Ветрогенератор

Из Википедије, слободне енциклопедије
(преусмерено са Ветроелектрана)
Ветрогенератори у Данској.

Ветрогенератори (ветроелектране или аеро-електране) су врста електрана које користе енергију ветра, који је обновљиви извор енергије. Ветрогенератори се састоје из носеће конструкције у облику стуба, ветротурбине, генератора електричне енергије, дела који регулише брзину обртања генератора и излазни напон ветрогенератора и прикључка на неки систем за акумулисање енергије или на електричну мрежу.

Овај чланак обрађује вјетрогенераторе које производе електричну енергију. Вјетрењаче које производе само механичку енергију су обрађене у посебном чланку, вјетрењача.

Историја[уреди]

По открићу електромотора и електричног генератора у 19. вијеку, почели су експерименти са производњом електричне енергије. Први модели вјетрогенератора су били мало више од вјетрењача са додатним електричним генератором, који је претварао механичку енергију у електричну.

Сматра се да је први вјетрогенератор направио у Кливленду, САД, Чарлс Бруш (Charles Brush) 1888. године. Године 1908. постојале су у САД 72 вјетрогенератори снаге од 5 до 25 киловата. У вријеме Првог свјетског рата, 100.000 мањих вјетрењача за фарме је произвођено сваке године у САД, углавном за пумпање воде. До 1930, мањи вјетрогенератори су постале честе на фармама, обезбјеђујући струју за неколико сијалица, радио и друге мање потрошаче.

Послије 1930 почела је електрификација руралних дијелова САД, и вјетрогенератори су углавном напуштене због јефтиније струје из развијене електричне мреже. У Европи, електрификација је свуда била централизирана на државном нивоу, и вјетрогенератори су постојале само као експерименти до 1973. године.

Послије нафтне кризе 1973, а поготово послије 2000, развој се све више убрзава. Цијена енергије из вјетрогенератора полако пада, а цијена енергије из класичних необновљивих извора енергије расте. Све је ово допринијело да је количина произведене електричне енергије из вјетрогенератора порасла 5 пута у периоду од 2000. до 2007. године.

Вјетрогенератори са вертикалном осовином[уреди]

Шематски приказ Савониус турбине, једне врсте турбине са вертикалном осовином. Ако има више од 2 крака, сама се покреће при било којем смјеру вјетра.

Заједничка особина вјетрогенератора ове конструкције је што је оса ротације пропелера или турбине вертикална.

Предности вјетрогенератора са вертикалном осовином:

  • једноставне су за израду
  • велики обртни момент
  • издржљиве
  • већина без потребе да се окрећу у правцу вјетра, непотребан механизам за ту сврху
  • лакше за одржавање него вјетроелектране са хоризонталном осовином, јер је генератор близу тла

Недостаци вјетрогенератора са вертикалном осовином:

  • мања ефикасност од вјетрогенератора са хоризонталном осовином
  • за производњу електричне енергије, већи степен механичког пријеноса потребан због мање брзине ротације него вјетрогенератора са хоризонталном осовином

У данашње вријеме долази до раста интересовања за ову врсту монтаже због наведених предности и за вјетрогенераторе. Ово се посебно односи на мање аматерске инсталације.

Према принципу рада и начину извошења се вјетрогенераторе са вертикалном особином деле на:

  • анемометар - једноставна справа за мјерење брзине вјетра, са шупљим полукуглама за „хватање“ вјетра
  • Савониус (Savonius) турбина
  • Дариус (Darrieus) турбина

и друге врсте, којима је заједничко то што им је осовина вертикална.

Вјетрогенератори са хоризонталном осовином[уреди]

Вјетрогенератори са хоризонталном осовином.

У данашње вријеме најраширенији тип вјетрогенератора за велике снаге је управо са хоризонталном осовином.

Предности вјетрогенератора са хоризонталном осовином:

  • постављају се на већим висинама где су и брзине ветра веће
  • нешто боље ефикасности од већине вјетрогенератора са вертикалном осовином
  • могућност мијењања нападног угла елисе (повећава ефикасност и олакшава регулацију брзине)

Недостаци вјетрогенератора са хоризонталном осовином:

  • скупи торњеви веће висине
  • вибрације при раду
  • потреба за непрекидним усмеравањем осовине у вјетар
  • сложеност конструкције
  • скупо одржавање високих стубова и генераторског склопа на великој висини

Дијелови вјетрогенератора са хоризонталном осовином[уреди]

Дијелови типичног вјетрогенератора са хоризонталном осовином
  • Носећа конструкција у облику стуба
  • Вјетротурбина (елиса, пропелер)
  • Механички пријенос, који подиже малу брзину ротације елисе на већу, потребну за генератор
  • Генератор електричне енергије
  • Дио који регулише брзину обртања генератора и излазни напон
  • Прикључак на систем за акумулисање енергије или на електричну мрежу

Прорачун добијене механичке снаге[уреди]

Прорачун је исти као и за обичну вјетрењачу, пошто је разлика тек у каснијем степену претварања енергије. Снага која је пренијета на ротор вјетрогенератора је пропорционална површини коју покрива ротор, густини ваздуха и кубу (трећем степену) брзине вјетра.

Дакле теоретска корисна снага је:

P = \begin{matrix}\frac{1}{2}\end{matrix}\alpha\rho\pi r^2 v^3,

гдје

  • P = снага у W,
  • α = фактор искоришћења,
  • ρ = густина ваздуха у Kg/m³,
  • r = радијус турбине у m, и
  • v = брзина ваздуха у m/s.

Пошто ротор (елиса) узима енергију од ваздуха, брзина ваздуха пада. Алберт Бец, њемачки научник, је установио 1919. да вјетрењача може да искористи највише 59% од теоретске енергије вјетра.

Као примјер:

Рецимо да је 15 °C на нивоу мора и густина ваздуха је 1.225 Kg/m³. Вјетар брзине 8 m/s (28.8 Km/h) кроз ротор дијаметра 100 m ће пронијети 77000 Kg ваздуха кроз простор кракова ротора вјетрогенератора.

Укупна снага је 2.5 MW, али само 1.5 MW може да се искористи због Бецовог закона. Добијена механичка енергија се даље претвара у електричну у електричном генератору, па је излазна електрична снага још умањена.

Литература[уреди]

Спољашње везе[уреди]

Викиостава
Викимедијина остава има још мултимедијалних датотека везаних за: Ветрогенератор