Téměř veškerá elektřina se vyrábí v zařízeních využívajících energii z přírodních zdrojů. Tempo výroby se neustále zvyšuje a minerály dříve nebo později dojdou. V tomto ohledu již probíhá slibný vývoj, zavádějí se nové technologie, které fungují jako alternativní zdroje elektrické energie. Jednou z takových možností jsou větrné elektrárny, používané ve výrobním sektoru i v soukromém sektoru. Přeměnou větrné energie na elektřinu jsou schopny pokrýt základní energetické potřeby spotřebičů a elektrických zařízení.
Zařízení větrné turbíny
Větrné generátory jsou absolutně šetrné k životnímu prostředí a jsou schopny poskytovat spotřebitelům energii zdarma po neomezenou dobu. Větrné generátory – WPP mají různé výkony, což umožňuje jejich použití v různých oblastech.
Maximální účinnosti větrné elektrárny lze dosáhnout její instalací v místech s konstantním aktivním prouděním vzduchu. Obvykle se k tomu používají hory a kopce, mořské a oceánské pobřeží a další podobné podmínky. Hlavní částí instalace je oběžné kolo, které plní funkci turbíny. Ve většině případů se používají třílisté konstrukce větrných elektráren ve formě vrtule, instalované ve vysoké nadmořské výšce od zemského povrchu.
Aby bylo dosaženo co největšího účinku, jsou lopatky spolu s rotorem instalovány v optimální poloze pomocí speciálních mechanismů v závislosti na směru a síle větru. Existují další provedení – bubnová, která nezávisí na výše uvedených faktorech a nevyžadují žádné úpravy. Pokud je však účinnost vrtulových jednotek na úrovni 50 %, pak u bubnových zařízení je mnohem nižší.
Každá vzduchová elektrárna bez ohledu na konstrukci je zcela napojena na působení proudů vzduchu, které často mění svůj výkon. To následně vede ke změnám v počtu otáček oběžného kola a produkované elektrické energii. Tato situace vyžaduje propojení generátoru a elektrické sítě pomocí dalšího zařízení.
K tomu se zpravidla používají baterie společně s měniči. Nejprve generátor nabije baterii, pro kterou nezáleží na rovnoměrnosti proudu. Dále je nabití baterie převedené ve střídači přeneseno do sítě.
Konstrukce vrtulí větrných elektráren lze v případě potřeby ovládat. Pokud je rychlost větru příliš vysoká, změní se úhel náběhu lopatek až na minimum. To vede ke snížení zatížení turbíny větrem. Oběžná kola větrných elektráren však pod vlivem hurikánů často podléhají deformaci a celá domovní instalace selže. Negativním dopadům se nelze zcela vyhnout, protože elektrické generátory jsou umístěny v průměrné výšce 50 m. Díky tomu je možné využít silnější a stabilnější vítr, který ve vysokých nadmořských výškách panuje.
Princip činnosti
Téměř všechny větrné turbíny mají společný princip fungování. Vlivem proudění vzduchu se lopatky začnou pohybovat a spojeny speciálním pohonem s rotorem způsobují jeho otáčení. Samotný rotor je umístěn uvnitř vinutí statoru a v důsledku rotace vzniká elektrický proud. Lopatky větrných turbín mají speciální aerodynamické vlastnosti, proto se turbína otáčí vysokou rychlostí.
Každá čepel je na jedné straně hladká a na druhé zaoblená. Když vzduch prochází zaoblenou stranou, vytvoří se v této oblasti podtlak, který nasává čepel a pohybuje ji do strany. Díky této energii vzniká celkový točivý moment. To je základní princip fungování stanic.
Výsledná elektřina se ukládá do baterie. Množství vyrobené energie závisí na rychlosti otáčení lopatek a rychlosti proudění vzduchu. Frekvence vyrobeného elektrického proudu je stejná jako v domácí síti, takže energie získaná z větrné elektrárny je docela vhodná pro napájení spotřebičů a zařízení. Vzniklý střídavý proud však nelze okamžitě akumulovat, k tomu je třeba jej přeměnit na stejnosměrný proud. Tuto konverzi provádějí speciální elektronická zařízení umístěná v turbíně.
Nabíjení baterie je řízeno ovladačem. Jak se náboj hromadí, lopatky se zpomalují a po vybití se začnou znovu otáčet. Tento provozní režim umožňuje udržovat nabití baterie na dané úrovni.
Provoz brzdového systému
Při vysokých rychlostech proudění vzduchu mohou větrné elektrárny selhat. Aby se tomu zabránilo, konstrukce používá brzdový systém. Využívá sílu rotujících magnetů rotoru. Nejenže indukují proud ve vinutí statoru, ale také v určitých situacích zpomalují pohyb hřídele. Za tímto účelem je nutné vytvořit zkrat, který způsobí odpor a zpomalí rotaci.
