Ежегодно во всем мире фиксируется активное развитие ветровой энергетики. Для получения электричества из возобновляемого природного источника необходимо лишь одно условие – стабильно дующий ветер. Его энергию устройство использует за счет вращающейся турбины, которая, как правило, состоит из трех лопастей.
Виды и принцип работы ветрогенераторов
Разнообразие ветроэлектрических установок (ВЭУ) на самом деле огромное. Изначально по способу расположения и вращения турбины они делятся на две большие категории:
- вертикальные;
- горизонтальные.
Стоит отметить, что в промышленных масштабах используются горизонтальные ветрогенераторы, о которых как раз идет речь – с тремя лопастями. Вертикальные модели начали появляться сравнительно недавно и применяются в основном для удовлетворения небольших потребностей в энергии.
Генераторы с вертикальной осью вращения также называют карусельными. Они имеют свою классификацию в зависимости от типа используемого ротора. Для таких устройств характерен необычный дизайн, отсутствие зависимости от силы и направления ветра, низкий уровень шума, простая конструкция и короткая мачта. Слабыми сторонами вертикальной ВЭУ считаются невысокая вращательная скорость и использование не всей энергии ветра.
Из горизонтальных генераторов состоят самые большие ветряные фермы в мире. Хотя в последнее время ведутся активные дискуссии по поводу потенциала применения вертикальных установок. Основными компонентами горизонтальной ВЭУ являются фундамент, башня, электрогенератор, ротор, лопасти, поворотный механизм.
Главным недостатком такого устройства считается зависимость от направления ветра. Поэтому на нем имеется анемометр и механизм, с помощью которого поворачивается гондола – часть генератора с электрооборудованием и лопастями. Также предусмотрена тормозная система, которая не дает лопастям бесконтрольно увеличивать скорость вращения.
Таким образом, под воздействием ветра раскручивается ротор. Электричество подается на контроллеры, оттуда – на аккумуляторы. Затем происходит преобразование напряжения в пригодное для использования.
Преимущества трехлопастной конструкции
Количество лопастей в горизонтальном ветрогенераторе варьируется и может составлять 2-4 и более. Однако в промышленности используется только трехлопастная конструкция, которая признана оптимальным вариантом. Все дело в соотношении скорости вращения лопастей и крутящего момента – физической величины, которая показывает действие силы ветра на ротор. Чем больше лопастей у ВЭУ, тем больше крутящий момент и ниже скорость вращения.
Например, ветрогенератор с 2 лопастями вращается очень быстро, но крутящий момент его будет недостаточным, а это ключевая составляющая работы устройства. Вариант с четырьмя лопастями тоже не подходит, так как имеет сразу несколько недостатков. Во-первых, снижается скорость вращения при незначительном увеличении момента силы.
Во-вторых, возникает необходимость в более сложной системе редукторов, которые передают мощность вращения. Наконец, дополнительная лопасть повышает стоимость всей установки. А конструкция с тремя лопастями является золотой серединой. Мощность современных моделей ВЭУ достигает 8 МВт.
