Turbină eoliană
Un generator eolian (sau o turbină eoliană sau o turbină eoliană , jargonul unei palete eoliene ) este o structură sau o mașină electromecanică construită pentru a exploata / transforma energia cinetică a vântului ( energia eoliană ) în energie electrică prin utilizarea lamelor. O colecție de turbine eoliene grupate într-un singur loc se numește parc eolian .
Istorie
Primele turbine eoliene au fost construite la sfârșitul secolului al XIX-lea de profesorul James Blyth în Scoția (1887), Charles F. Bush în Cleveland , Ohio (1887-1888) și Poul la Cour în Danemarca (1890). Turbina eoliană Cour din 1896 a devenit sursa de energie electrică pentru satul Aaskov . Din 1908 existau 72 de turbine eoliene în Danemarca, producând între 5 și 25 kW . Până în anii 1930, turbinele eoliene erau utilizate pe scară largă pentru a genera electricitate în fermele din SUA unde nu erau încă instalate sisteme de distribuție a energiei electrice; au fost construite de companii precum Jacobs Wind, Wincharger, Miller Airlite, Universal Aeroelectric, Paris-Dunn, Airline și Winpower. Dunlite Corporation a fabricat turbine din motive similare în Australia.
Precursorul turbinelor eoliene moderne cu ax orizontal a fost WIME-3D în funcțiune în Balaklava în URSS din 1931 până în 1942, un generator de 100 kW pe un turn de 30 de metri, turbina eoliană Smith-Putnam construită în 1941 pe muntele cunoscut precum Grandpa's Know din Castleton , Vermont , SUA , de 1,25 MW și turbina NASA s-au dezvoltat din 1974 până la mijlocul anilor 1980. Producția acestor treisprezece turbine eoliene experimentale a deschis calea dezvoltării designului modern al turbinei în uz astăzi.
Industria modernă de fabricație a turbinelor eoliene a început în 1979 odată cu producția în serie de turbine eoliene de către producătorul danez Kuriant, Vestas, Nordtank și Bonus. Aceste turbine timpurii erau mici în comparație cu standardele actuale, având capacitatea de a produce 20 până la 30 kW fiecare. De atunci, turbinele comerciale au crescut ca dimensiune și putere: de exemplu, turbina modernă Enercon E-126 poate produce până la 7 MW. Producția de turbine eoliene este în prezent în desfășurare în mai multe țări.
De la începutul secolului al XXI-lea, au apărut îngrijorări cu privire la metodele de producere a energiei electrice, încălzirea globală și eventuala epuizare a depozitelor de combustibili fosili ; acest lucru a dus la extinderea interesului pentru formele alternative de energie regenerabilă . La nivel global, mii de turbine eoliene sunt în prezent în funcțiune, cu o capacitate estimată de 194.400 MW. În 2009, 48% din producția acestei energii este atribuibilă Europei.
Tipuri
Exploatarea vântului este implementată prin intermediul mașinilor eoliene care pot fi împărțite în două grupuri distincte în funcție de tipul de modul de bază utilizat, definit ca generator eolian sau generator eolian:
- Generatoare eoliene cu axă orizontală : în care rotorul este orientat, activ sau pasiv, paralel cu direcția de origine a vântului.
- Generatoare eoliene cu ax vertical : a căror orientare este independentă de direcția de origine a vântului.
Generator de axă orizontală
Un generator eolian cu axa de rotație orizontală pe sol (HAWT, în limba engleză Axă orizontală vânt Turbine) este format dintr - un oțel turn cu înălțimi între 60 și 100 de metri , pe vârful căruia există un plic (gondola) , care conține un electric generator acționat de un rotor cu lame între 20 și 60 de metri lungime. Generează o putere foarte variabilă, care poate varia de la câțiva kW până la 5-6 MW, în funcție de vântul locului și de vreme.
La fel ca generatoarele cu ax vertical, generatoarele cu ax orizontal necesită, de asemenea, o viteză minimă de 3-5 m / s și furnizează puterea de proiectare la o viteză a vântului de 12-14 m / s. La viteze mari (20-25 m / s) turbina eoliană este blocată de sistemul de frânare din motive de siguranță.
Turbinele eoliene tradiționale au, aproape fără excepție, axa de rotație orizontală. Această caracteristică este principala limită a construcției de mașini mult mai mari decât cele produse în prezent: cerințele statice și dinamice care trebuie respectate nu ne permit să presupunem rotoare cu diametre mult mai mari de 100 de metri și înălțimi ale turnului mai mari de 180 de metri. Aceste dimensiuni se referă numai la mașini destinate instalării off-shore . Cele mai mari mașini terestre au diametre ale rotorului de 70-100 de metri și înălțimi ale turnului de 110 metri. Într-o mașină construită în acest fel, diametrul fundației din beton armat este de aproximativ 20 de metri. Viteza vântului crește odată cu distanța față de sol; acesta este principalul motiv pentru care constructorii tradiționali de turbine eoliene împing turnurile la altitudini atât de mari. Creșterea înălțimii, împreună cu diametrul rotorului pe care îl face posibilă, sunt cauza complicațiilor statice ale întregii mașini, care necesită fundații complexe și costisitoare și strategii sofisticate de protecție în caz de rafale bruște de vânt prea puternic. O turbină eoliană include de obicei o structură metalică de susținere tubulară, generatoare de viteză variabilă, pânze compozite și control parțial al pasului, aerodinamică, structură și acustică.
