Características de funcionamiento y construcción de los tipos modernos de parques eólicos.

El artículo analiza el principio de funcionamiento y las características de rendimiento del diseño de los aerogeneradores modernos para la industria y el sector privado.

Desde la antigüedad, la humanidad ha tratado de domar el viento, poniéndolo a su servicio. En un principio eran barcos de vela que utilizan la energía eólica para su movimiento, luego se empezaron a utilizar molinos de viento en la vida cotidiana, pero ahora ha llegado el momento de utilizar la energía eólica en aerogeneradores para generar electricidad que sirva a las personas.

En el extranjero, una parte bastante grande de la electricidad es producida por plantas de energía eólica (HPP), lo que, francamente, no se puede decir sobre Rusia y los países del espacio postsoviético. Aquí es obvio: estamos entre los rezagados.

El uso de parques eólicos en los países desarrollados del mundo permite resolver no solo los problemas de suministro de energía autónomo de villas, casas de campo, comunidades de dacha, sino también problemas ambientales, ya que no hay contaminación ambiental durante la producción de electricidad. de parques de aerogeneradores modernos en absoluto.

Veamos el principio de funcionamiento y con más detalle los principales tipos de centrales eólicas modernas.

Principio de funcionamiento de los aerogeneradores

Cualquier principio de acción planta de energía eólica (HPP) consiste en convertir la energía cinética del flujo de aire que se mueve a través del plano de las palas o turbinas en energía eléctrica, mediante el uso de generadores eléctricos. El tipo más común de planta de energía eólica moderna son las plantas de energía eólica con aspas, que combinan generadores eólicos con aspas con un eje de rotación horizontal y generadores rotativos con un carrusel, en el que el eje de rotación está ubicado verticalmente. A continuación vamos a echar un vistazo más de cerca a este tipo de generadores de viento.

Diseño de los principales tipos de aerogeneradores

Cada aerogenerador consta estructuralmente de una base, también llamada mástil, un dispositivo giratorio con palas giratorias o una turbina eólica, electricidad generada por el generador y una batería. Además, se requiere una unidad de control y conversión en cada parque eólico.

En cuanto al número de palas, las turbinas hidroeléctricas pueden ser de dos, tres y multipalas. Las turbinas de tres palas son las más comunes.Para evitar el fallo prematuro de los aerogeneradores, las centrales eólicas están dotadas de un sistema de estabilización aeromecánica de la velocidad de giro de sus palas.

Un generador eléctrico que genera electricidad en una planta de energía eólica está conectado directamente a su turbina, cuando el eje de rotación de la turbina eólica y del generador es el mismo, o mediante una transmisión mecánica que transfiere los movimientos de rotación de las palas de la turbina a la generador. Los parques eólicos modernos utilizan principalmente generadores sin escobillas multipolares síncronos con imanes permanentes, que están construidos estructuralmente en una carcasa completamente cerrada y a partir de elementos estándar.

Dependiendo de la dirección y "presión" del flujo de aire sobre las palas de la turbina, éste puede ser reorientado por el mecanismo de rotación de la instalación en la dirección que sea óptima para su eficiente funcionamiento.

Funcionalmente, la unidad de control y conversión de potencia está diseñada para almacenar la energía eléctrica generada por el parque eólico en sus baterías de almacenamiento con su posterior conversión de tensión de 12 V CC a tensión de 220 V CA, mediante un "inversor".

La unidad de control también permite monitorear y controlar el proceso de carga de la batería, la potencia del generador eléctrico, etc.

Las diversas opciones para el acabado de los parques eólicos modernos, tanto para uso industrial como para los utilizados en el sector privado, permiten elegir en cada uno, la opción más óptima para cada usuario.

Actualmente, los más difundidos en el mundo son los aerogeneradores de tipo pala, cuyo eje de rotación de las palas es paralelo u horizontal a la dirección del flujo de aire. Básicamente, hablaremos de estos aerogeneradores más adelante.

Una pala de parque eólico con un eje de rotación horizontal

La eficiencia de aprovechamiento de la energía eólica para este tipo de aerogeneradores alcanza el 48%, muy superior a la de los generadores de carrusel. Este tipo de aerogeneradores pueden ser de dos y tres palas.

Aquí, la operación más eficiente del dispositivo se logra cuando el viento se dirige perpendicularmente al plano de rotación de las palas del generador. Por tanto, incluso estructuralmente, este tipo de «aerogenerador» dispone de un dispositivo que permite el giro automático del generador perpendicular a la dirección del viento. La producción de energía de este tipo de parques eólicos depende directamente de la velocidad del viento (su presión), así como del diámetro y área de las palas del propio aerogenerador.

Parques eólicos de carrusel o giratorios

Este tipo de aerogenerador tiene un eje de rotación vertical, con una rueda montada sobre él y fijada sobre él, superficies receptoras del viento. Una ventaja importante de este tipo de parques eólicos es que pueden funcionar sin cambiar de posición, en cualquier dirección del flujo de aire. Este tipo de turbinas eólicas son de movimiento lento y silencioso, y los generadores eléctricos multipolares de baja velocidad se utilizan como generadores para generar energía.

Parque eólico moderno con eje de rotación horizontal y vertical

Otros tipos de parques eólicos modernos

Además, muy recientemente, han aparecido los últimos desarrollos de aerogeneradores con diseños fundamentalmente nuevos, que estructuralmente consisten en una base de tres cojinetes ubicada sobre una sólida base. Un generador en forma de anillo está montado en la base, con un rodamiento incorporado y un rotor central. El anillo de dicho generador puede tener más de 100 metros de diámetro. Dichos parques eólicos se utilizan para la producción de energía industrial.

También hay parques eólicos en funcionamiento, formados por varias decenas de pequeños aerogeneradores - módulos, unidos estructuralmente en un único sistema de depuración para la generación de electricidad.

Más recientemente, los especialistas estadounidenses han desarrollado y puesto en producción industrial una pequeña planta de energía eólica de turbina «Windgate» destinada al sector privado. La rueda de la turbina alcanza los 1,8 metros de diámetro y gira sobre un eje horizontal. Los extremos de las palas de una instalación de turbina de este tipo tienen imanes permanentes, por lo que en realidad tenemos un rotor grande, que gira en una carcasa integral del estator de la instalación. Dichos generadores de viento Windgate pueden incluso instalarse en el techo de una casa o cabaña privada y son muy eficientes, y su precio es de aproximadamente 4.5-5 mil dólares estadounidenses.

Conclusión

Cabe señalar que la construcción de plantas de energía eólica se mejora constantemente y, en consecuencia, sus parámetros tecnológicos, la aerodinámica están mejorando y, lo que es más importante, el precio de estos bloques de energía ecológicamente limpia del futuro se está volviendo cada vez menos "mordiente". para un simple consumidor.