Tuuleenergia on üks olulisemaid taastuvenergiaallikaid maailmas. Seda kasutatakse üha enam tänu selle võimele toota puhast energiat ilma kasvuhoonegaase tekitamata. Seetõttu on oluline teada selle ja eriti tuuleturbiinide tööd. Siin käsitleme põhjalikult nende tööd ja nende põhifunktsioone.
Tuuleturbiin, tuntud ka kui tuuleturbiin, on seda tüüpi energia üks põhielemente. Kuigi üldiselt on kõigil turbiinidel sarnased aspektid, on tuulepargist või paigaldusest olenevalt erinevaid tüüpe. Lisaks on turbiinid nende esimestest mudelitest alates arenenud, võimaldades meil saada energiat üha tõhusamal viisil.
Selles artiklis räägime teile kõigest, mida peate teadma tuuleturbiinide, nende omaduste ja tööpõhimõtte kohta, samuti lisateavet tuuleparkide struktuuri kohta.
Mis on tuuleturbiin
Tuuleturbiin on mehaaniline seade, mis muudab tuuleenergia elektrienergiaks. See on ette nähtud tuule kineetilise energia muutmiseks rootorilabade liikumise kaudu mehaaniliseks energiaks, mis seejärel muundatakse tänu generaatorile elektrienergiaks.
Tuuleturbiini tööpõhimõte põhineb kolmel füüsikalisel põhiseadusel:
- Turbiini toodetav energia on võrdeline tuule kiiruse ruuduga. See tähendab, et kui tuule kiirus kahekordistub, suureneb toodetav võimsus neli korda.
- Olemasolev energia on võrdeline labade poolt pühitava alaga, mis tähendab, et mida suuremad on labad, seda suurem on püütud energia hulk.
- Tuuleturbiini maksimaalne teoreetiline kasutegur on 59%, mida tuntakse Betzi piirina.
Erinevalt vanadest tuuleveskitest, mida toiteallikaks oli otsene tuuletõukejõud, kasutavad tänapäevased turbiinid võimalikult suure energia kogumiseks keerukamaid aerodünaamilisi põhimõtteid, näiteks Venturi efekti.
Tuulegeneraatorite sisemus
Tuuleturbiini seest leiame mitmeid võtmeelemente, mis võimaldavad tuule kineetilise energia elektrienergiaks muuta. Labadest koosnev rootor vastutab tuuleenergia püüdmise ja selle ümber oma telje pöörlemise eest.
See pöörlev liikumine edastatakse elektrigeneraatorile jõuülekandesüsteemi kaudu, mis sisaldab käigukasti, mis suurendab pöörlemiskiirust generaatorile sobivale tasemele. Generaator põhineb Faraday seadusel, mis ütleb, kuidas pöörleva mehaaniline energia muundatakse elektrienergiaks.
Selleks on süsteemis generaatoriga ühendatud rootor, mis muundab mehaanilise liikumise elektrienergiaks. Toodetud elektrit saab kasutada otse või salvestada akudesse hilisemaks kasutamiseks.
Tuulegeneraatori elemendid
Tuuleturbiin koosneb erinevatest elementidest, mis töötavad koos, et tagada turbiini optimaalne töö ja tuuleenergia efektiivne muundamine elektriks. Need on peamised komponendid:
- Rootor: Rootor on element, mis kogub tuuleenergiat. See koosneb labadest, mis tänu aerodünaamilisele disainile pöörlevad isegi väikese tuulekiiruse korral.
- Ühendussüsteem: See on mehhanismide komplekt, mis ühendab labad generaatori rootoriga pöörlemisliikumise ülekandmiseks.
- Kordaja või käigukast: See süsteem tõstab rootori pöörlemiskiiruse ligikaudu 10-40 p/min-lt 1.500 p/min-ni, mis on generaatoris elektri tootmiseks vajalik.
