ЯК ПРАЦЮЮТЬ ВІТРОГЕНЕРАТОРИ?

Send

Можливо, ви їх бачили під час руху по сільській місцевості. А може, ви бачили їх недалеко від узбережжя, маючи на горизонті великі вертушки, що обертаються. Знову ж таки, ви, можливо, бачили їх на чужий дах або як частина невеликої міської операції. Незалежно від місця розташування, вітрогенератори та вітроенергетика стають все більш поширеною особливістю у сучасному світі.

Значна частина цього пов'язана із загрозою зміни клімату, забрудненням повітря та прагненням відмовити людство від його залежності від викопних палив. Що ж стосується альтернативної та поновлюваної енергії, то, як очікується, вітроенергетика займе другу найбільшу частку ринку в майбутньому (після сонячної). Але як саме працюють вітрогенератори?

Опис:

Повітряні турбіни - це пристрої, які перетворюють кінетичну енергію вітру і зміни потоку повітря в електричну енергію. Загалом, вони складаються з таких компонентів: ротора, генератора та конструктивного опорного компонента (який може мати форму або башти, механізму повороту ротора, або обох).

Ротор складається з лопатей, що фіксують енергію вітру, і валу, який перетворює енергію вітру в енергію обертання з низькою швидкістю. Генератор - який підключений до вала - перетворює повільне обертання у високу в електричну енергію, використовуючи низку магнітів та провідник (який зазвичай складається з спірального мідного дроту).

Коли магніти обертаються навколо мідного дроту, він виробляє різницю в електричному потенціалі, створюючи напругу та електричний струм. Нарешті, є конструктивна опорна складова, яка забезпечує, що турбіна або стоїть на досить високій висоті, щоб оптимально фіксувати зміни тиску вітру та / або стикатися у напрямку вітрового потоку.

Види вітрогенераторів:

В даний час існує два основні типи вітрогенераторів - вітрові турбіни з горизонтальною віссю (HAWT) та вітрові турбіни з вертикальною віссю (VAWT). Як випливає з назви, горизонтальні вітрогенератори мають головний вал ротора та електричний генератор у верхній частині вежі, лопаті спрямовані на вітер. Турбіна, як правило, розміщується назустріч її опорної вежі, оскільки вежа, ймовірно, створює турбулентність за нею.

Турбіни вертикальної осі (знову ж таки, як випливає з назви) мають головний вал ротора, розташований вертикально. Зазвичай вони мають менший характер, і їх не потрібно вказувати у напрямку вітру, щоб обертатись. Таким чином, вони можуть скористатися вітром, який змінюється за напрямом.

Взагалі вітрогенератори горизонтальної осі вважаються більш ефективними і можуть виробляти більше енергії. У той час як вертикальна модель виробляє менше електроенергії, вона може розміщуватися на більш низьких висотах і потребує менших витрат на компоненти (особливо механізм позіхання). Вітрові турбіни також можна розділити на три загальні групи за їх конструкцією, що включає моделі Towered, Savonius і Darrieus.

Модель, що піднімається, є найбільш звичайною формою HAWT, що складається з вежі (як випливає з назви) та серії довгих клинків, які сидять попереду (і паралельно) вежі. Savonis - модель VAWT, яка спирається на контурні леза (совки) для захоплення вітру і віджиму. Вони, як правило, малоефективні, але мають перевагу самостійного запуску. Ці види турбін часто є частиною вітрових операцій на даху або встановлюються на морських суднах.

Модель Darrieus, також відома як турбіна "Eggbeater", названа на честь французького винахідника, який став першопроектором дизайну - Жоржа Дарріє. Ця модель VAWT використовує ряд вертикальних лез, які сидять паралельно вертикальній опорі. Вони, як правило, мають низький ККД, потребують додаткового ротора, щоб почати обертатись, створювати високий крутний момент та створювати високі навантаження на вежу. Отже, вони вважаються ненадійними в міру розробки дизайну.

Історія розвитку:

Енергія вітру використовується тисячами роками для підштовхування вітрил, енергетичних вітряків або для створення тиску для водяних насосів. Найдавніші відомі приклади походять з Центральної Азії, де вітряні млини, що використовувались у стародавній Персії (Іран), були від 500 до 900 р. Н.е. Технологія почала з’являтися в Європі в середні віки, і стала загальною рисою до 16 століття.

До 19 століття з розвитком електроенергії були побудовані перші вітрогенератори, здатні виробляти електроенергію. Перший був встановлений у 1887 році шотландським академіком Джеймсом Блітом, щоб запалити свій будинок відпочинку в м. Марікірк, Шотландія. У 1888 р. Американський винахідник Чарльз Ф. Бруст побудував першу автоматизовану вітрогенераторну енергію, яка живила його будинок у Клівленді, штат Огайо.

На початку 20 століття вітрогенератори стали стати поширеним засобом живлення будинків у віддалених районах (наприклад, садибах). У 1941 р. У Вермонті була встановлена перша вітрогенератор класу мегаватт і приєднана до місцевої комунальної мережі. У 1951 р. Великобританія встановила свою першу вітряну турбіну, підключену до електромережі, на Оркнейських островах.

До 1970-х років дослідження та розробки технології вітрогенераторів значно прогресували завдяки кризі ОПЕК та протестам проти атомної енергетики. У наступні десятиліття асоціації та лобісти, присвячені альтернативній енергетиці, почали формуватися у країнах Західної Європи та США. До останнього десятиліття XX століття подібні зусилля виникли в Індії та Китаї через зростання забруднення повітря та зростання попиту на чисту енергію.

Енергія вітру:

Порівняно з іншими формами відновлюваної енергії, вітроенергетика вважається дуже надійною і стійкою, оскільки вітер є стабільним з року в рік і не зменшується протягом пікових годин попиту. Спочатку будівництво вітроелектростанцій було дорогим починанням. Але завдяки останнім вдосконаленням вітроенергетика почала встановлювати пікові ціни на оптових ринках енергії у всьому світі та скорочувати доходи та прибутки галузі викопного палива.

Згідно з доповіддю, виданим Міністерством енергетики в березні 2015 року, зростання вітроенергетики в США може призвести до ще більш висококваліфікованих робочих місць у багатьох категоріях. У документі під назвою "Вітрова візія: нова ера для енергії вітру в Сполучених Штатах" в документі вказується, що до 2050 року промисловість могла б скласти до 35% виробництва електроенергії в США.

Крім того, у 2014 році Всесвітня рада вітроенергетики та Greenpeace International зібралися разом, щоб опублікувати звіт під назвою «Глобальний прогноз енергії вітру 2014». У цьому звіті зазначається, що в усьому світі вітроенергетика могла б забезпечити до 2550 року від 25 до 30% світової електроенергії. На момент написання звіту комерційні установки у понад 90 країнах мали загальну потужність 318 гігават (ГВт), забезпечуючи близько 3,1% світової пропозиції.

Це являє собою майже шістнадцять разів збільшення темпів прийняття з 2000 року, коли вітроенергетика становила менше 0,2%. Ще одним способом поглянути на це було б сказати, що частка ринку вітроенергетики зросла вдвічі менше ніж за 15 років. Це посідає друге місце лише від сонячної енергії, яка вдвічі збільшилась у сім разів за той самий період, але все ще залишається вітром за загальною часткою на ринку (близько 2014% до 2014 року).

З точки зору його недоліків, одним із послідовно поставлених питань є вплив вітрових турбін на місцеву природу, а також порушення їх присутності на місцевий ландшафт. Тим не менше, ці занепокоєння часто виявляються завищеними спеціальними групами інтересів та лобістами, які прагнуть дискредитувати вітрову енергію та інші відновлювані джерела енергії.

Наприклад, дослідження, проведене Національною лабораторією з відновлювальної енергетики 2009 року, встановило, що будівництво великомасштабних вітроелектростанцій постійно втрачає менше 1 акрів на мегават, і тим часом менше 3,5 гектарів на мегават. У цьому ж дослідженні зроблено висновок, що вплив на дику природу птахів та кажанів порівняно низький, і що такі самі висновки справедливі і для офшорних платформ.

Уряди та місцеві громади по всьому світу прагнуть надати енергію для задоволення своїх енергетичних потреб. В епоху зростання цін на пальне, зростання занепокоєння щодо зміни клімату та вдосконалення технологій це навряд чи дивно. За його нинішньої швидкості прийняття, ймовірно, це одне з найбільших джерел енергії до середини століття.

І обов'язково насолоджуйтесь цим відео про вітрогенератори люб’язно з NASA Research Lewis Research Center:

Ми написали багато цікавих статей про вітрогенератори та енергію вітру тут у Space Magazine. Ось що таке альтернативна енергетика ?, що таке викопне паливо ?, які існують різні типи відновлюваної енергії ?, енергія вітру в океані (за допомогою космосу) та чи може світ працювати на сонячній та вітровій енергії?

Для отримання додаткової інформації дивіться статтю «Як працює» про історію та механіку вітроенергетики та сторінку «Зелений простір» NASA.

У ролях астрономії також є кілька епізодів, що мають відношення до теми. Ось Епізод 51: Земля та Епізод 308: Зміна клімату.

Джерела: