ქარის ელექტროსადგურები: ტიპები, დიზაინი, უპირატესობები

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

ქარის ენერგია შორს არის ენერგომომარაგების ახალი დარგისგან, თუმცა, დღევანდელ პირობებში, უფრო და უფრო გამოხატული ხდება შემდგომი განვითარების პერსპექტიული მიმართულების ნიშნები. ჯერ კიდევ ძნელია საუბარი ქარის გენერატორების ტექნიკური განხორციელების უნივერსალურ კონცეფციებზე, მაგრამ ინდივიდუალური საინჟინრო გადაწყვეტილებების გამოყენების პროგრესი ვარაუდობს, რომ უახლოეს მომავალში გამოჩნდება ერთიანი სტრუქტურული მოდელი. ამავდროულად, მსოფლიოში გამოიყენება რამდენიმე ტიპის ქარის ტურბინები, რომელთაგან თითოეულს აქვს თავისი სიძლიერე.

ქარის ტურბინების მუშაობის ზოგადი პრინციპი

ისევე როგორც თანამედროვე ალტერნატიული ენერგიის წყაროები, ქარის ტურბინა მუშაობს ბუნებრივი პროცესის შედეგად მოქმედი ძალის გამო. საუბარია არათანაბარი გათბობის შედეგად წარმოქმნილ ქარის ნაკადებზედედამიწის ზედაპირი მზის მიერ. თითქმის ყველა ქარის ტურბინა მუშაობს შემდეგი პრინციპით: ჰაერის ნაკადები ატრიალებენ ბორბალს პირებით სპეციალურ ლილვზე, რითაც ბრუნვას გადასცემს გენერატორს ან ბატარეის პაკეტს. სტაბილურობისა და ჰაერის მოძრაობის საკმარისი ძალის პირობებში, ელექტროენერგიის გამომუშავების ქარის წისქვილებს შეუძლიათ უზრუნველყონ 45-50% ეფექტურობა. სწორედ ქარის ცვალებადობა და მისი სიძლიერე განაპირობებს ქარის ტურბინების დიზაინის მრავალფეროვნებას, რომლებიც ასევე გამოითვლება გამოყენების სპეციფიკურ კლიმატურ პირობებზე დაყრდნობით.

რა არის ქარის ტურბინების მთავარი უპირატესობები?

ქარის ტურბინების ეფექტურობის შეფასება შეიძლება იყოს როგორც ენერგიის ტრადიციულ წყაროებთან შედარებით, ასევე განახლებად თავისუფალ რესურსებზე მომუშავე გენერატორების ფონზე. ასეთი სისტემების ყველაზე გამოხატული უპირატესობები, რომლებიც იმედოვნებს მათ წარმატებულ განვითარებას მომავალში, არის შემდეგი ფაქტორები:

• ქარის ენერგია თავისთავად არა მხოლოდ განახლებადია, არამედ ხელმისაწვდომია დაგროვებისა და გადამუშავებისთვის.
• ეკონომიკური სარგებელი. ცალსახა შეფასებები კონკრეტულ ეკონომიკურ ინდიკატორებთან დაკავშირებით ჯერ არ შეიძლება იყოს განპირობებული სხვადასხვა მაჩვენებლებით მოქმედი სისტემების მრავალფეროვნებით. მაგრამ ჩვენ შეგვიძლია ვისაუბროთ ცალკეული პროექტების მიერ გამოვლენილ შესანიშნავ შედეგებზე. მაგალითად, რა ღირს ერთი კილოვატი ელექტროენერგია დიდი ოფშორული ქარის წისქვილიდან? ჩვენ შეგვიძლია ვისაუბროთ 2-12 რუბლის დიაპაზონზე. 1 კვტ.სთ-ზე.
• ეკოლოგიურად სუფთა. ქარის ტურბინების მუშაობა არ ითვალისწინებს მავნებლობასჰაერის დამაბინძურებლების ემისიები.
• კომპაქტური. ქარის ტურბინის დაყენება, თუნდაც სამრეწველო ფორმატში, ვერ შეედრება ტრადიციულ ელექტროსადგურებს. ეს დიდწილად განპირობებულია ასეთი სისტემების ავტონომიითა და დამოუკიდებლობით დამხმარე კომუნიკაციებისა და რესურსებისგან.

