Günümüzde hem yatay hem de dikey dönme eksenine sahip birçok rüzgar türbini sistemi bulunmaktadır. Kullanıldıkları amaçlara bağlı olarak yalnızca görünüm ve tasarım açısından değil aynı zamanda teknik yetenekler açısından da birbirlerinden farklılık gösterirler. Rüzgar enerjisi alıcısının tasarımına ve hava akışındaki konumuna bağlı olarak çeşitli rüzgar motoru sistemleri ayırt edilir.
Atlıkarınca ve tambur tipi rüzgar türbinlerinden daha önce bahsetmiştik. Döner rüzgar motoru olarak adlandırılan motor da bilinmektedir (Şekil 23). Kanatları, atlıkarınca rüzgar türbini gibi yatay bir düzlemde döner ve dikey bir şaftı çalıştırır.
Pirinç. 23. Döner rüzgar türbini
En eski türü sıradan yel değirmenleri olan kanatlı rüzgar türbinleri artık yaygındır. Herhangi bir kanatlı rüzgar türbininin ana kısmı rüzgar çarkıdır. Birkaç kanattan oluşur ve rüzgarın etkisi altında döner. Rüzgar türbininin başına monte edilen bir çift konik dişlinin yardımıyla (Şekil 24), tekerleğin dönüşü dikey şaftın daha hızlı hareketine veya tahrik çubuğunun ileri geri hareketine dönüştürülür.
Pirinç. 24. Kanatlı rüzgar türbininin şeması
Baş ve rüzgar çarkını rüzgara çevirmek için yel değirmenlerinin bir taşıyıcısı vardır ve modern küçük rüzgar türbinlerinin ucunda dikey kuyruk bulunan bir kuyruk bulunur. Büyük kanatlı rüzgar türbinleri, rüzgar çarkını rüzgarla otomatik olarak hizalamak için daha karmaşık mekanizmalara sahiptir. Rüzgar çarkının dönüş hızının maksimumu aşmamasını sağlamak için hızın otomatik kontrolü için özel bir cihaz bulunmaktadır.
Genellikle dünyanın yüzeyinde çeşitli engellerden dolayı hava akışı düzensizdir ve zayıflar, bu nedenle rüzgar çarkı engellerin üzerine yüksek bir direk veya kule üzerine monte edilir.
Rüzgar çarklarının tasarımına dayanarak, modern kanatlı rüzgar türbinleri yüksek hızlı ve düşük hızlı olarak ikiye ayrılır.
Düşük hızlı bir rüzgar türbininde rüzgar çarkı çok sayıda kanattan oluşur (Şekil 25). Kolayca hareket eder. Bu sayede, düşük hızlı bir rüzgar türbini, pistonlu pompa ve çalıştırma sırasında büyük bir başlangıç kuvveti gerektiren diğer makinelerle çalışmak için uygundur.
Pirinç. 25. 2,5 beygir gücüne kadar güce sahip modern çok kanatlı rüzgar türbini TB-5
Düşük hızlı rüzgar türbinleri çoğunlukla ortalama rüzgar hızının saniyede 4,5 metreyi aşmadığı bölgelerde kullanılır. Çok plakalı rüzgar türbinlerinin tüm mekanizmaları, kural olarak, yüksek hızlı olanlardan biraz daha basittir. Ancak düşük hızlı rüzgar türbinlerinin rüzgar çarkları oldukça hantal yapılardır. Bu tür tekerleklerin büyük boyutu nedeniyle, özellikle yüksek rüzgar hızlarında gerekli stabiliteyi oluşturmak zordur. Bu nedenle günümüzde çok kanatlı rüzgar türbinleri, rüzgar çarkı çapı 8 metreyi geçmeyecek şekilde inşa edilmektedir. Böyle bir rüzgar türbininin gücü 6 beygir gücüne ulaşır. Bu güç, 200 metre derinliğe kadar kuyulardan yüzeye su sağlamaya fazlasıyla yetiyor.
Yüksek hızlı rüzgar türbinlerinin, rüzgar çarkında aerodinamik profilli dörtten fazla kanadı yoktur (örneğin, Şekil 27'ye bakın).
Pirinç. 27. 30 kilowatt'a kadar güce sahip rüzgar türbini 1-D-18
Bu onların çok kuvvetli rüzgarlara iyi dayanmalarını sağlar. Güçlü ve şiddetli rüzgarlarda bile iyi tasarlanmış kontrol mekanizmaları, yüksek hızlı rüzgar türbinlerinin rüzgar çarklarının eşit şekilde dönmesini sağlar.
Yüksek hızlı rüzgar türbinlerinin bu olumlu özellikleri, onların her şiddetteki değişken rüzgarlarda çalışmasına olanak tanır.
Bu nedenle, çok büyük rüzgar çarkı çaplarına sahip, elli veya daha fazla metreye ulaşan ve birkaç yüz beygir gücünde bir güç geliştiren yüksek hızlı rüzgar türbinleri inşa edilebilir.
Rüzgar çarklarının yüksek ve istikrarlı homojenliği nedeniyle, yüksek hızlı rüzgar motorları çok çeşitli makineleri ve elektrik jeneratörlerini tahrik etmek için kullanılır. Modern yüksek hızlı rüzgar türbinleri evrensel makinelerdir.
Normal hız kavramını tanıtarak farklı sistemlerdeki rüzgar motorlarını karşılaştırmak uygundur. Bu hız, saniyede 8 metre rüzgar hızında dönen kanadın dış ucundaki çevresel hızın hava akış hızına oranıyla belirlenir.
Atlıkarınca, döner ve tamburlu rüzgar motorlarının kanatları çalışma sırasında hava akışı boyunca hareket eder ve herhangi bir noktanın hızı hiçbir zaman rüzgar hızından büyük olamaz. Dolayısıyla bu tip rüzgar türbinlerinin normal hızı her zaman birden az olacaktır (çünkü pay paydadan küçük olacaktır).
Kanatlı rüzgar türbinlerinin rüzgar çarkları rüzgarın yönüne göre dönmekte ve dolayısıyla kanatların uç kısımlarının hareket hızı yüksek değerlere ulaşmaktadır. Hava akış hızından birkaç kat daha yüksek olabilir. Kanat sayısı ne kadar azsa ve profilleri ne kadar iyi olursa rüzgar çarkının karşılaştığı direnç de o kadar az olur. Bu, daha hızlı döndüğü anlamına gelir. Modern kanatlı rüzgar türbinlerinin en iyi örnekleri dokuz birime kadar normal hıza sahiptir. Fabrikada üretilen rüzgar türbinlerinin çoğu 5-7 birim hıza sahiptir. Karşılaştırma için, en iyi köylü değirmenlerinin bile yalnızca 2-3 birim hıza sahip olduğunu (ve bu anlamda atlıkarınca, döner ve tamburlu rüzgar motorlarından daha gelişmiş olduklarını) not ediyoruz.
