Vēja enerģija ir viena no svarīgākajām atjaunojamajām enerģijām pasaulē. To arvien vairāk izmanto, jo tā spēj ražot tīru enerģiju, neradot siltumnīcefekta gāzes. Tāpēc ir svarīgi zināt tā un jo īpaši vēja turbīnu darbību. Šeit mēs padziļināti aplūkosim to darbību un to galvenās funkcijas.
Vēja turbīna, kas pazīstama arī kā vēja turbīna, ir viens no šāda veida enerģijas pamatelementiem. Lai gan kopumā visām turbīnām ir līdzīgi aspekti, atkarībā no vēja parka vai iekārtas ir dažādi veidi. Turklāt turbīnas ir attīstījušās kopš to pirmajiem modeļiem, ļaujot mums iegūt enerģiju arvien efektīvākā veidā.
Šajā rakstā mēs jums pastāstīsim visu, kas jums jāzina par vēja turbīnām, to īpašībām un to darbību, kā arī papildu informāciju par vēja parku uzbūvi.
Kas ir vēja turbīna
Vēja turbīna ir mehāniska ierīce, kas pārvērš vēja enerģiju elektroenerģijā. Tas ir paredzēts, lai rotora lāpstiņu kustības rezultātā vēja kinētisko enerģiju pārvērstu mehāniskajā enerģijā, kas pēc tam, pateicoties ģeneratoram, tiek pārveidota par elektroenerģiju.
Vēja turbīnas darbības pamatprincips ir balstīts uz trim fizikas pamatlikumiem:
- Turbīnas saražotā enerģija ir proporcionāla vēja ātruma kvadrātam. Tas ir, ja vēja ātrums dubultojas, saražotā jauda palielinās četras reizes.
- Pieejamā enerģija ir proporcionāla lāpstiņu slaucītajam laukumam, kas nozīmē, ka jo lielāki ir asmeņi, jo lielāks ir uzņemtās enerģijas daudzums.
- Vēja turbīnas maksimālā teorētiskā efektivitāte ir 59%, kas pazīstama kā Betz robeža.
Atšķirībā no vecajām vējdzirnavām, kuras darbināja tieša vēja vilce, mūsdienu turbīnas izmanto sarežģītākus aerodinamiskos principus, piemēram, Venturi efektu, lai uztvertu pēc iespējas vairāk enerģijas.
Vēja ģeneratoru interjers
Vēja turbīnas iekšpusē mēs atrodam vairākus galvenos elementus, kas ļauj vēja kinētisko enerģiju pārvērst elektrībā. Rotors, kas sastāv no lāpstiņām, ir atbildīgs par vēja enerģijas uztveršanu un liek tai griezties ap savu asi.
Šī rotācijas kustība tiek pārraidīta uz elektrisko ģeneratoru caur spēka piedziņas sistēmu, kurā ietilpst pārnesumkārba, kas palielina rotācijas ātrumu līdz ģeneratoram piemērotiem līmeņiem. Ģenerators ir balstīts uz Faradeja likumu, kas nosaka, kā rotācijas mehāniskā enerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā.
Lai to izdarītu, sistēma ietver rotoru, kas savienots ar ģeneratoru, kas pārveido mehānisko kustību elektroenerģijā. Saražoto elektroenerģiju var izmantot tieši vai uzglabāt akumulatoros vēlākai lietošanai.
Vēja turbīnas elementi
Vēja turbīna sastāv no dažādiem elementiem, kas darbojas kopā, lai nodrošinātu optimālu turbīnas darbību un efektīvu vēja enerģijas pārvēršanu elektroenerģijā. Šīs ir galvenās sastāvdaļas:
- Rotors: Rotors ir elements, kas savāc vēja enerģiju. Tas sastāv no lāpstiņām, kas griežas pat pie neliela vēja ātruma, pateicoties to aerodinamiskajai konstrukcijai.
- Sakabes sistēma: Tas ir mehānismu kopums, kas savieno lāpstiņas ar ģeneratora rotoru, lai pārnestu rotācijas kustību.
- Reizinātājs vai pārnesumkārba: Šī sistēma paaugstina rotora rotācijas ātrumu no aptuveni 10-40 apgr./min līdz 1.500 apgr./min., kas nepieciešams ģeneratorā, lai ražotu elektroenerģiju.
