توربین های بادی عمودی

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

در حالی که امروزه روش های پیشرفته تری برای تولید انرژی وجود دارد، تقریباً در همه جا از توربین های بادی استفاده می شد. البته امروزه نیز مورد استفاده قرار می گیرند، اما تعداد آنها به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. برای درک نحوه عملکرد آنها، مهم است که بدانید باد نوعی انرژی خورشیدی است.

توضیحات کلی

توربین های بادی با استفاده از جریان باد کار می کنند. اما چرا باد قادر به تولید برق است؟ این پدیده به دلیل گرمایش ناهموار جو زمین، نامنظم بودن ساختار سطح سیاره و همچنین به دلیل چرخش آن رخ می دهد. توربین‌های بادی یا ژنراتورهای بادی می‌توانند انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند که بعداً می‌توان از آن برای کارهای دیگر استفاده کرد.

این دستگاه ها دقیقاً چگونه با استفاده از باد معمولی برق تولید می کنند؟ در واقع، همه چیز بسیار ساده است. اصل عملکرد چنین توربین دقیقاً مخالف عملکرد یک فن است. تحت تأثیر نیروی باد، پره های توربین بادی می چرخند که به نوبه خود باعث چرخش شفت متصل به ژنراتور برای تولید برق می شود.

انواع توربین

انواع مختلفی از توربین ها وجود دارد. مهندسان دو دسته اصلی را که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند، تشخیص می دهند. دسته اول افقی محوری و دسته دوم عمودی محوری است. اولین نوع توربین بادی متداول ترین طراحی را دارد که شامل دو یا سه پره می باشد. واحدهای دارای سه تیغه بر اساس اصل "در مقابل باد" کار می کنند. خود عناصر طوری تنظیم شده اند که به باد نگاه کنند.

یکی از بزرگترین توربین های جهان GE Wind Energy است. توان این دستگاه 3.6 مگاوات می باشد. در اینجا شایان ذکر است که هرچه توربین بزرگتر باشد کارایی آن بیشتر است. علاوه بر این، نسبت سود به قیمت نیز با اندازه کل بهبود می‌یابد.

مجموع توربین

نخستین نشانگر انتخاب دستگاه، قدرت است. اگر توربین های "خدماتی" را بگیریم، قدرت آنها می تواند از 100 کیلو وات شروع شود و به چندین مگاوات برسد. همچنین مهم است که توجه داشته باشید که هر دو توربین بادی عمودی و افقی را می توان با هم گروه بندی کرد. چنین گروه هایی معمولاً به عنوان مزارع بادی شناخته می شوند. هدف از این گونه سایت ها تامین برق عمده به شی مورد نظر است.

اگر در مورد توربین های تک کوچک صحبت کنیم که قدرت آنها کمتر از 100 کیلو وات است، اغلب برای تامین برق خانه های خصوصی، آنتن های مخابراتی یا تامین انرژی پمپ های انتقال آب استفاده می شود. لازم به ذکر است که می توان از توربین های کوچک در ترکیب با موتورهای دیزلی نیز استفاده کرد.ژنراتورها، باتری ها یا پنل های خورشیدی. به چنین سیستمی سیستم هیبریدی می گویند. در جاهایی که امکان دیگری برای اتصال به شبکه برق وجود ندارد استفاده می شود.

مزایای توربین های عمودی

در حال حاضر، از نوع عمودی دستگاه ها بسیار بیشتر استفاده می شود. این با این واقعیت توجیه می شود که نوع عمودی دارای تعدادی مزیت نسبت به انواع افقی است.

در برج های نوع عمودی، بار به طور یکنواخت تر عمل می کند، که ساخت سازه بزرگتر را از نظر ابعاد آسان تر می کند. به علاوه برای نصب روتور روی این نوع توربین ها نیازی به تجهیزات اضافی نیست. مزیت مهمی که راندمان کار را افزایش می دهد این است که پره های توربین های عمودی را می توان به صورت مارپیچ پیچ خورده ساخت. این بسیار مهم است، زیرا در این صورت انرژی باد هم در ورودی و هم در خروجی آنها را تحت تأثیر قرار می دهد که البته باعث افزایش راندمان نصب می شود.

یکی از مهمترین مزیت های توربین های عمودی این است که هنگام نصب آنها هیچ فایده ای برای تنظیم محور با جریان باد ندارد. این نوع دستگاه با جریان باد که از هر طرف می وزد کار می کند.

