Características de funcionamento e construção de tipos modernos de parques eólicos

O artigo discute o princípio de operação e características de desempenho de projeto de turbinas eólicas modernas para a indústria e o setor privado.

Desde a antiguidade, o homem procura domar o vento, colocando-o ao seu serviço. No início existiam barcos à vela que utilizavam a energia eólica para a sua deslocação, depois os moinhos de vento começaram a ser utilizados no quotidiano, mas agora chegou o momento de utilizar a energia eólica em geradores eólicos para gerar eletricidade que serve as pessoas.

No exterior, uma parte bastante grande da eletricidade é produzida por usinas eólicas (HPP), o que, francamente, não pode ser dito sobre a Rússia e os países do espaço pós-soviético. Aqui é óbvio - estamos entre os retardatários.

A utilização de parques eólicos nos países desenvolvidos do mundo permite resolver não só os problemas de abastecimento autónomo de moradias, casas de campo, comunidades dacha, mas também problemas ambientais, uma vez que não há poluição ambiental durante a produção de eletricidade dos modernos parques de turbinas eólicas.

Vejamos o princípio de operação e com mais detalhes os principais tipos de usinas eólicas modernas.

Princípio de funcionamento dos geradores eólicos

Qualquer princípio de ação usina eólica (HPP) consiste em converter a energia cinética do fluxo de ar que passa pelo plano das pás ou turbinas em energia elétrica — por meio da utilização de geradores elétricos. O tipo mais comum de usina eólica moderna são as usinas eólicas de pás, que combinam geradores eólicos de pás com um eixo de rotação horizontal e geradores rotativos com um carrossel, no qual - o eixo de rotação está localizado verticalmente. A seguir, veremos mais de perto esses tipos de geradores eólicos.

Projeto dos principais tipos de aerogeradores

Cada gerador eólico consiste estruturalmente em uma base, também chamada de mastro, um dispositivo rotativo com pás rotativas ou uma turbina eólica, eletricidade gerada pelo gerador e uma bateria. Além disso, uma unidade de controle e conversão é necessária em cada parque eólico.

Quanto ao número de pás, as turbinas hidrelétricas podem ser de duas, três e múltiplas pás. As turbinas de três pás são as mais comuns.Para evitar a falha prematura das turbinas eólicas, as usinas eólicas são equipadas com um sistema de estabilização aeromecânica da velocidade de rotação de suas pás.

Um gerador elétrico que gera eletricidade em uma usina eólica é conectado diretamente à sua turbina, quando o eixo de rotação do aerogerador e do gerador é o mesmo, ou por meio de uma transmissão mecânica que transfere os movimentos rotacionais das pás da turbina para o gerador. Os parques eólicos modernos usam principalmente geradores sem escovas multipolares síncronos com ímãs permanentes, que são feitos estruturalmente em um invólucro completamente fechado e a partir de elementos padrão.

Dependendo da direção e “pressão” do fluxo de ar nas pás da turbina, ele pode ser reorientado pelo mecanismo de rotação da instalação na direção ideal para seu funcionamento eficiente.

Funcionalmente, a unidade de controle e conversão de energia é projetada para armazenar a energia elétrica gerada pelo parque eólico em suas baterias de armazenamento com sua posterior conversão de tensão de 12V DC para tensão de 220V AC - por meio de um "inversor".

A unidade de controle também permite monitorar e controlar o processo de carregamento da bateria, a potência do gerador elétrico, etc.

As várias opções de acabamento de parques eólicos modernos, tanto para uso industrial como para uso privado, permitem escolher cada um, a opção mais óptima para cada utilizador.

No momento, os mais difundidos no mundo são os geradores eólicos do tipo pá, cujo eixo de rotação das pás é paralelo ou horizontal à direção do fluxo de ar. Basicamente, falaremos sobre essas turbinas eólicas mais tarde.

Uma pá de parque eólico com um eixo horizontal de rotação

A eficiência do uso da energia eólica para esse tipo de aerogerador chega a 48%, muito superior à dos geradores de carrossel. Este tipo de aerogeradores pode ser com duas e três pás.

Aqui, a operação mais eficiente do dispositivo é alcançada quando o vento é direcionado perpendicularmente ao plano de rotação das pás do gerador. Portanto, mesmo estruturalmente, este tipo de «turbina eólica» possui um dispositivo que permite a rotação automática do gerador perpendicular à direção do vento. A produção de energia deste tipo de parque eólico depende diretamente da velocidade do vento (sua pressão), bem como do diâmetro e área das pás do próprio aerogerador.

Carrossel ou parques eólicos rotativos

Este tipo de aerogerador possui um eixo de rotação vertical, com uma roda montada sobre ele e fixada nele, recebendo superfícies para o vento. Uma vantagem significativa deste tipo de parques eólicos é que eles podem trabalhar sem mudar de posição - em qualquer direção do fluxo de ar. Este tipo de turbina eólica é de movimento lento e silencioso, e geradores elétricos multipolares de baixa velocidade são usados ​​como geradores para gerar energia.

Parque eólico moderno com eixo de rotação horizontal e vertical

Outros tipos de parques eólicos modernos

Além disso, muito recentemente, surgiram os últimos desenvolvimentos de turbinas eólicas com designs fundamentalmente novos, que consistem estruturalmente em uma base de três mancais localizada em uma fundação poderosa. Um gerador em forma de anel é montado na base, com um rolamento embutido e um rotor central. O anel desse gerador pode ter mais de 100 metros de diâmetro. Esses parques eólicos são usados ​​para produção de energia industrial.

Existem também parques eólicos em operação, constituídos por várias dezenas de pequenos aerogeradores - módulos, estruturalmente unidos em um único sistema de depuração para geração de energia elétrica.

Mais recentemente, especialistas americanos desenvolveram e colocaram em produção industrial uma pequena usina eólica de turbina «Windgate» destinada ao setor privado. A roda da turbina atinge 1,8 metros de diâmetro e gira em um eixo horizontal. As extremidades das pás dessa instalação de turbina possuem ímãs permanentes, como resultado, na verdade, temos um grande rotor - girando em uma caixa integral do estator da instalação. Esses geradores eólicos Windgate podem até ser instalados no telhado de uma casa ou chalé particular e são muito eficientes, e seu preço é de cerca de 4,5 a 5 mil dólares americanos.

Conclusão

Deve-se notar que a construção de usinas eólicas está em constante aprimoramento e, consequentemente, seus parâmetros tecnológicos, aerodinâmica estão melhorando e, o mais importante, o preço desses blocos de energia ecologicamente limpos do futuro está se tornando cada vez menos "cortante" para um simples consumidor.