Caratteristiche funzionali e costruttive delle moderne tipologie di parchi eolici

L'articolo discute il principio di funzionamento e le caratteristiche prestazionali di progettazione delle moderne turbine eoliche per l'industria e il settore privato.

Fin dall'antichità l'uomo ha cercato di domare il vento, mettendolo al suo servizio. All'inizio c'erano i velieri che utilizzavano l'energia eolica per il loro movimento, poi i mulini a vento hanno iniziato ad essere utilizzati nella vita quotidiana, ma ora è giunto il momento di utilizzare l'energia eolica nei generatori eolici per generare elettricità a servizio delle persone.

All'estero, una parte abbastanza ampia dell'elettricità è prodotta da centrali eoliche (HPP), cosa che, francamente, non si può dire della Russia e dei paesi dello spazio post-sovietico. Qui è ovvio: siamo tra i ritardatari.

L'utilizzo di parchi eolici nei paesi sviluppati del mondo consente di risolvere non solo i problemi di alimentazione autonoma di ville, case di campagna, comunità di dacie, ma anche problemi ambientali, poiché non vi è inquinamento ambientale durante la produzione di elettricità dai moderni parchi eolici.

Diamo un'occhiata al principio di funzionamento e più in dettaglio ai principali tipi di moderni impianti eolici.

Principio di funzionamento dei generatori eolici

Qualsiasi principio di azione impianto eolico (HPP) consiste nel convertire l'energia cinetica del flusso d'aria che si muove attraverso il piano delle pale o delle turbine in energia elettrica, attraverso l'uso di generatori elettrici. Il tipo più comune di impianto eolico moderno sono gli impianti eolici a pale, che combinano generatori eolici a pale con un asse di rotazione orizzontale e generatori rotanti con una giostra, in cui - l'asse di rotazione è posizionato verticalmente. Di seguito daremo uno sguardo più da vicino a questi tipi di generatori eolici.

Progettazione delle principali tipologie di aerogeneratori

Ogni generatore eolico è strutturalmente costituito da una base, altrimenti chiamata albero, un dispositivo rotante con pale rotanti o una turbina eolica, l'elettricità generata dal generatore e una batteria. Inoltre, in ogni parco eolico è richiesta un'unità di controllo e conversione.

Per quanto riguarda il numero di pale, le turbine idroelettriche possono essere bipala, tripala e pluripala. Le turbine a tre pale sono le più comuni.Per prevenire il guasto prematuro delle turbine eoliche, gli impianti eolici sono dotati di un sistema di stabilizzazione aeromeccanica della velocità di rotazione delle loro pale.

Un generatore elettrico che genera elettricità in un impianto eolico è collegato direttamente alla sua turbina, quando l'asse di rotazione dell'aerogeneratore e del generatore è lo stesso, oppure tramite una trasmissione meccanica che trasferisce i movimenti di rotazione delle pale della turbina al Generatore. I parchi eolici moderni utilizzano principalmente generatori brushless multipolari sincroni a magneti permanenti, strutturalmente realizzati in un alloggiamento completamente chiuso e da elementi standard.

A seconda della direzione e della "pressione" del flusso d'aria sulle pale della turbina, può essere riorientato dal meccanismo di rotazione dell'impianto nella direzione ottimale per il suo efficiente funzionamento.

Funzionalmente, l'unità di controllo e conversione della potenza è progettata per immagazzinare l'energia elettrica generata dal parco eolico nelle sue batterie di accumulo con la sua successiva conversione da tensione 12V DC a tensione 220V AC - tramite un "inverter".

La centralina permette inoltre di monitorare e controllare il processo di carica della batteria, la potenza del generatore elettrico, ecc.

Le varie opzioni per la finitura dei moderni parchi eolici, sia per uso industriale che per quelli utilizzati nel settore privato, consentono di scegliere ciascuno, l'opzione più ottimale per ogni utente.

Al momento, i più diffusi al mondo sono i generatori eolici del tipo a pale, il cui asse di rotazione delle pale è parallelo o orizzontale alla direzione del flusso d'aria. Fondamentalmente, parleremo più avanti di queste turbine eoliche.

Pala eolica con asse di rotazione orizzontale

L'efficienza dell'utilizzo dell'energia eolica per questo tipo di turbina eolica raggiunge il 48%, che è molto superiore a quella dei generatori a carosello. Questa tipologia di generatori eolici può essere a due e tre pale.

Qui, il funzionamento più efficiente del dispositivo si ottiene quando il vento è diretto perpendicolarmente al piano di rotazione delle pale del generatore. Pertanto, anche strutturalmente, questo tipo di «aerogeneratore» dispone di un dispositivo che consente la rotazione automatica del generatore perpendicolarmente alla direzione del vento. La produzione di energia di questo tipo di impianto eolico dipende direttamente dalla velocità del vento (la sua pressione), oltre che dal diametro e dall'area delle pale dell'aerogeneratore stesso.

Giostra o parchi eolici rotanti

Questo tipo di turbina eolica ha un asse di rotazione verticale, su cui è montata e fissata una ruota, che riceve superfici per il vento. Un vantaggio significativo di questo tipo di parchi eolici è che possono funzionare senza cambiare posizione, in qualsiasi direzione del flusso d'aria. Questo tipo di turbine eoliche è lento e silenzioso e i generatori elettrici multipolari a bassa velocità vengono utilizzati come generatori per generare energia.

Parco eolico moderno con asse di rotazione orizzontale e verticale

Altri tipi di parchi eolici moderni

Inoltre, molto recentemente, sono apparsi gli ultimi sviluppi delle turbine eoliche con progetti fondamentalmente nuovi, che strutturalmente consistono in una base a tre cuscinetti situata su una base potente. Sulla base è montato un generatore a forma di anello, con cuscinetto incorporato e rotore centrale. L'anello di un tale generatore può avere un diametro superiore a 100 metri. Tali parchi eolici sono utilizzati per la produzione industriale di energia.

Sono in funzione anche parchi eolici, costituiti da diverse dozzine di piccoli aerogeneratori - moduli, uniti strutturalmente in un unico sistema di debug per la generazione di elettricità.

Più recentemente, specialisti americani hanno sviluppato e messo in produzione industriale un piccolo impianto eolico a turbina «Windgate» destinato al settore privato. La ruota della turbina raggiunge 1,8 metri di diametro e ruota su un asse orizzontale. Le estremità delle pale di una tale installazione a turbina hanno magneti permanenti, per cui in realtà abbiamo un grande rotore, che ruota in un involucro integrale dello statore dell'installazione. Tali generatori eolici Windgate possono anche essere installati sul tetto di una casa o cottage privato e sono molto efficienti e il loro prezzo è di circa 4,5-5 mila dollari USA.

Conclusione

Va notato che la costruzione di impianti eolici viene costantemente migliorata e, di conseguenza, i loro parametri tecnologici, l'aerodinamica stanno migliorando e, soprattutto, il prezzo di questi blocchi energetici ecologicamente puliti del futuro sta diventando sempre meno "mordente". per un semplice consumatore.