توربین بادی بولوتوف

این واحد از دستگاه های دیگر متمایز است. برای عملکرد عادی توربین، نیازی به تطبیق آن با شرایط مختلف آب و هوایی نیست. عنصر نیروی باد این طرح قادر است باد را از هر طرف و بدون هیچ گونه درک کندعملیات تنظیم علاوه بر این، این نوع ایستگاه نیازی به چرخش برج در هنگام تغییر جهت باد ندارد. مزیت دیگر توربین های بادی عمودی (VAWT - نیروگاه بادی با شفت ژنراتور عمودی) این است که آنها طراحی خاصی دارند که به شما امکان می دهد با جریان های باد با هر قدرتی کار کنید. عملیات حتی در هنگام طوفان امکان پذیر است. امکان انتخاب تعداد ماژول های نصب وجود دارد. توان خروجی توربین به تعداد آنها بستگی دارد. یعنی با تغییر تعداد ماژول ها می توان قدرت یونیت را تغییر داد که بسیار راحت است. مزیت دیگر این است که عنصر نیروی باد به گونه ای مونتاژ شده است که امکان تبدیل انرژی جنبشی را با راندمان بالا به انرژی مکانیکی فراهم می کند.

ابعاد توربین بادی Biryukov و Blinov

این دستگاه دارای روتور دو طبقه به قطر 0.75 متر می باشد.ارتفاع این عنصر 2 متر است.در اثر باد تازه چنین روتوری توانسته است روتور یک ناهمزمان را به طور کامل بچرخاند. شفت با قدرت تا 1.2 کیلو وات. توربین می تواند نیروی باد را تا 30 متر بر ثانیه بدون خرابی تحمل کند.

ارزش دارد در مورد اینکه چرا توربین بادی دستاورد دو دانشمند در نظر گرفته می شود صحبت کنیم. مسئله این است که در دهه 60. در اتحاد جماهیر شوروی، دانشمند Biryukov یک ژنراتور بادی چرخ فلکی را با KIEV 46٪ ثبت کرد. با این حال، کمی بعد، مهندس بلینوف توانست از همان طرح استفاده کند، اما با شاخص 58٪ KIEV.

توربیننوع هایپربولوئید

توربین‌های بادی هیپربولوئید بر اساس ایده‌های مهندسی مانند شوخوف ولادیمیر گریگوریویچ بودند.

از ویژگی های این نوع توربین می توان به این واقعیت اشاره کرد که دارای منطقه کاری بزرگتر از جریان باد است. اگر این شاخص را با دسته های دیگر دستگاه ها مقایسه کنیم، اگر از ناحیه جاروب شده حساب کنیم، نوع هایپربولوئید 7-8٪ نتایج بهتری را نشان می دهد. این نشانگر برای انواعی معتبر است که در آن منطقه کار جریان باد پره است. اگر این نوع را مثلا با توربین های Darrieus و Savonius مقایسه کنیم، تفاوت 40-45٪ خواهد بود.

خواص ویژه این دسته از واحدها همچنین شامل این واقعیت است که آنها قادر به کار با جریان هوا به سمت بالا هستند. اگر ژنراتور را در نزدیکی دریاچه، مرداب، دامنه تپه و غیره نصب کنید بسیار مفید است.

مزایای چنین توربین هایی شامل این واقعیت است که خط تماس لایه فعال هوا که هایپربولوئید را می شوید، 1.6 برابر طولانی تر از یک سیلندر مشابه است که مانند یک ژنراتور بادی دوار می چرخد. به طور طبیعی، از این رو نتیجه گیری می شود که بازده به همان میزان بیشتر خواهد بود.

عیوب

علی رغم مزایا و ویژگی های فراوان این توربین ها، معایبی نیز دارند.

عوامل منفی شامل این واقعیت است که هنگام چرخش پره های ژنراتور در برابر جریان باد، این نوع ژنراتور متحمل تلفات قابل توجهی می شود که به نوبه خود منجر به کاهش راندمان کار به حدود نصف می شود.اگر توربین های عمودی را با توربین های افقی که چنین تلفاتی ندارند، مقایسه کنیم، کاهش این شاخص بسیار محسوس است.

عیب دیگر این است که توربین بادی عمودی باید بسیار طولانی باشد. اگر آن را نزدیک زمین قرار دهید، جایی که سرعت باد بسیار کمتر از ارتفاع زیاد است، ممکن است مشکلاتی در راه اندازی روتور وجود داشته باشد که برای شروع کار نیاز به فشار دارد. به خودی خود اصلا شروع نمی شود. البته می‌توانید برج‌های ویژه‌ای نصب کنید تا تیغه‌ها را بالاتر ببرید، اما قسمت پایینی روتور همچنان بسیار پایین خواهد بود.

از دیگر معایب می توان به این واقعیت اشاره کرد که در زمستان یخ روی پره های توربین های بادی تشکیل می شود. همچنین شایان ذکر است که میزان صدای زیادی که توربین ها در حین کار از خود ساطع می کنند. برخی از تاسیسات حتی قادر به تولید مادون صوت مضر در حین کار می باشند. این باعث لرزش می شود که می تواند باعث لرزش شیشه، پنجره، ظروف شود.

واقعیت جالب: توربین های بادی RimWorld به عنوان منبع انرژی استفاده می شد.