Ветровая турбина — это устройство, предназначенное для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию с помощью ротора и генератора. Ветровые турбины делятся на два основных типа: с вертикальной осью вращения и с горизонтальной осью вращения . Оба типа обладают уникальными характеристиками и применяются в различных условиях в зависимости от окружающей среды и потребностей установки.
Типы ветряных турбин
Существует две основные категории ветряных турбин:
- Ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT): ему удается улавливать ветер с любого направления и он имеет низкий уровень производства энергии, что делает его идеальным для мест с низкой интенсивностью ветра или городских территорий, где правила запрещают установку крупных конструкций.
- Ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT): наиболее часто используется на крупных ветряных электростанциях. Его эффективность выше, и его лучше использовать в районах, где ветер сильнее и постояннее.
Ветряная турбина с вертикальной осью
Ветротурбины с вертикальной осью вращения, известные как VAWT , — это турбины, у которых ось ротора расположена вертикально относительно земли. Одним из их главных преимуществ является то, что им не требуются механизмы поворота для улавливания ветра, поскольку они могут работать независимо от направления ветра. Кроме того, электрогенератор может располагаться на земле, что упрощает техническое обслуживание.
Эти ветротурбины обладают меньшей энергоэффективностью по сравнению с турбинами с горизонтальной осью вращения, но они все же эффективны в районах с низкой или переменной скоростью ветра. Кроме того, для их запуска требуется электропривод, поскольку в большинстве случаев они не могут запуститься самостоятельно.
Типы ветряных турбин с вертикальной осью
В рамках VAWT существует несколько подтипов:
1. Ветряная турбина Савониуса
Модель Савониуса — одна из самых простых и надежных. Она характеризуется наличием двух горизонтально смещенных полукругов, через которые проходит ветер, создавая вращательное движение. Хотя ее эффективность низка, это хороший вариант там, где требуются системы, не требующие сложного обслуживания.
2. Ветряная турбина Giromill
Этот тип ветряной турбины имеет набор вертикальных лопастей, прикрепленных к двум балкам, образующим вертикальную ось. Ее энергетическая мощность составляет от 10 до 20 кВт, что делает ее более эффективным вариантом, чем турбина Савониуса, для небольших жилых или коммерческих установок.
3. Ветряная турбина Дарье
Лопасти Дарье — более совершенный тип, состоящий из двух или трех двояковыпуклых лопастей . Их конструкция позволяет ветряной турбине лучше использовать энергию ветра в широком диапазоне скоростей. Однако её главный недостаток — необходимость использования ротора Савониуса или другой системы для запуска.
Работа ветряной турбины с вертикальной осью
Принцип работы вертикально-осевых ветротурбин относительно прост. Лопасти вращаются под действием силы ветра, движущегося в разных направлениях. Эти ветротурбины всегда ориентированы по направлению ветра , что позволяет им продолжать работу даже при низкой скорости ветра.
Благодаря своей компактности, ветротурбины с вертикальной осью вращения вырабатывают меньше энергии по сравнению с турбинами с горизонтальной осью. Однако они достаточно эффективны для таких применений, как отопление дома , питание освещения или даже зарядка электромобиля.
Ветряные турбины с горизонтальной осью
Ветротурбины с горизонтальной осью вращения являются наиболее распространенными, особенно на крупных ветропарках . Эти турбины обладают лучшей энергоэффективностью благодаря своей способности более эффективно вырабатывать электроэнергию при высоких скоростях ветра.
Компоненты этих ветряных турбин размещены в гондоле, расположенной на вершине башни. Ротор, состоящий из трех лопастей, улавливает ветер и создает вращательное движение, которое умножается с помощью редуктора для выработки электроэнергии. Это движение, создаваемое ветром, передается генератору, который создает энергию, которая передается в сеть.
Какая ветряная турбина более эффективна?
Ветротурбины с горизонтальной осью вращения, как правило, более эффективны. Это объясняется тем, что они могут достигать более высоких скоростей вращения и лучше использовать энергию ветра на больших высотах, где скорость ветра более постоянна и интенсивна. Кроме того, для увеличения скорости вращения им требуется меньше редукторов, что позволяет им более эффективно использовать кинетическую энергию ветра.
Инновации в ветряных турбинах
В последние годы мы наблюдаем значительные инновации в технологии ветроэнергетики. Одной из наиболее перспективных стала безлопастная турбина Vortex , разработанная испанской компанией. Этот тип ветротурбины, не имеющий движущихся частей, призван снизить затраты на техническое обслуживание и устранить визуальное воздействие, которое оказывают на ландшафт крупные традиционные ветротурбины.
Еще один амбициозный проект — « Ветряное дерево» . В этой конструкции используются 72 турбины в форме листьев, расположенные на механическом дереве, которое вырабатывает энергию от очень слабого ветра. Такая конструкция идеально подошла бы для городских районов, обеспечивая возобновляемый и эстетически привлекательный источник энергии.
Историческое и современное использование ветряных турбин
Использование энергии ветра не является чем-то новым. Первые ветряные мельницы использовались для перекачки воды или помола зерна в сельской местности. Однако именно в 70-х годах Дания всерьез взялась за развитие крупномасштабной ветроэнергетики, что позволило стране стать ведущим производителем ветротурбин.
Сегодня ветряные турбины, которые начинались как небольшие установки в сельской местности, превратились в гигантские ветропарки, вырабатывающие сотни мегаватт чистой энергии для потребления по всему миру. Крупные компании, такие как Siemens и Vestas, лидируют в производстве этих технологий.
Будущее ветроэнергетики зависит от значительного повышения эффективности и снижения затрат. С установкой плавучих турбин в открытом море, ожидается, что морская ветроэнергетика будет играть еще более важную роль в переходе к возобновляемым источникам энергии.
Благодаря развитию такого рода инноваций ветроэнергетика перестала быть экспериментальным решением и стала одним из основных источников возобновляемой энергии во всем мире.