Mažos vėjo turbinos: Išsami informacija

Mažos vėjo jėgainės namams atlieka svarbų vaidmenį atsinaujinančios energijos sektoriuje. Šios jėgainės skiriasi nuo pramoninių savo matmenimis ir paskirtimi. Pagrindinis skirtumas tarp autonominių ir į tinklą prijungtų vėjo jėgainių yra tas, kad įsirengiant autonomines jėgaines visiškai negalvojama apie atsiperkamumą - jos veikia kaip „gelbėjimosi ratas“ apniūkusiomis dienomis. Tuo tarpu turintys elektros įvadą dažniausiai vėjo jėgaines įrenginėja taupymo tikslais, siekdami sumažinti sąskaitas už sunaudotą elektros energiją.

Kas yra maža vėjo jėgainė?

Maža vėjo jėgainė - tai visos vėjo jėgainės, kurių rotoriaus diametras neviršija 10 metrų ir nominali galia yra nuo kelių šimtų vatų iki 20 kW.

Vėjo greičio nustatymo svarba

Jeigu ketinama įsirengti mažą vėjo jėgainę, labai svarbu nustatyti vidutinį metinį vėjo greitį pasirinktoje vietoje. Idealiausia yra įsirengti vėjo greičio matuoklį (anemometrą) ir stebėti jo parodymus. Svarbu, kad matuoklis būtų įrengtas tame pačiame aukštyje, kuriame ketinate įrengti vėjo jėgainę. Nors kokybiškas vėjo greičio matavimas ir duomenų surinkimas nėra pigus užsiėmimas, dauguma vadovaujasi meteorologų parengtais statistiniais vidutinio vėjo greičio duomenimis. Pakanka anemometro rodmenis rinkti vienerius metus ir sulyginti juos su tais pačiais metais atliktais meteorologų matavimais.

Vėjo energija yra proporcinga vėjo greičio kubui. Tai reiškia, kad dvigubai padidėjus vėjo greičiui, gaunama net 2 x 2 x 2 = 8 kartus daugiau energijos. Todėl net nežymus vidutinio vėjo greičio padidėjimas turi ženklią įtaką gaminamai energijai.

Norint gauti ekonominę naudą iš mažos vėjo jėgainės, įrengti ją reikėtų tikrai labai vėjuotoje vietovėje, įvertinus visas aplinkybes ir nebūtinai tikint vėjo jėgainių gamintojų ir pardavėjų „garsiomis“ deklaracijomis apie 50% efektyvumą. Net jei gyvenama vėjuotoje vietovėje, dažnai labiau apsimoka investuoti į saulės elektrinę.

Optimalios įrengimo vietos

Vėjo jėgainei būtinas laminarinio tipo vėjas, pakankamo stiprumo ir tolygus. Tokio vėjo nesutiksime 9-10 metrų aukštyje, toks vėjas yra retenybė net ir 20 metrų aukštyje. Tokie aukščiai yra problema, kadangi susidursime su leidimų klausimais, o galimai tokio bokšto kaina gerokai viršys pačios jėgainės kaštus.

Vėjo jėgainių gamintojai teigia, kad jų turbinos gali pagaminti deklaruojamus energijos kiekius, jeigu jas veikia tolygūs ir laminariniai oro srautai. Tačiau tokių, vėjo jėgainėms idealių sąlygų, 8-12 metrų aukštyje nėra. Pastatų stogai yra prastos vėjo jėgainių įrengimo vietos, nes virš stogų būna stiprios turbulencijos ir vidutinis vėjo greitis yra gerokai mažesnis už statistinį.

Pasirenkant vėjo jėgainę, reikia atkreipti dėmesį į pagrindinius du parametrus - sparnuotės diametrą ir vidutinį vėjo greitį jūsų vietovėje. Koeficientas 2.09 yra išvestas vietovėms, nutolusioms nuo jūros, todėl pajūrio gyventojams ši formulė nebus naudinga.

Vėjo turbinų veikimo principas ir konstrukcija

Vėjo turbinos yra esminiai atsinaujinančios energijos šaltiniai, paverčiantys kinetinę vėjo energiją mechanine galia, o galiausiai - elektra. Šių konstrukcijų projektavimas ir gamyba yra sudėtingi procesai, reikalaujantys tikslumo kiekviename gamybos ir surinkimo etape. Ne mažiau svarbi ir vėjo turbinų priežiūra, nes jos veikia atšiauriomis oro sąlygomis ir nuolat juda.

