Šiuolaikinių vėjo jėgainių tipų veikimo ir konstrukcijos ypatumai

Straipsnyje aptariamas šiuolaikinių vėjo jėgainių, skirtų pramonei ir privačiam sektoriui, veikimo principas ir projektinės eksploatacinės charakteristikos.

Nuo seniausių laikų žmonija bandė sutramdyti vėją, suteikdama jam savo tarnybą. Iš pradžių buvo burlaiviai, kurie savo judėjimui naudoja vėjo energiją, vėliau vėjo malūnai buvo pradėti naudoti kasdieniame gyvenime, tačiau dabar atėjo laikas vėjo energiją panaudoti vėjo generatoriuose, gaminant elektros energiją, kuri tarnauja žmonėms.

Užsienyje gana didelę elektros dalį pagamina vėjo jėgainės (HE), ko, tiesą sakant, negalima pasakyti apie Rusiją ir posovietinės erdvės šalis. Čia akivaizdu – esame tarp atsilikėlių.

Vėjo jėgainių naudojimas išsivysčiusiose pasaulio šalyse leidžia išspręsti ne tik vilų, kaimo namų, vasarnamių bendruomenių autonominio maitinimo problemas, bet ir aplinkosaugos problemas, nes gaminant elektrą nėra aplinkos taršos. iš šiuolaikinių vėjo jėgainių parkų apskritai.

Pažvelkime į veikimo principą ir išsamiau pagrindinius šiuolaikinių vėjo jėgainių tipus.

Vėjo generatorių veikimo principas

Bet koks veikimo principas vėjo jėgainė (HE) susideda iš oro srauto, judančio per menčių arba turbinų plokštumą, kinetinės energijos pavertimą elektros energija – naudojant elektros generatorius. Dažniausias šiuolaikinių vėjo jėgainių tipas yra ašmeninės vėjo jėgainės, kuriose jungiami ašmeniniai vėjo generatoriai su horizontalia sukimosi ašimi ir sukamieji generatoriai su karusele, kurioje - sukimosi ašis yra vertikaliai. Žemiau mes atidžiau pažvelgsime į šių tipų vėjo generatorius.

Pagrindinių vėjo jėgainių tipų projektavimas

Kiekvienas vėjo generatorius struktūriškai susideda iš pagrindo, kitaip vadinamo stiebu, besisukančio įtaiso su besisukančiomis mentėmis arba vėjo turbinos, generatoriaus generuojamos elektros energijos ir akumuliatoriaus. Taip pat kiekviename vėjo jėgainių parke reikalingas valdymo ir konversijos blokas.

Kalbant apie menčių skaičių, hidroelektrinės gali būti dviejų, trijų ir kelių menčių. Labiausiai paplitusios yra trijų menčių turbinos.Siekiant išvengti priešlaikinio vėjo jėgainių gedimo, vėjo elektrinėse įrengta jų menčių sukimosi greičio aeromechaninio stabilizavimo sistema.

Elektros generatorius, gaminantis elektros energiją vėjo elektrinėje, yra tiesiogiai prijungtas prie jos turbinos, kai vėjo turbinos ir generatoriaus sukimosi ašis sutampa, arba per mechaninę pavarą, kuri perduoda turbinos menčių sukimosi judesius į generatorius. Šiuolaikinėse vėjo jėgainėse daugiausia naudojami sinchroniniai kelių polių bešepetiniai generatoriai su nuolatiniais magnetais, kurie struktūriškai pagaminti visiškai uždarame korpuse ir iš standartinių elementų.

Priklausomai nuo oro srauto ant turbinos menčių krypties ir „slėgio“, įrenginio sukimosi mechanizmu jį galima perorientuoti ta kryptimi, kuri yra optimali efektyviam darbui.

Funkciniu požiūriu galios valdymo ir konvertavimo blokas skirtas vėjo elektrinės generuotai elektros energijai kaupti savo akumuliatoriuose, o vėliau ją konvertuojant iš 12 V nuolatinės srovės į 220 V kintamosios srovės įtampą – naudojant „keitiklį“.

