Jaké typy větrných elektráren existují?

Větrné turbíny jsou jedním z nejběžnějších a nejefektivnějších způsobů výroby elektřiny z nevyčerpatelných zdrojů energie. K přeměně na elektrickou energii využívají větrnou energii.

Jak funguje větrný generátor?

Konstrukce větrného generátoru obvykle obsahuje tyto hlavní součásti:

1. Lopatky jsou umístěny na vrcholu větrné turbíny a jsou hlavními prvky, které zachycují energii větru. Čepele mohou být vyrobeny z různých materiálů, jako jsou uhlíková vlákna, hliník nebo sklolaminát.
2. Generátor přeměňuje větrnou energii na elektrickou energii a předává ji na výstupní stranu větrného generátoru. Generátory mohou být různých typů, ale nejběžnější jsou synchronní generátory s permanentními magnety nebo generátory buzené permanentními magnety.
3. Řídicí systém sleduje provoz větrného generátoru a řídí jeho provoz. Řídicí systém může zahrnovat různé senzory, ovladače a další zařízení, která zajišťují stabilní a efektivní provoz větrného generátoru.
4. Brzdový systém je nezbytný pro zpomalení nožů v silném větru, aby nedošlo k poškození jednotky. Větrný senzor přenáší data do řídící jednotky a pokud rychlost větru překročí 50 km/h, rotace rotoru se zpomalí. Při rychlosti 80 km/h systém zcela zastaví nože.
5. Otočný mechanismus je nezbytný, aby lopatky mohly „chytit“ proudění větru, protože může procházet různými směry.
6. Převodovka (převodovka) je nezbytná pro přenos točivého momentu z lopatek, otáčejících se rychlostí 15-20 ot./min, na elektrický generátor, jehož rotor se otáčí rychlostí 1500-1800 ot./min.
7. K přeměně mechanické energie rotujících lopatek na elektrickou energii střídavého proudu je zapotřebí generátor.

stavební část

Velké větrné elektrárny používané v průmyslovém měřítku jsou tedy gigantické. Nejmasivnější větrný generátor na světě – Enercon E-126 – má tedy výšku věže 126 metrů a průměr lopatky 126 metrů. Pro stabilitu a zabránění převrácení tak masivních konstrukcí, které přenášejí vertikální zatížení na základnu a jsou vystaveny horizontálnímu zatížení od větru, je vyžadován základ. Obvykle je vyroben z masivního železobetonu, protože těžiště konstrukce je umístěno ve značné výšce. Věž má zaoblený tvar pro vytvoření proudění a snížení zatížení větrem. Uvnitř je žebřík pro přístup technika údržby.

Elektrická část

Chcete-li použít proud generovaný pomocí větrného generátoru, musí být převeden. To vyžaduje invertorový systém. Invertorový systém je zařízení, které přeměňuje stejnosměrný proud produkovaný generátorem na střídavý proud potřebný k napájení různých elektrických spotřebičů.

Všechny výše uvedené komponenty spolupracují na vytvoření elektrické energie z větrné energie. Větrné generátory mohou být instalovány na zemi nebo na vodě. Lze je využít jak k výrobě elektřiny pro vlastní potřebu, tak k prodeji elektřiny na trhu.

Typy větrných elektráren (WPP)

Větrné elektrárny se mohou lišit velikostí, výkonem a dalšími parametry. Mohou být klasifikovány různými způsoby. V závislosti na výkonu a umístění lopatek může být větrný generátor vertikální, horizontální nebo hybridní. Podle funkčnosti – mobilní i stacionární. Podle typu provedení – rotační a lopatkové, podle umístění – pobřežní, pobřežní, pobřežní, plovoucí.

Vertikální větrné generátory

Vertikální větrné turbíny mohou být instalovány na zemi, na střechách budov nebo na stožárech namontovaných na vysokých sloupech. Mohou používat různé typy lopatek, včetně pevných lopatek nebo lopatek, které se mohou otáčet kolem své osy. Lopatky jsou instalovány na vodorovné ose otáčení. Tento typ je nejběžnější, představuje 90 % světového trhu. Maximální účinnosti vertikálních větrných elektráren je dosaženo, když proudění větru směřuje kolmo k rovině lopatek. Pro tento účel obsahuje konstrukce větrného generátoru koncovou jednotku pro malé větrné generátory. Ty větší mají elektronický systém sledování směru větru.

Jednou z výhod vertikálních větrných generátorů je jejich kompaktnost a možnost instalace na malých pozemcích. Navíc mohou být účinnější než horizontální větrné turbíny a mají vysoký výkon a účinnost díky vyšší rychlosti větru ve výšce.

