Конструкция ветряка варьируется в зависимости от места, где он будет расположен, бюджета, выделенного на его строительство, доступных материалов и многих других факторов. Идеальная конструкция позволяет ветровой турбине извлекать максимально возможное количество энергии из ветра .
Три типа ветряных турбин
Согласно доступному для скачивания отчету Университета Иллинойса в Убана-Шамплейн , сегодня используются три основных типа ветряных турбин, каждый из которых имеет разную конструкцию и разные преимущества и недостатки . Тем не менее, все три типа имеют несколько общих черт:
- Они возвышаются на высоком столбе или «башне». Это позволяет им достигать потоков ветра, которые движутся с более высокой скоростью.
- У них есть какое-то вращательное устройство, такое как лопасти, для улавливания энергии ветра.
- У них есть электрические генераторы, которые преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую энергию.
- Большинство изготовлено из стали.
Ветряные турбины с горизонтальной осью
Большинство ветряных турбин, которые вы видите на ветряных электростанциях и в отдельных установках, представляют собой ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT). Эти турбины напоминают гигантские вентиляторы и обычно имеют три лопасти. Лопасти вращают вал ротора, который прикреплен к электрическому генератору. Генератор преобразует энергию ветра в электричество.
HAWT имеют некоторые уникальные конструктивные особенности:
- Электрический генератор расположен наверху башни и обычно сопровождается редуктором. Редуктор увеличивает скорость генератора. Расположение этих механических элементов может затруднить обслуживание такого типа турбины.
- Эти турбины имеют какое-то устройство, которое поворачивает лопасти по ветру. В моделях с более низкими технологиями или в более старых моделях это может быть простой хвостовой флюгер. В современных моделях это, скорее всего, компьютер.
- Башни этих турбин обычно в два или три раза длиннее лопастей и часто достигают высоты 300 футов. Башни изготовлены из трубчатой стали и могут транспортироваться с завода-изготовителя на площадку по частям.
- Наиболее эффективные HAWT работают с переменной скоростью, что позволяет им собирать больше энергии в особенно ветреные дни.
- Лезвия имеют коническую форму и обычно светло-серого цвета. Часто они достигают 130 футов в длину. Их лопасти можно поворачивать под углом к ветру или против ветра, чтобы остановить вращение и защитить турбину во время шторма.
- Большинство HAWT также имеют тормозную систему для остановки вращения, если сила ветра становится слишком большой.
- Как правило, грузовики доставляют компоненты HAWT к месту, где они будут работать. Затем рабочие строят турбину на месте. В некоторых случаях, особенно в горных районах или в Европе, высота турбины ограничена дорогами, по которым грузовик должен двигаться с длинными лопастями.
Ветряная турбина с вертикальной осью — Darrieus Design
В ветряной турбине Дарье две или более стальных лопасти изгибаются снизу вверх и снова встречаются в верхней части центрального вала. Они названы в честь Жоржа Дарье, французского изобретателя. Они напоминают часть спирали или взбиватель яиц. По данным Scientific American , эта конструкция менее эффективна, чем HAWT.
Darrieus VAWT имеет следующие конструктивные особенности:
- Одним из преимуществ ветряных турбин с вертикальной осью Дарье (VAWT) является то, что они могут работать с переменными скоростями и направлениями ветра. Их не нужно поворачивать на ветер, как ветрогенераторы с горизонтальной осью. Это делает их идеальными для мест с непредсказуемыми погодными условиями.
- Обычно редуктор и электрический генератор для этих турбин располагаются на земле или рядом с ней. Это делает их намного проще в обслуживании, чем HAWT.
- Из-за своей конструкции эти турбины находятся под большей силой ветра, чем HAWT. Это означает, что компоненты должны быть более прочными и, как правило, более дорогими. Кроме того, эта сила также снижает надежность этих моделей.
- Этот тип конструкции идеально подходит для крыши, поскольку турбина уже поднята и требует более короткой башни.
- Многие старые VAWT Darrieus поддерживаются растяжками, но новые модели могут иметь стальную опорную конструкцию.
- Этим турбинам часто требуется отдельный источник питания, чтобы начать вращение.
- VAWT Darrieus также изготавливаются по частям, а затем собираются техническими специалистами на месте.
Ветряная турбина с вертикальной осью — Savonius Design
Savonius VAWT имеет следующие конструктивные особенности:
Во многом похожий на Darrieus VAWT, Savonius VAWT имеет центральный вращающийся вал, который обычно имеет несколько аэродинамических крыльев. Изобретенный финским изобретателем Сигурдом Йоханнесом Савониусом, VAWT Савониуса более надежен, чем VAWT Дарье.
- Датчики Savonius VAWT не нужно направлять против ветра, поэтому они идеально подходят для участков с переменным направлением ветра.
- В отличие от Darrieus VAWT, Savonius VAWT может запускаться сам, поэтому ему не требуется отдельный пусковой двигатель.
- VAWT Savonius обычно изготавливаются из стали, но аэродинамические крылья могут быть изготовлены из других материалов.
- Большинство VAWT Savonius изготавливаются по частям, а затем собираются на месте. Меньшие модели могут быть полностью изготовлены на заводе.
Факторы, которые следует учитывать при проектировании ветряной турбины
Если вы рассматриваете ветряную турбину для участка, важно учитывать несколько факторов при выборе наилучшей конструкции:
- Насколько велика изменчивость направления ветра? Если ветер дует с одного направления большую часть времени или время от времени меняется, HAWT может быть наиболее эффективным выбором. Если ветер непредсказуем, один из VAWT может быть лучше.
- Насколько ветрено на участке? Если на участке дует сильный ветер на более низких высотах, VAWT может быть идеальным, если скорость ветра не превышает рекомендаций производителя. Если ветер постоянный, но не сильный, более высокий HAWT может улавливать больше его энергии.
- Как высоко вы можете построить? По мере подъема на высоту сила ветра становится больше. Однако это также создает большую нагрузку на башню и требует, чтобы башня была более толстой, чтобы поддерживать лопасти против силы ветра. Возможно, следует учитывать местные правила.
- Каков твой бюджет? Поскольку для них требуется технология изменения направления, большой HAWT может быть довольно дорогим. Меньший VAWT может быть лучше для отдельных приложений. В этом отчете Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии рассматривается, как изменения конструкции могут повлиять на стоимость ветряной турбины.
Otherpower.com предлагает дополнительные советы по выбору конструкции ветряной турбины, подходящей для вашей ситуации.
Сайты и шаблоны
Теперь, когда у вас есть общее представление о различных конструкциях ветряных турбин, вы можете ознакомиться с шаблонами и схемами проектирования для создания собственных. Даже если вы предпочитаете покупать турбину у компании, эти образцы могут дать дополнительное представление о том, как устроены эти ветряные машины:
Увлекательные и удивительные машины
Если вы планируете построить свой собственный ветряк или просто хотите узнать больше о работе этих удивительных машин, изучение различных типов и конструкций может быть очень интересным. Компании, производящие ветряные турбины, постоянно производят новые технологии, поэтому всегда есть что исследовать по этой увлекательной теме.