Vertikale Windkraftanlagen

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Während es heute viele fortschrittlichere Möglichkeiten zur Energieerzeugung gibt, wurden Windturbinen früher fast überall eingesetzt. Natürlich werden sie heute noch verwendet, aber die Anzahl hat stark abgenommen. Um zu verstehen, wie sie funktionieren, ist es wichtig zu wissen, dass Wind eine Form der Sonnenenergie ist.

Allgemeine Beschreibung

Windkraftanlagen arbeiten mit Windströmungen. Aber warum kann der Wind Strom erzeugen? Dieses Phänomen tritt aufgrund der Tatsache auf, dass sich die Erdatmosphäre ungleichmäßig erwärmt, die Struktur der Oberfläche des Planeten unregelmäßig ist und sich auch dreht. Windturbinen oder Windgeneratoren sind in der Lage, die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umzuwandeln, die später für andere Aufgaben genutzt werden kann.

Wie genau erzeugen diese Geräte mit normalem Wind Strom? Eigentlich ist alles ganz einfach. Das Funktionsprinzip einer solchen Turbine ist dem Betrieb eines Lüfters direkt entgegengesetzt. Unter dem Einfluss der Windkraft drehen sich die Flügel des Windrades, was wiederum die mit dem Generator verbundene Welle zur Stromerzeugung in Drehung versetzt.

Turbinentypen

Es gibt mehrere Arten von verschiedenen Turbinen. Ingenieure unterscheiden derzeit zwei Hauptkategorien. Die erste Kategorie ist horizontal-axial und die zweite Kategorie ist vertikal-axial. Die erste Art von Windkraftanlage hat das gebräuchlichste Design, das zwei oder drei Flügel umfasst. Geräte mit drei Flügeln arbeiten nach dem Prinzip „gegen den Wind“. Die Elemente selbst sind so eingestellt, dass sie in den Wind schauen.

Eine der größten Turbinen der Welt ist GE Wind Energy. Die Leistung dieses Geräts beträgt 3,6 Megawatt. Dabei ist zu beachten, dass je größer die Turbine ist, desto effizienter ist sie. Darüber hinaus verbessert sich auch das Nutzen-Preis-Verhältnis mit der Größe des Aggregats.

Turbinensummen

Der erste Indikator, anhand dessen ein Gerät ausgewählt wird, ist die Stromversorgung. Wenn wir "Service" -Turbinen nehmen, kann ihre Leistung bei 100 kW beginnen und mehrere MW erreichen. Es ist auch wichtig zu beachten, dass sowohl vertikale als auch horizontale Windkraftanlagen zusammen gruppiert werden können. Solche Gruppen werden am häufigsten als Windparks bezeichnet. Der Zweck solcher Standorte ist die Großhandelslieferung von Strom an das gewünschte Objekt.

Wenn wir über kleine einzelne Turbinen sprechen, deren Leistung weniger als 100 kW beträgt, werden sie am häufigsten zur Stromversorgung von Privathäusern, Telekommunikationsantennen oder zur Energieversorgung von Wassertransferpumpen verwendet. Es ist zu beachten, dass kleine Turbinen auch in Kombination mit Dieselmotoren verwendet werden können. Generatoren, Batterien oder Solarpanels. Ein solches System wird Hybridsystem genannt. Sie werden dort eingesetzt, wo keine andere Anschlussmöglichkeit an das Stromnetz besteht.

Vorteile vertikaler Turbinen

Der vertikale Gerätetyp wird derzeit viel häufiger verwendet. Begründet wird dies damit, dass der vertikale Typ gegenüber dem horizontalen eine Reihe von Vorteilen hat.

Auf vertikalen Türmen wirkt die Last gleichmäßiger, was es einfacher macht, eine größere Struktur in Bezug auf ihre Abmessungen zu erstellen. Darüber hinaus ist für die Installation des Rotors bei diesem Turbinentyp keine zusätzliche Ausrüstung erforderlich. Ein wichtiger Vorteil, der die Arbeitseffizienz erhöht, besteht darin, dass die Schaufeln vertikaler Turbinen verdreht werden können - in Form einer Spirale. Dies ist sehr wichtig, denn in diesem Fall wirkt sich die Windenergie sowohl am Eingang als auch am Ausgang aus, was natürlich die Effizienz der Anlage erhöht.

Einer der wichtigsten Vorteile vertikaler Turbinen ist, dass es bei der Installation keinen Sinn macht, die Achse an die Windströmung anzupassen. Diese Art von Gerät funktioniert mit einem Windstrom, der von beiden Seiten weht.