Rüzgar çarkındaki kanat sayısı arttıkça düşük rüzgar hızlarında uzaklaşma yeteneği artar. Bu nedenle, kanatların toplam alanının rüzgar çarkının süpürülen yüzeyinin yüzde 60-70'i (bkz. Şekil 20) olduğu çok kanatlı kanatlı rüzgar motorları, 3-3,5 metre rüzgar hızlarında devreye girer. her saniye.
Pirinç. 20. Portal değirmeni
Az sayıda kanat içeren yüksek hızlı rüzgar türbinleri saniyede 4,5 ila 6 metre rüzgar hızlarında başlar. Bu nedenle yüksüz olarak veya özel cihazlar yardımıyla devreye alınmaları gerekmektedir.
Atlıkarınca, döner ve tambur rüzgar türbinlerinin iyi devreye alınması ve tasarımının basitliği, onları ideal rüzgar türbinleri olarak gören birçok mucit ve tasarımcıyı cezbetmektedir. Ancak gerçekte bu makinelerin bir takım önemli dezavantajları vardır. Bu dezavantajlar, pistonlu pompalar ve frezeler gibi yaygın ve basit makinelerde bile kullanılmalarını zorlaştırmaktadır.
Rotor tipi rüzgar enerjisi alıcılarına sahip rüzgar türbinleri, hava akış enerjisini çok zayıf kullanır; rüzgar enerjisi kullanım katsayısı, kanatlı rüzgar türbinlerine göre 2-2,5 kat daha azdır. Dolayısıyla kanatların süpürdüğü eşit yüzeyler sayesinde kanatlı rüzgar türbinleri, atlıkarınca, döner ve tamburlu rüzgar santrallerine göre 2-2,5 kat daha fazla güç üretebilmektedir.
Rotor tipi rüzgar türbinleri şu anda yalnızca 0,5 beygir gücüne kadar güce sahip küçük el sanatları tesisleri şeklinde kullanılmaktadır. Örneğin hayvancılık binalarında, demirhanelerde ve diğer tarımsal üretim alanlarında çeşitli havalandırma cihazlarını çalıştırmak için kullanılırlar.
Rüzgar türbininin gücünü ne belirler?
Hava akışının enerjisinin sabit olmadığını, dolayısıyla her rüzgar türbininin gücünün değişken olduğunu biliyoruz. Herhangi bir rüzgar türbininin gücü rüzgar hızına bağlıdır. Rüzgar hızı iki katına çıktığında rüzgar türbininin kanatlarındaki gücün 8 kat arttığı, hava akış hızı 3 kat arttığında ise rüzgar türbininin gücünün 27 kat arttığı tespit edilmiştir.
Rüzgar türbininin gücü aynı zamanda rüzgar enerjisi alıcısının boyutuna da bağlıdır. Bu durumda rüzgar çarkı veya rotorun kanatlarının süpürdüğü alanla orantılıdır. Örneğin kanatlı rüzgar türbinleri için kanatların süpürdüğü yüzey, bir tam devirde kanadın ucunu tanımlayan dairenin alanı olacaktır. Tambur, atlıkarınca ve döner rüzgar türbinleri için, kanatların süpürdüğü yüzey, kanadın uzunluğuna eşit bir yüksekliğe ve karşıt kanatların dış kenarları arasındaki mesafeye eşit bir genişliğe sahip bir dikdörtgenin alanını temsil eder.
Bununla birlikte, herhangi bir rüzgar çarkı veya rotor, kanatların süpürdüğü yüzeyden geçen hava akışı enerjisinin yalnızca bir kısmını faydalı mekanik işe dönüştürür. Enerjinin bu kısmı rüzgar enerjisi kullanım faktörü tarafından belirlenir. Rüzgar enerjisi kullanım faktörünün değeri her zaman birden küçüktür. En iyi modern yüksek hızlı rüzgar türbinleri için bu katsayı 0,42'ye ulaşır. Seri fabrika yüksek hızlı ve düşük hızlı rüzgar türbinleri için rüzgar enerjisi kullanım faktörü genellikle 0,30-0,35'tir; bu, rüzgar türbinlerinin rüzgar çarklarından geçen hava akışı enerjisinin yaklaşık yalnızca üçte birinin faydalı işe dönüştürüldüğü anlamına gelir. Enerjinin kalan üçte ikisi kullanılmadan kalır.
Sovyet bilim adamı G. X. Sabinin, hesaplamalara dayanarak ideal bir rüzgar türbininin bile rüzgar enerjisi kullanım katsayısının yalnızca 0,687 olduğunu tespit etti.
Bu katsayı neden bire eşit, hatta bire yakın olamıyor?
Bu, rüzgar enerjisinin bir kısmının kanatlarda girdap oluşumuna harcanması ve rüzgar çarkının arkasındaki rüzgar hızının düşmesiyle açıklanmaktadır.
Dolayısıyla bir rüzgar türbininin gerçek gücü rüzgar enerjisi kullanım faktörüne bağlıdır. Rüzgar türbininin gücü değeriyle orantılıdır. Bu, rüzgar enerjisinin kullanım oranı arttıkça rüzgar türbininin gücünün de arttığı veya bunun tersi anlamına gelir.
Basit kanatlı tambur, döner ve döner rüzgar türbinleri çok düşük rüzgar enerjisi kullanım oranlarına sahiptir. Değerleri 0,06 ila 0,18 arasında değişmektedir. Kanatlı motorlar için bu katsayı 0,30 ila 0,42 arasında değişir.
Ayrıca herhangi bir rüzgar türbininin faydalı gücü, iletim mekanizmasının verimliliği ve hava yoğunluğu ile de orantılıdır. Tipik olarak modern rüzgar türbini mekanizmalarının verimliliği 0,8 ila 0,9 arasındadır.
Bir rüzgar türbininin gücü hakkında söylenenlerden, belirli bir rüzgar için, o rüzgar türbininin daha yüksek bir güce sahip olacağı, en büyük miktarda hava akışının kanatların ve kanatların süpürdüğü yüzeyden akacağı sonucu çıkar. Rüzgar çarkının iyi düzenlenmiş bir profili vardır.
Birçok insan rüzgar enerjisiyle ilgileniyor. Bu ilginin nedenleri farklı: Bazıları için bu, evlerine elektrik sağlamanın birkaç fırsatından biri; birisi yel değirmenini yedek güç kaynağı olarak görüyor; diğerleri merkezi elektrik şebekelerinden tam bağımsızlık kazanmak istiyor. Bugün böyle bir fırsat var - sahaya çok karmaşık olmayan bir yardımcı ekipman değil, bir rüzgar jeneratörü kurmak gerekiyor. Ancak yine de önceden bilmeniz gereken bazı nüanslar var.
Rüzgarın kinetik enerjisi elektrik, mekanik veya termal enerjiye dönüştürülebilir. Böylelikle rüzgarın yardımıyla sadece bir eve elektrik sağlamak değil, aynı zamanda rüzgar akışının kinetik enerjisinin elektrik enerjisine ara dönüşümü olmadan örneğin bir kuyudan su kaldırmak da mümkündür.
