Жел электр станциялары: түрлері, конструкциялары, артықшылықтары

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Жел энергетикасы энергиямен қамтамасыз етудің жаңа саласы болып табылмайды, дегенмен қазіргі жағдайда ол әрі қарай дамудың перспективалық бағытының барған сайын айқын белгілеріне айналуда. Жел генераторларын техникалық іске асырудың әмбебап тұжырымдамалары туралы әлі де айту қиын, бірақ жеке инженерлік шешімдерді қолданудағы ілгерілеу жақын арада біртұтас құрылымдық модельдің пайда болуын болжайды. Сонымен қатар әлемде жел қондырғыларының бірнеше түрі қолданылады, олардың әрқайсысының өзіндік күшті жақтары бар.

Жел турбиналары жұмысының жалпы принципі

Қазіргі балама энергия көздерінің көпшілігі сияқты жел турбинасы табиғи процесс нәтижесінде әрекет ететін күштің арқасында жұмыс істейді. Біз біркелкі емес жылыту нәтижесінде пайда болатын жел ағындары туралы айтып отырмызкүнмен жер беті. Барлық дерлік жел қондырғылары келесі принцип бойынша жұмыс істейді: ауа ағындары дөңгелекті қалақтары бар арнайы білікке айналдырады, осылайша генераторға немесе аккумулятор жинағына айналдыру моментін береді. Ауа қозғалысының тұрақтылығы мен жеткілікті күші жағдайында электр энергиясын өндіруге арналған жел диірмендері 45-50% тиімділікті қамтамасыз ете алады. Дәл желдің өзгермелілігі мен оның күші жел турбиналарының конструкцияларының алуан түрлілігін анықтайды, олар да пайдаланудың нақты климаттық жағдайлары негізінде есептеледі.

Жел турбиналарының негізгі артықшылықтары қандай?

Жел турбиналарының тиімділігін дәстүрлі энергия көздерімен салыстырғанда да, жаңартылатын бос ресурстарда жұмыс істейтін генераторлар фонында да бағалауға болады. Болашақта олардың табысты дамуына үміт беретін мұндай жүйелердің ең айқын артықшылықтары келесі факторлар болып табылады:

• Жел энергиясының өзі жаңартылатын ғана емес, жинақтау және өңдеу үшін де қолжетімді.
• Экономикалық пайда. Нақты экономикалық көрсеткіштерге қатысты бірмәнді бағалаулар әртүрлі өнімділікпен жұмыс істейтін жүйелердің әртүрлілігіне байланысты болуы мүмкін емес. Бірақ жеке жобалар көрсеткен тамаша нәтижелер туралы айтуға болады. Мысалы, теңіздегі үлкен жел диірменінен бір киловатт электр энергиясы қанша тұрады? 2-12 рубль диапазоны туралы айтуға болады. 1 кВтсағ үшін.
• Эко таза. Жел турбиналарының жұмысы зиянды қамтамасыз етпейдіауаны ластаушы заттардың шығарындылары.
• Шағын. Жел турбинасын орнату, тіпті өнеркәсіптік форматта болса да, дәстүрлі электр станцияларымен салыстыруға болмайды. Бұл негізінен мұндай жүйелердің қосалқы коммуникациялар мен ресурстардан тәуелсіздігі мен тәуелсіздігіне байланысты.

Көлденең осьтік генераторлар

Мұндай жел диірмендерінің жобалық схемасы электр генераторының, редуктордың, қалақтардың және жақтауы бар мұнараның болуын қарастырады. Пышақтардың конфигурациясы ауа бұралу моментін тудыратын шұңқырға түсетіндей етіп жүзеге асырылады. Электр энергиясын өндіруге арналған мұндай жел диірмендерінің жұмысының маңызды шарты ағындардың қозғалысының сипаттамаларына (бағыты мен күші) бейімделу мүмкіндігі болып табылады. Ол үшін құрылымдарда қалақтарды жер бетіне қатысты бұру және еңкейту механизмдері қарастырылған. Ең озық үлгілерде автоматты басқаруы бар контроллерлер де қолданылады. Жел дөңгелегін жүзеге асыруға келетін болсақ, үш жүзді конфигурация көлденең схемаларда жиі қолданылады. Сонымен қатар, генераторлардың өнімділігін арттыру үшін инженерлер функционалды қабылдау бөлігінің өлшемін ұлғайтуға бейім, бұл, мысалы, конструкцияларды өндіруде пластиктен және жеңіл металдардан қымбат композициялық элементтерге көшудің қазіргі тенденциясын түсіндіреді.

