Funktionsweise und Konstruktionsmerkmale moderner Windparktypen

Der Artikel diskutiert das Funktionsprinzip und die konstruktiven Leistungsmerkmale moderner Windkraftanlagen für Industrie und Privatsektor.

Seit der Antike versucht der Mensch, den Wind zu zähmen und ihn in seinen Dienst zu stellen. Zuerst gab es Segelschiffe, die Windenergie für ihre Fortbewegung nutzten, dann begann man, Windmühlen im täglichen Leben zu nutzen, doch jetzt ist es an der Zeit, Windenergie in Windgeneratoren zu nutzen, um Strom zu erzeugen, der den Menschen dient.

Im Ausland wird ein relativ großer Teil des Stroms durch Windkraftanlagen (WKW) erzeugt, was man offen gesagt nicht von Russland und den Ländern des postsowjetischen Raums behaupten kann. Hier ist es offensichtlich: Wir gehören zu den Nachzüglern.

Der Einsatz von Windparks in den entwickelten Ländern der Welt ermöglicht es, nicht nur die Probleme der autonomen Stromversorgung von Villen, Landhäusern, Datscha-Gemeinden, sondern auch Umweltprobleme zu lösen, da bei der Stromerzeugung keine Umweltverschmutzung entsteht von modernen Windkraftparks überhaupt.

Schauen wir uns das Funktionsprinzip und die wichtigsten Arten moderner Windkraftanlagen genauer an.

Funktionsprinzip von Windgeneratoren

Irgendein Handlungsprinzip Windkraftanlage (WKW) besteht darin, die kinetische Energie des Luftstroms, der sich durch die Ebene der Schaufeln oder Turbinen bewegt, in elektrische Energie umzuwandeln – durch den Einsatz elektrischer Generatoren. Der häufigste Typ moderner Windkraftanlagen sind Rotorblatt-Windkraftanlagen, die Rotorblatt-Windgeneratoren mit horizontaler Rotationsachse und Rotationsgeneratoren mit Karussell kombinieren, bei denen die Rotationsachse vertikal angeordnet ist. Im Folgenden werden wir uns diese Arten von Windgeneratoren genauer ansehen.

Entwurf der wichtigsten Arten von Windkraftanlagen

Jeder Windgenerator besteht strukturell aus einer Basis, auch Mast genannt, einer rotierenden Vorrichtung mit rotierenden Rotorblättern oder einer Windkraftanlage, vom Generator erzeugtem Strom und einer Batterie. Außerdem ist in jedem Windpark eine Steuer- und Umrichtereinheit erforderlich.

Was die Anzahl der Rotorblätter angeht, können Wasserkraftturbinen zwei-, drei- und mehrflügelig sein. Am gebräuchlichsten sind Dreiblattturbinen.Um einen vorzeitigen Ausfall von Windkraftanlagen zu verhindern, sind Windkraftanlagen mit einem System zur aeromechanischen Stabilisierung der Drehzahl ihrer Rotorblätter ausgestattet.

Ein elektrischer Generator, der in einer Windkraftanlage Strom erzeugt, ist direkt mit seiner Turbine verbunden, wenn die Drehachse der Windkraftanlage und des Generators gleich ist, oder über ein mechanisches Getriebe, das die Drehbewegungen der Turbinenblätter auf die Turbine überträgt Generator. In modernen Windparks kommen überwiegend synchrone Multipol-Brushless-Generatoren mit Permanentmagneten zum Einsatz, die konstruktiv in einem komplett geschlossenen Gehäuse und aus Standardelementen gefertigt sind.

Abhängig von der Richtung und dem „Druck“ des Luftstroms auf die Schaufeln der Turbine kann diese durch den Rotationsmechanismus der Anlage in die für ihren effizienten Betrieb optimale Richtung neu ausgerichtet werden.

Funktionell ist die Leistungssteuerungs- und -umwandlungseinheit darauf ausgelegt, die vom Windpark erzeugte elektrische Energie in seinen Akkumulatoren zu speichern und anschließend von 12 V Gleichspannung in 220 V Wechselspannung umzuwandeln – mittels eines „Wechselrichters“.