Öyle ya da böyle, bir enerji dönüştürücü ve batarya ile donatılmış bir rüzgar türbini içeren bir rüzgar enerji santraline ihtiyacınız olacak. Enerji dönüştürücü elektrik jeneratörleri, hidrolik pompalar, kompresörler olabilir. Örneğin bir rüzgar santrali sadece sulama amaçlı kullanılacaksa, önce elektriği alıp daha sonra elektrik pompalarına enerji vermek için kullanmanın bir anlamı yok. Enerji dönüşümündeki ekstra bir bağlantı, rüzgar enerjisi santralinin verimliliğini azaltır. Ekonomik uygulamada, esas olarak yalnızca iki tip dönüştürücü kullanılır - elektrikli ve mekanik (su pompalamak için). İlk durumda tüketicilerin kullandığı elektrik enerjisinin birikmesinden bahsediyoruz; ikinci olarak damla sulama sistemlerinde, yağmurlama sistemlerinde ve evsel su temin sistemlerinde gerekli basıncı sağlayan rüzgar pompaları hakkında.
Rüzgar türbini türleri
Herhangi bir rüzgar türbini, rüzgar akışına sahip olan ve rüzgar akışının kinetik enerjisinin bir kısmını emen kanatlara sahiptir. Bu kanatların şekli ve rüzgar çarkının tasarımı farklı olabilir. Rüzgar türbinlerinin üç ana türü vardır: kanatlı (pervaneye benzer), rotor (atlıkarınca) ve tambur. En yaygın olanı, dönme ekseni yatay olarak yerleştirilmiş bir rüzgar çarkının kanatlı çalışma parçalarıdır. Bunların payı toplam rüzgar türbini sayısının en az %90'ını oluşturmaktadır.
Avrupa'da ve özellikle Hollanda'da çok sayıda bulunabilenler bu "yel değirmenleridir". Bu ülkede geçen yüzyılın ortalarında başlayan rüzgar enerjisi projeleri şimdiden kendini kat kat amorti etti. Bir rüzgar enerjisi santralinin kurulum ve bakım maliyetlerini karşılamaya yetecek kadar elektrik üretemeyeceği yönündeki yaygın inanışın aksine, Hollanda'da köylerin tamamı yalnızca rüzgar türbinlerinden güç alıyor. Güçlü bir rüzgar enerjisi santrali birkaç yüz(!) kulübeye tam elektrik sağlayabilir. Böyle bir kurulumun rüzgar türbini, 15-20 metre derinliğe gömülü devasa bir betonarme levhaya dayanan çok güçlü ve sağlam bir yapı üzerine kuruludur. Bir ağaç kökü gibi, içinde rüzgar türbinine bakım yapılmasını sağlayan bir merdivenin bulunduğu yüksek bir kuleyi taşıyor. Herhangi bir streç işareti kullanılmaz.
Kanatlı rüzgar türbinleri bir rüzgar çarkı, bir kafa, bir yönlendirme mekanizması (kuyruk) ve bir kuleden (veya boyutuna bağlı olarak direkten) oluşur.
Bir rüzgar çarkı bir ila sekiz veya daha fazla kanatla donatılabilir. Rüzgar türbinleri sayılarına bağlı olarak yüksek hızlı (4 kanata kadar), orta hızlı (4...8 kanat) ve düşük hızlı (8 kanattan) olmak üzere üçe ayrılır.
Kafa, kulenin dikey ekseni etrafında dönebilecek şekilde tasarlanmıştır. Şekli, rüzgar türbininin gücüne ve amacına, dolayısıyla iletim mekanizması sistemini, tasarımını ve aşama sayısını belirleyen faktörlere bağlıdır.
Kuyruk rüzgar gülü gibi çalışır ve başını rüzgara doğru çevirir. Yüzey alanı rüzgar çarkı kanatlarının aerodinamik parametrelerine bağlıdır.
Kule, rüzgar türbinini rüzgarın basınç akışını azaltan tüm engellerin üzerine kaldırır ve aynı zamanda kanatların dönüş güvenliğini de sağlar. Rüzgar hızı 35-45 m/s'yi aştığında fren sistemi devreye girerek rüzgar türbinini tamamen durdurur.
Pervane rüzgar çarkının kanat sayısı, rüzgar santralinin kurulu olduğu bölgedeki ortalama rüzgar hızına bağlıdır. Açık alanlarda, deniz ve okyanus kıyılarında, başlangıç için minimum 5-8 m/s rüzgar hızı gerektiren küçük kanatlı kanatlı rüzgar motorları kullanılmaktadır. Bunlar tasarımdaki en basit rüzgar türbinleridir, yüksek verime sahiptirler ancak çok fazla gürültü yaratırlar.
Rüzgar hızının nadiren 5 m/s'yi aştığı bölgelerde genellikle çok kanatlı rüzgar türbinlerinin kurulması tavsiye edilir. Neredeyse sessiz çalışırlar ancak aynı zamanda küçük kanatlı olanlardan daha düşük verimliliğe sahiptirler; Ayrıca çok kanatlı rüzgar türbinlerinin üretimi daha fazla malzeme gerektirir çünkü Çalışma sırasında bu tip bir rüzgar türbini artan jiroskopik yüklere maruz kalır.
Döner rüzgar türbinleri(aka atlıkarınca) da basit bir tasarıma sahiptir, ancak çok daha düşük verime sahiptir - maksimum% 18. Kullanımlarındaki sorun aynı zamanda oldukça nadir bulunan çok kutuplu elektrik jeneratörlerini kullanmalarıdır. Döner rüzgar türbinleri dikey bir dönme eksenine ve yelken gibi çalışan kanatlara sahiptir. Bu tip rüzgar türbinlerinin avantajlarından biri yönlendirme mekanizmasının bulunmamasıdır. Dikey dönme ekseni, rotor rüzgar çarkının düşük kule yüksekliğinde güvenli bir şekilde kullanılmasına olanak tanır. Bu tür rüzgar türbinleri düşük rüzgar hızlarında çalışır ve ses çıkarmaz. Döner rüzgar türbinlerinin ana dezavantajı, kanatların yalnızca bir kısmı sürekli olarak çalışmaya dahil olduğundan, düşük rüzgar kullanım faktörüdür; geri kalanı ya rüzgar direncinin üstesinden gelir ya da bir şemsiye (mahfaza) ile ondan izole edilir.
Geçtiğimiz on yılda rüzgar enerjisi santralleri (RES) pazarı, özellikle evlerde ve çiftliklerde kullanılabilecek kompakt modellerle önemli ölçüde genişledi. 2,5...3 m/s'lik düşük bir başlangıç rüzgar hızı ve 6...17 m yükseklikte bir rüzgar türbininin kurulumu için tasarlanmıştır.Nominal elektrik miktarı halihazırda 6...8 m'de üretilir. /s (rüzgar türbini dönüş hızı 250...300 rpm).