Vėjo energija yra vienas iš perspektyviausių atsinaujinančios energijos sektorių. Šiuolaikiniai dizainai leidžia ekonomiškai efektyviai naudoti oro srautą, naudojant jį elektros energijai gaminti. Vėjo generatoriaus veikimas pagrįstas vėjo kinetinės energijos pavertimu mechanine rotoriaus energija, kuri vėliau paverčiama elektra.

Veikimo principas yra gana paprastas: ašmenų, sumontuotų ant prietaiso ašies, sukimasis sukelia rotoriaus generatoriaus sukamaisiais judesiais, dėl kurių susidaro elektra. Vėjo turbina vėjo energiją paverčia mechaniniu darbu, skirtu rotoriaus sukimui, o galutinė įranga generuoja kintamosios srovės elektros energiją.

Vėjo turbinos paprastai turi vėjo turbinas, generatorius (įskaitant įrangą), moduliatorių (uodegą), bokštą, saugumo agentūrų greičio ribą ir energijos kaupimo įrenginį, pvz., akumuliatorius. Vėjo turbinų veikimo principas yra paprastesnis: rotorius sukasi veikiant vėjui, tai vėjo kinetinė energija virsta vėjo rato veleno mechanine energija, o generatorius pagal vėjo rato sukimosi pavarą gamina elektrą.

Vėjo turbinų konstrukcija ir tipai

Vėjo turbinos konstrukcija apima kelis pagrindinius komponentus, kurie kartu užtikrina efektyvų energijos gavimą.

Horizontalios vėjo turbinos

Klasikiniai horizontalūs vėjo generatoriai paprastai turi 3-5 mentes, sumontuotas ant horizontalios ašies. Sukdami dideliu greičiu, tokie elementai leidžia gauti maksimalų energijos kiekį (KIEV iki 0,4). Pagamintos elektros energijos kiekis labai priklauso nuo prietaiso aukščio (kuo jis didesnis, tuo didesnis rezultatas).

Horizontalus vėjo generatorius naudoja kėlimo jėgą, kuri atsiranda padidėjus slėgiui toje vietoje, kur tiesioginis oro srautas praeina per mentes, atsispindinčias nuo šių elementų. Tokie įtaisai montuojami vėjo jėgainėse, kur energija gaminama pramoniniam ir komerciniam naudojimui, tačiau jie taip pat tinka naudoti buityje.

Vertikalios vėjo turbinos

Vertikalios vėjo turbinos, nors ir pasižymi žemesniu naudingumo koeficientu (0,1-0,2), yra naudingos dėl savo gebėjimo veikti turbulentiškais oro srautais ir nereikia orientuoti pagal vėjo kryptį. Jos lengvai montuojamos ir valdomos, taip pat gali būti statomos arti žemės. Jų aktyvus elementas yra besisukantis vėjo ratas, o dizaino ypatybės skiriasi pagal tipą („Barrel“, „Savonius“). Pavyzdžiui, tulpių tipo VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) turi cilindrinę formą su išlenktais ašmenimis, primenančiais tulpių žiedlapius, kurie yra pritvirtinti prie vertikalios ašies. Ašmenys yra skirti vėjo energijai fiksuoti visomis kryptimis ir efektyviai generuoti galią net esant mažam vėjo greičiui.

• Efektyvumas: gali užfiksuoti iki 80% vėjo energijos, kuri yra panaši į geriausiai veikiančias tradicines vėjo turbinas.
• Mažas triukšmas: unikalus dizainas užtikrina ramią veikimą, žymiai sumažinant triukšmo taršą.
• Kompaktiškas ir lengvas: tai daro jį tinkamą gyvenamųjų namų įrenginiams, įskaitant stogus.
• Maža techninė priežiūra: dizainui reikalinga minimali priežiūra, kuri ilgainiui yra ekonomiškai efektyvi.

Vėjo generatorių klasifikacija pagal paskirtį

• Pramoninės vėjo jėgainės: montuojamos didžiųjų energetikos įmonių arba valstybės, tiekiant elektrą pramonės objektams. Turbinos, kurių galia yra dešimtys megavatų, paprastai statomos vėjo vietose (atvirose kalvose, pakrantėse).
• Komerciniai vėjo generatoriai: naudojami elektros energijai gaminti, norint parduoti, arba tiekti elektros energiją regionams, kuriuose yra mažos galios tinklai. Tokie vėjo jėgainių parkai sudaro elektrinių generatorių grupę.
• Buitiniai vėjo įrenginiai: mažo galingumo įrenginiai, naudojami asmeniniam naudojimui. Vėjo malūnai su stiebais, kurių aukštis mažesnis kaip 25 metrai, gali būti įrengti be valdžios sutikimo.

