โรงไฟฟ้าพลังลม : ประเภท การออกแบบ ข้อดี

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

พลังงานลมอยู่ไกลจากแหล่งพลังงานใหม่ อย่างไรก็ตาม ในสภาวะปัจจุบัน พลังงานลมเริ่มมีลักษณะเด่นชัดมากขึ้นเรื่อยๆ ของทิศทางที่สดใสสำหรับการพัฒนาต่อไป ยังคงเป็นเรื่องยากที่จะพูดถึงแนวคิดสากลสำหรับการใช้งานทางเทคนิคของเครื่องกำเนิดลม แต่ความคืบหน้าในการใช้โซลูชันทางวิศวกรรมแต่ละวิธีชี้ให้เห็นว่ารูปแบบโครงสร้างแบบรวมศูนย์เดียวจะปรากฏขึ้นในอนาคตอันใกล้นี้ ในเวลาเดียวกัน กังหันลมหลายประเภทถูกนำมาใช้ในโลก ซึ่งแต่ละอันมีจุดแข็งในตัวเอง

หลักการทำงานของกังหันลมทั่วไป

เช่นเดียวกับแหล่งพลังงานทางเลือกสมัยใหม่ส่วนใหญ่ กังหันลมทำงานเนื่องจากแรงที่กระทำจากกระบวนการทางธรรมชาติ เรากำลังพูดถึงกระแสลมที่เกิดจากความร้อนไม่สม่ำเสมอพื้นผิวโลกโดยดวงอาทิตย์ กังหันลมเกือบทั้งหมดทำงานตามหลักการต่อไปนี้: กระแสลมจะหมุนล้อบนเพลาพิเศษที่มีใบพัด ซึ่งส่งแรงบิดไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือชุดแบตเตอรี่ ในสภาวะที่มีเสถียรภาพและแรงเคลื่อนตัวของอากาศเพียงพอ กังหันลมเพื่อการผลิตไฟฟ้าสามารถให้ประสิทธิภาพ 45-50% มันคือความแปรปรวนของลมและความแรงของลมที่แม่นยำซึ่งกำหนดการออกแบบที่หลากหลายของกังหันลม ซึ่งคำนวณจากสภาพภูมิอากาศเฉพาะในการใช้งานด้วย

ข้อดีหลักของกังหันลมคืออะไร

ประเมินประสิทธิภาพของกังหันลมสามารถเป็นได้ทั้งเมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิม และเทียบกับพื้นหลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ทรัพยากรหมุนเวียนฟรี ข้อดีที่เด่นชัดที่สุดของระบบดังกล่าวซึ่งให้ความหวังสำหรับการพัฒนาที่ประสบความสำเร็จในอนาคต ได้แก่ ปัจจัยต่อไปนี้:

• พลังงานลมไม่ได้เป็นเพียงพลังงานหมุนเวียนเท่านั้น แต่ยังมีให้สะสมและแปรรูปด้วย
• ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ. การประเมินที่ชัดเจนเกี่ยวกับตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจที่เฉพาะเจาะจงยังไม่อาจเนื่องมาจากความหลากหลายของระบบที่ทำงานด้วยประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน แต่เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับผลลัพธ์ที่โดดเด่นที่แสดงโดยแต่ละโครงการ ตัวอย่างเช่น ไฟฟ้าหนึ่งกิโลวัตต์จากกังหันลมนอกชายฝั่งขนาดใหญ่มีราคาเท่าใด เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับช่วง 2-12 รูเบิล สำหรับ 1 kWh.
• เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม. การทำงานของกังหันลมไม่ก่อให้เกิดอันตรายการปล่อยมลพิษทางอากาศ
• กะทัดรัด. การติดตั้งกังหันลมแม้จะอยู่ในรูปแบบอุตสาหกรรมก็ไม่สามารถเทียบกับโรงไฟฟ้าแบบเดิมได้ สาเหตุหลักมาจากความเป็นอิสระและความเป็นอิสระของระบบดังกล่าวจากการสื่อสารและทรัพยากรเสริม

เครื่องกำเนิดแกนแนวนอน

รูปแบบการออกแบบของกังหันลมดังกล่าวมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระปุกเกียร์ ใบมีด และหอคอยพร้อมโครง การกำหนดค่าของใบมีดถูกนำไปใช้ในลักษณะที่อากาศไหลเข้าสู่กรวยซึ่งสร้างโมเมนต์บิด เงื่อนไขสำคัญสำหรับการทำงานของกังหันลมเพื่อผลิตไฟฟ้าคือความสามารถในการปรับให้เข้ากับลักษณะของการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำ (ทิศทางและกำลัง) ด้วยเหตุนี้ โครงสร้างจึงมีกลไกสำหรับการหมุนและการเอียงใบมีดที่สัมพันธ์กับพื้นผิวโลก ในรุ่นที่ทันสมัยที่สุดจะใช้ตัวควบคุมที่มีการควบคุมอัตโนมัติด้วย สำหรับการใช้งานล้อลม โครงร่างแบบสามใบมีดมักใช้ในโครงร่างแนวนอน นอกจากนี้ ในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า วิศวกรมักจะเพิ่มขนาดของชิ้นส่วนรับหน้าที่ ตัวอย่างเช่น อธิบายถึงแนวโน้มปัจจุบันของการเปลี่ยนจากพลาสติกและโลหะเบาไปเป็นส่วนประกอบคอมโพสิตราคาแพงในการผลิตโครงสร้าง

เครื่องกำเนิดแกนแนวตั้ง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวมีข้อได้เปรียบเหนือโครงสร้างแนวนอนอย่างมีนัยสำคัญซึ่งประกอบด้วยไม่จำเป็นต้องใช้วิธีการตรวจสอบและควบคุมการติดตั้งเพิ่มเติม นั่นคือในกระบวนการทำงานกังหันลมที่มีแกนตั้งไม่ปรับให้เข้ากับการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำในทางใดทางหนึ่ง คุณลักษณะของการมีปฏิสัมพันธ์กับมวลอากาศนี้ช่วยลดแรงดันไฟฟ้าในใบพัดของเครื่องกำเนิดลมและลดโหลดไจโรสโคปิก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบมีเกียร์ซึ่งประกอบเป็นเครื่องยนต์ของโรงงาน สามารถตั้งอยู่ที่ฐานของหอคอยโครงสร้างโดยไม่เสี่ยงต่อความเสียหายหรือความล้มเหลว แต่ทำไมด้วยข้อดีที่อธิบายไว้ การติดตั้งแนวตั้งไม่ได้แทนที่กังหันลมแนวนอนทั้งหมด? น่าเสียดายที่โมเดลเหล่านี้ก็มีข้อเสียที่สำคัญเช่นกัน เนื่องจากลมหมุนไม่ได้ถูกลมพัดพาและมักจะทำงานในช่วงการดักจับพลังงานที่แคบ ประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงลดลงตามหลักเหตุผล ดังนั้น เพื่อรักษาพลังงานให้เพียงพอของกังหันลมแนวตั้ง จึงจำเป็นต้องมีการใช้งานจำนวนมากครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ ซึ่งไม่สามารถทำได้เสมอไป

ออกแบบตามโรเตอร์ Darrieus

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันลมพร้อมใบพัดแนวตั้งใช้การออกแบบใบพัดของ Savonius หรือ Darrieus แต่กลุ่มนี้ก็มีรูปแบบของตัวเองและการปรับเปลี่ยนที่ทันสมัย การพัฒนาล่าสุดที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือกังหัน Gorlov helicoid ซึ่งสร้างขึ้นในปี 2544 มันเป็นความต่อเนื่องของแนวคิดโรเตอร์ Darrieus แต่อยู่ในรูปแบบที่เหมาะสมกว่า ใบพัดแนวตั้งแบบเกลียวช่วยให้สามารถสร้างพลังงานจากการไหลของน้ำและอากาศโดยมีกิจกรรมเพียงเล็กน้อย วันนี้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้ใช้ทั้งในฟาร์มกังหันลมเฉพาะและเป็นส่วนหนึ่งของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

