توربينات الرياح العمودية

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

في حين أن هناك العديد من الطرق الأكثر تقدمًا لتوليد الطاقة اليوم ، فإن توربينات الرياح كانت تستخدم في كل مكان تقريبًا. بالطبع ، لا تزال تُستخدم حتى اليوم ، لكن العدد انخفض بشكل كبير. لفهم كيفية عملها ، من المهم معرفة أن الرياح هي شكل من أشكال الطاقة الشمسية.

الوصف العام

تعمل توربينات الرياح باستخدام تيارات الرياح. لكن لماذا الريح قادرة على توليد الكهرباء؟ تحدث هذه الظاهرة بسبب حقيقة وجود تسخين غير متساوٍ للغلاف الجوي للأرض ، وبنية سطح الكوكب غير منتظمة ، وأيضًا لأنها تدور. توربينات الرياح ، أو مولدات الرياح ، قادرة على تحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة ميكانيكية ، والتي يمكن استخدامها لاحقًا في بعض المهام الأخرى.

كيف تولد هذه الأجهزة الكهرباء باستخدام الرياح العادية؟ في الواقع ، كل شيء بسيط للغاية. مبدأ تشغيل مثل هذا التوربينات هو عكس تشغيل المروحة مباشرة. تحت تأثير قوة الرياح ، تدور ريش التوربينات الريحية ، والتي بدورها تتسبب في دوران العمود المتصل بالمولد لتوليد الكهرباء.

أنواع التوربينات

هناك عدة أنواع من التوربينات المختلفة. يميز المهندسون فئتين رئيسيتين قيد الاستخدام حاليا. الفئة الأولى هي المحور الأفقي والفئة الثانية هي المحور الرأسي. النوع الأول من توربينات الرياح له التصميم الأكثر شيوعًا ، والذي يتضمن شفرتين أو ثلاث ريش. تعمل الوحدات ذات الثلاث شفرات على مبدأ "ضد الريح". تم ضبط العناصر نفسها بحيث تنظر إلى الريح.

واحدة من أكبر التوربينات في العالم هي GE Wind Energy. قوة هذا الجهاز 3.6 ميغاواط. وتجدر الإشارة هنا إلى أنه كلما زاد حجم التوربين ، زادت فعاليته. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نسبة الفائدة إلى السعر تتحسن أيضًا مع حجم الإجمالي.

إجماليات التوربينات

المؤشر الأول الذي يتم من خلاله اختيار الجهاز هو الطاقة. إذا أخذنا توربينات "الخدمة" ، فيمكن أن تبدأ قوتها من 100 كيلوواط وتصل إلى عدة ميغاواط. من المهم أيضًا ملاحظة أنه يمكن تجميع توربينات الرياح الرأسية والأفقية معًا. يشار إلى هذه المجموعات بشكل شائع باسم مزارع الرياح. الغرض من هذه المواقع هو إمداد الجسم بالكهرباء بالجملة

إذا تحدثنا عن توربينات صغيرة مفردة تقل طاقتها عن 100 كيلوواط ، فغالبًا ما تستخدم لتزويد المنازل الخاصة أو هوائيات الاتصالات أو لتزويد مضخات نقل المياه بالطاقة. وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن أيضًا استخدام التوربينات الصغيرة مع محركات الديزل.المولدات والبطاريات أو الألواح الشمسية. يسمى هذا النظام بالنظام الهجين. يتم استخدامها في الأماكن التي لا توجد فيها إمكانية أخرى للاتصال بالشبكة الكهربائية.

مزايا التوربينات العمودية

في الوقت الحاضر ، يتم استخدام النوع الرأسي للأجهزة كثيرًا. يبرر ذلك حقيقة أن للنوع العمودي عدد من المزايا على النوع الأفقي.

في الأبراج الرأسية ، سيعمل الحمل بشكل متساوٍ ، مما يسهل إنشاء هيكل أكبر من حيث أبعاده. بالإضافة إلى ذلك ، لتركيب الدوار على هذا النوع من التوربينات ، ليست هناك حاجة لمعدات إضافية. من المزايا المهمة التي تزيد من كفاءة العمل أن ريش التوربينات العمودية يمكن أن تكون ملتوية - في شكل حلزوني. هذا مهم جدًا ، لأنه في هذه الحالة ، ستؤثر طاقة الرياح عليها عند المدخل والمخرج ، مما يزيد بالطبع من كفاءة التثبيت.

من أهم مزايا التوربينات العمودية أنه عند تركيبها ، لا جدوى من ضبط المحور لتدفق الرياح. سيعمل هذا النوع من الأجهزة مع تيار من الرياح تهب من كلا الجانبين.