Тік осьті генераторлар

Мұндай генераторлардың көлденең құрылымдардан айтарлықтай артықшылығы бар,бұл орнатуды бақылаудың және бақылаудың қосымша құралдарына қажеттіліктің болмауынан тұрады. Яғни, жұмыс процесінде тік осі бар жел диірмені ағындардың қозғалысына ешқандай жолмен реттелмейді. Ауа массаларымен әрекеттесудің бұл ерекшелігі бір мезгілде жел генераторының қалақтарындағы кернеуді төмендетеді және гироскопиялық жүктемелерді азайтады. Зауыттың қозғалтқышын құрайтын редукторлы генератор бұзылу немесе істен шығу қаупінсіз құрылым мұнарасының негізінде орналасуы мүмкін. Бірақ неге сипатталған артықшылықтармен тік қондырғылар толығымен көлденең жел диірмендерін ауыстырмады? Өкінішке орай, бұл модельдердің де айтарлықтай кемшіліктері бар. Жел дөңгелегі жел ағындарымен басқарылмайтындықтан және әрқашан энергияны алудың тар диапазонында жұмыс істейтіндіктен, генератордың өнімділігі логикалық түрде төмендейді. Сондықтан тік жел диірмендерінің жеткілікті қуатын сақтау үшін оларды үлкен аумақтарды қамтитын жаппай пайдалану қажет, бұл әрқашан мүмкін емес.

Дарри роторына негізделген конструкциялар

Тік дөңгелегі бар жел турбинасы генераторлары Савониус немесе Дарри роторының дизайнына негізделген. Бірақ бұл топтың да өз вариациялары мен заманауи модификациялары бар. Ең перспективалы соңғы әзірлеме 2001 жылы жасалған Горлов вертоидты турбинасы болып табылады. Бұл Дарри роторы концепциясының өзіндік жалғасы, бірақ анағұрлым оңтайландырылған түрде. Спиральды тік қалақшалар энергияны су мен ауа ағындарынан минималды белсенділікпен алуға мүмкіндік береді. Бүгінгі күні бұл генераторлармамандандырылған жел электр станцияларында да, су электр станцияларының бөлігі ретінде де қолданылады.

Ағын күшейткіштері бар жел генераторлары

Сонымен қатар, қандай да бір жолмен жел диірмендерінің классикалық конструкцияларының жалғасы, бірақ қазіргі жоғары технологиялық жұмыс жағдайларына бейімделген. Ағын күшейткіштері бар модификациялар ауа ағындарын шоғырландыруға арналған бір немесе бірнеше ағындардың болуымен ерекшеленеді. Дәл сол ағындар түріндегі аэродинамикалық конус тәрізді элементтер үлкен аумақта ағындарды жинап, оларды бір бағыттағы нүктеге бағыттайды және осылайша қалақ жүйесінің жылдамдығын арттырады. Ағын күшейткіштері бар жел турбинасын пайдаланудың қиындығы, олар қосымша элементтік топты пайдалануды талап етеді. Оның үстіне мұндай жүйелерде өнімділіктің айтарлықтай артуына тек қосалқы энергия көздерін қосу арқылы қол жеткізуге болады, бұл әрқашан экономикалық тұрғыдан негізделмейді.

Тісті беріліссіз жел турбиналары

Құрылымдық оңтайландыру идеясына сәйкес редукторсыз жел электр станциясының нұсқасы да пайда болды. Оның орнына ішкі металл штангамен қамтамасыз етілген сақиналы арна қолданылады. Бұл сақина ротордың жиегіне орнатылады. Магниттер тобы да осында орналасқан, олар металл өзекшемен әрекеттеседі, осылайша токтың пайда болуына ықпал етеді. Роторының диаметрі шамамен 200 см болатын беріліс қорабы жоқ жел турбиналарының өнімділігі 1500 кВт/сағ жетуі мүмкін.жылына. Бұл дизайнның басты артықшылығы редукторлармен қамтамасыз етілген генераторлардың жұмысында табиғи түрде болатын энергия шығындарын азайту болып табылады. Бірақ бұл артықшылықты жылдамдық шектеулерімен төлеу керек. Құрылғының оңтайлы жұмыс үрдісіне өтуі үшін кемінде 2 м/с ағын жылдамдығы қажет.

