Větrné elektrárny lze považovat za nejrelevantnější a nejlevnější zdroj alternativní energie, protože, jak víte, vítr nezávisí na umístění ložisek přírodních zdrojů a je zcela zdarma.
Kvůli vážnosti situace dokonce největší země světa uzavřely Kjótskou dohodu, která vyžaduje stimulaci výroby elektřiny z alternativních zdrojů a také zavazuje stát, aby takto vyrobenou energii nakupoval od výrobců za vysoké tarify. Mezi alternativní zdroje energie patří solární energie, recyklace domovního odpadu, využití hydrotermálních vod a řada dalších, ale nejatraktivnější je větrná energie. Důvodem je především relativně malá výše počáteční kapitálové investice do spuštění větrné elektrárny a extrémně nevýznamná závislost na potřebných surovinách, protože větrný generátor může pracovat kdekoli, kde je vítr, a množství vyrobené el. energii lze snadno vypočítat pomocí vědeckých metod.
Větrné elektrárny pro domácí a průmyslové využití jsou dnes již široce používány v každodenním životě. Lze je nalézt na místech, která jsou vzdálená od hlavních elektrických sítí. Koneckonců, pro připojení elektřiny musíte položit další elektrické vedení nebo použít autonomní elektrárny, což je drahé a ne vždy praktické.
Podle odborníků stačí k plnému zásobování jednoho domu elektrickou energií jeden větrný generátor o výkonu 5 kW za předpokladu, že rychlost větru je 1,8-4,5 metru za sekundu. Vítr je ale bohužel velmi vrtkavý jev počasí, proto je vhodné pořídit si k větrné elektrárně záložní generátor poháněný spalovacím motorem, případně nainstalovat velkou baterii pro uložení vyrobené elektřiny „pro budoucí použití“. .“
Proto než začnete s výběrem modelu větrné elektrárny, musíte se poradit s odborníkem, který dokáže odpovědět na vaše dotazy a vybrat tu nejlepší variantu větrné elektrárny pro vaše konkrétní požadavky.
Větrný generátor, kromě lopatek, které přímo zachycují vítr, a generátoru, který přeměňuje větrnou energii na elektřinu, obvykle obsahuje baterii a invertorovou jednotku. Baterie je nezbytná pro akumulaci elektřiny, kterou kvůli proměnlivým povětrnostním podmínkám prostě nelze rovnoměrně vyrábět, a také pro kompenzaci rozdílu ve výrobě při různých rychlostech větru.
Střídač zase přeměňuje stejnosměrný proud dodávaný z baterie na střídavý proud, který je nezbytný pro provoz domácích elektrospotřebičů. Od každého prvku větrné elektrárny se tedy vyžaduje, aby vykonával specifický úkol a jeho výběr se musí řídit potřebami energie a jeho technické vlastnosti musí být vhodné pro ostatní součásti systému. Parametry však musí být předem vypočítány s ohledem na konkrétní podmínky spotřeby energie.
Hlavní výhody větrných turbín:
1. K provozu není potřeba žádné palivo, hlavní náklady jdou na instalaci a systematickou údržbu pro stabilní provoz větrného generátoru. Díky tomu se náklady na nákup vybavení mohou vrátit do jednoho roku.
2. Nevyžaduje zásah do provozu, protože elektřina se vyrábí kdykoli, když fouká vítr, a díky bateriím je uložena pro budoucí použití.
3. Na rozdíl od jiných typů generátorů jsou větrné mlýny absolutně tiché. Dobře vyrobené a nainstalované větrné turbíny neprodukují více hluku než vítr, který roztáčí jejich lopatky.
4. Produktivita se v zimě nesnižuje, protože na rozdíl od solárních panelů produktivita větrných generátorů v zimě neklesá, ale naopak se zvyšuje, protože rychlost větru v zimě je obvykle vyšší než v létě, což je značná výhoda, protože právě v zimním období poptávka po elektřině velmi roste.
5. Větrné generátory mohou být instalovány v jakýchkoli klimatických podmínkách a je pro ně vhodný téměř jakýkoli terén, ale je třeba mít na paměti, že jakákoli překážka v cestě větru, jako jsou stromy nebo domy, může snížit výkon větrné elektrárny. větrné turbíny až o 30 %, ale stále to bude vyšší než u solárních panelů.
6. Preventivní údržba generátoru by měla být prováděna pravidelně, ale je značně usnadněna tím, že při pravidelné údržbě konstrukce je opotřebení většinou nepatrné a i když dojde k výměně určitých komponentů, není to drahé a časově- konzumní. Pro stabilní provoz by tedy integrovaný větrně-solární systém měl obsahovat: větrný generátor (průměrná životnost 15-20 let), solární panely (30-40 let), regulátor nabíjení, invertor (práce cca 5-10 let) a dobíjecí baterie, které v závislosti na typu vydrží 4 až 10 let.
