Вітрогенератори

Вітроелектроустановки (ВЕУ) перетворять кінетичну енергію вітру в електричну за допомогою генератора в процесі обертання ротора. Лопаті вітряків використовуються подібно пропелеру літака для обертання центральної маточини, приєднаної через коробку передач до електричного генератора. За своєю конструкцією генератор ВЕУ нагадує генератори, які використовуються в електростанціях, що працюють за рахунок спалювання викопного палива. Існують два основних типи вітрогенераторів.

 

 

 

 

Вітрогенератор з горизонтальною віссю обертання, має дві або три лопаті, встановлені на вершині вежі, – найбільш поширений тип вітроустановок ВЕУ. У турбін з горизонтальною віссю обертання ведучий вал ротора розташований горизонтально. В робочому стані відносно напрямку повітряного потоку ротор турбіни може перебувати перед опорою – так званий навітряний ротор або за опорою – подветренний ротор. Найчастіше турбіни з горизонтальною віссю обертання мають дві або три лопаті, хоча є і моделі з великим числом лопатей. Останні вітряки є диск з великою кількістю лопатей. Вони отримали назву «монолітних» установок. Такі установки використовуються в першу чергу в якості водяних насосів. На відміну від них площа ротора турбіни з малою кількістю лопатей (дві-три) не є суцільною. Ці турбіни відносять до «немонолітні» установкам. Для найбільш ефективної роботи вітряка його лопаті повинні максимально взаємодіяти з вітровим потоком, що проходить через площу обертання ротора. Вітряки з великою кількістю лопатей зазвичай працюють при низьких швидкостях обертання. У той час як установки з двома або трьома лопатями повинні обертатися з дуже високою швидкістю, щоб максимально «охопити» вітрові потоки, що проходять через площу ротора. Теоретично, чим більше лопатей у ротора, тим ефективніше повинна бути його робота. Однак, вітряки з великою кількістю лопатей менш ефективні, ніж вітрогенератори з двома або трьома лопатями, так як лопаті створюють перешкоди один одному. У вітряків з вертикальною віссю обертання (Н-образні) провідний вал ротора розташований вертикально. Лопаті такої турбіни – довгі, зазвичай дугоподібні. Вони прикріплені до верхньої і нижньої частин башти. Завдяки вертикальному розташуванню ведучого вала ротора Н-образні турбіни, на відміну від турбін з горизонтальною віссю обертання, «захоплюють» вітер, що дме в будь-якому напрямку, і для цього їм не потрібно міняти положення ротора при зміні напрямку вітрових потоків. Незважаючи на своє зовнішнє відмінність, вітряки з вертикальною і горизонтальною осями обертання являють собою схожі системи. Кінетична енергія вітру, що отримується при взаємодії повітряних потоків з лопатями вітряка, через систему трансмісії передається на електричний генератор. Завдяки трансмісії генератор може працювати ефективно при різних швидкостях вітру. За способом взаємодії з вітром вітряки діляться на установки з жорстко закріпленими лопатями без регулювання і на агрегати, у яких лопаті зроблені із змінним кутом. Обидві конструкції мають переваги і недоліки. Вітряки, у яких лопаті зроблені із змінним кутом, мають більш високу ефективність використання вітру і, відповідно, вони виробляють більше електроенергії. У той же час, ці вітряки повинні бути оснащені спеціальними підшипниками, які, виходячи з наявного вже досвіду, часто є причиною поломок агрегатів. Турбіни з жорстко закріпленими лопатями більш прості в обслуговуванні, однак їх ефективність використання вітрового потоку нижче.