Bolotow-Windturbine

Dieses Gerät hebt sich von anderen Geräten ab. Für den normalen Betrieb der Turbine ist keine Anpassung an verschiedene Wetterbedingungen erforderlich. Das Windkraftelement dieser Bauform ist in der Lage, den Wind von allen Seiten wahrzunehmen, ohne dass es dazu kommtEinstellvorgänge. Darüber hinaus erfordert diese Art von Station keine Drehung des Turms, wenn sich die Windrichtung ändert. Ein weiterer Vorteil von vertikalen Windkraftanlagen (VAWT – Windkraftanlage mit vertikaler Generatorwelle) ist, dass sie eine spezielle Konstruktion haben, die es erlaubt, mit Windströmungen beliebiger Stärke zu arbeiten. Ein Betrieb auch bei Sturm ist möglich. Die Anzahl der Installationsmodule kann gewählt werden. Die Ausgangsleistung der Turbine hängt von ihrer Anzahl ab. Das heißt, durch Ändern der Anzahl der Module können Sie die Leistung des Geräts ändern, was sehr praktisch ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Windkraftelement so aufgebaut ist, dass es eine hocheffiziente Umwandlung von Bewegungsenergie in mechanische Energie ermöglicht.

Abmessungen der Windturbinen Biryukov und Blinov

Dieses Gerät hat einen zweistöckigen Rotor mit einem Durchmesser von 0,75 m. Die Höhe dieses Elements beträgt 2 m. Unter der Einwirkung eines frischen Windes konnte ein solcher Rotor den Rotor eines Asynchrons vollständig drehen Welle mit einer Leistung von bis zu 1,2 kW. Die Turbine konnte Windstärken von bis zu 30 m/s ohne Ausfall standh alten.

Redenswert darüber, warum das Windrad als Errungenschaft zweier Wissenschaftler gilt. Die Sache ist, dass in den 60er Jahren. In der UdSSR patentierte der Wissenschaftler Biryukov einen Karussell-Windgenerator mit KIEV 46%. Wenig später konnte Ingenieur Blinov jedoch dasselbe Design verwenden, jedoch mit einem Indikator von 58% KIEV.

Turbinenhyperboloider Typ

Die Windturbinen vom Typ Hyperboloid basierten auf den Ideen eines solchen Ingenieurs wie Schuchow Wladimir Grigorjewitsch.

Zu den Merkmalen dieses Turbinentyps gehört die Tatsache, dass er einen größeren Arbeitsbereich der Windströmung hat. Wenn wir diesen Indikator mit anderen Gerätekategorien vergleichen, zeigt der hyperboloide Typ 7-8% bessere Ergebnisse, wenn wir von der überstrichenen Fläche aus zählen. Dieser Indikator gilt für diejenigen Typen, bei denen der Arbeitsbereich der Windströmung flügelförmig ist. Wenn wir diesen Typ beispielsweise mit Darrieus- und Savonius-Turbinen vergleichen, beträgt der Unterschied 40-45 %.

Zu den besonderen Eigenschaften dieser Gerätekategorie gehört auch, dass sie mit nach oben gerichteter Luftströmung arbeiten können. Es ist sehr produktiv, wenn Sie den Generator in der Nähe eines Sees, Sumpfes, Hügels usw. aufstellen.

Zu den Vorteilen solcher Turbinen gehört die Tatsache, dass die Kontaktlinie der aktiven Luftschicht, die das Hyperboloid umspült, 1,6-mal länger ist als die eines ähnlichen Zylinders, der sich wie ein rotierender Windgenerator dreht. Daraus ergibt sich natürlich der Schluss, dass der Wirkungsgrad um den gleichen Betrag höher sein wird.

Fehler

Trotz der vielen Vorteile und Eigenschaften dieser Turbinen haben sie auch einige Nachteile.

Zu den negativen Faktoren gehört die Tatsache, dass dieser Generatortyp erhebliche Verluste erleidet, wenn sich die Generatorblätter gegen Windströmungen drehen, was wiederum zu einer Verringerung der Arbeitseffizienz um etwa die Hälfte führt. Der Rückgang dieses Indikators ist sehr auffällig, wenn wir vertikale Turbinen mit horizontalen vergleichen, die solche Verluste nicht haben.

Ein weiterer Nachteil ist, dass das vertikale Windrad sehr lang sein muss. Wenn Sie es in Bodennähe platzieren, wo die Windgeschwindigkeit viel geringer ist als in großer Höhe, kann es zu Problemen beim Starten des Rotors kommen, der einen Schubs benötigt, um zu arbeiten. Von alleine startet er überhaupt nicht. Sie können natürlich spezielle Türme installieren, um die Blätter höher anzuheben, aber der untere Teil des Rotors wird immer noch zu niedrig sein.

Ein weiterer Nachteil ist, dass sich im Winter Eiszapfen an den Rotorblättern von Windkraftanlagen bilden. Erwähnenswert ist auch die große Geräuschentwicklung, die Turbinen während des Betriebs abgeben. Einige der Anlagen sind sogar in der Lage, während ihres Betriebs schädlichen Infraschall zu erzeugen. Es verursacht Vibrationen, die Glas, Fenster und Geschirr zum Klappern bringen können.

Fun Fact: Die Windturbinen von RimWorld wurden als Energiequelle genutzt.