توربينات الرياح Bolotov

هذه الوحدة تتميز عن غيرها من الأجهزة. للتشغيل العادي للتوربين ، ليست هناك حاجة لتكييفه مع الظروف الجوية المختلفة. عنصر طاقة الرياح في هذا التصميم قادر على إدراك الريح من أي جانب ، دون أي جانبعمليات الإعداد. بالإضافة إلى ذلك ، لا يتطلب هذا النوع من المحطات أن يدور البرج عندما يتغير اتجاه الرياح. ميزة أخرى لتوربينات الرياح العمودية (VAWT - محطة طاقة الرياح مع عمود مولد عمودي) هي أنها تتمتع بتصميم خاص يسمح لك بالعمل مع تدفقات الرياح بأي طاقة. العملية حتى أثناء العواصف ممكنة. من الممكن اختيار عدد وحدات التثبيت. ستعتمد قوة خرج التوربين على عددهم. وهذا يعني أنه من خلال تغيير عدد الوحدات ، يمكنك تغيير قوة الوحدة ، وهو أمر مريح للغاية. ميزة أخرى هي أن عنصر قوة الرياح يتم تجميعه بطريقة تسمح بتحويل الطاقة الحركية بكفاءة عالية إلى طاقة ميكانيكية.

أبعاد توربينات الرياح بريوكوف وبلينوف

يحتوي هذا الجهاز على دوار من طابقين يبلغ قطره 0.75 مترًا ، ويبلغ ارتفاع هذا العنصر 2 مترًا. وتحت تأثير الرياح الجديدة ، كان هذا الدوار قادرًا على تدوير الدوار تمامًا لدوار غير متزامن قوة تصل إلى 1.2 كيلو واط. يمكن أن يتحمل التوربين قوة الرياح حتى 30 م / ث دون فشل.

يستحق الحديث عن سبب اعتبار توربينات الرياح إنجازًا لعالمين. الشيء هو أنه في الستينيات. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، حصل العالم بيريوكوف على براءة اختراع لمولد الرياح الدائري بنسبة KIEV بنسبة 46 ٪. ومع ذلك ، بعد ذلك بقليل ، تمكن المهندس Blinov من استخدام نفس التصميم ، ولكن بمؤشر 58٪ KIEV.

توربيناتالنوع الزائد

استندت توربينات الرياح من نوع hyperboloid على أفكار مهندس مثل Shukhov Vladimir Grigoryevich.

تشمل ميزات هذا النوع من التوربينات حقيقة أن لديها مساحة عمل أكبر لتدفق الرياح. إذا قارنا هذا المؤشر بفئات أخرى من الأجهزة ، فإن نوع hyperboloid يظهر نتائج أفضل بنسبة 7-8٪ ، إذا عدنا من منطقة المسح. هذا المؤشر صالح لتلك الأنواع التي يتم فيها اختفاء منطقة عمل تدفق الرياح. إذا قارنا هذا النوع ، على سبيل المثال ، مع توربينات Darrieus و Savonius ، فسيكون الفرق 40-45٪.

تشمل الخصائص الخاصة لهذه الفئة من الوحدات أيضًا حقيقة أنها قادرة على العمل مع تدفقات الهواء الصاعدة. إنه منتج للغاية إذا قمت بتثبيت المولد بالقرب من بحيرة أو مستنقع أو منحدر التل ، إلخ.

تشمل مزايا هذه التوربينات حقيقة أن خط التلامس للطبقة النشطة من الهواء ، التي تغسل الجزء الزائد ، سيكون أطول بمقدار 1.6 مرة من أسطوانة مماثلة تدور مثل مولد الرياح الدوار. وبطبيعة الحال ، فإن النتيجة أن الكفاءة ستكون أكبر بنفس المقدار.

عيوب

على الرغم من المزايا والميزات العديدة لهذه التوربينات ، إلا أن لها أيضًا بعض العيوب.

تشمل العوامل السلبية حقيقة أنه عندما تدور ريش المولد عكس تيارات الرياح ، فإن هذا النوع من المولدات سيتكبد خسائر كبيرة ، والتي بدورها ستؤدي إلى انخفاض كفاءة العمل بمقدار النصف تقريبًا.الانخفاض في هذا المؤشر ملحوظ للغاية إذا قارنا التوربينات الرأسية مع التوربينات الأفقية ، والتي لا توجد بها مثل هذه الخسائر.

عيب آخر هو أن توربينات الرياح العمودية يجب أن تكون طويلة جدًا. إذا قمت بوضعه بالقرب من الأرض ، حيث تكون سرعة الرياح أقل بكثير من سرعة الرياح على ارتفاعات عالية ، فقد تكون هناك مشاكل في بدء تشغيل الدوار ، الأمر الذي يحتاج إلى دفع لبدء العمل. في حد ذاته ، لا يبدأ على الإطلاق. يمكنك بالطبع تركيب أبراج خاصة لرفع الشفرات إلى أعلى ، لكن الجزء السفلي من الدوار سيظل منخفضًا للغاية.

تشمل العيوب الأخرى حقيقة أنه في الشتاء سوف تتشكل رقاقات ثلجية على ريش توربينات الرياح. وتجدر الإشارة أيضًا إلى الكم الهائل من الضوضاء التي تصدرها التوربينات أثناء التشغيل. حتى أن بعض التركيبات قادرة على إنتاج موجات فوق صوتية ضارة أثناء تشغيلها. يسبب الاهتزاز ، والذي يمكن أن يسبب خشخشة الزجاج والنوافذ والأطباق.

حقيقة ممتعة: تم استخدام توربينات الرياح من RimWorld كمصدر للطاقة.