Vėjo turbinų komponentai ir jų funkcijos

Vėjo turbiną sudaro daugybė komponentų, kurie užtikrina jos veikimą:

• Mašinų skyrius: jame yra pagrindinė vėjo generatoriaus įranga, įskaitant pavarų dėžę ir generatorių. Techninės priežiūros darbuotojai per vėjo turbinos bokštą gali patekti į saloną.
• Rotoriaus mentė: gaudo vėją ir perduoda vėją į rotoriaus ašį.
• Mažo greičio velenas: jungia rotorių ir pavarų dėžės vėjo turbinos veleno ašį. Šiuolaikinėje 600 kW vėjo turbinoje rotoriaus greitis yra gana lėtas, apie 19-30 apsisukimų per minutę.
• Didelio greičio velenas ir mechaninis stabdys: didelio greičio velenas sukasi 1500 apsisukimų per minutę ir varo generatorių.
• Generatorius: dažnai vadinamas asinchroniniu varikliu arba indukciniu generatoriumi, gamina kintamąją srovę (AC), kurios galia priklauso nuo vėjo srauto greičio.
• Posūkio įtaisas (yaw drive): su varikliu besisukančios mašinos pagalba pasuka rotorių ant vėjo. Posūkio pavara, veikianti pagal elektroninį valdiklį, gali būti indikatorius, leidžiantis pajusti vėją.
• Elektroninis valdiklis: yra kompiuteris, nuolat stebintis vėjo turbinų būklę ir posūkio valdymo įtaisą.
• Aušinimo elementas: ventiliatorius aušinimo generatoriui. Be to, jame yra alyvos aušinimo elementas, naudojamas alyvos pavarų dėžės aušinimui.
• Bokštas: vėjo turbinos bokštas, ant kurio montuojama kabina ir rotorius. Paprastai aukštas bokštas turi pranašumą, nes kuo aukščiau nuo žemės, tuo didesnis vėjo greitis. Modernus 600 MW vėjo jėgainių bokštas gali būti nuo 40 iki 60 metrų aukščio. Jis gali būti vamzdinis arba bokšto tinklelis. Vamzdinis bokštas techninės priežiūros personalui yra saugesnis, nes per vidines kopėčias jie gali pasiekti bokšto viršų.
• Laivagalio vairas: randamas mažose vėjo turbinose ant horizontalios ašies vėjo (dažniausiai 10 kW ir mažesnės). Įsikūręs rotoriaus gale, yra prijungtas prie sukimosi kieto korpuso. Pagrindinis vaidmuo - reguliuoti ventiliatorių, ventiliatorius yra nuo vėjo.
• Akumuliatoriai: kaupia energiją, leidžiant ją naudoti esant mažam vėjo srautui arba jo visiškai nėra. Taip pat stabilizuoja generatoriaus gaunamą energiją.
• Valdiklis: keitiklis, paverčiantis generatoriaus gaunamą kintamą įtampą į nuolatinę srovę akumuliatoriui įkrauti.
• ABP (automatinis perjungimo įtaisas): jungia vėjo generatorių su kitais energijos šaltiniais.
• Vėjo krypties jutiklis: padeda mentėms rasti vėjo srautą.
• Keitiklis: konvertuoja nuolatinę akumuliatorių srovę į kintamą įtampą, naudojamą elektros ryšiuose. Yra įvairių tipų keitiklių, įskaitant tuos, kurie naudoja modifikuotą arba gryną sinuso bangą, taip pat tinklo keitiklius, veikiančius be baterijų.

Vėjo turbinų gedimai ir priežiūra

Dažniausi vėjo turbinų gedimai yra elektros ir mechaniniai. Jautrios elektroninės sistemos ir svarbūs komponentai yra labai jautrūs tokiems gedimams, neigiamai paveikiantiems našumą, veikimo laiką ir patikimumą.

Dažni gedimai

• Pavarų dėžės gedimai: pavarų dėžės pavaros gali būti susidėvėjusios, taip pat gali sugesti alyvos siurblio variklis.
• Elektros gedimai: brangūs ir dažniausiai pasitaikantys gedimai.
• Mechaniniai gedimai: nors ir retesni, metaliniai komponentai reaguoja į drėgmę, laikui bėgant silpnina ir blogina dalis, tokias kaip pavarų dėžė, guoliai ir dreifuojanti pavara.