ჰორიზონტალური ღერძის გენერატორები

ასეთი ქარის წისქვილების დიზაინის სქემა ითვალისწინებს ელექტრო გენერატორის, გადაცემათა კოლოფის, პირების და ჩარჩოთი კოშკის არსებობას. პირების კონფიგურაცია ხორციელდება ისე, რომ ჰაერი მიედინება ძაბრში, რაც ქმნის ბრუნვის მომენტს. ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის ასეთი ქარის წისქვილების მუშაობის მნიშვნელოვანი პირობაა ნაკადების მოძრაობის მახასიათებლებთან ადაპტაციის უნარი (მიმართულება და ძალა). ამისთვის კონსტრუქციებს აქვთ მექანიზმები დედამიწის ზედაპირთან მიმართებაში პირების შემობრუნებისა და დახრის. ყველაზე მოწინავე მოდელებში ასევე გამოიყენება ავტომატური კონტროლის კონტროლერები. რაც შეეხება ქარის ბორბლის განხორციელებას, სამფრთიანი კონფიგურაცია უფრო ხშირად გამოიყენება ჰორიზონტალურ სქემებში. უფრო მეტიც, გენერატორების მუშაობის გაზრდის მიზნით, ინჟინრები მიდრეკილნი არიან გაზარდონ ფუნქციური მიმღები ნაწილის ზომა, რაც, მაგალითად, ხსნის პლასტმასის და მსუბუქი ლითონებიდან ძვირადღირებულ კომპოზიტურ ელემენტებზე გადასვლის მიმდინარე ტენდენციას კონსტრუქციების წარმოებაში.

ვერტიკალური ღერძის გენერატორები

ასეთ გენერატორებს აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობა ჰორიზონტალურ სტრუქტურებთან შედარებით,რომელიც შედგება ინსტალაციის მონიტორინგისა და კონტროლის დამატებითი საშუალებების საჭიროების არარსებობაში. ანუ, ექსპლუატაციის პროცესში, ვერტიკალური ღერძის მქონე ქარის წისქვილი არანაირად არ ერგება ნაკადების მოძრაობას. ჰაერის მასებთან ურთიერთქმედების ეს თვისება ერთდროულად ამცირებს ძაბვას ქარის გენერატორის პირებში და ამცირებს გიროსკოპიულ დატვირთვას. გადაცემათა კოლოფის გენერატორი, რომელიც აყალიბებს ქარხნის ძრავას, შეიძლება განთავსდეს სტრუქტურის კოშკის ძირში დაზიანების ან უკმარისობის რისკის გარეშე. მაგრამ რატომ, აღწერილი უპირატესობებით, ვერტიკალურმა დანადგარებმა არ შეცვალა მთლიანად ჰორიზონტალური ქარის წისქვილები? სამწუხაროდ, ამ მოდელებს ასევე აქვთ მნიშვნელოვანი ნაკლოვანებები. ვინაიდან ქარის ბორბალი არ ხელმძღვანელობს ქარის ნაკადებს და ყოველთვის მუშაობს ენერგიის დაჭერის დიაპაზონის ვიწრო დიაპაზონში, გენერატორის მოქმედება ლოგიკურად მცირდება. ამიტომ, ვერტიკალური ქარის წისქვილების საკმარისი სიმძლავრის შესანარჩუნებლად საჭიროა მათი მასობრივი გამოყენება დიდ ტერიტორიებზე, რაც ყოველთვის არ არის შესაძლებელი.

დიზაინი დაფუძნებული Darrieus როტორზე

ქარის ტურბინის გენერატორები ვერტიკალური იმპულერით დაფუძნებულია Savonius ან Darrieus როტორის დიზაინზე. მაგრამ ამ ჯგუფს ასევე აქვს საკუთარი ვარიაციები და თანამედროვე მოდიფიკაციები. ბოლო დროს ყველაზე პერსპექტიული განვითარება არის გორლოვის ჰელიკოიდური ტურბინა, რომელიც შეიქმნა 2001 წელს. ეს არის Darrieus-ის როტორის კონცეფციის ერთგვარი გაგრძელება, მაგრამ უფრო ოპტიმიზებული ფორმით. სპირალური ვერტიკალური პირები იძლევა ენერგიის გამომუშავებას წყლისა და ჰაერის ნაკადებიდან მინიმალური აქტივობით. დღეს ეს გენერატორებიგამოიყენება როგორც ქარის სპეციალიზებულ ელექტროსადგურებში, ასევე ჰიდროელექტროსადგურების ნაწილად.