- Ģenerators: Ģenerators pārvērš mehānisko enerģiju elektroenerģijā. Atkarībā no turbīnas tās jauda jaunākajos modeļos var svārstīties no 5kW līdz 10MW.
- Orientācijas motors: Tas ļauj gondolai un rotoram griezties, lai vienmēr būtu vērsti pret dominējošo vēja virzienu.
- Atbalsta masts: Tā ir struktūra, kas atbalsta ģeneratoru un rotoru. Jo lielāka ir turbīna, jo augstākā augstumā atrodas gondola.
- Asmeņi un anemometri: Anemometri mēra vēja ātrumu, savukārt sensori bremzē lāpstiņas, kad vējš pārsniedz noteiktus sliekšņus, novēršot turbīnas bojājumus.
Vēja turbīnu veidi
Ir divi galvenie vēja turbīnu veidi, kas atšķiras pēc rotora ass orientācijas:
- Horizontālās ass turbīnas: Tie ir tradicionālie, ko izmanto vēja parkos, kuru rotācijas ass ir paralēla zemei. Šis veids ir visefektīvākais enerģijas ziņā, ko uztver noslaucītā virsma.
- Vertikālās ass turbīnas: Šīm turbīnām ir priekšrocība, ka tās uztver vējus jebkurā virzienā bez nepieciešamības pārorientēties, lai gan to efektivitāte parasti ir zemāka nekā turbīnām ar horizontālo asi.
Turklāt ir jauni dizaini, piemēram, bezlāpstiņas vēja turbīnas, kas izmanto vēja svārstības, lai ražotu elektroenerģiju, lai gan tās joprojām ir izstrādes fāzē.
Vēja parka darbība
Vēja parks sastāv no vairākām vēja turbīnām, kas ir stratēģiski izvietotas, lai maksimāli izmantotu apkārtnē valdošos vējus. Turbīnu komplekts saražoto elektroenerģiju savieno caur iekšējo tīklu, kas to nogādā apakšstacijā, kur elektroenerģiju pārvērš sadalei piemērotā spriegumā.
Lai nodrošinātu nepārtrauktu parka darbību un efektivitāti, tiek izmantotas vadības sistēmas, kas uzrauga vēja ātrumu, nacelu orientāciju un turbīnu stāvokli. Tas ļauj maksimāli palielināt elektroenerģijas ražošanu un izvairīties no bojājumiem ļoti stipra vēja gadījumā.
Turklāt daži objekti izmanto jūras vēja turbīnas (ārzonas), kas, lai gan uzstādīšana ir dārgāka, piedāvā iespēju izmantot pastāvīgākus un stiprākus vējus jūrā.
Vēja enerģijas priekšrocības un trūkumi
Tāpat kā citiem enerģijas avotiem, vēja enerģijai ir priekšrocības un trūkumi:
Priekšrocības:
- Tas ir enerģijas avots atjaunojams, neizsmeļams un neizdala siltumnīcefekta gāzes.
- Tas ļauj samazināt atkarību fosilā kurināmā.
- Vēja parkus var uzstādīt dažādās vietās, t.sk jūras zonās un lauksaimniecības zemēm, neietekmējot to izmantošanu.
- Su oglekļa pēdas nospiedums ir minimāls salīdzinājumā ar citām enerģijas tehnoloģijām.
Trūkumi:
- Efektivitāte ir atkarīga no vēja pieejamības, kas padara to a periodisks avots enerģijas.
- Vēja parku vizuālā un skaņas ietekme dažās jomās var būt neizdevīga.
- Lielas turbīnas var ietekmēt savvaļas dzīvniekus, īpaši putnus, tāpēc šie faktori ir jāņem vērā, izvēloties vietas.
- Sākotnējās uzstādīšanas izmaksas ir augstas, lai gan tās atmaksājas ilgtermiņā.
Vēja enerģija joprojām ir viena no labākajām iespējām ilgtspējīgākai un videi draudzīgākai enerģijas ražošanai. Pastāvīgi attīstoties tehnoloģijām, vēja turbīnas ne tikai uzlabo efektivitāti, bet arī kļūst pieejamākas un mazāk traucējošas vizuālā un skaņas ziņā, padarot tās par dzīvotspējīgu risinājumu globālās enerģijas nākotnei.