Temperatūros ir drėgmės sąlygos vėjo turbinų viduje priklauso nuo sezoninių svyravimų. Nė viena vėjo jėgainė nėra sandari, todėl oro filtravimas visada reikalingas iš lauko į vėjo turbiną, pernešant drėgmę ir, priklausomai nuo vietos, druską. Santykinei oro drėgmei viršijus 60 procentų, ant šaltų paviršių bokšto ir projektoriaus viduje susidaro kondensatas.

Techninė priežiūra

Vėjo turbinų techninė priežiūra yra visapusiškas procesas, užtikrinantis jos patikimumą ir efektyvumą per visą eksploatavimo laikotarpį. Reguliarūs patikrinimai yra būtini, kad būtų galima pastebėti pagrindinių turbinos komponentų, tokių kaip mentės, pavarų dėžė, generatorius ir rotorius, nusidėvėjimą. Svarbi vėjo turbinų techninės priežiūros dalis yra varžtų išmontavimas ir surinkimas, dažnai atliekamas dideliame aukštyje atliekant lauko darbus. Šie varžtai turi būti priveržti pagal tikslias specifikacijas, užtikrinant turbinos struktūrinį vientisumą.

Vėjo energetikos plėtra ir pranašumai

Vėjo energijos gamyba per pastaruosius du dešimtmečius labai išaugo. Dėl vėjo energijos technologijų pažangos vėjo energijos gamybos sąnaudos buvo labai sumažintos. Šiuolaikiniai dizainai leidžia ekonomiškai efektyviai naudoti oro srautą, naudojant jį elektros energijai gaminti.

Vėjo prietaisų pranašumai

• Draugiškumas aplinkai: naudoja atsinaujinantį energijos šaltinį, nekenkiant aplinkai.
• Universalumas: galima statyti beveik visur, ypač vertinama atokiose vietose.
• Naudojimo efektyvumas: perdirba net ir lengvo vėjo energiją.
• Verta alternatyva tradiciniams šaltiniams: gali visiškai tiekti elektrą gyvenamajam namui ar net mažam gamybos įrenginiui.
• Pelningumas: gali žymiai sumažinti energijos sąnaudas, pigiau nei prisijungimas prie esamų elektros sistemų.

Vėjo energetika Lietuvoje ir pasaulyje

Lietuvoje veikiantys vėjo jėgainių parkai pagamino reikšmingą kiekį elektros energijos, o bendra instaliuota galia siekia 480 MW. Pavyzdžiui, dukterinė UAB „Renerga“ bendrovė Anykščių rajone 2016-2017 metais pastatė Kunigiškių vėjo elektrinių parką, kurio galingumas - 7,5 MW. Jėgainių parką sudaro trys GE 2.5 MW tipo vėjo turbinos, per metus pagaminančios apie 27 mln. kWh tvarios elektros energijos. Jos šiuo metu yra vienos aukščiausių Lietuvoje, kiekvienos turbinos aukštis siekia 120 metrų. Tačiau stebina ne tik vėjo jėgainių parko technologinis pranašumas - šiuo metu įmonė taip pat stato naują, 16,5 MW galios, vėjo elektrinių parką. Jį sudarys trys GE 5.5 MW tipo vėjo turbinos, per metus pagaminsiančios apie 52 mln. kWh tvarios elektros energijos. Todėl šis parkas gerokai pranoks savo pirmtaką ne tik galingumu, bet ir dydžiu. Kiekvienos turbinos aukštis sieks 141 metrą, o sparnų skriejamas diametras - 158 metrus.

Daugiausia naujų vėjo jėgainių 2019 m. iškilo Europoje, tačiau norint įgyvendinti Europos Žaliajame susitarime iškeltus tikslus, vėjo energetikos plėtra turėtų būti dar spartesnė. Pirmosios pasaulyje automatinės vėjo turbinos buvo išrastos 1888 m. Iki XX a. 4-ojo dešimtmečio vidurio daugelis Amerikos kaimiškų vietovių priklausė nuo vėjo energijos, tačiau išsiplėtus elektros linijoms, vėjo jėgainės išnyko. Didelės vėjo jėgainės tampa vis svarbesniu atsinaujinančios energijos šaltiniu, daugelis šalių jas naudoja, siekdamos sumažinti energetinę priklausomybę nuo iškastinio kuro.

tags: #mazas #vejo #turbina