Vertikální větrné generátory však mají i své nevýhody. Mohou být méně účinné při slabém větru a vyžadují složitější řídicí systémy pro zajištění optimálního výkonu. Mohou také vytvářet hluk a vibrace, které mohou být nežádoucí pro blízké obyvatele. Vyžadují také vysoké náklady na instalaci a mají vysoko položené těžiště. Při projektování je proto nutné pečlivě vypočítat opatření, která zabrání převrácení konstrukce.

Obecně jsou vertikální větrné generátory slibným směrem ve vývoji obnovitelné energie. Jejich použití může být výhodné pro mnoho zemí a regionů, kde je přístup k větrům dostatečné síly.

Horizontální větrné generátory

Horizontální větrné turbíny používají lopatky umístěné vodorovně. Mají nižší náklady na instalaci a údržbu než vertikální, ale jejich výkon může být nižší. Mohou mít různé úrovně výkonu v závislosti na velikosti lopatek a počtu generátorů. Obvykle se používají k výrobě elektřiny v průmyslovém měřítku.

Hlavní výhodou horizontálních větrných generátorů je jejich účinnost. Mohou pracovat v podmínkách slabého větru, díky čemuž jsou hospodárnější než jiné typy generátorů. Horizontální větrné generátory navíc nevytvářejí hluk a neznečišťují životní prostředí. Díky tomu jsou atraktivní volbou pro projekty šetrné k životnímu prostředí.

Horizontální větrné generátory však mají také nevýhody. Zabírají hodně místa a vyžadují zvláštní podmínky pro instalaci.

Hybridní větrné turbíny

Hybridní větrné turbíny jsou kombinací vertikálních a horizontálních větrných turbín, které lze instalovat jak na souši, tak na moři. Hybridní stanice kombinují výhody obou typů a mohou být efektivnější než jednotlivé typy samostatně. Mají složitý design a jsou drahé, ale efektivnější.

Výběr typu větrné farmy závisí na mnoha faktorech, včetně dostupnosti lokality, rozpočtu, požadavků na energii a dalších faktorech. Při výběru typu větrného generátoru pro konkrétní větrnou farmu je důležité vzít v úvahu všechny tyto faktory.

Mobilní větrné generátory

Mobilní větrné generátory jsou instalací, která se může pohybovat z místa na místo. Obvykle mají nízký výkon a používají se k napájení malých zařízení, jako jsou soukromé domy, kanceláře nebo obchody. Stacionární větrné generátory jsou instalovány trvale a mají větší výkon. To jim umožňuje dodávat elektřinu do celých sídel a velkých průmyslových podniků.

Rotační větrný generátor

Rotační větrný generátor využívá rotující rotor, který přeměňuje větrnou energii na mechanickou energii. Tato energie je následně pomocí generátoru přeměněna na elektrickou energii. Větrný generátor rotorového typu má obvykle vyšší účinnost než lopatkový typ a může produkovat více elektřiny díky své větší velikosti. V současné době existuje velké množství vynalezených rotorů, nejznámější je Savonius rotor. Voronin-Savonius rotor je nejméně dva půlválce na svislé ose otáčení. A ať je směr větru jakýkoli, jakkoli prudce mění poryvy, takový větrný mlýn se bude klidně otáčet kolem své osy a generovat energii.

Větrné generátory s rotorem Darrieus mají vertikální osu otáčení a dvě nebo tři lopatky, které jsou plochým pásem. Točivý moment je vytvářen zdvihovou silou vznikající na dvou nebo třech zakřivených nosných plochách s aerodynamickým profilem.

Mezi výhody rotoru Daria můžeme vyzdvihnout:

• nedostatek systému orientace větru;
• technologická jednoduchost výroby lopatek;
• možnost umístit hnací zařízení na úroveň terénu, což výrazně zjednodušuje jeho údržbu.

Ale mezi nevýhody patří:

• relativně nízká účinnost systému lopatek ve srovnání s horizontálně-axiálními větrnými turbínami;
• nižší životnost podpůrných jednotek v důsledku vyššího dynamického zatížení od rotoru.

Dvoulisté větrné generátory s Darrieovým rotorem také nemohou startovat samostatně s rovnoměrným prouděním. K jejich spouštění se obvykle používá generátor pracující v motorovém režimu nebo Savonius rotor.

