Systeme moderner Windkraftanlagen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

 Kommentare zum Artikel

Derzeit gibt es viele Windkraftanlagen, sowohl mit horizontaler als auch vertikaler Rotationsachse. Sie unterscheiden sich nicht nur in Aussehen und Ausstattung, sondern auch in den technischen Möglichkeiten, je nachdem, für welchen Zweck sie verwendet werden. Je nach Bauart des Windenergieempfängers und seiner Lage im Luftstrom werden verschiedene Systeme von Windenergieanlagen unterschieden.

Wir haben bereits über Karussell- und Trommelwindkraftanlagen gesprochen. Bekannt ist auch die sogenannte Rotationswindkraftanlage (Abb. 23). Seine Rotorblätter drehen sich wie bei einer Karussell-Windkraftanlage in einer horizontalen Ebene und setzen eine vertikale Welle in Bewegung.

Abb.23. Rotierende Windkraftanlage

Heutzutage sind Flügelwindturbinen weit verbreitet, der älteste Typ davon sind gewöhnliche Windmühlen. Der Hauptbestandteil jeder Flügelrad-Windkraftanlage ist das Windrad. Es besteht aus mehreren Flügeln und dreht sich unter dem Einfluss des Windes. Mit Hilfe eines am Kopf der Windkraftanlage montierten Kegelradpaares (Abb. 24) wird die Drehung des Rades in eine schnellere Bewegung der vertikalen Welle bzw. in die Hin- und Herbewegung der Antriebsstange umgewandelt.

Abb.24. Schema einer Flügelwindkraftanlage

Um den Kopf und das Windrad in den Wind zu drehen, verfügen Windmühlen über einen Träger, moderne Kleinwindkraftanlagen über einen Schwanz mit senkrechtem Gefieder am Ende. Bei großen Flügelrad-Windkraftanlagen gibt es andere, komplexere Mechanismen, um das Windrad automatisch in den Wind zu stellen. Um sicherzustellen, dass die Drehzahl des Windrads den Grenzwert nicht überschreitet, gibt es eine spezielle Vorrichtung zur automatischen Regulierung der Drehzahl.

Normalerweise ist der Luftstrom in der Nähe der Erdoberfläche aufgrund verschiedener Hindernisse ungleichmäßig und abgeschwächt, sodass das Windrad auf einem hohen Mast oder Turm über den Hindernissen installiert wird.

Entsprechend der Anordnung der Windräder werden moderne Flügelrad-Windkraftanlagen in Hochgeschwindigkeits- und Niedriggeschwindigkeits-Windkraftanlagen unterteilt.

Bei einer langsam laufenden Windkraftanlage besteht das Windrad aus einer großen Anzahl von Flügeln (Abb. 25). Es lässt sich leicht bewegen. Aus diesem Grund eignet sich eine Windkraftanlage mit niedriger Drehzahl gut für die Arbeit mit einer Kolbenpumpe und anderen Maschinen, die beim Anlaufen eine große Anfangskraft erfordern.

Abb.25. Moderne mehrflügelige Windkraftanlage TB-5 mit einer Leistung von bis zu 2,5 PS

Langsamlaufende Windkraftanlagen werden vor allem in Gebieten eingesetzt, in denen die durchschnittliche Windgeschwindigkeit 4,5 Meter pro Sekunde nicht überschreitet. Alle Mechanismen mehrschichtiger Windkraftanlagen sind in der Regel etwas einfacher als die von Hochgeschwindigkeits-Windkraftanlagen. Allerdings handelt es sich bei den Windrädern langsam laufender Windkraftanlagen um recht sperrige Gebilde. Bei großen Abmessungen solcher Räder ist es insbesondere bei hohen Windgeschwindigkeiten schwierig, die nötige Stabilität zu schaffen. Daher werden derzeit mehrflügelige Windkraftanlagen mit Windraddurchmessern von maximal 8 Metern gebaut. Die Leistung einer solchen Windkraftanlage erreicht 6 PS. Diese Leistung reicht völlig aus, um Wasser aus bis zu 200 Meter tiefen Brunnen an die Oberfläche zu transportieren.