Rüzgar jeneratörleri iş başında
Rüzgar hızı sabit olmadığından dönüştürücüden sabit parametrelerle “temiz” elektrik elde etmek mümkün değildir. Jeneratör, kural olarak 0...56 V voltaj üretir. Üretilen “kirli” enerji, sistemin kesintisiz çalışmasını sağlayan rüzgar türbini ile donatılmış piller tarafından biriktirilir. Kuvvetli rüzgarların olduğu dönemlerde, tesis maksimum güçte çalışır ve enerjiyi sakin veya düşük rüzgar koşullarında serbest bırakmak üzere ileride kullanmak üzere depolar. Rüzgarların özellikle zayıf olduğu yaz aylarında aküleri şarj etmek için güneş panelleri genellikle rüzgar türbiniyle birlikte kullanılır.
Pillerin doğru akımını 220V/50 Hz parametreli alternatif akıma dönüştürmek için rüzgar türbinleri invertörlerle donatılmıştır.
Pik yüklerin üstesinden gelmek için rüzgar türbinleri, dizel ve benzinli jeneratörler gibi yardımcı elektrik kaynaklarının yanı sıra (yardımcı olarak) merkezi güç şebekesiyle birleştirilir.
Bireysel düşük güçlü rüzgar enerjisi santralleri giderek daha ucuz ve daha verimli hale geliyor. Aynı zamanda, bunların özel evlerde ve çiftliklerde kullanılma olasılıkları da artıyor. Örneğin, uzak bölgelerdeki evler için, diğer tüm kaynakların yokluğunda ana elektrik ekipmanının çalışmasını garanti eden, 20-50 kW kapasiteli otonom bir rüzgar santraline sahip olmak önemlidir.
Rüzgar pompaları
İnsanlar rüzgârın yardımıyla derinlerden su çıkarmayı uzun zaman önce öğrenmişlerdi ancak özellikle elektrik kaynaklarının bulunmadığı yerlerde bu yöntem günümüzde de unutulmuş değil. Buluşun fikri basittir; bir su pompasını çalıştırmak için rüzgar enerjisini kullanmak.
Rüzgar pompaları en çok ABD'de yaygındır. Bir zamanlar ülke ekonomisinin kaderini belirlediler ve bugün aynı zamanda bir Amerikan çiftliğinin geleneksel ortamında bir tür dini bina haline geldiler.
Sovyet sonrası alanda rüzgar pompaları nadirdir, ancak 80'lerin ortasındaki bahçecilik patlaması sırasında popülerlikleri arttı. Koşullar bunu zorladı. Günümüzde, elektriğin bitkisel ürünlerin maliyetindeki payı yıldan yıla arttığından, çoktan unutulmuş "Papatyalar" ve "Kova" ya dönmenin önkoşulları da ortaya çıkıyor.
Rüzgar-mekanik ünitesi “Romashka” NPO Vetroen tarafından geliştirildi. Çizimleri ilk olarak 1988'de "Modelist-Konstruktor" dergisinde yayınlandı ve bu dergide, kendi başınıza bir rüzgar pompası yapmanın yönergelerini özetledi.
Her iki ünite de en basitleştirilmiş tasarıma sahiptir. 8 m derinliğe kadar su emebilecek ve 3 m/s rüzgar hızında dahi çalışabilecek şekilde tasarlanmıştır. "Romashka" rüzgar çarkının 12 kanadı vardır ve rüzgar türbini desteğinin içinden geçen dikey bir çubukla pompa diyaframını bir kam kolu mekanizması aracılığıyla çalıştırır.
Romashka rüzgar pompası, 5 m/s rüzgar hızıyla 8 metre derinlikteki suyu saatte 300 litreye kadar çıkarıyor ve bunu 10 metre yüksekliğe kadar ulaştırabiliyor. Damla sulama sistemiyle eşleştirilen bu ünite, bir rezervuar veya 8 metre derinliğe kadar kuyu varsa uzak bölgelerde bahçe bitkileri yetiştirmek için gerçek bir fırsat sağlar.
Rüzgar enerjisini dönme enerjisine dönüştüren bir cihaz. Bir rüzgar türbininin ana çalışma kısmı, dönen bir ünitedir - rüzgar tarafından tahrik edilen ve bir şafta sağlam bir şekilde bağlanan bir tekerlek, dönüşü yararlı işler yapan ekipmanı çalıştırır. Şaft yatay veya dikey olarak monte edilebilir. Rüzgar türbinleri genellikle periyodik olarak tüketilen enerjiyi üretmek için kullanılır: bir tanka su pompalarken, tahıl öğütürken, geçici, acil durum ve yerel güç kaynağı ağlarında. Tarihsel referans. Yüzey rüzgarları her zaman esmemesine, yönünü değiştirmesine ve şiddeti sabit olmamasına rağmen, rüzgar türbini doğal kaynaklardan enerji elde etmek için kullanılan en eski makinelerden biridir. Rüzgâr türbinleriyle ilgili eski yazılı kayıtların güvenilirliğinin şüpheli olması nedeniyle, bu tür makinelerin ilk kez ne zaman ve nerede ortaya çıktığı tam olarak belli değil. Ancak bazı kayıtlara bakılırsa 7. yüzyıldan önce de mevcutlardı. Reklam 10. yüzyılda İran'da, Batı Avrupa'da ise bu tür ilk cihazların 12. yüzyılın sonlarında ortaya çıktığı biliniyor. 16. yüzyılda. Sonunda çadır tipi Hollanda yel değirmeni oluşturuldu. Araştırmalar sonucunda değirmen kanatlarının şekilleri ve kaplamaları önemli ölçüde iyileştirilen 20. yüzyılın başlarına kadar tasarımlarında önemli bir değişiklik gözlenmedi. Düşük hızlı makineler hantal olduğundan, 20. yüzyılın ikinci yarısında. yüksek hızlı rüzgar türbinleri inşa etmeye başladı, yani. rüzgar çarkları, rüzgar enerjisinden yüksek verimlilikle yararlanarak dakikada çok sayıda devir yapabilenlerdir. Modern rüzgar türbini türleri. Şu anda üç ana tip rüzgar türbini kullanılmaktadır - tambur, kanat (vidalı tip) ve rotor (S şeklinde itici profilli). Davul ve kanat. Tambur tipi rüzgar çarkı, diğer modern kovucularla karşılaştırıldığında en düşük rüzgar enerjisi kullanım oranına sahip olmasına rağmen en yaygın kullanılanıdır. Birçok çiftlik, herhangi bir nedenle şebeke elektriğinin olmaması durumunda su pompalamak için kullanır. Sac levha bıçaklara sahip böyle bir tekerleğin tipik şekli Şekil 1'de gösterilmektedir. Tambur ve kanatlı tip rüzgar çarkları yatay bir mil üzerinde dönerler, dolayısıyla en iyi performansı elde etmek için rüzgara çevrilmeleri gerekir. Bunu yapmak için onlara bir dümen verilir - dikey düzlemde bulunan ve rüzgar çarkının rüzgara dönmesini