Die Steuereinheit ermöglicht außerdem die Überwachung und Steuerung des Batterieladevorgangs, der Leistung des elektrischen Generators usw.

Die verschiedenen Optionen für die Fertigstellung moderner Windparks, sowohl für die industrielle Nutzung als auch für solche im privaten Bereich, ermöglichen es Ihnen, für jeden Benutzer die optimale Option auszuwählen.

Am weitesten verbreitet auf der Welt sind derzeit Windgeneratoren vom Rotorblatttyp, deren Drehachse parallel oder horizontal zur Richtung des Luftstroms verläuft. Grundsätzlich werden wir später über diese Windkraftanlagen sprechen.

Ein Rotorblatt eines Windparks mit horizontaler Rotationsachse

Der Wirkungsgrad der Windenergienutzung für diesen Windkraftanlagentyp erreicht 48 %, was viel höher ist als der von Karussellgeneratoren. Diese Art von Windgeneratoren gibt es mit zwei oder drei Rotorblättern.

Dabei wird der effizienteste Betrieb des Gerätes erreicht, wenn der Wind senkrecht zur Rotationsebene der Generatorblätter gerichtet ist. Daher verfügt diese Art von „Windkraftanlage“ bereits strukturell über eine Vorrichtung, die die automatische Drehung des Generators senkrecht zur Windrichtung ermöglicht. Die Energieproduktion dieses Windparktyps hängt direkt von der Windgeschwindigkeit (seinem Druck) sowie vom Durchmesser und der Fläche der Rotorblätter der Windkraftanlage selbst ab.

Karussell- oder rotierende Windparks

Diese Art von Windkraftanlage hat eine vertikale Drehachse, auf der ein Rad montiert und befestigt ist, das Flächen für den Wind aufnimmt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Art von Windparks besteht darin, dass sie ohne Positionsänderung arbeiten können – in jede Richtung der Luftströmung. Diese Art von Windkraftanlagen sind langsam und geräuschlos, und als Generatoren zur Stromerzeugung werden mehrpolige Elektrogeneratoren mit niedriger Drehzahl verwendet.

Moderner Windpark mit horizontaler und vertikaler Rotationsachse

Andere Arten moderner Windparks

Darüber hinaus sind in jüngster Zeit die neuesten Entwicklungen von Windkraftanlagen mit grundlegend neuen Designs erschienen, die strukturell aus einem dreilagigen Sockel auf einem leistungsstarken Fundament bestehen. Auf der Basis ist ein ringförmiger Generator mit eingebautem Lager und zentralem Rotor montiert. Der Ring eines solchen Generators kann einen Durchmesser von über 100 Metern haben. Solche Windparks dienen der industriellen Energieerzeugung.

Es sind auch Windparks in Betrieb, die aus mehreren Dutzend kleinen Windkraftanlagen bestehen – Modulen, die strukturell in einem einzigen Debugging-System zur Stromerzeugung vereint sind.

In jüngerer Zeit haben amerikanische Spezialisten eine kleine Turbinen-Windkraftanlage „Windgate“ für den Privatsektor entwickelt und in die industrielle Produktion gebracht. Das Turbinenrad hat einen Durchmesser von 1,8 Metern und dreht sich um eine horizontale Achse. Die Enden der Schaufeln einer solchen Turbinenanlage sind mit Permanentmagneten versehen, wodurch wir tatsächlich einen großen Rotor haben, der in einem integralen Gehäuse des Stators der Anlage rotiert. Solche Windgate-Windgeneratoren können sogar auf dem Dach eines Privathauses oder einer Hütte installiert werden, sind sehr effizient und kosten etwa 4,5 bis 5.000 US-Dollar.

Abschluss

Anzumerken ist, dass der Bau von Windkraftanlagen ständig verbessert wird und sich dementsprechend auch ihre technologischen Parameter, ihre Aerodynamik verbessern und vor allem der Preis dieser ökologisch sauberen Energieblöcke der Zukunft immer weniger „beißend“ wird. für einen einfachen Verbraucher.