Як влаштована вітряна турбіна
Яким чином вітро турбіни виробляють електрику?
Вітер повертає лопаті, що обертають вал, з'єднаний з генератором, що виробляє електроенергію. Через лінії передачі та розподілу отримана енергія надходить у будинки, офіси, школи тощо.
Типи вітряних турбін
Сучасні вітряні турбіни розбиваються на дві основні групи: горизонтально-осьові та вертикально-осьові, схожі на «збивалки» моделі Darrieus, названої на честь її французького винахідника. Горизонтально-осьові турбіни, у типовому випадку, мають дві чи три лопаті. Ці трилопатеві турбіни працюють «проти вітру», з лопатями, що дивляться на вітер. Турбіни більшого розміру ефективніші. І в ціновому відношенні також.
Розміри вітряних турбін
Діапазон розмірів турбін «сервісного» масштабу тягнеться від 100 кіловат до кількох мегават. Великі турбіни групуються разом у «вітряні ферми», які здійснюють оптові постачання електроенергії до електромережі.
Невеликі поодинокі турбіни потужністю нижче 100 кВт використовуються для електропостачання будинків, телекомунікаційних антен або живлення водоперекачувальних насосів.Маленькі турбіни іноді застосовуються у комплексі з дизельними генераторами, акумуляторами та сонячними батареями. Ці системи називають «гібридними вітровими системами» та знаходять застосування у віддалених місцях, де підключення до електричної мережі неможливе.
Термінологія
| Anemometer |
Анемометр
Вимірює швидкість вітру та передає дані швидкості контролеру.
Лопаті
Більшість турбін має або дві чи три лопаті. Вітер, що проходить крізь лопаті, змушує їх злітати і обертатися.
Гальмо
Дискове гальмо з механічним, електричним або гідравлічним приводом для зупинки ротора в критичних ситуаціях.
Контролер
Керуючий контролер запускає машину на швидкості вітру приблизно 8…16 mph та вимикає машину приблизно у 55 mph. Турбіни не працюють на швидкості вітру вище 55 миль на годину, тому що сильний вітер може їх зруйнувати.
Коробка передач
Механічно з'єднує низькошвидкісний вал турбіни з високошвидкісним, збільшуючи швидкість обертання з 30…60 оборотів на хвилину, до 1000…1800 оборотів, тобто швидкості, необхідної більшості генераторів на вироблення електроенергії. Коробка передач – дорога (і важка) частина вітрової турбіни та інженери досліджує генератори «прямого приводу», які працюють на нижчих обертальних швидкостях і не потребують коробок передач.
Генератор
Зазвичай стандартний індукційний генератор, який виробляє електроенергію змінного струму частотою 60Герц (США).
Високошвидкісний вал
Приводить у дію генератор.
Низькошвидкісний вал
Ротор обертає цей вал зі швидкістю близько 30…60 обертів за хвилину.
Гондолу
Гондола знаходиться нагорі вежі і містить у собі коробку передач, низько- та високошвидкісний вали, генератор, керуючий контролер і гальмо. Деякі гондоли досить великі для того, щоб на них міг сісти гелікоптер.
Розворот лопатей
Лопаті Повертає до вітру або під кутом до нього, щоб керувати швидкістю обертання ротора і перешкоджати обертанню при вітрах, які надто сильні або надто слабкі для вироблення електроенергії.
Ротор
лопаті та маточина разом називають ротором.
Вежа
Башти виготовлені зі сталевої труби (показані тут), бетону або мають ажурну конструкцію. Оскільки швидкість вітру збільшується з висотою, вищі вежі дозволяють турбінам захопити більше енергії вітру і зробити більше електроенергії.
Напрям вітру
Є так звані турбіни «проти вітру», тому що при роботі вони повернуті «обличчям» до вітру. Інші турбіни розроблені, щоб працювати з «підвітряного» боку, відвертаючись від вітру.
Флюгер
Визначає напрям вітру і передає дані в контролер, що управляє, для орієнтації турбіни відповідно до напряму вітру.
Привід гондоли
Турбіни типу «противітру» мають бути спрямовані на вітер і привід гондоли використовується для корекції напряму ротора при змінах напряму вітру. «Підвітрені» турбіни не вимагають приводу ротора, тому що вітер дме їм в «спину».