Вятърни турбини

Вятърни турбини


Вятърните турбини се правят обикновено с 3 перки. При една и две перки се получават силни вибрации. Повече от 3 перки не се слагат тъй като натоварването при ураган би било много голямо, а производителите трябва да сертифицират турбините си за много силен вятър.

Диаметърът на ротора (или два пъти размера на перката) варира от 0.5м за микротурбини до над 100м за индустриалните генератори.

Отношението скорост на върха на перката към скоростта на вятъра при съвременните турбини достига 8:1, или ако вятърът е 5м/с. върховете се движат с 40м/с. В Европа поради регулациите за шум това отношение е ограничено на около 5-6:1, въпреки че при по-голяма скорост на върха на перката, роторите са значително по-леки.

При много силен вятър, перките могат да се счупят или дори да изгорят, така че те трябва автоматично да се завъртат и пропускат без да усвояват повечето вятърна енергия.

Генерираната енергия е функция от квадрата на дължината на перката, защото мощността зависи от повърхността, която перката описва и която е кръг. За това и тенденцията е с по дълги перки да се увеличава мощността и се намалява цената за КВч. Това позволява също ротора да се монтира по-високо, където вятърът е по-силен и няма турболентни движения, както и да се монтират по-сложни и скъпи електрони системи за управление.

Енергията пък на вятъра зависи от неговата скорост на трета степен. Улавянето на всичката енергия, преминаваща през площта, описвана от перките обаче е невъзможно. Най-малкото защото, ако отнемем всичката енергия на въздуха, след перката той трябва моментално да спре. Доказано е че природата ни е дала възможност да усвояваме по този начин най-много 59% от енергията. По-ясна представа за връзката генерирана мощност/скорост на вятъра се дава с графиката за всяка турбина. Нормално, при вятър 7м/с турбината достига около 80% от максималната си мощност.

Тъй като не можем да измерваме енергията на преминалия вятър, при тези централи к.п.д. е въведено като отношение на произведена енергия към такава при максимална мощност. Не разбирайки това, някои говорят за "парадокси" при тези генератори. Явно е, че ако намалим знаменателя, т.е. сложим много слаб генератор при големи перки може да постигнем много голямо к.п.д. - примерно 80%, но икономическия ефект ще се срине. Или "парадоксът" е в това, че за разлика от ТЕЦ и АЕЦ, икономическата възвращаемост не расте с растежът на к.п.д. Нормално, при проектиране стремежът е да се постигне к.п.д. от рода на 25-30%.

Гаранцията на турбините е около 30 години. Повечето проекти дори се изчисляват само за 20 години. Предполага се обаче, че една турбина може да издържи и 60-70 години, тъй като някои подобни работят в Германия от 1930-та година. Разходите за турбината годишно се приемат обикновено на 1.5%, по който показател вятърната енергия изпреварва значително ядрената, която се отличава също с голяма начална инвестиция и евтина поддръжка.

Много турбини се монтират вече и в морето където е по-лесно да се извади разрешение, както и транспортът се оказва много по-лесен. Монтират се на циментов фундамент, който може да се излее и на сушата.

В тялото за което се захващат перките (nacell) обикновено има сферично тяло, вал и лагер на който вала се върти. При по-големите турбини валът е свързан към скоростна кутия с масло за охлаждане и радиатор. В кутията се помества също устройство за измерване посоката и силата на вятъра и насочване на перките в оптималната географска посока. До скоро в големите турбини се вграждаше предавателен механизъм, и като от там се извеждат направо 220 волта променлив ток. При последните турбини се предпочита обаче извеждането на постоянен ток.