Lopatkový větrný generátor

Větrný generátor s oběžným kolem využívá oběžné kolo, které se otáčí větrem a vytváří proud vzduchu, který pohání generátor. Větrný generátor křídlového typu může být kompaktnější a lehčí než rotační, takže je pohodlnější pro instalaci na malých plochách.

Typy větrných elektráren

Pobřežní větrné turbíny jsou větrné turbíny, které jsou instalovány na pobřeží nebo v jeho blízkosti. Využívají sílu větru, kterou umocňuje blízkost vody a snadná dostupnost energie.

Pobřežní větrné turbíny jsou větrné generátory se svislou osou otáčení. Tyto větrné turbíny fungují na souši, obvykle na odlehlých místech, kde není možné nainstalovat větrný generátor na pevninu.

Pobřežní větrné turbíny jsou instalovány na moři a mohou být instalovány v hloubkách až několik set metrů. Díky tomu jsou účinnější než pozemní větrné turbíny.

Plovoucí větrné turbíny jsou systém, ve kterém je větrný generátor umístěn na plovoucí plošině nebo voru a využívá sílu větru k výrobě elektřiny. Lze je použít v případech, kdy je přístup na pozemek omezený nebo nemožný.

Výhody a nevýhody

Mezi výhody větrných elektráren patří absence potřeby jakéhokoli paliva nebo jiných zdrojů a schopnost dodávat energii do jakéhokoli bodu, bez ohledu na to, jak daleko od hlavních tratí se nachází. Nevýhody větrných elektráren jsou jejich úplná závislost na větru, jeho síla a rovnoměrnost a potřeba dalších zařízení pro přípravu proudu pro použití v domácích potřebách. Například v klidné době se zastaví provoz větrné elektrárny a hurikán může poškodit generátor. Od roku 2022 se celosvětově vyrobí díky větrným elektrárnám (WPP) celkem 77587 XNUMX MW elektřiny. Mezi země vedoucí ve výrobě takové energie patří Čína, USA, Brazílie, Německo a Švédsko.

Závěr

Větrné turbíny jsou jedním z nejslibnějších způsobů výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie. Větrné generátory však mají své nevýhody. Mohou například vytvářet hluk a vibrace, které mohou mít negativní dopad na životní prostředí. K provozu vyžadují také vítr, což v některých regionech omezuje jejich použití. Větrné turbíny se však nadále vyvíjejí a zdokonalují a jejich využití bude v budoucnu jen narůstat. Již dnes hrají důležitou roli při výrobě elektřiny a očekává se, že jejich role v příštích letech jen poroste.

Větrné elektrárny (WPP) jsou několik větrných elektráren, které jsou shromážděny na jednom místě a integrovány do jedné sítě.

Využití větrné energie znali lidé od pradávna. Dnes využití větru znamená výrobu elektřiny. Větrné elektrárny se staví v místech s vysokou rychlostí větru. Je třeba předem provést studii oblasti. Pro stavbu větrné elektrárny nebudou stačit konvenční meteorologická data. Rychlost a směr větru je nutné studovat několik let. Větrné elektrárny jsou instalovány na kopcích nebo kopcích a generátory jsou instalovány na věžích, jejichž výška je od třiceti do šedesáti metrů. Zvláštní pozornost je věnována stromům a keřům, které mohou ovlivnit vítr.

Konstrukce větrné elektrárny se skládá z generátoru, usměrňovače, baterie a střídače.

Existuje 6 typů větrných elektráren:

Pobřežní typ větrné elektrárny je dnes nejoblíbenější. Stavba vyžaduje komunikaci na staveniště a zdvihací zařízení.

Pobřežní větrná farma je postavena v blízkosti pobřeží moře nebo oceánu. Na pobřeží vane vánek, který se pohybuje z vody na pevninu.

Offshore větrné farmy se staví na moři, přibližně 10-50 metrů od moře. Výhodou takových struktur je, že jsou sotva viditelné ze břehu a jsou také velmi účinné, protože na moři neustále fouká vítr.

Plovoucí jsou instalovány přímo v moři v hloubce sto metrů. Výška ocelové věže je 65 metrů.

Plovoucí větrné elektrárny jsou umístěny vysoko nad zemí.

Horský, respektive v horské oblasti.

Obecně podotýkáme, že návrh a instalace větrné elektrárny vyžaduje nejen důkladnou a zdlouhavou studii klimatu oblasti, ale také velké finanční náklady. Tato elektřina je drahá, protože pochází z čistého zdroje. Také vysoké náklady jsou způsobeny vysokými náklady na potřebné vybavení pro stavbu. Údržba větrných elektráren v závislosti na jejich typu také vyžaduje nemalé peníze.