КАК РАБОТЯТ ВЯТЪРНИТЕ ТУРБИНИ?

Send

Може би сте ги виждали, докато пътувате из провинцията. Или може би сте ги виждали точно край брега, извисяващи се на хоризонта големи с въртящи се остриета. След това отново може да сте ги виждали на нечий покрив или като част от мащабна градска операция. Независимо от местоположението, вятърните турбини и вятърната енергия се превръщат във все по-честа характеристика в съвременния свят.

Голяма част от това е свързана със заплахата от изменението на климата, замърсяването на въздуха и желанието да се отклони човечеството от неговата зависимост от изкопаеми горива. А що се отнася до алтернативната и възобновяема енергия, се очаква вятърната енергия да заеме втория по големина дял на пазара в бъдеще (след слънчевата енергия). Но как точно работят вятърните турбини?

Описание:

Въздушните турбини са устройства, които превръщат кинетичната енергия на вятъра и промените на въздушния поток в електрическа енергия. Като цяло те се състоят от следните компоненти: ротор, генератор и конструктивен опорен компонент (който може да бъде под формата на кула, механизъм за прозяване на ротора или и двете).

Роторът се състои от лопатките, които улавят енергията на вятъра, и вал, който преобразува вятърната енергия в ротационна енергия с ниска скорост. Генераторът - който е свързан с вала - преобразува бавното въртене в високо в електрическа енергия, използвайки поредица от магнити и проводник (който обикновено се състои от намотана медна жица).

Когато магнитите се въртят наоколо с медната жица, тя произвежда разлика в електрическия потенциал, създавайки напрежение и електрически ток. И накрая, има структурният опорен компонент, който гарантира, че турбината или стои на достатъчно голяма височина, за да улавя оптимално промените в налягането на вятъра и / или да се изправи в посока на вятърния поток.

Видове вятърни турбини:

Понастоящем има два основни типа вятърни турбини - вятърни турбини с хоризонтална ос (HAWT) и вятърни турбини с вертикална ос (VAWT). Както подсказва името, хоризонталните вятърни турбини имат главен вал на ротора и електрически генератор в горната част на кулата, с лопатките насочени към вятъра. Обикновено турбината е разположена от вятъра на носещата си кула, тъй като кулата вероятно ще произведе турбуленция зад нея.

Турбините с вертикална ос (отново, както подсказва и името) имат главния вал на ротора, разположен вертикално. Обикновено те са с по-малък характер и не е необходимо да се насочват по посока на вятъра, за да се въртят. По този начин те могат да се възползват от вятъра, който е различен по отношение на посоката.

Като цяло вятърните турбини с хоризонтална ос се считат за по-ефективни и могат да произвеждат повече енергия. Докато вертикалният модел генерира по-малко електроенергия, той може да бъде поставен на по-ниски височини и се нуждае от по-малко в сравнение с компонентите (особено механизъм за прозяване). Вятърните турбини също могат да бъдат разделени на три общи групи въз основа на техния дизайн, който включва моделите Towered, Savonius и Darrieus.

Моделът с подвижен ток е най-конвенционалната форма на HAWT, състоящ се от кула (както би подсказало името) и поредица от дълги остриета, които седят пред (и успоредно на) кулата. Savonis е модел VAWT, който разчита на контурни остриета (лъжички) за улавяне на вятър и въртене. Обикновено те са с ниска ефективност, но имат полза от самостоятелно стартиране. Тези видове турбини често са част от вятърни операции на покрива или са монтирани на морски плавателни съдове.

Моделът Darrieus, известен още като турбина "Eggbeater", е кръстен на френския изобретател, който е пионер в дизайна - Жорж Дариус. Този модел VAWT използва серия от вертикални остриета, които седят успоредно на вертикалната опора. Обикновено те са с ниска ефективност, изискват допълнителен ротор, за да започнат да се въртят, да произвеждат висок въртящ момент и да поставят голям стрес върху кулата. Следователно, те се считат за ненадеждни с течение на дизайна.

История на развитието:

Вятърната енергия се използва от хиляди години за бутане на платната, за вятърни мелници или за генериране на налягане за водни помпи. Най-ранните известни примери идват от Централна Азия, където вятърните мелници, използвани в древна Персия (Иран), са датирани между 500 - 900 г. пр.н.е. Технологията започва да се появява в Европа през Средновековието и се превръща в обща черта до 16 век.

До 19 век с развитието на електрическата енергия са построени първите вятърни турбини, способни да произвеждат електричество. Първият е инсталиран през 1887 г. от шотландския академик Джеймс Блайт, за да запали ваканционната си къща в Marykirk, Шотландия. През 1888 г. американският изобретател Чарлс Ф. Брус построява първата автоматизирана вятърна турбина, която захранва дома му в Кливланд, Охайо.