Hochgeschwindigkeitswindkraftanlagen haben nicht mehr als vier Flügel mit einem stromlinienförmigen Profil im Windrad (siehe z. B. Abb. 27).

Abb.27. Windturbine 1-D-18 mit einer Leistung von bis zu 30 Kilowatt

Dadurch können sie sehr starken Winden gut standhalten. Selbst bei starkem und böigem Wind sorgen gut durchdachte Steuerungsmechanismen für eine gleichmäßige Drehung der Windräder von Hochgeschwindigkeits-Windkraftanlagen.

Diese positiven Eigenschaften von Hochgeschwindigkeits-Windkraftanlagen ermöglichen es ihnen, mit wechselndem Wind beliebiger Stärke zu arbeiten.

Daher können Hochgeschwindigkeitswindkraftanlagen mit sehr großen Windraddurchmessern gebaut werden, die fünfzig oder mehr Meter erreichen und eine Leistung von mehreren hundert PS entwickeln.

Aufgrund der hohen und stabilen Gleichmäßigkeit der Windräder werden Hochgeschwindigkeits-Windkraftanlagen zum Antrieb unterschiedlichster Maschinen und elektrischer Generatoren eingesetzt. Moderne Hochgeschwindigkeitswindkraftanlagen sind Universalmaschinen.

Es ist praktisch, Windkraftanlagen verschiedener Systeme zu vergleichen, indem man das Konzept der Normalgeschwindigkeit einführt. Diese Geschwindigkeit wird durch das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit am äußeren Ende des rotierenden Rotorblatts bei einer Windgeschwindigkeit von 8 Metern pro Sekunde zur Geschwindigkeit des Luftstroms bestimmt.

Die Rotorblätter von Karussell-, Rotations- und Trommelwindkraftanlagen bewegen sich während des Betriebs entlang der Luftströmung und die Geschwindigkeit eines ihrer Punkte kann niemals größer sein als die Windgeschwindigkeit. Daher wird die normale Drehzahl von Windkraftanlagen dieser Art immer kleiner als eins sein (da der Zähler kleiner als der Nenner sein wird).

Die Windräder von Flügelrad-Windkraftanlagen drehen sich quer zur Windrichtung, und daher erreicht die Bewegungsgeschwindigkeit der Endteile ihrer Flügel große Werte. Sie kann ein Vielfaches der Geschwindigkeit des Luftstroms betragen. Je kleiner die Blätter und je besser ihr Profil, desto weniger Widerstand erfährt das Windrad. Also desto schneller dreht es sich. Die besten Exemplare moderner Flügelrad-Windkraftanlagen haben eine normale Geschwindigkeit und erreichen neun Einheiten. Die meisten werkseitig hergestellten Windkraftanlagen haben eine Geschwindigkeit von 5-7 Einheiten. Zum Vergleich stellen wir fest, dass selbst die besten Bauernmühlen eine Geschwindigkeit von nur 2-3 Einheiten hatten (und in diesem Sinne sind sie fortschrittlicher als Rotations-, Rotations- und Trommelwindturbinen).

Mit zunehmender Anzahl der Flügel am Windrad erhöht sich dessen Startfähigkeit bei niedrigen Windgeschwindigkeiten. Daher kommen mehrflügelige Laufrad-Windkraftanlagen, bei denen die Gesamtfläche der Flügel 60-70 Prozent der überstrichenen Oberfläche (siehe Abb. 20) des Windrades beträgt, bei Windgeschwindigkeiten von 3-3,5 m zum Einsatz. XNUMX Meter pro Sekunde.

Abb.20. Portalmühle

Hochgeschwindigkeitswindkraftanlagen mit einer geringen Anzahl an Rotorblättern beginnen sich bei Windgeschwindigkeiten von 4,5 bis 6 Metern pro Sekunde in Bewegung zu setzen. Daher müssen sie entweder ohne Last oder mit Hilfe spezieller Geräte in Betrieb genommen werden.

Der gute Start und die einfache Konstruktion von Karussell-, Rotations- und Trommelwindturbinen bestechen viele Erfinder und Designer, die sie für ideale Windturbinen halten. Tatsächlich weisen diese Maschinen jedoch eine Reihe erheblicher Nachteile auf. Diese Mängel erschweren die Verwendung selbst mit herkömmlichen und einfachen Maschinen wie Kolbenpumpen und Gratschleifern.