Valdymo blokas taip pat leidžia stebėti ir valdyti akumuliatoriaus įkrovimo procesą, elektros generatoriaus galią ir kt.

Įvairios modernių vėjo jėgainių apdailos galimybės, skirtos tiek pramoniniam naudojimui, tiek naudojamos privačiame sektoriuje, leidžia pasirinkti kiekvieną, optimaliausią variantą kiekvienam vartotojui.

Šiuo metu pasaulyje labiausiai paplitę menčių tipo vėjo generatoriai, kurių menčių sukimosi ašis yra lygiagreti arba horizontali oro srauto krypčiai. Iš esmės apie šias vėjo jėgaines kalbėsime vėliau.

Vėjo parko mentė su horizontalia sukimosi ašimi

Vėjo energijos panaudojimo efektyvumas tokio tipo vėjo jėgainėms siekia 48%, o tai yra daug didesnis nei karuselinių generatorių. Šio tipo vėjo generatoriai gali būti dviejų ir trijų menčių.

Čia efektyviausias įrenginio veikimas pasiekiamas, kai vėjas nukreipiamas statmenai generatoriaus menčių sukimosi plokštumai. Todėl net ir struktūriškai tokio tipo „vėjo turbinos“ turi įtaisą, leidžiantį automatiškai pasukti generatorių statmenai vėjo krypčiai. Šio tipo vėjo jėgainių parko energijos gamyba tiesiogiai priklauso nuo vėjo greičio (jo slėgio), taip pat nuo pačios vėjo jėgainės menčių skersmens ir ploto.

Karuselė arba besisukantys vėjo jėgainės

Šio tipo vėjo turbinos turi vertikalią sukimosi ašį, ant jos sumontuotas ir pritvirtintas ratas, priimantis vėjui paviršius. Reikšmingas tokio tipo vėjo jėgainių privalumas yra tai, kad jos gali dirbti nekeičiant savo padėties – bet kuria oro srauto kryptimi. Šio tipo vėjo jėgainės yra lėtai judančios ir tylios, o mažo greičio kelių polių elektros generatoriai naudojami kaip generatoriai energijai generuoti.

Modernus vėjo jėgainių parkas su horizontalia ir vertikalia sukimosi ašimis

Kiti šiuolaikinių vėjo jėgainių tipai

Be to, visai neseniai pasirodė naujausi vėjo turbinų projektai su iš esmės naujais dizainais, kurie struktūriškai susideda iš trijų guolių pagrindo, esančio ant galingo pagrindo. Ant pagrindo sumontuotas žiedo formos generatorius su įmontuotu guoliu ir centriniu rotoriumi. Tokio generatoriaus žiedas gali būti per 100 metrų skersmens. Tokios vėjo jėgainės naudojamos pramoninei energijos gamybai.

Taip pat veikia vėjo jėgainių parkai, susidedantys iš kelių dešimčių mažų vėjo turbinų – modulių, struktūriškai sujungtų į vieną derinimo sistemą elektrai gaminti.

Visai neseniai amerikiečių specialistai sukūrė ir pramoninei gamybai pradėjo nedidelę vėjo jėgainę „Windgate“, skirtą privačiam sektoriui. Turbinos ratas siekia 1,8 metro skersmens ir sukasi horizontalia ašimi. Tokios turbinos instaliacijos menčių galuose yra nuolatiniai magnetai, dėl to iš tikrųjų turime didelį rotorių - besisukantį vientisame instaliacijos statoriaus korpuse. Tokie Windgate vėjo generatoriai gali būti montuojami net ant privataus namo ar kotedžo stogo ir yra labai efektyvūs, o jų kaina siekia apie 4,5-5 tūkstančius JAV dolerių.

Išvada

Pažymėtina, kad vėjo jėgainių statyba nuolat tobulinama ir atitinkamai tobulėja jų technologiniai parametrai, aerodinamika, o svarbiausia – šių ekologiškai švarių ateities energijos blokų kaina vis mažiau „įkandama“ paprastam vartotojui.