В началото на 20 век вятърните турбини започват да се превръщат в често средство за захранване на домовете в отдалечени райони (като ферми). През 1941 г. във Върмонт е монтирана първата вятърна турбина от мегават клас и е прикрепена към локалната електрическа мрежа. През 1951 г. Обединеното кралство инсталира първата си вятърна турбина, свързана с електрическата мрежа към Оркнейските острови.

До 70-те години на миналия век научните изследвания и разработването на технологии за вятърни турбини значително напреднаха благодарение на кризата на ОПЕК и протестите срещу ядрената енергия. В последвалите десетилетия асоциациите и лобистите, посветени на алтернативната енергия, започнаха да се появяват в страните от Западна Европа и Съединените щати. До последното десетилетие на 20 век подобни усилия се появяват в Индия и Китай поради нарастващото замърсяване на въздуха и нарастващото търсене на чиста енергия.

Вятърната енергия:

В сравнение с други форми на възобновяема енергия, вятърната енергия се счита за много надеждна и стабилна, тъй като вятърът е постоянен от година на година и не намалява по време на пиковите часове на търсене. Първоначално строителството на вятърни електроцентрали беше скъпо начинание. Но благодарение на последните подобрения, вятърната енергия започна да определя пикови цени на пазарите на едро с енергия в световен мащаб и да намали приходите и печалбите на производството на изкопаеми горива.

Според доклад, издаден от Министерството на енергетиката през март 2015 г., растежът на вятърната енергия в Съединените щати може да доведе до още по-висококвалифицирани работни места в много категории. Озаглавен „Вятърно зрение: нова ера за вятърна енергия в Съединените щати“, документът посочва, че до 2050 г. индустрията би могла да представлява до 35% от производството на електричество в САЩ.

В допълнение, през 2014 г. Глобалният съвет за вятърна енергия и Greenpeace International се събраха, за да публикуват доклад, озаглавен „Глобални перспективи за вятърна енергия 2014“. Този доклад посочва, че в световен мащаб вятърната енергия може да осигури до 2550 до 25% от световната електроенергия до 2050 г. Към момента на писането на доклада търговските инсталации в повече от 90 държави са имали общ капацитет от 318 гигавата (GW), осигурявайки около 3,1% от глобалното предлагане.

Това представлява почти шестнадесет пъти увеличение на скоростта на възприемане от 2000 г. насам, когато вятърната енергия възлиза на по-малко от 0,2%. Друг начин да се погледне би било да се каже, че пазарният дял на вятърната енергия се е удвоил четири пъти за по-малко от 15 години. Това го поставя на второ място само по отношение на слънчевата енергия, която се е удвоила седем пъти за същия период, но все още следи вятъра по отношение на общия си пазарен дял (около 1% до 2014 г.).

По отношение на неговите недостатъци, един постоянно повдигнат въпрос е ефектът, който вятърните турбини имат върху местната дива природа, и смущаването, което тяхното присъствие има върху местния пейзаж. Тези опасения обаче често се оказват завишени от специални групи по интереси и лобисти, които искат да дискредитират вятърната енергия и други възобновяеми енергийни източници.

Например, проучване от 2009 г., публикувано от Националната лаборатория за възобновяема енергия, установи, че по-малко от 1 декар на мегават постоянно се нарушава от изграждането на мащабни вятърни централи и по-малко от 3,5 акра на мегават временно се нарушава. Същото проучване стигна до заключението, че въздействието е сравнително слабо за дивите животни от птици и прилепи и че същите изводи важат за офшорните платформи.

По целия свят правителствата и местните общности се стремят да вятърят енергия, за да посрещнат енергийните си нужди. В ерата на нарастващите цени на горивата, нарастващите опасения относно изменението на климата и подобряването на технологиите, това едва ли е изненадващо. При сегашния си темп на възприемане той вероятно е един от най-големите източници на енергия до средата на века.

И не забравяйте да се насладите на това видео за вятърните турбини, с любезното съдействие на изследователския център на Луис на НАСА:

Тук сме писали много интересни статии за вятърните турбини и силата на вятъра в Space Magazine. Ето какво е алтернативната енергия? Какво представляват изкопаемите горива? Какви са различните видове възобновяеми енергийни източници?

За повече информация вижте статията как работи Stuff за историята и механиката на вятърната енергия и страницата на Зеленото пространство на НАСА.

Astronomy Cast също има някои епизоди, които имат отношение към темата. Ето епизод 51: Земята и епизод 308: Климатични промени.

Източници: