Линеен вятърен генератор

ЕнергетикаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 2, 2006

Андрей Козаров

Предимствата и недостатъците на класическия агрегат - генератор на електрическа енергия, задвижван от вятърна турбина, са добре известни. Сред механичните проблеми, свързани с експлоатацията му, трябва да се отбележи обстоятелството, че с нарастване на линейните размери на съоръжението бързо се увеличават стойностите на редица лимитиращи параметри. Такива са например някои огъващи и усукващи моменти върху елементи от конструкцията, челен натиск и др. Специално трябва да се изтъкне и увеличаването на периода на собствените механични трептения на цялото съоръжение и на части от него, които стават съизмерими с периода на най-често наблюдаваните пулсации на вятъра. Това рязко повишава вероятността от възникване на разрушителни резонанси.

Възможна е и друг тип конструкция на генератор, при която изброените недостатъци не са решаващи. Основната идея на разработката е енергията на вятъра да се превръща в енергия на транслационното движение, извършвано от подвижната част на генератора. Един конкретен вариант е показан на фиг. 1.

Генераторът в този случай е съставен от голям брой еднакви подвижни елементи, всеки от които преобразува енергията на вятъра в енергия на транслационно движение. Елементите се движат по затворен контур, разположен във вертикална равнина. Както се вижда от фигурата, контурът е съставен от два праволинейни хоризонтални участъка с голяма дължина AB и CD, разположени един над друг. В двата си края те са свързани с къси полуокръжности. Движението на елементите по такъв контур се осъществява по следния начин. Всеки елемент в долната и горната си част е снабден с ролки, които свободно се движат по шини, като по релсов път. Шините образуват две затворени криви, вътрешна и външна, които са успоредни на описания затворен контур. Между елементите съществува еластична връзка, която регулира разстоянието между тях.

Един подвижен елемент по принцип е показан на фиг. 2. Той се състои от правоъгълна рамка, на късите страни на която са лагерувани ролките, които се търкалят по релсовия път. През центъра на рамката, успоредно на дългите страни е поставена ос, за която е закрепена работната повърхност, която предава аеродинамичната сила на вятъра върху подвижния елемент. За простота тя ще бъде разглеждана по-нататък като правоъгълник. Чрез завъртане около оста ъгълът между нормалите на рамката и на работната повърхност може да се управлява.

Превръщането на кинетичната енергия на всеки подвижен елемент в електрическа става съгласно принципите на линейния генератор.

Принципната работа на съоръжението е показана на фигури 3, 4 и 5.

На фиг. 3 е показан случаят, когато хоризонталната скорост на вятъра е перпендикулярна на плоскостта на контура на движение. Скицата представлява поглед отгоре на двата реда. Тук не е необходимо управление на ъгъла между нормалите на работните повърхности и рамките. Този режим е аналогичен на работата на класическата вятърна турбина. На фигури 4 и 5 са показани аналогични скици за случаите, когато посоката на вятъра сключва ъгъл 45o с направлението на движение на елементите и съответно ъгъл 0o.

В случаите, когато ъгълът между двете скорости се различава значително (примерно над 10o) от правия, е необходимо принудително изменение на ъгъла между нормалите към работните повърхности и равнините на рамките. Това може да става по механичен, електромагнитен или хидравличен начин. Управлението се извършва чрез краткотрайно въздействие в зоните, където скоростта на движение обръща посоката си.

Предлаганата конструкция има следните предимства:

Дава възможност опорите да бъдат разпределени равномерно в много точки, което намалява единичните натоварвания и най-вече огъващите моменти. За работата й не е необходим редуктор и при това липсват усукващи моменти.

Височината е значително по-малка (примерно под 10 m), за сметка на дължината, която по принцип е неограничена.

Облекчената в статично и динамично отношение конструкция обуславя значително по-ниска цена за
1 kW инсталирана мощност, безаварийна работа при по-големи скорости на вятъра и значитело по-висока турбулентност. Монтажът и евенуалният ремонт са много по-лесни, защото не изискват специални повдигателни съоръжения. Това прави възможно построяването на такива генератори по планинските била, където годишната аеродинамична обезпеченост е значително по-голяма.

С помощта на пасивни статични съоръжения (прегради, стени, щитове, насипи и др.) към работните повърхнини може да се насочат допълнителни въздушни количества, като при това се намали турбулентността. Това означава увеличаване използваемостта на инсталираната мощност.

Експлоатацията на генераторите не изисква голям обслужващ персонал с висока квалификация. Тъй като максималната скорост на движение на подвижните елементи не надхвърля 10 m/s, този тип генератор не представлява опасност за птиците.




Новият брой 5/2017

брой 5-2017

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

Top