Windkraftanlagen mit rotierenden Windenergieempfängern nutzen die Energie des Luftstroms sehr schlecht, ihr Windenergienutzungskoeffizient ist 2-2,5-mal geringer als der von Flügelrad-Windkraftanlagen. Daher können Flügelrad-Windkraftanlagen bei gleichen, von den Rotorblättern überstrichenen Flächen eine Leistung entwickeln, die 2–2,5-mal größer ist als Karussell-, Rotations- und Trommel-Windkraftanlagen.

Rotationswindkraftanlagen werden derzeit nur in Form kleiner Handwerksanlagen mit einer Leistung von bis zu 0,5 PS eingesetzt. Sie werden beispielsweise zum Antrieb verschiedener Lüftungsgeräte in Viehställen, Schmieden und anderen Industriebetrieben in der Landwirtschaft eingesetzt.

Was bestimmt die Leistung einer Windkraftanlage?

Wir wissen, dass die Energie des Luftstroms nicht konstant ist, daher hat jede Windkraftanlage eine variable Leistung. Die Leistung einer Windkraftanlage hängt von der Windgeschwindigkeit ab. Es wurde festgestellt, dass bei einer Verdoppelung der Windgeschwindigkeit die Leistung an den Flügeln der Windkraftanlage um das Achtfache zunimmt und bei einer Verdreifachung der Luftströmungsgeschwindigkeit die Leistung der Windkraftanlage um das 8-fache steigt.

Die Leistung der Windkraftanlage hängt auch von der Größe des Windenergieempfängers ab. In diesem Fall ist sie proportional zur Fläche, die von den Flügeln des Windrads bzw. Rotors abgedeckt wird. Beispielsweise ist bei Flügelrad-Windkraftanlagen die von den Rotorblättern überstrichene Oberfläche die Fläche eines Kreises, der das Ende des Rotorblatts bei einer vollständigen Umdrehung beschreibt. Bei Trommel-, Karussell- und Rotationswindkraftanlagen ist die von den Flügeln überstrichene Oberfläche die Fläche eines Rechtecks ​​mit einer Höhe gleich der Länge des Flügels und einer Breite gleich dem Abstand zwischen den Außenkanten der gegenüberliegenden Flügel.

Allerdings wandelt jedes Windrad oder jeder Rotor nur einen Teil der Energie des Luftstroms, der durch die von den Rotorblättern gestrichene Oberfläche strömt, in nützliche mechanische Arbeit um. Dieser Teil der Energie wird durch den Nutzungsgrad der Windenergie bestimmt. Der Wert des Windenergienutzungsfaktors ist immer kleiner als eins. Für die besten modernen Hochgeschwindigkeitswindkraftanlagen erreicht dieser Koeffizient 0,42. Bei serienmäßigen Hochgeschwindigkeits- und Niedriggeschwindigkeits-Windkraftanlagen beträgt der Windenergienutzungsfaktor normalerweise 0,30 bis 0,35; Das bedeutet, dass etwa nur ein Drittel der Energie des Luftstroms, der durch die Windräder von Windkraftanlagen strömt, in nutzbare Arbeit umgewandelt wird. Die restlichen zwei Drittel der Energie bleiben ungenutzt.

Der sowjetische Wissenschaftler G. Kh. Sabinin stellte anhand von Berechnungen fest, dass selbst eine ideale Windmühle einen Windenergienutzungsgrad von nur 0,687 hat.

Warum kann dieser Koeffizient nicht gleich oder sogar nahe eins sein?

Dies erklärt sich dadurch, dass ein Teil der Windenergie für die Bildung von Wirbeln in der Nähe der Rotorblätter aufgewendet wird und die Windgeschwindigkeit hinter dem Windrad abnimmt.

Somit hängt der tatsächliche Wert der Windenergieanlagenleistung vom Windenergienutzungsgrad ab. Die Leistung einer Windkraftanlage ist proportional zu ihrem Wert. Das bedeutet, dass mit steigendem Windenergienutzungskoeffizienten auch die Leistung der Windkraftanlage zunimmt und umgekehrt.

