Centrals eòliques: tipus, dissenys, avantatges

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

L'energia eòlica està lluny de ser una nova branca del subministrament d'energia, però, en les condicions actuals, s'està convertint en característiques cada cop més pronunciades d'una direcció prometedora per al desenvolupament posterior. Encara és difícil parlar de conceptes universals per a la implementació tècnica dels generadors eòlics, però el progrés en l'ús de solucions d'enginyeria individuals suggereix que un únic model estructural unificat apareixerà en un futur proper. Al mateix temps, al món s'utilitzen diversos tipus d'aerogeneradors, cadascun dels quals té els seus propis punts forts.

Principi general de funcionament dels aerogeneradors

Com la majoria de les fonts d'energia alternatives modernes, l'aerogenerador funciona a causa de la força que actua com a resultat d'un procés natural. Estem parlant de fluxos de vent derivats d'un escalfament desigualla superfície terrestre pel sol. Gairebé tots els aerogeneradors funcionen segons el principi següent: els fluxos d'aire fan girar la roda sobre un eix especial amb pales, transmetent així el parell al generador o al paquet de bateries. En condicions d'estabilitat i força suficient de moviment de l'aire, els molins de vent per generar electricitat són capaços de proporcionar una eficiència del 45-50%. És precisament la variabilitat del vent i la seva força el que determina la gran varietat de dissenys dels aerogeneradors, que també es calculen en funció de les condicions climàtiques específiques d'ús.

Quins són els principals avantatges dels aerogeneradors?

Avaluar l'eficiència dels aerogeneradors pot ser tant en comparació amb les fonts d'energia tradicionals com en el context dels generadors que funcionen amb recursos renovables lliures. Els avantatges més pronunciats d'aquests sistemes, que donen esperança per al seu desenvolupament amb èxit en el futur, són els factors següents:

• L'energia eòlica en si mateixa no només és renovable, sinó que també està disponible per a l'acumulació i processament.
• Benefici econòmic. Les valoracions inequívoques sobre indicadors econòmics específics encara no poden ser degudes a la varietat de sistemes que operen amb diferents rendiments. Però podem parlar dels excel·lents resultats demostrats per projectes individuals. Per exemple, quant costa un quilowatt d'electricitat d'un gran molí de vent en alta mar? Podem parlar del rang de 2-12 rubles. per 1 kWh.
• Ecològica. El funcionament dels aerogeneradors no preveu nociusemissions de contaminants atmosfèrics.
• Compacte. La instal·lació d'un aerogenerador, fins i tot en un format industrial, no es pot comparar amb les centrals elèctriques tradicionals. Això es deu en gran part a l'autonomia i la independència d'aquests sistemes respecte a les comunicacions i recursos auxiliars.

Generadors d'eixos horitzontals

L'esquema de disseny d'aquests molins de vent preveu la presència d'un generador elèctric, caixa de canvis, pales i una torre amb un marc. La configuració de les pales s'implementa de manera que l'aire flueixi a l'embut, la qual cosa crea un moment de torsió. Una condició important per al funcionament d'aquests molins de vent per generar electricitat és la capacitat d'adaptar-se a les característiques del moviment dels fluxos (direcció i força). Per a això, les estructures disposen de mecanismes per girar i inclinar les pales en relació a la superfície terrestre. En els models més avançats també s'utilitzen controladors amb control automàtic. Pel que fa a la implementació de la roda eòlica, la configuració de tres pales s'utilitza més sovint en esquemes horitzontals. A més, per augmentar el rendiment dels generadors, els enginyers tendeixen a augmentar la mida de la part funcional receptora, la qual cosa, per exemple, explica la tendència actual de transició de plàstics i metalls lleugers a elements compostos cars en la fabricació d'estructures.

Generadors d'eix vertical

Aquests generadors tenen un avantatge significatiu respecte a les estructures horitzontals,que consisteix en l'absència de la necessitat de mitjans addicionals de seguiment i control de la instal·lació. És a dir, en el procés de funcionament, un molí de vent amb eix vertical no s'ajusta de cap manera al moviment dels fluxos. Aquesta característica d'interacció amb les masses d'aire redueix simultàniament la tensió a les pales del generador eòlic i redueix les càrregues giroscòpiques. El generador d'engranatges, que forma el motor de la planta, es pot situar a la base de la torre de l'estructura sense risc de dany o avaria. Però, per què, amb els avantatges descrits, les instal·lacions verticals no van substituir els molins de vent completament horitzontals? Malauradament, aquests models també tenen desavantatges importants. Atès que la roda eòlica no es guia pels fluxos de vent i sempre funciona en un rang reduït de rangs de captura d'energia, el rendiment del generador es redueix lògicament. Per tant, per mantenir la potència suficient dels molins de vent verticals, es requereix un ús massiu que cobreixi grans àrees, cosa que no sempre és possible.

Dissenys basats en el rotor Darrieus

Els aerogeneradors amb impulsor vertical es basen en el disseny del rotor Savonius o Darrieus. Però aquest grup també té les seves pròpies variacions i modificacions modernes. El desenvolupament recent més prometedor és la turbina helicoïdal Gorlov, creada l'any 2001. És una mena de continuació del concepte de rotor Darrieus, però d'una forma més optimitzada. Les pales verticals en espiral permeten generar energia a partir dels fluxos d'aigua i aire amb una activitat mínima. Avui aquests generadorss'utilitzen tant en parcs eòlics especialitzats com com a part de centrals hidroelèctriques.