เครื่องกำเนิดลมพร้อมเครื่องขยายสัญญาณฟลักซ์

ในทางใดทางหนึ่ง ความต่อเนื่องของการออกแบบกังหันลมแบบคลาสสิก แต่ปรับให้เข้ากับสภาพการทำงานที่มีเทคโนโลยีสูงในปัจจุบัน การปรับเปลี่ยนด้วยเครื่องขยายสัญญาณการไหลมีความโดดเด่นด้วยการมีรางน้ำตั้งแต่หนึ่งท่อขึ้นไป ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อให้มีสมาธิในการไหลของอากาศ องค์ประกอบรูปทรงกรวยตามหลักอากาศพลศาสตร์ในรูปแบบของรางน้ำเดียวกันจะรวบรวมกระแสน้ำในพื้นที่ขนาดใหญ่ โดยปรับทิศทางไปยังจุดทิศทางเดียว จึงเป็นการเพิ่มความเร็วของระบบใบมีด ความยากในการใช้กังหันลมกับแอมพลิฟายเออร์ฟลักซ์คือต้องใช้กลุ่มองค์ประกอบเพิ่มเติม ยิ่งไปกว่านั้น การเพิ่มผลผลิตในระบบดังกล่าวสามารถทำได้โดยการเชื่อมต่อแหล่งพลังงานเสริมเท่านั้น ซึ่งไม่สมเหตุสมผลในเชิงเศรษฐกิจเสมอไป

กังหันลมแบบไม่มีเฟือง

ตามแนวคิดของการปรับโครงสร้างให้เหมาะสม โรงไฟฟ้าพลังงานลมรุ่นต่างๆ ที่ไม่มีกระปุกเกียร์ก็ปรากฏตัวขึ้นเช่นกัน แต่จะใช้ช่องวงแหวนซึ่งมีแท่งโลหะอยู่ภายในแทน วงแหวนนี้ถูกติดตั้งไว้รอบๆ ขอบโรเตอร์ กลุ่มแม่เหล็กก็ตั้งอยู่ที่นี่เช่นกัน ซึ่งทำปฏิกิริยากับแท่งโลหะ ดังนั้นจึงมีส่วนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ประสิทธิภาพของกังหันลมที่ไม่มีกระปุกเกียร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางโรเตอร์ประมาณ 200 ซม. สามารถเข้าถึง 1500 kWhในปี. ข้อได้เปรียบหลักของการออกแบบนี้คือการลดการสูญเสียพลังงานที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มาพร้อมกับกระปุกเกียร์ แต่คุณต้องจ่ายเงินสำหรับข้อได้เปรียบนี้ด้วยการจำกัดความเร็ว เพื่อให้หน่วยเข้าสู่ขั้นตอนการทำงานที่เหมาะสม จำเป็นต้องมีความเร็วการไหลอย่างน้อย 2 เมตร/วินาที

คุณสมบัติของกังหันลมอุตสาหกรรม

กังหันลมอุตสาหกรรมมีความแตกต่างพื้นฐานสองประการ - ขนาดใหญ่และกำลังขับสูง ทั้งข้อดีและข้อเสียของสถานีประเภทนี้มาจากคุณสมบัติเหล่านี้ สำหรับโครงสร้างก็เพียงพอที่จะกล่าวได้ว่ากังหันลมอุตสาหกรรมสมัยใหม่มีความสูง 150-200 ม. และช่วงใบมีดมากกว่า 100 ม. พลังงานสูงยังต้องการความซับซ้อนของโครงสร้างพื้นฐานที่ใช้งานได้ ดังนั้น เพื่อควบคุมกระบวนการแปลงพลังงานจึงใช้ตัวควบคุมเครื่องกำเนิดลม ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าประจุปัจจุบันของก้อนแบตเตอรี่จะถูกนำมาพิจารณาด้วย นอกจากนี้การบรรจุด้วยไฟฟ้าของการติดตั้งดังกล่าวยังรวมถึงอินเวอร์เตอร์และระบบป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

คุณสมบัติของกังหันลมในครัวเรือน

กังหันลมที่ง่ายที่สุดไม่เพียงใช้ที่บ้านเท่านั้น แต่ยังประกอบด้วยมืออีกด้วย ตามกฎแล้วสิ่งเหล่านี้คือการติดตั้งขนาดเล็กที่มีความสูงไม่เกิน 10 ม. ซึ่งสามารถทำงานได้ที่กำลังไฟ 0.5-5 กิโลวัตต์ เป็นแหล่งพลังงานแฝงสำหรับเครื่องใช้ในครัวเรือนหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละกลุ่ม ตัวเลือกนี้จะพิสูจน์ตัวเอง อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันบริษัทขนาดใหญ่ใช้กังหันลมขนาดกะทัดรัดเพื่อผลิตพลังงานให้กับโรงงานผลิตเป็นจำนวนมาก บนพื้นฐานของฟาร์มกังหันลมขนาดเล็ก ระบบที่มีประสิทธิผลและเชื่อถือได้เพียงพอถูกสร้างขึ้นซึ่งสามารถแข่งขันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเดี่ยวกำลังสูงได้