Өнеркәсіптік жел турбиналарының ерекшеліктері

Өнеркәсіптік жел диірмендерінің екі негізгі айырмашылығы бар - үлкен өлшем және жоғары қуат шығару. Осы типтегі станциялардың артықшылықтары да, кемшіліктері де осы ерекшеліктерден туындайды. Құрылымына келетін болсақ, қазіргі заманғы өнеркәсіптік жел диірмендерінің биіктігі 150-200 м, қалақтардың аралығы 100 м-ден астам болуы мүмкін екенін айту жеткілікті. Жоғары қуат функционалдық инфрақұрылымның күрделілігін де талап етеді. Сонымен, энергияны түрлендіру процесін басқару үшін жел генераторының реттегіштері пайдаланылады, олар аккумулятор жинағының ағымдағы зарядын есепке алуды қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, мұндай қондырғылардың электрлік толтырылуы инверторлар мен қысқа тұйықталудан қорғау жүйелерін қамтиды.

Тұрмыстық жел қондырғыларының ерекшеліктері

Ең қарапайым жел диірмендерін үйде ғана емес, қолмен де құрастыруға болады. Әдетте, бұл биіктігі 10 м-ден аспайтын, 0,5-5 кВт қуатта жұмыс істей алатын шағын өлшемді қондырғылар. Тұрмыстық техника үшін пассивті энергия көзі ретінденемесе электр құрылғыларының жеке топтары, бұл опция өзін ақтайды. Дегенмен, ықшам жел турбиналары бүгінде ірі компаниялар өндіріс орындарын қуаттандыру үшін көптеп қолданылады. Шағын жел диірмендері негізінде жоғары қуатты жалғыз генераторлармен бәсекеге түсе алатын жеткілікті өнімді және сенімді жүйелер қалыптасады.

Теңіздегі жел турбиналарының ерекшеліктері

Жел диірмендерінің бұл түрінің танымалдылығы құрлықта орналасқан станцияларға қарағанда бірнеше артықшылықтарға байланысты. Бұл негізінен тұрақты жұмыс жағдайлары туралы, өйткені жел ағындары жағалау сызығынан алыс жерде кедергі жасамайды. Бұл ретте теңіздегі жел қондырғыларының құрылымдары екі топқа бөлінеді – тірек және қалқымалы. Біріншісі су астындағы жердегі классикалық тіреуішпен таяз суға орнатылады. Қалқымалы станциялардың, сәйкесінше, якорь және басқа теңіз құрылғылары арқылы бекітілген өздерінің қалқымалы платформасы бар.

Жел турбинасы құрылымдарының құрылыс қаңқаларымен үйлесуі

Сондай-ақ көпқабатты үйлердің корпустарына тікелей кіріктірілген жел диірмендерінің өте перспективалы тобы бар. Бұл шешімнің екі артықшылығы бар - ағындарды «қабылдау» үшін қолайлы жағдайлар және электр энергиясын жеткізу жолын қысқарту, өйткені жеткізудің соңғы көзі әдетте ғимарат ішіндегі тұтынушылар болып табылады. Қазіргі уақытта осы типтегі жел қондырғыларын біріктіру жиі қолданыладызәулім үйлердің төбесінде орнатылған арнайы аэродинамикалық цилиндрлер. Биік құрылыс алаңының кез келген бөлігіне орналастыруға болатын шағын винттердің тұжырымдамасы да әзірленуде. Құрылғылар қабырғаларға тікелей біріктірілген, содан кейін олар жалпы қуат жүйесіне қосылып, энергияның аз, бірақ тұрақты мөлшерін береді.

Қорытынды

Соңғы жылдары Ресейде жел қондырғыларына қызығушылық айтарлықтай артты. Әр түрлі аймақтарда қуаттылығы 30-50 МВт-қа дейінгі ірі станциялар мерзімді түрде іске қосылады. Біздің еліміз үшін жел диірмендері әсіресе пайдалы, өйткені олар қазіргі уақытта энергиямен жабдықтаудың басқа құралдарын ұйымдастыру мүмкіндігі жоқ шалғай аймақтарды энергиямен қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Шағын жел электр станцияларының сегменті де белсенді дамып келеді. Ресейде қуаттылығы 1-5 кВт болатын жеке электр жүйелері өте танымал болды. Бұл ретте әзірлеушілер жел диірмендерінің жұмыс істеу принциптерін іштен жанатын қозғалтқыштармен біріктіруден бас тартпайды. Бұл бағыттағы жетістіктерді, атап айтқанда, жел-дизельді конструкциялар көрсетеді. Алдағы онжылдықтарда Ресейде жел энергиясының қаншалықты сұранысқа ие болатынын айту әлі қиын, өйткені дәстүрлі энергия көздерінің ұстанымдары әлі де күшті. Бірақ дүние жүзіндегі баламалы энергияға көшу үрдістері ресейлік өнеркәсібін мұндай аймақтарды белсенді түрде зерттеуге итермелеуі мүмкін.