Generadors de vent amb amplificadors de flux

També, d'alguna manera, una continuació dels dissenys clàssics de molins de vent, però ajustats a les condicions de funcionament actuals d' alta tecnologia. Les modificacions amb amplificadors de flux es distingeixen per la presència d'un o més canalons, que estan dissenyats per concentrar els fluxos d'aire. Els elements aerodinàmics en forma de con en forma d'aquests mateixos canals recullen els fluxos sobre una gran àrea, orientant-los a un punt de direcció i augmentant així la velocitat del sistema de fulles. La dificultat d'utilitzar aerogeneradors amb amplificadors de flux és que requereixen l'ús d'un grup elemental addicional. A més, només es pot aconseguir un augment significatiu de la productivitat en aquests sistemes connectant fonts d'energia auxiliars, cosa que no sempre es justifica econòmicament.

Aerogeneradors sense engranatges

En línia amb la idea d'optimització estructural, també ha aparegut una variant d'una central eòlica sense caixa de canvis. En canvi, s'utilitza un canal anular, proveït d'una vareta metàl·lica interna. Aquest anell s'instal·la al voltant de la vora del rotor. També s'hi troba un grup d'imants que interactuen amb una vareta metàl·lica, contribuint així a la generació de corrent. El rendiment dels aerogeneradors sense caixa de canvis amb un diàmetre del rotor d'uns 200 cm pot arribar als 1500 kWha l'any. El principal avantatge d'aquest disseny és la reducció de les pèrdues d'energia que es produeixen de manera natural en el funcionament dels generadors equipats amb caixes de canvi. Però aquest avantatge s'ha de pagar amb límits de velocitat. Perquè la unitat entri en un flux de treball òptim, cal una velocitat de flux d'almenys 2 m/s.

Característiques dels aerogeneradors industrials

Els molins de vent industrials tenen dues diferències fonamentals: una gran mida i una gran potència. Tant els avantatges com els inconvenients de les estacions d'aquest tipus provenen d'aquestes característiques. Pel que fa a l'estructura, n'hi ha prou amb dir que l'alçada dels moderns molins de vent industrials pot arribar als 150-200 m i l'envergadura de les pales pot ser superior als 100 m. L' alta potència també requereix la complexitat de la infraestructura funcional. Així, per controlar el procés de conversió d'energia, s'utilitzen controladors de generadors eòlics, que asseguren que es tingui en compte la càrrega actual de la bateria. A més, el farcit elèctric d'aquestes instal·lacions inclou inversors i sistemes de protecció contra curtcircuits.

Característiques dels aerogeneradors domèstics

Els molins de vent més senzills no només es poden utilitzar a casa, sinó que també es poden muntar a mà. Per regla general, es tracta d'instal·lacions de mida petita amb una alçada no superior a 10 m, capaços de funcionar a una potència de 0,5-5 kW. Com a font d'energia passiva per a electrodomèsticso grups individuals d'aparells elèctrics, aquesta opció es justifica. No obstant això, les turbines eòliques compactes s'utilitzen en gran nombre avui dia per les grans empreses per alimentar les instal·lacions de producció. Sobre la base de les granges de minimolins de vent, es formen sistemes prou productius i fiables que poden competir amb generadors individuals d' alta potència.

Característiques dels aerogeneradors offshore

La popularitat d'aquest tipus de molins de vent es deu a diversos avantatges respecte a les estacions que es troben a terra. Es tracta principalment de condicions de treball més estables, ja que els fluxos de vent no s'obstrueixen lluny de la costa. Al mateix temps, les estructures dels aerogeneradors marítims es divideixen en dos grups: de suport i flotants. Els primers s'instal·len en aigües poc profundes amb un suport clàssic a terra sota l'aigua. Les estacions flotants, respectivament, tenen la seva pròpia plataforma flotant amb fixació mitjançant ancoratges i altres dispositius marins.

Combinació d'estructures d'aerogeneradors amb bastidors d'edificis

També hi ha un grup molt prometedor de molins de vent que s'integren literalment als cascs dels edificis de gran alçada. Aquesta solució té dos avantatges: unes condicions favorables per a la "recepció" de cabals i una reducció de la via de lliurament de l'electricitat, ja que la font final de subministrament solen ser els consumidors de l'interior de l'edifici. Actualment, la integració d'aerogeneradors d'aquest tipus es fa més sovint utilitzantcilindres aerodinàmics especials que es munten als sostres dels gratacels. També s'està desenvolupant el concepte de minihèlix, que es poden col·locar en qualsevol part d'una obra alta. Els dispositius s'integren literalment a les parets, després es connecten al sistema d'alimentació general, donant una petita però estable quantitat d'energia.

Conclusió

En els darrers anys, l'interès per les turbines eòliques ha augmentat significativament a Rússia. Periòdicament es posen en funcionament grans estacions amb una capacitat de fins a 30-50 MW en diferents regions. Per al nostre país, els molins de vent són especialment útils perquè ens permeten subministrar energia a regions remotes on de moment no hi ha possibilitat d'organitzar altres mitjans de subministrament energètic. El segment de les petites centrals eòliques també s'està desenvolupant activament. A Rússia, els sistemes d'alimentació individuals amb una capacitat d'1-5 kW s'han tornat molt populars. Al mateix temps, els desenvolupadors no es neguen a combinar els principis de funcionament dels molins de vent amb motors de combustió interna. Els èxits en aquesta direcció es demostren, en particular, pels dissenys de vent-dièsel. Encara és difícil dir quanta energia eòlica es demanarà a Rússia en les properes dècades, ja que les posicions de les fonts d'energia tradicionals encara són sòlides. Però és probable que les tendències de la transició a les energies alternatives arreu del món estimulin la indústria russa a explorar activament aquestes àrees.