Ветрогенератор

Из Википедије, слободне енциклопедије
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 ветрогенераторе које производе електричну енергију. Ветрењаче које производе само механичку енергију су обрађене у посебном чланку, ветрењача.

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 ветрогенератор 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 ветрогенератори 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.

После нафтне кризе 1973, а поготово после 2000, развој се све више убрзава. Цена енергије из ветрогенератора полако пада, а цена енергије из класичних необновљивих извора енергије расте. Све је ово допринело да је количина произведене електричне енергије из ветрогенератора порасла 5 пута у периоду од 2000. до 2007. године.

Ветрогенератори 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 ветрогенератора са вертикалном осовином:

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

Недостаци ветрогенератора са вертикалном осовином:

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

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

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

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

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

Ветрогенератори са хоризонталном осовином[уреди]

Ветрогенератори са хоризонталном осовином.

У данашње време најраширенији тип ветрогенератора за велике снаге је управо са хоризонталном осовином.

Предности ветрогенератора са хоризонталном осовином:

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

Недостаци ветрогенератора са хоризонталном осовином:

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

Дијелови ветрогенератора са хоризонталном осовином[уреди]

Делови типичног ветрогенератора са хоризонталном осовином
  • Носећа конструкција у облику стуба
  • Ветротурбина (елиса, пропелер)
  • Механички пренос, који подиже малу брзину ротације елисе на већу, потребну за генератор
  • Генератор електричне енергије
  • Део 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 ветрењачу, пошто је разлика тек у каснијем степену претварања енергије. Снага која је пренета на ротор ветрогенератора је пропорционална површини коју покрива ротор, густини ваздуха и кубу (трећем степену) брзине ветра.

Дакле теоретска корисна снага је:

,

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, немачки научник, је установио 1919. да ветрењача може да искористи највише 59% од теоретске енергије ветра.

Као пример:

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

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]