Trommel-, Karussell- und Rotationswindkraftanlagen mit den einfachsten Rotorblättern weisen eine sehr geringe Windenergienutzungsrate auf. Ihre Werte variieren stark zwischen 0,06 und 0,18. Bei Flügelzellenmotoren liegt dieser Koeffizient im Bereich von 0,30 bis 0,42.

Darüber hinaus ist die Nutzleistung einer Windkraftanlage auch proportional zur Effizienz des Übertragungsmechanismus sowie zur Luftdichte. Typischerweise liegt der Wirkungsgrad der Mechanismen moderner Windkraftanlagen zwischen 0,8 und 0,9.

Aus dem, was über die Leistung der Windkraftanlage gesagt wurde, folgt, dass diese Windkraftanlage bei einem gegebenen Wind eine höhere Leistung haben wird, bei der die größte Luftmenge durch die Oberfläche strömt, die von den Flügeln und den Rotorblättern der Windkraftanlage bewegt wird Das Windrad hat ein gut stromlinienförmiges Profil.

Autor: Karmishin A.V.

Siehe andere Artikel Abschnitt Alternative Energiequellen.

Lesen und Schreiben nützlich Kommentare zu diesem Artikel.

<< Zurück

Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Verkehrslärm verzögert das Wachstum der Küken 06.05.2024

Die Geräusche, die uns in modernen Städten umgeben, werden immer durchdringender. Allerdings denken nur wenige Menschen darüber nach, welche Auswirkungen dieser Lärm auf die Tierwelt hat, insbesondere auf so empfindliche Tiere wie Küken, die noch nicht aus ihren Eiern geschlüpft sind. Aktuelle Forschungsergebnisse bringen Licht in diese Frage und weisen auf schwerwiegende Folgen für ihre Entwicklung und ihr Überleben hin. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Verkehrslärm bei Zebraküken zu ernsthaften Entwicklungsstörungen führen kann. Experimente haben gezeigt, dass Lärmbelästigung das Schlüpfen der Küken erheblich verzögern kann und die schlüpfenden Küken mit einer Reihe gesundheitsfördernder Probleme konfrontiert sind. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die negativen Auswirkungen der Lärmbelästigung auch auf die erwachsenen Vögel übergreifen. Reduzierte Fortpflanzungschancen und verringerte Fruchtbarkeit weisen auf die langfristigen Auswirkungen von Verkehrslärm auf die Tierwelt hin. Die Studienergebnisse unterstreichen den Bedarf ... >>

Kabelloser Lautsprecher Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

In der Welt der modernen Audiotechnik streben Hersteller nicht nur nach einwandfreier Klangqualität, sondern auch nach der Kombination von Funktionalität und Ästhetik. Einer der neuesten innovativen Schritte in diese Richtung ist das neue kabellose Lautsprechersystem Samsung Music Frame HW-LS60D, das auf der World of Samsung-Veranstaltung 2024 vorgestellt wurde. Das Samsung HW-LS60D ist mehr als nur ein Lautsprechersystem, es ist die Kunst des Rahmenklangs. Die Kombination aus einem 6-Lautsprecher-System mit Dolby Atmos-Unterstützung und einem stilvollen Fotorahmen-Design macht dieses Produkt zur perfekten Ergänzung für jedes Interieur. Der neue Samsung Music Frame verfügt über fortschrittliche Technologien, darunter Adaptive Audio, das bei jeder Lautstärke klare Dialoge liefert, und automatische Raumoptimierung für eine satte Audiowiedergabe. Mit Unterstützung für Spotify-, Tidal Hi-Fi- und Bluetooth 5.2-Verbindungen sowie der Integration intelligenter Assistenten ist dieser Lautsprecher bereit, Ihre Wünsche zu erfüllen ... >>

Eine neue Möglichkeit, optische Signale zu steuern und zu manipulieren 05.05.2024