Takové systémy jsou obvykle určeny k poskytování elektřiny odděleným objektům, ke kterým je přístup k centralizovanému zdroji energie obtížný nebo chybí. Jejich výkon se může pohybovat od 0,8 do 26 kW a závisí pouze na spotřebě elektrické energie objektu a výkonu instalovaného zařízení.
Neustálé vyčerpávání přírodních zdrojů vedlo k tomu, že lidstvo bylo v poslední době zaneprázdněno hledáním alternativních zdrojů energie. Dnes je známo poměrně velké množství druhů alternativní energie, jedním z nich je využití větrné energie. Energii větru využívali lidé od pradávna například při provozu větrných mlýnů. Vůbec první větrný generátor (větrná turbína), který sloužil k výrobě elektřiny, byl postaven v Dánsku v roce 1890. Taková zařízení se začala používat v případech, kdy bylo potřeba dodat elektřinu do těžko dostupné oblasti.
Princip fungování větrného generátoru:
- Vítr roztáčí kolo s lopatkami, které přes převodovku přenáší točivý moment na hřídel generátoru.
- Střídač plní úkol přeměnit přijatý stejnosměrný elektrický proud na střídavý proud.
- Baterie je navržena tak, aby dodávala napětí do sítě za nepřítomnosti větru.
Výkon větrné turbíny je přímo závislý na průměru větrného kola, výšce stožáru a síle větru. V současné době se vyrábí větrné generátory s průměry lopatek od 0,75 do 60 m i více. Nejmenší ze všech moderních větrných turbín je G-60. Průměr rotoru, který má pět lopatek, je pouze 0,75 m, při rychlosti větru 3-10 m/s dokáže vyvinout výkon 60 W, jeho hmotnost je 9 kg. Tato instalace se úspěšně používá pro osvětlení, nabíjení baterií a provoz komunikačních zařízení.
Všechny větrné generátory lze klasifikovat podle několika principů:
- Osy otáčení.
- Počet lopatek.
- Materiál, ze kterého jsou čepele vyrobeny.
- Stoupání vrtule.
Klasifikace podle osy otáčení:
- Horizontální.
- Vertikální.
Nejoblíbenější jsou horizontální větrné generátory, jejichž osa rotace je rovnoběžná se zemí. Tento typ se nazývá „větrný mlýn“, jehož lopatky se otáčejí proti větru. Konstrukce horizontálních větrných generátorů umožňuje automatickou rotaci hlavové části (při hledání větru), stejně jako rotaci lopatek pro využití větru s nízkým výkonem.
Vertikální větrné turbíny jsou mnohem méně účinné. Lopatky takové turbíny se otáčejí rovnoběžně s povrchem země v jakémkoli směru a síle větru. Vzhledem k tomu, že v jakémkoli směru větru se polovina lopatek větrného kola vždy otáčí proti němu, ztrácí větrný mlýn polovinu svého výkonu, což výrazně snižuje energetickou účinnost zařízení. Tento typ větrné turbíny se však snadněji instaluje a udržuje, protože její převodovka a generátor jsou umístěny na zemi. Nevýhody vertikálního generátoru jsou: nákladná instalace, značné provozní náklady a také skutečnost, že instalace takové větrné turbíny vyžaduje mnoho místa.
Pro výrobu elektřiny v průmyslovém měřítku jsou vhodnější horizontální větrné generátory, které se používají v případě vytváření soustavy větrných elektráren. Vertikální se často používají pro potřeby malých soukromých farem.
Klasifikace podle počtu čepelí:
- Dvoučepelový.
- Tříčepel.
- Vícebřité (50 nebo více břitů).
Podle počtu lopatek jsou všechny instalace rozděleny na dvou- a tří- a vícelopatkové (50 a více lopatek). K výrobě potřebného množství elektřiny není potřeba rotace, ale dosažení požadovaného počtu otáček.
Každá lopatka (přídavná) zvyšuje celkový odpor větrného kola, což ztěžuje dosažení provozní rychlosti generátoru. Instalace s více lopatkami se tedy skutečně začínají otáčet při nižších rychlostech větru, ale používají se v případech, kdy záleží na samotné rotaci, jako například při čerpání vody. Větrné generátory s velkým počtem lopatek se k výrobě elektřiny prakticky nepoužívají. Kromě toho se nedoporučuje instalovat na ně převodovku, protože to komplikuje konstrukci a také snižuje spolehlivost.
Klasifikace podle materiálu čepele:
- Větrné generátory s pevnými lopatkami.
- Plachetní větrné generátory.
Je třeba poznamenat, že listy plachet jsou mnohem jednodušší na výrobu, a proto jsou levnější než tuhý kov nebo sklolaminát. Takové úspory však mohou vést k neočekávaným nákladům. Pokud je průměr větrného kola 3 m, pak při rychlosti generátoru 400-600 ot./min dosahuje hrot lopatky rychlosti 500 km/h. S ohledem na skutečnost, že vzduch obsahuje písek a prach, je tato skutečnost vážnou zkouškou i pro tvrdé čepele, které za stabilních provozních podmínek vyžadují každoroční výměnu antikorozního filmu naneseného na koncích čepelí. Pokud neaktualizujete antikorozní film, tvrdá čepel začne postupně ztrácet své výkonnostní charakteristiky.