sağlayan bir bıçak. Dünyanın en büyük kanatlı rüzgar türbininin çark çapı 53 m, kanadının maksimum genişliği ise 4,9 m'dir. Rüzgar çarkı, en az 48 km/saat rüzgar hızında gelişen, 1000 kW gücündeki bir elektrik jeneratörüne doğrudan bağlıdır. Kanatları, rüzgar çarkının dönüş hızı, 24 ila 112 km/saat rüzgar hızı aralığında sabit ve 30 rpm'ye eşit kalacak şekilde ayarlanmıştır. Rüzgar türbinlerinin bulunduğu bölgede rüzgarların oldukça sık esmesi nedeniyle rüzgar türbini genellikle maksimum gücünün %50'sini üreterek kamu elektrik şebekesini besler. Kanatlı rüzgar türbinleri, radyo iletişim sistemlerinin pillerinin şarj edilmesi de dahil olmak üzere, çiftliklere elektrik sağlamak için uzak kırsal alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca uçakların ve güdümlü füzelerin yerleşik tahrik sistemlerinde de kullanılırlar. S-şekilli rotor. Dikey bir şaft üzerine monte edilmiş S şeklinde bir rotor (Şekil 2) iyidir çünkü böyle bir kovucuya sahip bir rüzgar türbininin rüzgara getirilmesine gerek yoktur. Şaftındaki tork her yarım turda minimumdan maksimumun üçte birine kadar değişse de rüzgarın yönüne bağlı değildir. Pürüzsüz dairesel bir silindir rüzgarın etkisi altında döndüğünde, silindirin gövdesine rüzgarın yönüne dik bir kuvvet etki eder. Bu olguya, onu inceleyen Alman fizikçinin anısına (1852) Magnus etkisi adı verilmiştir. 1920-1930 yıllarında A. Flettner, kanatlı rüzgar çarkları yerine döner silindirleri (Flettner rotorları) ve S şeklindeki rotorları ve ayrıca Avrupa'dan Amerika'ya gidiş dönüş yapan bir geminin itici gücü olarak kullandı. Rüzgar enerjisi kullanım oranı. Rüzgardan elde edilen güç genellikle küçüktür - 4 kW'tan daha az bir güç, eski tip bir Hollanda yel değirmeni tarafından 32 km/saat rüzgar hızında geliştirilir. Kullanılabilen rüzgar akışının gücü, belirli bir büyüklükteki alana dik olarak birim zamanda süpüren hava kütlelerinin kinetik enerjisinden oluşur. Bir rüzgar türbininde bu alan, kovucunun rüzgara bakan yüzeyi tarafından belirlenir. Deniz seviyesinden yükseklik, üzerindeki hava basıncı ve sıcaklığı dikkate alınarak birim alan başına mevcut güç N (kW olarak), N = 0,0000446 V3 (m/s) denklemiyle belirlenir. Rüzgar enerjisi kullanım katsayısı genellikle rüzgar türbini şaftında geliştirilen gücün, rüzgar çarkının rüzgara bakan yüzeyine etki eden rüzgar akışının mevcut gücüne oranı olarak tanımlanır. Bu katsayı, rüzgar çarkı kanadının dış kenarının hızı w ile rüzgar hızı u arasında belirli bir oranda maksimum olur; bu w/u oranının değeri rüzgar türbininin tipine bağlıdır. Rüzgar enerjisi kullanım katsayısı rüzgar çarkının tipine bağlıdır ve %5-10 (Düz kanatlı Hollanda değirmeni, w/u = 2,5) ila %35-40 (profilli kanat kovucu, 5 × w/u × 10) arasında değişir. .
Yenilenemeyen doğal kaynakların kullanımı yoluyla enerji üretimindeki artış, ham madde üretiminin tamamının gerçekleştirildiği eşik ile sınırlıdır. Rüzgar enerjisi üretimi de dahil olmak üzere alternatif enerji, çevre üzerindeki yükü azaltacaktır.
Hava da dahil olmak üzere herhangi bir kütlenin hareketi enerji üretir. Rüzgar türbini hava akışının kinetik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür. Bu cihaz, doğal kaynakların kullanımında alternatif bir yön olan rüzgar enerjisinin temelini oluşturmaktadır.
Yeterlik
Belirli tip ve tasarıma sahip bir ünitenin enerji verimliliğini değerlendirmek ve benzer motorların performansıyla karşılaştırmak oldukça basittir. Rüzgar enerjisi kullanım faktörünün (WEF) belirlenmesi gereklidir. Rüzgar türbini şaftına alınan gücün, rüzgar çarkının yüzeyine etki eden rüzgar akışının gücüne oranı olarak hesaplanır.
Çeşitli tesisler için rüzgar enerjisi kullanım oranı %5 ile %40 arasında değişmektedir. Tesisin tasarım ve inşaat maliyetleri, üretilen elektriğin miktarı ve maliyeti dikkate alınmadan değerlendirme eksik kalacaktır. Alternatif enerjide rüzgar türbini maliyetlerinin geri ödeme süresi önemli bir faktördür ancak ortaya çıkan çevresel etkinin de dikkate alınması gerekir.
sınıflandırma
Rüzgar türbinleri, üretilen enerjinin kullanım esaslarına göre iki sınıfa ayrılır:
doğrusal;
döngüsel.
Doğrusal tip
Doğrusal veya hareketli bir rüzgar türbini, hava akışının enerjisini mekanik hareket enerjisine dönüştürür. Bu bir yelken veya kanat olabilir. Mühendislik açısından bakıldığında bu bir rüzgar türbini değil, bir tahrik cihazıdır.
Döngüsel tip
Döngüsel motorlarda mahfazanın kendisi sabittir. Hava akışı dönerek çalışan parçaları döngüsel hareketler yapar. Mekanik dönme enerjisi, evrensel bir enerji türü olan elektrik üretmek için en uygun olanıdır. Döngüsel rüzgar motorları rüzgar tekerleklerini içerir. Antik yel değirmenlerinden modern rüzgar enerjisi santrallerine kadar rüzgar çarkları, tasarım çözümleri ve hava akış gücünün tam kullanımı açısından farklılık gösterir. Cihazlar, rotor dönme ekseninin yatay veya dikey yönüne göre yüksek hız ve düşük hıza ayrılır.
Yatay
Yatay dönme eksenine sahip rüzgar türbinlerine kanatlı motorlar denir. Rotor miline birkaç kanat (kanat) ve bir volan bağlanmıştır. Şaftın kendisi yatay olarak yerleştirilmiştir. Cihazın ana elemanları: rüzgar çarkı, kafa, kuyruk ve kule. Rüzgar çarkı, içine motor şaftının monte edildiği ve aktarma mekanizmalarının bulunduğu dikey bir eksen etrafında dönen bir kafaya monte edilir. Kuyruk, rüzgar çarkı ile kafayı rüzgar yönünün tersine çevirerek rüzgar gülü rolünü oynar.