Die moderne Welt der Wissenschaft und Technik entwickelt sich rasant und jeden Tag tauchen neue Methoden und Technologien auf, die uns in verschiedenen Bereichen neue Perspektiven eröffnen. Eine dieser Innovationen ist die Entwicklung einer neuen Methode zur Steuerung optischer Signale durch deutsche Wissenschaftler, die zu erheblichen Fortschritten auf dem Gebiet der Photonik führen könnte. Neuere Forschungen haben es deutschen Wissenschaftlern ermöglicht, eine abstimmbare Wellenplatte in einem Wellenleiter aus Quarzglas zu schaffen. Dieses auf der Verwendung einer Flüssigkristallschicht basierende Verfahren ermöglicht es, die Polarisation des durch einen Wellenleiter fließenden Lichts effektiv zu ändern. Dieser technologische Durchbruch eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung kompakter und effizienter photonischer Geräte, die große Datenmengen verarbeiten können. Die durch die neue Methode bereitgestellte elektrooptische Steuerung der Polarisation könnte die Grundlage für eine neue Klasse integrierter photonischer Geräte bilden. Dies eröffnet große Chancen für ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv Neuer Beruf - Space Miner 19.09.2018 Trotz aller Schwierigkeiten bereitet sich die NASA systematisch auf den Bergbau im Weltraum vor. Eigens dafür hat die „Colorado Mining School“ eine Reihe von Ausbildungskursen für Space Miner angekündigt. Laut NASA-Experten belaufen sich die Gesamtkosten für Mineralien, die aus kleinen Weltraumkörpern gewonnen werden können, auf etwa 100 Milliarden US-Dollar pro Einwohner unseres Planeten. Diese kolossale Menge an wertvollen Metallen und Materialien ist über die 780 Asteroiden verstreut, die es in unserem Sonnensystem gibt. Die meisten von ihnen werden sehr schwer zu erreichen sein, aber ein fester Teil zirkuliert im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Es war dieser Gürtel, auf den die NASA zuerst abzielte. Nach den Prognosen der Mitarbeiter der Organisation könnte bis 2030 ein echter "Goldrausch" im Weltraum beginnen. Auch andere Organisationen denken aktiv darüber nach, wie sie den Jackpot beim Weltraumbergbau knacken können. Zu diesem Zweck eröffnet die Colorado School of Mines Research and Teaching University Kurse für Space Miner. Die Studierenden der Lehrveranstaltungen werden in die Grundlagen der Geomechanik, der Sonnen- und Kernenergie sowie der Metallurgie, der Methoden des Bergbaus sowie der Gewinnung von Wertstoffen aus Erzen eingeführt. Die Liste der Disziplinen umfasst Astrophysik, Robotik und die Grundlagen des Raumfahrzeugdesigns. Die Universität plant, die ersten Space Miner in 5-8 Jahren freizusetzen – genau zu diesem Zeitpunkt sollen die ersten Sonden zur Erkundung des Inneren von Asteroiden ins All geschossen werden.

Weitere interessante Neuigkeiten:

▪ Eurokolibris sind Frühaufsteher

▪ Multicopter - Elektrohubschrauber mit mehreren Rotoren

▪ Auch das künstliche Gehirn braucht Schlaf

▪ Verhütungspillen beeinträchtigen das Gedächtnis

▪ Stoffwechsel schnell und langsam

News-Feed von Wissenschaft und Technologie, neue Elektronik

Interessante Materialien der Freien Technischen Bibliothek:

▪ Standortabschnitt Blitzschutz. Artikelauswahl

▪ Die Starken geben immer den Schwachen die Schuld. Populärer Ausdruck

▪ Artikel Wie wirkten sich Dostojewskis echte Spaziergänge durch St. Petersburg auf den Roman „Verbrechen und Sühne“ aus? Ausführliche Antwort

▪ Artikel Arzt der Notaufnahme (Abteilung). Jobbeschreibung

▪ Artikel Adapter zur automatischen Aufzeichnung von Telefonnachrichten. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

▪ Artikel Dual-Mode-Lade-Entladegerät. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Hinterlasse deinen Kommentar zu diesem Artikel:

Alle Sprachen dieser Seite

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Startseite | Bibliothek | Artikel | Sitemap | Site-Überprüfungen

www.diagramm.com.ua
2000-2024