- Rotor
Rotoarele sunt de tip orizontal orizontal:
- cu o singură lamă, cu contragreutate: sunt cele mai ieftine, dar fiind dezechilibrate generează solicitări mecanice semnificative și zgomot; nu sunt foarte frecvente.
- cu două lame: au două lame așezate la 180 ° între ele sau în aceeași direcție și direcție opusă. Au caracteristici de cost și performanță intermediare comparativ cu cele ale celorlalte două tipuri; acestea sunt cele mai populare pentru instalațiile mai mici.
- trei lame: au trei lame plasate la 120 ° una de cealaltă: sunt scumpe, dar fiind echilibrate, nu provoacă tensiuni perturbate și sunt fiabile și silențioase, fiecare dintre aceste lame poate fi conectată la butuc printr-un pas unghiular regulator, care variază unghiul de incidență al lamei unice prin creșterea sau scăderea forței rezultate.
Arborele rotorului care transmite mișcarea se numește arborele lent sau principal. Cele mai folosite lame sunt fabricate din fibră de sticlă sau aliaj de aluminiu și au un profil similar cu o aripă de avion .
- Navă spațială sau gondolă
Este poziționat în partea de sus a turnului și se poate roti 360 ° pe axa sa orientându-se în direcția corespunzătoare în funcție de cea a vântului. Diferitele componente ale unui aerogenerator se află în cabină:
- multiplicatorul de centrifugare. Pentru sistemele interfațate cu rețelele locale sau naționale, viteza axei rotorului nu este suficientă pentru ca generatorul electric să producă energie electrică la frecvența rețelei electrice (50 Hz în Europa), prin urmare un sistem de multiplicare transferă mișcarea la un "rapid arbore ”, Echipat cu o frână de parcare.
- generatorul electric , acționat de arborele rapid. La instalațiile mici care nu sunt conectate la rețea, acestea pot fi de tip curent continuu sau curent alternativ , fără constrângeri restrictive de constanță de frecvență. În cazul sistemelor interfațate cu rețele locale sau naționale, sunt necesare alternatoare sincrone sau asincrone cu frecvență constantă.
- sistemul de control . Dispozitiv de interfață al generatorului cu rețeaua și / sau cu orice sistem de stocare; controlează funcționarea mașinii și gestionează alimentarea cu energie electrică și oprirea sistemului dincolo de anumite viteze ale vântului din motive de siguranță din cauza căldurii generate de fricția rotorului pe axă și / sau a tensiunilor mecanice ale structurii.
Turbinele eoliene de dimensiuni mici, în condiții normale de funcționare, se orientează automat cu ajutorul unei simple cârme . Lamele cu pas variabil sunt instalate doar în cele mai sofisticate, astfel încât înclinația lor poate fi ajustată în funcție de viteza vântului pentru a îmbunătăți performanța. La mașinile mici, sistemul de control este de obicei pasiv, fără servomotoare care acționează asupra unghiului de fixare a lamelor și asupra unghiului dintre nacelă și vânt:
- Controlul standului: lamele sunt construite „răsucite”, astfel încât la viteze mari ale vântului, standul începe de la vârful lamelor și se extinde spre centru. Zona activă a lamelor scade, provocând astfel căderea puterii.
- Controlul pasiv al girației : sistemul este dimensionat astfel încât să abandoneze automat atitudinea din față, dincolo de o anumită împingere a vântului.
- turn
Ultimul element al turbinei eoliene este turnul pentru suspendarea rotorului și a nacelei. Turnul poate atinge dimensiuni considerabile în înălțime de până la 180 de metri; de obicei, cu cât turnul este mai înalt, cu atât sunt mai bune condițiile de vânt în ceea ce privește intensitatea și constanța, cu atât rotorul poate fi mai mare cu o creștere a energiei produse, cu cât secțiunea este mai largă, cu atât mai stabilă și mai bine proiectată trebuie să fie fundația în terenul, cu atât costurile sunt mai mari și impactul peisajului este mai grav. Materialele utilizate sunt frecvent de tip metalic, care garantează rezistența maximă la solicitările mecanice interne datorate solicitărilor externe în timpul funcționării turbinei eoliene.