Yüksek hava akış hızlarında (15 m/s ve üzeri), yüksek hızlı yatay rüzgar türbinlerinin kullanılması rasyoneldir. Önde gelen üreticilerin iki ve üç bıçaklı üniteleri KIEV'e %30 oranında katkı sağlıyor. Kendi kendine yapılan bir rüzgar türbini, %20'ye varan hava akışı kullanım oranına sahiptir. Cihazın verimliliği, dikkatli hesaplamaya ve bıçakların imalat kalitesine bağlıdır.
Kanatlı rüzgar türbinleri ve rüzgar türbinleri yüksek şaft dönüş hızı sağlayarak gücün doğrudan jeneratör şaftına aktarılmasını sağlar. Önemli bir dezavantaj, zayıf rüzgarlarda bu tür rüzgar türbinlerinin hiç çalışmamasıdır. Sakin rüzgardan yüksek rüzgara geçerken başlama sorunları yaşanıyor.
Düşük hızlı yatay motorlar daha fazla sayıda bıçağa sahiptir. Hava akışıyla önemli etkileşim alanı, zayıf rüzgarlarda daha etkili olmalarını sağlar. Ancak tesislerde önemli miktarda rüzgar var ve bu da onları sert rüzgarlardan korumak için önlemler alınmasını gerektiriyor. En iyi KIEV göstergesi %15'tir. Bu tür tesisler endüstriyel ölçekte kullanılmamaktadır.
Dikey atlıkarınca tipi
Bu tür cihazlarda hava akışını alacak şekilde çarkın (rotorun) dikey eksenine kanatlar monte edilir. Muhafaza ve damper sistemi, rüzgar akışının rüzgar çarkının yarısına çarpmasını sağlar ve bunun sonucunda ortaya çıkan kuvvet uygulama momenti, rotorun dönmesini sağlar.
Kanatlı ünitelerle karşılaştırıldığında, döner rüzgar türbini daha fazla tork üretir. Hava akış hızı arttıkça çalışma moduna daha hızlı (çekiş kuvveti açısından) ulaşır ve dönüş hızı açısından stabil hale gelir. Ancak bu tür birimler yavaş hareket ediyor. Şaft dönüşünü elektrik enerjisine dönüştürmek için düşük hızlarda çalışabilen özel bir jeneratöre (çok kutuplu) ihtiyaç vardır. Bu tip jeneratörler pek yaygın değildir. Dişli kutusu sistemlerinin kullanımı düşük verimlilik nedeniyle sınırlıdır.
Atlıkarınca rüzgar türbininin çalıştırılması daha kolaydır. Tasarımın kendisi rotor hızının otomatik kontrolünü sağlar ve rüzgarın yönünü izlemenizi sağlar.
Dikey: dik
Büyük ölçekli enerji üretimi için ortogonal rüzgar türbinleri ve rüzgar türbinleri en umut verici olanlardır. Bu tür ünitelerin rüzgar hızı açısından kullanım aralığı 5 ila 16 m/s arasındadır. Ürettikleri elektrik 50 bin kW'a çıkarıldı. Dik bir kanadın profili uçak kanatlarınınkine benzer. Kanadın çalışmaya başlaması için, tıpkı bir uçağın kalkış koşusu sırasında olduğu gibi, ona hava akışı uygulamanız gerekir. Rüzgar türbininin de ilk önce döndürülmesi gerekiyor, bu da enerji harcıyor. Bu koşul sağlandıktan sonra tesisat jeneratör moduna geçer.
sonuçlar
Rüzgar enerjisi en umut verici yenilenebilir enerji kaynaklarından biridir. Rüzgar türbinlerinin ve rüzgar türbinlerinin endüstriyel kullanımından elde edilen deneyimler, verimliliğin rüzgar jeneratörlerinin uygun hava akışına sahip yerlere yerleştirilmesine bağlı olduğunu göstermektedir. Ünitelerin tasarımında modern malzemelerin kullanılması, elektrik üretimi ve depolanması için yeni planların kullanılması, rüzgar türbinlerinin güvenilirliğini ve enerji verimliliğini daha da artıracaktır.
Tüm rüzgar türbinlerinin çalışma prensibi aynıdır: rüzgarın basıncı altında, kanatlı bir rüzgar çarkı döner ve torku bir iletim sistemi aracılığıyla elektrik üreten jeneratörün miline, su pompasına iletir. Rüzgar çarkının çapı ne kadar büyük olursa, yakaladığı hava akışı da o kadar büyük olur ve ünite o kadar fazla enerji üretir.
Rüzgar türbinlerinin geleneksel düzeni yatay bir dönme eksenine sahiptir (Şekil 3).) küçük boyutlu ve güçlü üniteler için iyi bir çözümdür. Kanat açıklıkları büyüdüğünde, rüzgar farklı yönlerde farklı yüksekliklerde estiği için bu düzenlemenin etkisiz olduğu ortaya çıktı. Bu durumda, sadece üniteyi rüzgara karşı en iyi şekilde yönlendirmek imkansız olmakla kalmaz, aynı zamanda kanatların tahrip olma tehlikesi de ortaya çıkar. Ayrıca büyük bir tesisin kanatlarının yüksek hızda hareket eden uçları gürültü oluşturur. Bununla birlikte, rüzgar enerjisinin kullanımının önündeki ana engel hala ekonomiktir - ünitenin gücü küçük kalır ve işletme maliyetlerinin payı önemli hale gelir. Düşük güçlü üniteler yaklaşık üç kat daha pahalı enerji üretebilmektedir.
Şekil 3 - Kanatlı rüzgar türbini
Mevcut rüzgar türbini sistemleri rüzgar çarkının tasarımına ve rüzgar akışındaki konumuna göre bölünmüş üç sınıf için.
Birinci sınıf rüzgar çarkının dikey bir düzlemde yerleştirildiği rüzgar türbinlerini içerir; bu durumda dönme düzlemi rüzgarın yönüne diktir ve dolayısıyla rüzgar çarkının ekseni akışa paraleldir. Bu tür rüzgar türbinlerine denir kanatlı.
Hız, kanadın ucunun çevresel hızının (ωR) rüzgar hızı V'ye oranıdır:
|
GOST 2656-44'e göre kanatlı rüzgar türbinleri, rüzgar çarkının tipine ve hızına bağlı olarak üç gruba ayrılır (Şekil 4):
Ø çok kanatlı rüzgar türbinleri, düşük hızlı, yüksek hızlı Zn£2;
Ø Yüksek hızlı, yel değirmenleri dahil, küçük kanatlı, düşük hızlı rüzgar motorları Zn> 2;
Ø Rüzgar türbinleri küçük kanatlı, yüksek hızlı, Zn³3.
Şekil.4 - Kanatlı rüzgar motorlarının rüzgar çarklarının şemaları: 1 – çok kanatlı; 2–4 – küçük kanatlı
Şti. ikinci sınıf rüzgar türbini sistemlerini içerir Rüzgar çarkının dikey dönme ekseni ile . Yapıcı şemaya göre gruplara ayrılırlar:
- atlıkarıncaçalışmayan kanatların ya bir perde ile kaplandığı ya da rüzgara karşı kenar olarak konumlandırıldığı (Şekil 5, madde 1);
- döner Savonius sisteminin rüzgar türbinleri.