คุณสมบัติของกังหันลมนอกชายฝั่ง

ความนิยมของกังหันลมประเภทนี้เกิดจากข้อดีหลายประการเหนือสถานีที่ตั้งอยู่บนบก นี่เป็นเรื่องหลักเกี่ยวกับสภาพการทำงานที่มีเสถียรภาพมากขึ้น เนื่องจากกระแสลมไม่ถูกกีดขวางจากแนวชายฝั่ง ในเวลาเดียวกัน โครงสร้างของกังหันลมนอกชายฝั่งแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม - รองรับและลอย อันแรกถูกติดตั้งในน้ำตื้นโดยมีการรองรับแบบคลาสสิกในพื้นดินใต้น้ำ สถานีลอยน้ำตามลำดับมีแท่นลอยของตัวเองพร้อมการตรึงด้วยสมอและอุปกรณ์ทางทะเลอื่นๆ

การผสมผสานระหว่างโครงสร้างกังหันลมกับโครงอาคาร

นอกจากนี้ยังมีกลุ่มกังหันลมที่มีแนวโน้มว่าจะรวมเข้ากับตัวเรือของอาคารสูงอย่างแท้จริง โซลูชันนี้มีข้อดีสองประการ - เงื่อนไขที่เอื้ออำนวยสำหรับ "การรับ" ของกระแสและการลดเส้นทางของการส่งกระแสไฟฟ้า เนื่องจากแหล่งจ่ายขั้นสุดท้ายมักจะเป็นผู้บริโภคภายในอาคาร ในขณะนี้การรวมกังหันลมประเภทนี้มักทำโดยใช้กระบอกสูบแอโรไดนามิกพิเศษที่ติดตั้งบนหลังคาตึกระฟ้า แนวคิดของใบพัดขนาดเล็กยังได้รับการพัฒนา ซึ่งสามารถวางไว้ในส่วนใดก็ได้ของไซต์ก่อสร้างสูง อุปกรณ์เหล่านี้ถูกรวมเข้ากับผนังอย่างแท้จริง หลังจากนั้นจะเชื่อมต่อกับระบบจ่ายไฟทั่วไป ให้พลังงานในปริมาณเล็กน้อยแต่มีเสถียรภาพ

สรุป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาความสนใจในกังหันลมเพิ่มขึ้นอย่างมากในรัสเซีย สถานีขนาดใหญ่ที่มีกำลังการผลิตสูงถึง 30-50 MW จะถูกเปิดใช้งานเป็นระยะในภูมิภาคต่างๆ สำหรับประเทศของเรา กังหันลมมีประโยชน์อย่างยิ่งเพราะช่วยให้เราสามารถจัดหาพลังงานให้กับพื้นที่ห่างไกลซึ่งในขณะนี้ไม่มีความเป็นไปได้ในการจัดหาพลังงานด้วยวิธีอื่น ส่วนของโรงไฟฟ้าพลังงานลมขนาดเล็กก็มีการพัฒนาอย่างแข็งขันเช่นกัน ในรัสเซียระบบไฟฟ้าส่วนบุคคลที่มีความจุ 1-5 กิโลวัตต์ได้รับความนิยมอย่างมาก ในเวลาเดียวกัน นักพัฒนาไม่ปฏิเสธที่จะรวมหลักการทำงานของกังหันลมกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ความสำเร็จในทิศทางนี้แสดงให้เห็นโดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยการออกแบบกังหันลม ยังคงเป็นเรื่องยากที่จะบอกว่ารัสเซียจะมีความต้องการพลังงานลมมากแค่ไหนในทศวรรษหน้า เนื่องจากตำแหน่งของแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมยังคงแข็งแกร่ง แต่แนวโน้มการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานทางเลือกทั่วโลกมีแนวโน้มที่จะกระตุ้นให้อุตสาหกรรมรัสเซียสำรวจพื้นที่ดังกล่าวอย่างจริงจัง