmiş modellerde otomatik kontrollü kontrolörler de kullanılmaktadır. Rüzgar tekerleğinin uygulanmasına gelince, üç kanatlı konfigürasyon daha çok yatay şemalarda kullanılır. Ayrıca, jeneratörlerin performansını artırmak için mühendisler, örneğin yapıların imalatında plastik ve hafif metallerden pahalı kompozit elemanlara geçişin mevcut eğilimini açıklayan fonksiyonel alıcı parçanın boyutunu artırma eğilimindedir.

Dikey Eksen Jeneratörleri

Bu tür jeneratörlerin yatay yapılara göre önemli bir avantajı vardır,bu, kurulumun izlenmesi ve kontrol edilmesi için ek araçlara ihtiyaç duyulmamasından oluşur. Yani, çalışma sürecinde, dikey eksenli bir yel değirmeni, akışların hareketine hiçbir şekilde uyum sağlamaz. Hava kütleleriyle etkileşimin bu özelliği, aynı anda rüzgar jeneratörü kanatlarındaki voltajı az altır ve jiroskopik yükleri az altır. Tesisin motorunu oluşturan dişli jeneratör, hasar veya arıza riski olmadan yapı kulesinin tabanına yerleştirilebilir. Ancak neden açıklanan avantajlarla dikey kurulumlar tamamen yatay yel değirmenlerinin yerini almadı? Ne yazık ki, bu modellerin de önemli dezavantajları vardır. Rüzgar çarkı rüzgar akışları tarafından yönlendirilmediğinden ve her zaman dar bir enerji yakalama aralığında çalıştığından, jeneratörün performansı mantıksal olarak azalır. Bu nedenle, dikey yel değirmenlerinin yeterli gücünü korumak için, her zaman mümkün olmayan geniş alanları kapsayan kitlesel kullanımları gereklidir.

Darrieus rotorunu temel alan tasarımlar

Dikey çarklı rüzgar türbini jeneratörleri, Savonius veya Darrieus rotor tasarımına dayanmaktadır. Ancak bu grubun kendi varyasyonları ve modern modifikasyonları da vardır. En umut verici son gelişme, 2001 yılında oluşturulan Gorlov sarmal türbinidir. Darrieus rotor konseptinin bir tür devamıdır, ancak daha optimize bir biçimde. Spiral dikey kanatlar, minimum aktivite ile su ve hava akışlarından enerji üretilmesini sağlar. Bugün bu jeneratörlerhem özel rüzgar çiftliklerinde hem de hidroelektrik santrallerinin bir parçası olarak kullanılır.

Akı yükselticili rüzgar jeneratörleri

Ayrıca, bir şekilde, klasik yel değirmeni tasarımlarının devamı, ancak mevcut yüksek teknoloji çalışma koşullarına göre ayarlandı. Akış yükselticilerle yapılan değişiklikler, hava akışlarını yoğunlaştırmak için tasarlanmış bir veya daha fazla oluğun varlığı ile ayırt edilir. Aynı oluklar şeklindeki aerodinamik koni biçimli elemanlar, geniş bir alan üzerindeki akışları toplayarak onları bir yön noktasına yönlendirir ve böylece kanat sisteminin hızını arttırır. Rüzgar türbinlerini akı yükselticileri ile kullanmanın zorluğu, ek bir elemental grubun kullanımını gerektirmeleridir. Ayrıca, bu tür sistemlerde verimlilikte önemli bir artış sağlamak ancak ekonomik olarak her zaman haklı olmayan yardımcı enerji kaynaklarını bağlayarak mümkündür.

Dişlisiz rüzgar türbinleri

Yapısal optimizasyon fikri doğrultusunda, şanzımansız bir rüzgar santrali çeşidi de ortaya çıktı. Bunun yerine, dahili bir metal çubukla donatılmış dairesel bir kanal kullanılır. Bu halka rotor kenarının etrafına monte edilmiştir. Burada ayrıca metal bir çubukla etkileşime giren ve böylece akım üretimine katkıda bulunan bir grup mıknatıs bulunur. Yaklaşık 200 cm rotor çapına sahip dişli kutusu olmayan rüzgar türbinlerinin performansı 1500 kWh'ye ulaşabilmektedir.yıl içinde. Bu tasarımın başlıca avantajı, dişli kutuları ile donatılmış jeneratörlerin çalışmasında doğal olarak meydana gelen enerji kayıplarının az altılmasıdır. Ancak bu avantajın bedelini hız limitleri ile ödemeniz gerekiyor. Ünitenin optimal bir iş akışına girebilmesi için en az 2 m/s'lik bir akış hızı gereklidir.