İLE Üçüncü sınıf su değirmeni çarkı prensibiyle çalışan ve adı verilen rüzgar motorlarını içerir davul (Şekil 5, öğe 7 ) . Bu rüzgar türbinleri yatay ve rüzgar yönüne dik bir dönme eksenine sahiptir.
Şekil 5 - Rüzgar türbini türleri: 1 – döner; 2–3 çok loblu; 4–5 – küçük loblu; 6 – dik; 7 - davul
Atlıkarınca ve tambur rüzgar türbinlerinin ana dezavantajları Rüzgar çarkının çalışma yüzeylerinin rüzgar akışında düzenlenmesi ilkesini takip edin:
1. Tekerleğin çalışan kanatları hava akışı yönünde hareket ettiğinden rüzgar yükü tüm kanatlara aynı anda değil, tek tek etki eder. Sonuç olarak her kanat aralıklı bir yüke maruz kalır ve rüzgar enerjisi kullanım oranı çok düşük olup %10'u geçmez.
2. Rüzgar çarkı yüzeylerinin rüzgar yönünde hareketi, yüzeyler rüzgardan daha hızlı hareket edemeyeceğinden yüksek hızların gelişmesine izin vermez.
3. Hava akışının kullanılan kısmının (süpürülmüş yüzey) boyutları, tekerleğin boyutlarına kıyasla küçüktür, bu da rüzgar motorunun kurulu gücü başına ağırlığını önemli ölçüde artırır.
Atlıkarınca rüzgar türbinleri konumlarını değiştirmeden her türlü rüzgar yönünde çalışabilme avantajına sahiptirler.
Savonius sisteminin rotorlu rüzgar türbinleri %18 ile en yüksek rüzgar enerjisi kullanım oranına sahiptir.
Kanatlı rüzgar türbinleri, döner ve tambur rüzgar türbinlerinin yukarıdaki dezavantajlarından muaftır. Kanatlı rüzgar türbinlerinin iyi aerodinamik nitelikleri, bunları yüksek güç için üretme tasarım yeteneği, güç birimi başına nispeten hafif ağırlık, bu sınıftaki rüzgar türbinlerinin temel avantajlarıdır.
Kanatlı rüzgar türbinlerinin ticari kullanımı 1980 yılında başlamıştır. Geçtiğimiz 14 yılda, rüzgar türbinlerinin gücü 100 kat arttı: 1980'lerin başında yaklaşık 20 m'lik rotor çapıyla 20...60 kW'tan, 2003'te 100 m'nin üzerinde rotor çapıyla 5000 kW'a (Şekil 1). .7.6).
Kanatlı rüzgar türbinlerinin çeşitleri yalnızca kanat sayısı bakımından farklılık gösterir.
Kanatlı rüzgar türbinleri için En yüksek verim, hava akışı kanat kanatlarının dönme düzlemine dik olduğunda elde edilir, dönme ekseninin otomatik dönüşü için bir cihaz gereklidir. Bu amaçla stabilizatör kanat kullanılır.
Kanatlı rüzgar türbinlerinin rüzgar enerjisi kullanım katsayısı (Şekil 4) döner rüzgar türbinlerine göre çok daha yüksektir. Aynı zamanda karusellerin torku çok daha yüksektir. Sıfır bağıl rüzgar hızında döner bıçaklı üniteler için maksimumdur.
Çarklı rüzgar türbinlerinin yayılımı, dönme hızlarının büyüklüğü ile açıklanmaktadır. Çarpan olmadan doğrudan bir elektrik akımı jeneratörüne bağlanabilirler. Kanatlı rüzgar türbinlerinin dönüş hızı kanat sayısıyla ters orantılı olduğundan üçten fazla kanadı olan üniteler pratikte kullanılmaz.
Aerodinamikteki farklılık, döner kurulumlara geleneksel rüzgar türbinlerine göre avantaj sağlar (Şekil 7). Rüzgar hızı arttıkça çekiş kuvvetlerini hızla artırırlar ve ardından dönüş hızı sabitlenir. Atlıkarınca rüzgar türbinleri düşük hızlıdır ve bu, örneğin asenkron jeneratör gibi basit elektrik devrelerinin, kazara şiddetli rüzgar nedeniyle kaza riski olmadan kullanılmasına olanak tanır. Yavaşlık, sınırlayıcı bir gerekliliği ortaya koyuyor: düşük hızlarda çalışan çok kutuplu bir jeneratörün kullanılması. Bu tür jeneratörler yaygın olarak kullanılmamaktadır ve çarpanların kullanımı (Çarpan [enlem. çarpan] - artan dişli), ikincisinin düşük verimliliği nedeniyle etkili değildir.
Atlıkarınca tasarımının daha da önemli bir avantajı, yüzey sapma akışları için çok önemli olan, ek hileler olmadan "rüzgarın nereden estiğini" izleme yeteneğidir. Bu tip rüzgar türbinleri ABD, Japonya, İngiltere, Almanya ve Kanada'da inşa ediliyor.
Döner kanatlı rüzgar türbini, çalıştırılması en kolay olanıdır. Tasarımı, rüzgar türbinini çalıştırırken maksimum tork sağlar ve çalışma sırasında maksimum dönüş hızının otomatik olarak kendi kendini düzenlemesini sağlar. Yük arttıkça dönüş hızı azalır ve tork tamamen durana kadar artar.
Akış kanatla etkileşime girdiğinde aşağıdakiler meydana gelir:
1) karşıdan gelen akışın bağıl hız vektörüne paralel direnç kuvveti;
2) sürükleme kuvvetine dik kaldırma kuvveti;
3) bıçağın etrafındaki akışın girdabı;
4) akışın türbülizasyonu, yani hızının büyüklük ve yöndeki kaotik bozuklukları;
5) yaklaşmakta olan akışın önünde bir engel.
Yaklaşan akışın önündeki engel, geometrik doldurma adı verilen ve kanatların akışa dik bir düzlem üzerindeki çıkıntı alanının, onlar tarafından süpürülen alana oranına eşit bir parametre ile karakterize edilir.
Rüzgar enerjisi tesislerinin ana sınıflandırma özellikleri aşağıdaki kriterlere göre belirlenebilir:
1. Rüzgar çarkının dönme ekseni hava akışına paralel ise, kurulum yatay-eksenel olacaktır; rüzgar çarkının dönme ekseni hava akışına dik ise dikey-eksenel olacaktır.
2. Dönme kuvveti olarak direnç kuvveti (sürükleme makineleri) kullanan tesisler, kural olarak, rüzgar hızından daha düşük bir doğrusal hızla döner ve kaldırma kuvveti kullanan tesisler (asansör makineleri), dönme kuvvetinin uçlarının doğrusal bir hızına sahiptir. önemli ölçüde daha yüksek rüzgar hızına sahip kanatlar.