ქარის გენერატორები ნაკადის გამაძლიერებლებით

ასევე, გარკვეულწილად, ქარის წისქვილების კლასიკური დიზაინის გაგრძელება, მაგრამ მორგებული მიმდინარე მაღალტექნოლოგიური სამუშაო პირობებისთვის. ნაკადის გამაძლიერებლებით მოდიფიკაციები გამოირჩევა ერთი ან მეტი ღარების არსებობით, რომლებიც შექმნილია ჰაერის ნაკადების კონცენტრირებისთვის. აეროდინამიკური კონუსის ფორმის ელემენტები იმავე ღარებითა სახით აგროვებენ ნაკადებს დიდ ფართობზე, ორიენტირებენ მათ ერთი მიმართულებით და ამით ზრდის დანა სისტემის სიჩქარეს. ქარის ტურბინების გამოყენების სირთულე ნაკადის გამაძლიერებლებით არის ის, რომ ისინი საჭიროებენ დამატებითი ელემენტარული ჯგუფის გამოყენებას. უფრო მეტიც, ასეთ სისტემებში პროდუქტიულობის მნიშვნელოვანი მატების მიღწევა შესაძლებელია მხოლოდ დამხმარე ენერგიის წყაროების შეერთებით, რაც ეკონომიურად ყოველთვის არ არის გამართლებული.

გადაცემათა კოლოფის ქარის ტურბინები

სტრუქტურული ოპტიმიზაციის იდეის შესაბამისად, ასევე გამოჩნდა ქარის ელექტროსადგურის ვარიანტი გადაცემათა კოლოფის გარეშე. ამის ნაცვლად, გამოიყენება რგოლის არხი, რომელიც აღჭურვილია შიდა ლითონის ღეროთი. ეს რგოლი დამონტაჟებულია როტორის რგოლში. აქ ასევე მდებარეობს მაგნიტების ჯგუფი, რომელიც ურთიერთქმედებს ლითონის ღეროსთან, რითაც ხელს უწყობს დენის წარმოქმნას. ქარის ტურბინების მუშაობა გადაცემათა კოლოფის გარეშე როტორის დიამეტრით დაახლოებით 200 სმ შეიძლება მიაღწიოს 1500 კვტ.სთ-ს.წელს. ამ დიზაინის მთავარი უპირატესობა არის ენერგიის დანაკარგების შემცირება, რომლებიც ბუნებრივად წარმოიქმნება გადაცემათა კოლოფით აღჭურვილი გენერატორების მუშაობაში. მაგრამ თქვენ უნდა გადაიხადოთ ეს უპირატესობა სიჩქარის შეზღუდვით. იმისათვის, რომ დანადგარი შევიდეს ოპტიმალურ სამუშაო ნაკადში, საჭიროა დინების სიჩქარე მინიმუმ 2 მ/წმ.

სამრეწველო ქარის ტურბინების მახასიათებლები

სამრეწველო ქარის წისქვილებს ორი ფუნდამენტური განსხვავება აქვთ - დიდი ზომა და მაღალი სიმძლავრე. ამ ტიპის სადგურების დადებითი და უარყოფითი მხარეები სწორედ ამ მახასიათებლებიდან მოდის. რაც შეეხება სტრუქტურას, საკმარისია ითქვას, რომ თანამედროვე სამრეწველო ქარის წისქვილების სიმაღლემ შეიძლება მიაღწიოს 150-200 მ-ს, ხოლო დანის სიგრძე შეიძლება იყოს 100 მ-ზე მეტი. მაღალი სიმძლავრე ასევე მოითხოვს ფუნქციური ინფრასტრუქტურის სირთულეს. ასე რომ, ენერგიის გარდაქმნის პროცესის გასაკონტროლებლად გამოიყენება ქარის გენერატორის კონტროლერები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ბატარეის პაკეტის მიმდინარე დატენვის გათვალისწინებას. გარდა ამისა, ასეთი დანადგარების ელექტრული ჩაყრა მოიცავს ინვერტორებს და მოკლე ჩართვის დაცვის სისტემებს.

საყოფაცხოვრებო ქარის ტურბინების მახასიათებლები

უმარტივესი ქარის წისქვილების გამოყენება შესაძლებელია არა მხოლოდ სახლში, არამედ ხელით აწყობაც. როგორც წესი, ეს არის მცირე ზომის დანადგარები, რომელთა სიმაღლე არ აღემატება 10 მ, რომელსაც შეუძლია იმუშაოს 0,5-5 კვტ სიმძლავრით. როგორც პასიური ენერგიის წყარო საყოფაცხოვრებო ტექნიკისთვისან ელექტრო მოწყობილობების ცალკეული ჯგუფები, ეს ვარიანტი ამართლებს თავის თავს. თუმცა, კომპაქტური ქარის ტურბინები დღეს დიდი რაოდენობით გამოიყენება მსხვილი კომპანიების მიერ წარმოების ობიექტების ელექტროენერგიისთვის. მინი-ქარის წისქვილის მეურნეობების საფუძველზე იქმნება საკმარისად პროდუქტიული და საიმედო სისტემები, რომლებსაც შეუძლიათ კონკურენცია გაუწიონ მაღალი სიმძლავრის ერთ გენერატორებს.