- Generaator: Generaator muudab mehaanilise energia elektrienergiaks. Olenevalt turbiinist võib selle võimsus viimastel mudelitel kõikuda 5kW-st 10MW-ni.
- Suuna mootor: See võimaldab gondlil ja rootoril pöörata, et olla alati suunatud valitseva tuule suunale.
- Tugimast: See on struktuur, mis toetab generaatorit ja rootorit. Mida suurem on turbiin, seda kõrgemal kõrgusel gondel asub.
- Terad ja anemomeetrid: Anemomeetrid mõõdavad tuule kiirust, andurid aga pidurdavad labasid, kui tuul ületab teatud läve, vältides turbiini kahjustamist.
Tuuleturbiinide tüübid
Tuuleturbiine on kahte peamist tüüpi, mis eristuvad rootori telje orientatsiooni järgi:
- Horisontaalse telje turbiinid: Need on traditsioonilised tuuleparkides kasutatavad, mille pöörlemistelg on maapinnaga paralleelne. See tüüp on pühitud pinnaga hõivatud energia osas kõige tõhusam.
- Vertikaalse telje turbiinid: Nende turbiinide eeliseks on see, et nad püüavad tuult igas suunas, ilma et peaksid end ümber orienteeruma, kuigi nende efektiivsus on tavaliselt madalam kui horisontaalteljega.
Lisaks on esile kerkimas uusi disainilahendusi, nagu labadeta tuuleturbiinid, mis kasutavad elektri tootmiseks ära tuule võnkumisi, kuigi need on alles arendusfaasis.
Tuulepargi käitamine
Tuulepark koosneb mitmest tuulikust, mis on strateegiliselt paigutatud, et piirkonnas valitsevaid tuuli maksimaalselt ära kasutada. Turbiinide komplekt ühendab toodetud elektri sisevõrgu kaudu, mis transpordib selle alajaama, kus elekter muundatakse jaotamiseks sobivaks pingeks.
Pargi pideva töö ja efektiivsuse tagamiseks kasutatakse juhtimissüsteeme, mis jälgivad tuule kiirust, gondlite orientatsiooni ja turbiinide seisukorda. See võimaldab maksimeerida elektritootmist ja vältida kahjusid väga tugeva tuule korral.
Lisaks kasutavad mõned rajatised avamere tuuleturbiine (avamere), mille paigaldamine on küll kallim, kuid pakub võimalust kasutada merel püsivamaid ja tugevamaid tuuli.
Tuuleenergia eelised ja puudused
Nagu teistel energiaallikatel, on ka tuuleenergial eelised ja puudused:
Eelised:
- See on energiaallikas uuendatav, ammendamatu ja ei eralda kasvuhoonegaase.
- Võimaldab vähendada sõltuvust fossiilkütustest.
- Tuuleparke saab paigaldada erinevatesse kohtadesse, sh merealad põllumaad, ilma et see mõjutaks nende kasutust.
- Su süsiniku jalajälg on minimaalne võrreldes teiste energiatehnoloogiatega.
Puudused:
- Kasutegur sõltub tuule olemasolust, mistõttu on a vahelduv allikas energiat.
- Tuuleparkide visuaalne ja heliline mõju võib mõnes piirkonnas olla puuduseks.
- Suured turbiinid võivad mõjutada elusloodust, eriti linde, seega tuleb neid tegureid asukohtade valikul arvesse võtta.
- Esialgne paigalduskulu on kõrge, kuigi tasub end pikas perspektiivis ära.
Tuuleenergia on jätkuvalt üks parimaid võimalusi säästvamaks ja keskkonnasõbralikumaks energiatootmiseks. Pideva tehnoloogilise arenguga ei parane tuuleturbiinid mitte ainult tõhususe osas, vaid muutuvad ka visuaalselt ja heliliselt ligipääsetavamaks, muutes need globaalse energia tuleviku jaoks elujõuliseks võimaluseks.