Ветерна турбина

Ветерна турбина (позната и како ветерогенератор или аерогенератор) — вртежна направа што ja користи силата на ветрот за да добие механичка енергија, која потоа ја претвора во електрична.

Историја

Првата автоматска ветерна турбина во светот, изградена во 1888 г. во Кливленд, Охајо, САД

За претходници на ветерната турбина се сметаат ветерниците, кои се користеле за мелење жито и вадење вода од плавни земјишта. Првиот предок на современата хоризонтална ветерна турбина е поставен во 1931 г. на Јалта, СССР. Генераторот имал капацитет од 100 kW и бил сместен на јарбол висок 30 m, поврзана со локалната дистрибутивна мрежа од 6,3 kV. Имала годишен фактор на капацитет од 32%, што е мошне слично на денешните направи од овој вид.^[1] Во 1941 г. во Вермонт е пуштена првата мегаватна турбина ускладена со потрошувачката мрежа. Турбината работела само 1100 часа бидејќи не можела да се одржува заради недостигот на материјали во војната.

Во Македонија

Во Македонија првите ветерни електрани се изградени во периодот од 2011 до 2014 г, како дел од ПВЕ „Богданци“ близу градот Богданци во јужниот дел на земјата.^[2]

Првиот приватен ветропарк е ПВЕ „Богословец“, чија прва фаза е почната во 2021 г. кај селото Богословец, Светиниколско.^[3]

Ресурси

Најсиплатливи се турбините поставени на места со постојан силен ветер. За да се утврди исплатливоста на еден зафат, се врши проценка на ветерни ресурси, кое укажува на количеството на електрична енергија што би се произведувало на тоа место.

Количеството на ветерната енергија на едно место се изразува преку мерката за „енергетска густина на ветерот“. Ова е пресметка на средната годишна моќност по квадратен метар од површината на замавот на турбината. Се изразува посебно за различни висини над тлото, бидејќи моќноста се разликува во горниот и долниот дел на перките (елисите). Во пресметката на енергетската густина на ветерот влегуваат факторите на брзината на ветерот и густината на воздухот. Потоа за тоа подрачје се подготвуваат обоени карти, како на пр. „средна годишна енергетска густина на ветерот при височина од 50 метри.“ Во зависност од моќноста, подрачјата, т.е. нивните ветрови се делат на класи^[4].

Видови турбини

Ветерните турбини може да имаат хоризонтална или вертикална оска на вртење. Хоризонталните се почести од вертикалните и имаат подолга историја на употреба.^[5]

Трите главни вида на турбини прикажани во движење

Турбини со хоризонтална оска

Составни делови на една ветерна турбина со хоризонтална оска

Кај ветерните турбини со хоризонтална оска, главната осовина на генераторот е сместена на врвот од јарболот (кулата), а јарболот мора да се насочува кон ветрот. Помалите турбини се насочуваат само со ветроказ, додека пак поголемите имаат сензор за ветер и сервомотор. Највеќето имаат вграден запченички пренос, со кој бавното вртење на перките се засилува на брзина соодветна за генераторот.^[6]

Бидјќи јарболот предизвикува турбуленција зад себе, таа обично се поставува на страната спроти ветрот. Перките се прават цврсти за да не се виткаат кон јарболот, и се монтирани на значајно растојание од јарболот, напати малку поднаведнати.

Турбини со вертикална оска

Турбините со вертикална оска се турбини со исправени осовини. Нивна главна предност е што не мора да се насочуваат кон ветрот за да бидат делотворни. Особено се погодни на места кајшто правецот на ветрот се менува често. Кај овие турбини генераторот и преносот се поставени на приземниот дел, така што јарболот е ослободен од товарот. Нивен недостаток е што извесни конструкции имаат момент на сила што прави трепет.

Перките на овие турбини најчесто се поставени ниско, што значи дека добиваат помалку ветер и потурбулентни воздушни струења заради различните објекти на тлото кои му пречат на текот. Ова напати ги засилува вибрациите и го зголемува абењето на лагерите, што ги зголемува трошоците за одржување, а го намалува работниот век. Меѓутоа оваа турбина е подогна за покриви, бидејќи струењата се пренасочуваат преку покривот и ова ја удвојува брзината на ветерот. Во ваков случај, најделотворни се турбините со височина двојно помала од зданието врз кое се поставени, со што се добива најголема брзина при најмала турбуленција.

Поттипови

30-метарска Дарјеева турбина

Дарјеева ветерна турбина: (наречена „маталка“) е наречена по францускиот изумител Жорж Дарје.^[7] Ваквите турбини се ефикасни, но имаат доста вртежен трепет и циклично напрегање, што значи дека немаат постојано рамномерна работа. Исто така им треба надворешен придвижувач за да почнат да се вртат, бидејќи почетниот момент на вртежот е многу слаб. Вртежниот трепет се намалува со употребата на три или повеќе перки, што го зацврснува роторот.

Завојна турбина

Жиротурбина: поттип на Дарјеевата турбина со прави наместо закривени перки. Видот наречен „циклотурбина“ може да ја менува оптегнатоста со цел да го намали вртежниот трепет и нема потреба од надворешен придвижувач за да почне да работи.^[8] Предностите на променливата оптегнатост се: голем момент на сила; широка и релативно рамна крива на моментот; повисок коефициент на делотворност; поефикасна работа при нестабилен ветер; и понизок сооднос на брзината на перките, со што се намалува виткањето и напрегањето на перките. Се употребуваат прави, закривени или V-перки.