ოფშორული ქარის ტურბინების მახასიათებლები

ამ ტიპის ქარის წისქვილების პოპულარობა განპირობებულია რამდენიმე უპირატესობით ხმელეთზე მდებარე სადგურებთან შედარებით. ეს ძირითადად ეხება უფრო სტაბილურ სამუშაო პირობებს, ვინაიდან ქარის ნაკადები არ არის შეფერხებული სანაპირო ზოლიდან მოშორებით. ამავდროულად, ოფშორული ქარის ტურბინების სტრუქტურები იყოფა ორ ჯგუფად - დამხმარე და მცურავი. პირველი დამონტაჟებულია არაღრმა წყალში კლასიკური საყრდენით წყლის ქვეშ მიწაში. მცურავ სადგურებს, შესაბამისად, აქვთ საკუთარი მცურავი პლატფორმა, რომელიც ფიქსირდება წამყვანების და სხვა საზღვაო მოწყობილობების საშუალებით.

ქარის ტურბინის კონსტრუქციების კომბინაცია შენობის ჩარჩოებთან

ასევე არსებობს ქარის წისქვილების ძალიან პერსპექტიული ჯგუფი, რომლებიც ფაქტიურად ინტეგრირებულია მაღალსართულიანი შენობების კორპუსებში. ამ გადაწყვეტას აქვს ორი უპირატესობა - ხელსაყრელი პირობები ნაკადების "მიღებისთვის" და ელექტროენერგიის მიწოდების გზის შემცირება, რადგან მიწოდების საბოლოო წყარო, როგორც წესი, არის მომხმარებლები შენობის შიგნით. ამ დროისთვის, ამ ტიპის ქარის ტურბინების ინტეგრაცია უფრო ხშირად ხდება გამოყენებითსპეციალური აეროდინამიკური ცილინდრები, რომლებიც დამონტაჟებულია ცათამბჯენების სახურავებზე. ასევე ვითარდება მინიპროპელერების კონცეფცია, რომელიც შეიძლება განთავსდეს მაღალი სამშენებლო მოედნის ნებისმიერ ნაწილში. მოწყობილობები ფაქტიურად ინტეგრირებულია კედლებში, რის შემდეგაც ისინი უერთდებიან ელექტრომომარაგების ზოგად სისტემას, რაც იძლევა მცირე, მაგრამ სტაბილურ ენერგიას.

დასკვნა

ბოლო წლებში რუსეთში საგრძნობლად გაიზარდა ინტერესი ქარის ტურბინების მიმართ. სხვადასხვა რეგიონში პერიოდულად ექსპლუატაციაში შედის დიდი სადგურები, რომელთა სიმძლავრე 30-50 მგვტ-მდეა. ჩვენი ქვეყნისთვის ქარის წისქვილები განსაკუთრებით სასარგებლოა, რადგან ისინი საშუალებას გვაძლევს მივაწოდოთ ენერგიით შორეულ რეგიონებს, სადაც ამ დროისთვის არ არსებობს ენერგომომარაგების სხვა საშუალებების ორგანიზების შესაძლებლობა. ასევე აქტიურად ვითარდება ქარის მცირე ელექტროსადგურების სეგმენტი. რუსეთში 1-5 კვტ სიმძლავრის ინდივიდუალური ენერგოსისტემები ძალიან პოპულარული გახდა. ამავდროულად, დეველოპერები არ ამბობენ უარს ქარის წისქვილების მუშაობის პრინციპების შერწყმაზე შიდა წვის ძრავებთან. ამ მიმართულებით წარმატებები ასახულია, კერძოდ, ქარი-დიზელის დიზაინით. ჯერ კიდევ ძნელი სათქმელია, რამდენად მოთხოვნადი იქნება ქარის ენერგია რუსეთში უახლოეს ათწლეულებში, რადგან ტრადიციული ენერგიის წყაროების პოზიციები ჯერ კიდევ ძლიერია. მაგრამ ალტერნატიულ ენერგეტიკაზე გადასვლის ტენდენციები მთელ მსოფლიოში, სავარაუდოდ, უბიძგებს რუსულ ინდუსტრიას, აქტიურად გამოიკვლიოს ასეთი სფეროები.