Endüstriyel rüzgar türbinlerinin özellikleri

Endüstriyel yel değirmenlerinin iki temel farkı vardır - büyük boyut ve yüksek güç çıkışı. Bu tip istasyonların hem avantajları hem de dezavantajları bu özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Yapıya gelince, modern endüstriyel yel değirmenlerinin yüksekliğinin 150-200 m'ye ulaşabileceğini ve kanat açıklığının 100 m'den fazla olabileceğini söylemek yeterlidir. Yüksek güç, işlevsel altyapının karmaşıklığını da gerektirir. Bu nedenle, enerji dönüşüm sürecini kontrol etmek için, pil paketinin mevcut şarjının dikkate alınmasını sağlayan rüzgar jeneratörü kontrolörleri kullanılır. Ek olarak, bu tür kurulumların elektrik dolgusu, invertörleri ve kısa devre koruma sistemlerini içerir.

Ev tipi rüzgar türbinlerinin özellikleri

En basit yel değirmenleri sadece evde kullanılamaz, elle de monte edilebilir. Kural olarak, bunlar 0,5-5 kW gücünde çalışabilen, yüksekliği 10 m'den fazla olmayan küçük boyutlu tesislerdir. Ev aletleri için pasif bir enerji kaynağı olarakveya bireysel elektrikli cihaz grupları, bu seçenek kendini haklı çıkarır. Bununla birlikte, kompakt rüzgar türbinleri günümüzde büyük şirketler tarafından üretim tesislerine güç sağlamak için çok sayıda kullanılmaktadır. Mini yel değirmeni çiftlikleri temelinde, yüksek güçlü tek jeneratörlerle rekabet edebilecek, yeterince üretken ve güvenilir sistemler oluşturulur.

Açık deniz rüzgar türbinlerinin özellikleri

Bu tür yel değirmenlerinin popülaritesi, karada bulunan istasyonlara göre çeşitli avantajlardan kaynaklanmaktadır. Bu, esas olarak daha istikrarlı çalışma koşulları ile ilgilidir, çünkü rüzgar akışları kıyı şeridinden uzakta engellenmez. Aynı zamanda, açık deniz rüzgar türbinlerinin yapıları iki gruba ayrılır - destekleyici ve yüzer. Birincisi, su altında zeminde klasik bir destekle sığ suya kurulur. Yüzer istasyonlar, sırasıyla, çapalar ve diğer deniz cihazları aracılığıyla sabitlenen kendi yüzer platformlarına sahiptir.

Rüzgar türbini yapılarının bina çerçeveleriyle kombinasyonu

Ayrıca, yüksek binaların gövdelerine tam anlamıyla entegre edilmiş çok umut verici bir grup yel değirmeni var. Bu çözümün iki avantajı vardır - nihai tedarik kaynağı genellikle bina içindeki tüketiciler olduğundan, akışların "alımı" için uygun koşullar ve elektriğin dağıtım yolunda bir azalma. Şu anda, bu tip rüzgar türbinlerinin entegrasyonu daha sık kullanılarak yapılır.gökdelenlerin çatılarına monte edilen özel aerodinamik silindirler. Uzun bir şantiyenin herhangi bir yerine yerleştirilebilen mini pervane konsepti de geliştirilmektedir. Cihazlar kelimenin tam anlamıyla duvarlara entegre edilmiştir, ardından genel güç kaynağı sistemine bağlanarak küçük ama sabit miktarda enerji verir.

Sonuç

Son yıllarda Rusya'da rüzgar türbinlerine ilgi önemli ölçüde arttı. 30-50 MW'a kadar kapasiteye sahip büyük istasyonlar periyodik olarak farklı bölgelerde devreye alınmaktadır. Ülkemiz için yel değirmenleri özellikle yararlıdır çünkü şu anda başka enerji tedariki düzenleme imkanı olmayan uzak bölgelere enerji sağlamamıza izin verirler. Küçük rüzgar santralleri segmenti de aktif olarak gelişiyor. Rusya'da, 1-5 kW kapasiteli bireysel güç sistemleri çok popüler hale geldi. Aynı zamanda, geliştiriciler, yel değirmenlerinin çalışma ilkelerini içten yanmalı motorlarla birleştirmeyi reddetmezler. Bu yöndeki başarılar, özellikle rüzgar-dizel tasarımları ile kanıtlanmıştır. Geleneksel enerji kaynaklarının konumu hala güçlü olduğundan, önümüzdeki on yıllarda Rusya'da ne kadar rüzgar enerjisine talep olacağını söylemek hala zor. Ancak dünya genelinde alternatif enerjiye geçişteki eğilimlerin Rus endüstrisini bu tür alanları aktif olarak keşfetmeye teşvik etmesi muhtemeldir.