Савониусова ветерна турбина: има по две или повеќе лопатки што наоѓаат примена кај ветромерите, Флетнеровите проветрувачи (на пр. на покриви на автобуси и фургони), како и електротурбини со голема постојаност, но ниска ефикасност на работата. Почетното завртување им е самостојно, кога имаат барем по три лопатки. Некои имаат долги завојни лопатки што обезбедуваат рамномерен вртеж.

Составни делови на турбината

Турбините се наменети за искористување на ветерната сила присутна на извесно место. За оваа цел се врши аеродинамично моделирање оптималната висина на јарболот, контролните системи, бројот и обликот на перките. Оние со хоризонтална оска имаат три дела:

ротор - перки што ја претвораат ветерната сила во нисковртежна механичка сила. (20% од трошокот за турбината)
генератор - генератор, контролна електроника и запченички пренос за забрзување на добиените вртежи погодни за производство на електрична енергија. (34% од трошокот)
носач - јарболот (кула) и механизам за навалување.^[9] (15% од трошокот)

Мали ветерни турбини

Малите ветерни турбини наоѓаат примена кај чамци и приколки. Обично имаат директен механички пренос, произведуваат еднонасочна струја, имаат аероластични перки и користат ветроказ за насочување кон ветрот. Најмалите имаат капацитет од 50 вати.

Поголемите турбини имаат пренос со запци, даваат наизменична струја, и имаат активно насочување.

Поврзано

Наводи

↑ Alan Wyatt: Electric Power: Challenges and Choices. Book Press Ltd., Toronto 1986, ISBN 0-920650-00-7
↑ „Паркот на ветерници во Богданци почнува со реализација“. Вечер. 21 април 2011. Посетено на 21 април 2011.^{[мртва врска]} (македонски)
↑ „Ветропарк Богословец“. wpbogoslovec.com. Посетено на 1 март 2023.
↑ „Табела 2.5.1. Класи на ветрови на 10 и 50 м над тлото“ (PDF). Стратегија за искористувањето на обновливите извори на енергија во Република Македонија. Министерство за економија на РМ. септември 2010. стр. 48. Посетено на 13 ноември 2010.^{[мртва врска]} (македонски)
↑ „Основи на ветерната енергетика“. Американско здружение за ветерна енергетика. Архивирано од изворникот на 2010-09-23. Посетено на 24 септември 2009. (англиски)
↑ Составни делови на ветерната турбина Архивирано на 7 јуни 2008 г. (англиски)
↑ За ветерните турбини со вертикална оска (англиски)
↑ „архивски примерок“. Архивирано од изворникот на 2005-04-03. Посетено на 2010-11-12.
↑ "Wind Turbine Design Cost and Scaling Model," Technical Report NREL/TP-500-40566, декември 2006, стр. 35 и 36 (англиски)

Надворешни врски

Македонски

За ветерните турбини и ветерната енергија ^{[мртва врска]} - „Енергетска ефикасност“ (македонски)
За ветерните електрани и нивниот енергетски потенцијал во Македонија^{[мртва врска]} (стр. 48) - Министерство за економија на РМ (македонски)
Видео на ЕЛЕМ за проектот Парк на Ветерни електрани „Богданци“ - YouTube (македонски)
Како да направите евтин ветрогенератор од стар флопи диск: делови I, II и III - „Енергетска ефикасност“ (македонски)

Англиски

Експлоатација на ветерот (45 предавања за ветерни турбини на проф. Магди Рагеб Архивирано на 15 декември 2012 г. (англиски)
Водич низ ветерната енергија Архивирано на 1 декември 2010 г. (англиски)

[1] Alan Wyatt: Electric Power: Challenges and Choices. Book Press Ltd., Toronto 1986, ISBN 0-920650-00-7

[2] „Паркот на ветерници во Богданци почнува со реализација“. Вечер. 21 април 2011. Посетено на 21 април 2011.^{[мртва врска]} (македонски)

[3] „Ветропарк Богословец“. wpbogoslovec.com. Посетено на 1 март 2023.

[ОИЕ-4] „Табела 2.5.1. Класи на ветрови на 10 и 50 м над тлото“ (PDF). Стратегија за искористувањето на обновливите извори на енергија во Република Македонија. Министерство за економија на РМ. септември 2010. стр. 48. Посетено на 13 ноември 2010.^{[мртва врска]} (македонски)

[5] „Основи на ветерната енергетика“. Американско здружение за ветерна енергетика. Архивирано од изворникот на 2010-09-23. Посетено на 24 септември 2009. (англиски)

[6] Составни делови на ветерната турбина Архивирано на 7 јуни 2008 г. (англиски)

[7] За ветерните турбини со вертикална оска (англиски)

[8] „архивски примерок“. Архивирано од изворникот на 2005-04-03. Посетено на 2010-11-12.

[9] "Wind Turbine Design Cost and Scaling Model," Technical Report NREL/TP-500-40566, декември 2006, стр. 35 и 36 (англиски)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]