3. Çoğu kurulumda rüzgar çarkının geometrik dolgusu kanat sayısına göre belirlenir. Rüzgar çarkının geniş geometrik dolgusuna sahip rüzgar türbinleri, nispeten zayıf rüzgarlarda önemli bir güç geliştirir ve düşük tekerlek hızlarında maksimum güce ulaşılır. Düşük dolumlu rüzgar türbinleri yüksek hızlarda maksimum güce ulaşır ve bu moda ulaşmaları daha uzun sürer. Bu nedenle, ilk kurulumlar örneğin su pompaları olarak kullanılır ve düşük rüzgarlarda bile çalışır durumda kalırken, ikinci kurulumlar yüksek dönüş hızlarının gerekli olduğu elektrik jeneratörleri olarak kullanılır.
4. Mekanik işin doğrudan gerçekleştirilmesine yönelik tesislere genellikle yel değirmeni veya türbin adı verilir; elektrik üretimine yönelik tesislere, yani bir türbin ile elektrik jeneratörünün birleşimine rüzgar enerjisi jeneratörleri, hava jeneratörleri ve ayrıca enerji dönüşümü denir. kurulumlar.
5. Doğrudan güçlü bir enerji sistemine bağlanan hava jeneratörlerinde, asenkronizasyon etkisi nedeniyle dönüş hızı sabittir ancak bu tür tesisler, rüzgar enerjisini değişken dönüş hızına sahip kurulumlara göre daha az verimli kullanır.
6. Rüzgar çarkı elektrik jeneratörüne doğrudan (sert bağlantı) veya tampon görevi gören bir ara enerji dönüştürücü aracılığıyla bağlanabilir. Bir tamponun varlığı, rüzgar çarkının dönüş hızındaki dalgalanmaların sonuçlarını azaltarak rüzgar enerjisinin ve elektrik jeneratörünün gücünün daha verimli kullanılmasına olanak tanır. Ek olarak, tekerleği jeneratöre bağlamak için yumuşak bağlantı adı verilen kısmen ayrılmış şemalar vardır. Böylece, rüzgar çarkının ataleti ile birlikte sert olmayan bağlantı, rüzgar hızı dalgalanmalarının elektrik jeneratörünün çıkış parametreleri üzerindeki etkisini azaltır. Bu etki, kanatların rüzgar çarkının eksenine elastik bağlanmasıyla, örneğin yaylı menteşeler kullanılarak da azaltılabilir.
Yatay eksenli rüzgar çarkı. Yatay eksenli pervane tipi rüzgar çarklarını ele alalım. Bu tip tekerlekler için ana dönme kuvveti kaldırma kuvvetidir. Rüzgara göre, çalışma konumundaki rüzgar çarkı destek kulesinin önüne veya arkasına yerleştirilebilir.
Rüzgar enerjisi jeneratörleri genellikle iki ve üç kanatlı rüzgar çarkları kullanır; ikincisi çok yumuşak bir sürüşle karakterize edilir. Elektrik jeneratörü ve onu rüzgar çarkına bağlayan dişli kutusu genellikle döner kafadaki destek kulesinin tepesinde bulunur.
Düşük rüzgarlarda yüksek tork geliştiren çok kanatlı tekerlekler, su pompalamak için ve rüzgar çarkının yüksek hızda dönmesini gerektirmeyen diğer amaçlar için kullanılır.
Dikey eksenli rüzgar enerjisi jeneratörleri (Şekil 7). Geometrileri nedeniyle dikey dönme eksenine sahip rüzgar enerjisi jeneratörleri, herhangi bir rüzgar yönünde çalışma konumundadır. Ek olarak, bu şema, şaftın basitçe uzatılmasıyla kulenin alt kısmına jeneratörlü bir dişli kutusunun kurulmasına izin verir.
Bu tür kurulumların temel dezavantajları şunlardır: içlerinde daha sık meydana gelen kendiliğinden salınımlı işlemler ve jeneratörün çıkış parametrelerinde istenmeyen titreşimlere yol açan tork titreşimi nedeniyle yorulma arızasına karşı çok daha fazla duyarlılık. Bu nedenle, rüzgar enerjisi jeneratörlerinin büyük çoğunluğu yatay eksenli bir tasarım kullanılarak tasarlanmaktadır, ancak çeşitli dikey eksenli kurulumlara yönelik araştırmalar devam etmektedir.
En yaygın dikey eksen kurulum türleri şunlardır:
1. Fincan rotoru (anemometre). Bu tip bir rüzgar çarkı direnç kuvvetiyle döner. Kase şeklindeki bıçağın şekli, tekerlek hızının rüzgar hızına neredeyse doğrusal bir şekilde bağlı olmasını sağlar.
2.Savonius rotoru. Bu tekerlek de dirençle döner. Bıçakları dikdörtgen şekilli ince kavisli tabakalardan yapılmıştır, yani. basit ve ucuzdurlar. Tork, içbükey ve kavisli rotor kanatlarının hava akışına sağladığı direncin ona göre farklı olması nedeniyle yaratılır. Büyük geometrik dolgu nedeniyle bu rüzgar çarkı büyük bir torka sahiptir ve su pompalamak için kullanılır.
3. RotorDarye. Tork, aerodinamik profile sahip iki veya üç ince kavisli yatak yüzeyi üzerinde meydana gelen kaldırma kuvveti ile oluşturulur. Bıçağın gelen hava akışını yüksek hızda geçtiği anda kaldırma kuvveti maksimumdur. Daria rotoru rüzgar enerjisi jeneratörlerinde kullanılır. Kural olarak, rotor kendi başına dönemez, bu nedenle onu çalıştırmak için genellikle motor modunda çalışan bir jeneratör kullanılır.
4. Musluklu Rotor. Bu rüzgar çarkının kanatları çalışma durumunda dikey olarak yerleştirilmiştir, ancak kapatıldığında yatay bir eksen etrafında dönme veya katlanma özelliğine sahiptir. Musgrove rotorlarının farklı versiyonları var ama hepsi şiddetli rüzgarlarda kapanıyor.
5. Evans rotoru. Bu rotorun kanatları acil durumlarda ve kontrol sırasında dikey bir eksen etrafında dönmektedir.
Şekil 7 - Dikey eksenli rüzgar enerjisi jeneratörleri
Hub'lar. Rüzgar türbininin gücü, hava akışının enerjisinin kullanım verimliliğine bağlıdır. Bunu arttırmanın yollarından biri, özel hava akışı yoğunlaştırıcıları (amplifikatörler) kullanmaktır. Yatay eksenli rüzgar enerjisi jeneratörleri için bu tür yoğunlaştırıcıların çeşitli versiyonları geliştirilmiştir. Bunlar, rotorun süpürme alanından daha büyük bir alandan rüzgar çarkına hava akışını yönlendiren difüzörler veya kafa karıştırıcılar (deflektörler) ve diğer bazı cihazlar olabilir. Yoğunlaştırıcılar henüz endüstriyel tesislerde yaygın olarak kullanılmamaktadır.