Listy plachtového typu vyžadují výměnu ne jednou ročně, ale ihned po prvním vážném větru. Proto autonomní napájení, které vyžaduje značnou spolehlivost systémových komponent, neuvažuje s použitím listů plachtového typu.
Klasifikace podle stoupání vrtule:
- Pevné stoupání vrtule.
- Variabilní stoupání vrtule.
Proměnlivé stoupání vrtule samozřejmě zvyšuje rozsah efektivních provozních rychlostí větrného generátoru. Zavedení tohoto mechanismu však vede ke komplikaci konstrukce lopatek, zvýšení hmotnosti větrného kola a také snižuje celkovou spolehlivost větrné turbíny. Důsledkem toho je potřeba zpevnění konstrukce, což vede k výraznému zdražení systému nejen při pořízení, ale i během provozu.
Moderní větrné generátory jsou high-tech produkty, jejichž výkon se pohybuje od 100 do 6 MW. Větrné turbíny inovativních konstrukcí umožňují hospodárně využívat energii nejslabšího větru – od 2 m/s. Pomocí větrných generátorů je dnes možné úspěšně řešit problémy s napájením ostrovních nebo místních zařízení jakékoli kapacity.
V současné době se vyrábí několik hlavních typů větrných generátorů:
- vertikální větrné generátory. Zařízení se svislou osou otáčení umístěnou kolmo ke směru proudění větru;
- horizontální větrné generátory. instalace s horizontální osou otáčení umístěnou rovnoběžně nebo kolmo ke směru proudění větru;
- Větrný generátor poháněný vodními kapkami;
- Větrný generátor-plachta.
Větrný generátor s horizontální osou otáčení
Horizontální větrné turbíny, jejichž osa rotace je kolmá na proudění větru, se sériově nevyrábí, neboť jsou považovány za neúčinné. Navíc musí být vybaveny speciálními orientačními systémy.
Výhodou horizontálních větrných generátorů oproti vertikálním je vyšší rychlost a větší výkon.
Větrná turbína se svislou osou otáčení
Vertikální větrné turbíny mají oproti horizontálním několik výhod.
- Mohou pracovat v libovolném směru metrů.
- Nevyžadují zařízení, která určují směr větru.
- Mají snížené gyroskopické zatížení listů vrtule a systému přenosu energie.
- Mohou být instalovány na úrovni terénu.
- Design je mnohem jednodušší.
Pokud je v blízkosti několik vertikálních větrných turbín, jejich účinnost se zvyšuje: vírové proudy vznikající, když lopatky jednoho zařízení vytvářejí dodatečný tlak větru pro další.
U horizontálních instalací je situace opačná: jejich účinnost může klesat v důsledku toho, že si zařízení navzájem „odvádějí“ vítr.
Větrný generátor poháněný vodními kapkami
Kromě standardních vertikálních a horizontálních větrných turbín, již zvládnutých sériovými výrobci, jsou nyní nabízeny další typy větrných generátorů. V Holandsku vznikl například prototyp větrného generátoru, který nemá žádné pohyblivé části. Předpokládá se, že se bude vyznačovat zvýšenou spolehlivostí.
Konstrukce tohoto neobvyklého větrného generátoru je poměrně jednoduchá: uvnitř kovového rámu jsou paralelně umístěny trubky se speciálními tryskami a elektrodami. Z trysek vycházejí kladně nabité kapky vody, které jsou unášeny větrem ke kladně nabitým elektrodám, v důsledku čehož se zvyšuje náboj.
Výkon zařízení závisí na počtu kapek, rychlosti větru a síle elektrického pole. Tato větrná turbína se liší od standardních modelů úplnou absencí pohyblivých a/nebo třecích částí. A proto – žádný hluk, žádné vibrace, žádné opotřebení v důsledku tření.
Větrný generátor-plachta
Další možností bez lopatek je větrná turbína vytvořená na principu plachty. Navenek to vypadá jako běžný větrný generátor s vodorovnou osou otáčení, jen místo lopatek má zařízení, které připomíná satelitní parabolu. Tohle je plachta, která chytá vítr. Vítr způsobí rozkmitání plachty, vibrace uvedou do pohybu písty, ty zapnou hydraulický systém a tím se kinetická energie přemění na energii elektrickou.
Takový větrný generátor je inzerován jako spolehlivější, odolnější, nevyžaduje zvláštní náklady na údržbu (vývojáři tvrdí, že náklady jsou sníženy o 45 % ve srovnání s konvenční větrnou turbínou vybavenou lopatkami), tichý a produktivní (účinnost je 2,3krát vyšší ).