K automatickému brzdění dochází, když rychlost větru překročí 50 km/h. Pokud se rychlost zvýší na 80 km/h, nože se zcela zastaví. Konstrukce turbíny umožňuje co nejefektivnější využití energie větru a dvojí přeměnou energie vyrábí elektrický proud. Přítomnost dobíjecí baterie umožňuje používat elektrické spotřebiče za úplné nepřítomnosti větru.
Některá provedení instalace jsou vybavena senzorem větru, který shromažďuje informace o parametrech proudění vzduchu. V konečném důsledku bude výstupní výkon větrné turbíny záviset na výkonu připojeného střídače. Na základě tohoto ukazatele se určí maximální možný počet připojených zařízení. Pro zvýšení výstupního výkonu instalace se doporučuje zapojit několik měničů paralelně. V třífázových systémech má každá fáze svůj vlastní střídač.
Klasifikace
Hlavní kritéria, která určují typy větrných turbín, jsou následující:
Palchevskaya, E. S. O výhodách a nevýhodách větrných elektráren / E. S. Palchevskaya, M. V. Kuimova. — Text: bezprostřední // Mladý vědec. – 2015. – č. 9 (89). – s. 479-480. — URL: https://moluch.ru/archive/89/18506/ (datum přístupu: 19.10.2023).
Změna klimatu, úbytek ozónové vrstvy, znečištění životního prostředí a úbytek sladké vody jsou důležitými environmentálními problémy, kterým dnešní svět čelí. Využití obnovitelných zdrojů energie (sluneční světlo, vodní toky, vítr, geotermální teplo) velmi pomáhá řešit tyto problémy.
Větrná energie může být shromažďována v mnoha částech planety k výrobě elektřiny. Moderní větrné elektrárny jsou umístěny jak na souši, tak na vodě. Větrné elektrárny (WPP) mohou pracovat se sítí stávajících elektráren nebo být autonomními systémy [3]. Výkon větrných elektráren závisí na rychlosti větru a rozpětí lopatek větrného kola. Na základě principu fungování a struktury větrného kola se větrné elektrárny dělí na:
– karuselový nebo rotační;
Využití alternativních zdrojů elektřiny je v Ruské federaci stále naléhavějším úkolem, protože zásoby neobnovitelných přírodních zdrojů (zemní plyn, ropa, uhlí, rašelina, uran a další) se postupně vyčerpávají. Při navrhování a výstavbě větrných elektráren je třeba vzít v úvahu následující:
– údaje o reliéfu pro navrhovanou lokalitu větrné farmy;
– větrné a klimatické podmínky;
– složení a eklektické vlastnosti půdy;
– požadavky týkající se vizuálních a hlukových vlivů;
– požadavky na opatření na ochranu životního prostředí [1].
Mezi výhody větrných elektráren patří:
– malý prostor pro instalaci;
– nízké provozní náklady;
– ekonomická konkurenceschopnost ve srovnání s tradičními zdroji energie;
– žádné znečištění životního prostředí (větrné elektrárny neprodukují oxid uhelnatý, oxid uhličitý atd.);
– vytváření nových pracovních míst [4, 5].
Nevýhody větrných elektráren jsou:
– vysoké stavební náklady;
– nestabilita výroby energie (závislost na síle větru, jeho proměnlivosti);
– ohrožení ptáků (v případě kolize s lopatkami větrné turbíny);
– možnost zhoršení příjmu rozhlasového a televizního signálu v okolních domech;
– hluková zátěž (až 50 decibelů na vzdálenost větší než 1 km);
– výskyt nebezpečného infrazvuku o frekvenci 6–7 Hz způsobujícího vibrace [2, 6].
Vítr je tedy nekonečně obnovitelný, čistý zdroj energie. Větrné elektrárny mohou podle potřeb sloužit jako hlavní i doplňkové zdroje energie. Výstavba a údržba větrných elektráren vyžaduje finanční náklady, ale jsou ekologickou výrobou elektřiny, neprodukují během provozu škodlivé plyny do atmosféry a pomáhají řešit problémy se zásobováním elektřinou ve venkovských oblastech a oblastech vzdálených od energetických sítí.
1. Grigorieva O. A., Tremyasov V. A. Požadavky a metodické přístupy k navrhování a výstavbě větrných elektráren // Ve sbírce: Přírodní zdroje a ekologie regionu Dálného východu. Materiály Mezinárodního vědeckého a praktického fóra. 2013. s. 368–371.
2. Výhody a nevýhody větrné energie. http://www.priroda.su/item/1183 (datum přístupu: 21.04.2015).
3. Kulagin R. N., Terekhina M. A. Analýza ekonomické účinnosti větrných elektráren // Novinky Volgogradské státní technické univerzity. 2014. T. 12. č. 21 (148). s. 76–79.
6. Větrná energie: výhody a nevýhody, další vývoj větrných elektráren. http://en-proekt.ru/dalneysheye-razvitiye-vetryanykh-elektrostantsiy/ (datum přístupu: 21.04.2015).
7. Shevchenko M.V. Moderní větrné farmy a rysy jejich návrhů // Bulletin Státní technické univerzity Kamčatka. 2006. č. 5. S. 59–64.