Generator de ax vertical
Un generator eolian cu axa de rotație verticală la sol ( VAWT , în engleză Vertical Axis Wind Turbines ) este un tip de mașină eoliană caracterizată printr-o cantitate redusă de piese în mișcare în structura sa, ceea ce îi conferă o rezistență ridicată la rafalele puternice ale vântului. și capacitatea de a profita de orice direcție a vântului fără a fi nevoie să vă orientați în mod constant. Este o mașină foarte versatilă, potrivită atât pentru uz casnic, cât și pentru producția centralizată de energie electrică în ordinea megawattului (o singură turbină satisface nevoile electrice ale aproximativ 1000 de locuințe în medie). Un alt avantaj este amprenta mai mică decât turbinele cu axă orizontală și, potrivit cercetărilor efectuate de Institutul de Tehnologie din California, un parc eolian VAWT proiectat cu atenție poate avea puterea de zece ori mai mare decât o putere HAWT de aceeași dimensiune. [1]
Mașinile eoliene cu ax vertical au fost concepute și construite din 1920 . Diferența substanțială în comparație cu turbinele cu ax orizontal este variația puternică a cuplului pe pale în timpul rotației, ceea ce provoacă o oboseală mare și riscă să le rupă. Cu timpul, însă, s-au găsit remedii împotriva acestor defecte prin utilizarea materialelor compozite și modificarea formei turbinelor în versiuni elicoidale, permițând o mai bună distribuție a forțelor.
Turbina eoliană Savonius este un tip de turbină eoliană cu axă verticală utilizată pentru conversia cuplului energiei eoliene pe un arbore rotativ. Inventat de inginerul finlandez Sigurd J. Savonius în 1922 și brevetat în 1929, este una dintre cele mai simple turbine. Defectul principal se regăsește în rezistența crescută a aerului, datorită căreia se obțin viteze mai mici comparativ cu o turbină eoliană Darrieus , deși poate fi rezolvată parțial folosind un profil elicoidal.
Operațiune
Atât generatoarele cu axe verticale, cât și cele orizontale necesită o viteză minimă a vântului ( cut-in ) de 3-5 m / s și furnizează puterea de proiectare la o viteză a vântului de 12-14 m / s. La viteze mari (20-25 m / s, viteză de întrerupere ), turbina eoliană este blocată de sistemul de frânare din motive de siguranță. Blocarea se poate face cu frâne care blochează rotorul sau cu metode care se bazează pe fenomenul de blocare și „ascund palele de vânt”.
Rotațiile pe minut ale rotorului turbinei eoliene sunt foarte variabile, la fel ca și viteza vântului; majoritatea folosesc cutii de viteze (multiplicator de viteză sau cutie de viteze), interpuse între rotor și generator, pentru a crește și a face constantă viteza rotorului generatorului și pentru a permite pornirea mai ușoară în vânturi ușoare. Cutia de viteze este de fapt un organ mare, de aproximativ 20 de tone pe turbină de 2/2 MW , lubrifiat de la cca 200 l de ulei (sintetic sau mineral). Acesta din urmă este răcit cu aer de un radiator din aluminiu, similar cu cel utilizat în sectorul auto, poziționat în afara nacelei și printr-un sistem hidraulic care circulă lubrifiantul în timpul funcționării turbinei eoliene, garantând menținerea temperaturii prescrise de producătorul turbina eoliană.
Frecvența introdusă în rețea trebuie să fie constantă la 50 Hz în Europa și 60 Hz în America. electricitatea produsă este trimisă către o serie de convertoare înainte de a alimenta energia în rețea [ fără sursă ] .
Cinematica generatorului eolian se caracterizează prin frecare redusă, supraîncălzire moderată care necesită un sistem de lichide de răcire , ulei sau apă care dispersează căldura datorită caloriferelor și un cost de întreținere relativ scăzut sau aproape zero, în special pentru turbina eoliană magneto .
Producție
Principalii producători mondiali de turbine eoliene sunt companiile americane, chineze, daneze, germane, spaniole: Vestas , Enercon , Siemens , Gamesa Eólica , GE Wind Energy (fostă Enron Wind), Liberty , Nordex , NedWind . Există aproximativ 26 de companii care produc turbine eoliene.
Notă
- ^ (RO) Plasarea turbinei eoliene Produce o putere de zece ori MAI MULȚĂ , spun cercetătorii , phys.org la 13 iulie 2011.
Elemente conexe
- moara de vant
- Tjasker
- Pompa de vânt
- Centrală eoliană
- Centrala eoliană Tvindkraft
- Turbina eoliana Savonius
- Turbină eoliană plutitoare
- Energie eoliana
- Energia eoliană în Italia
- Vânt offshore
- fermă eoliană
- Putere eoliană mică
- Vânt plutitor
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre turbina eoliană
linkuri externe
- ( EN ) Turbină eoliană , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
| Controlul autorității | Tezaur BNCF 61772 · LCCN (EN) sh85002717 · GND (DE) 4128839-7 · BNF (FR) cb119358702 (data) |
|---|
